CC BY
47
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
УДК 669.14.018.28
С. Н. Решетникова**, В. А. Ардамин*, А. А. Мишин*
Научный руководитель - Г. Г. Крушенко *Институт вычислительного моделирования СО РАН, ** Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
К ВОПРОСУ ОБ АТТЕСТАЦИИ НАНОПОРОШКОВ
Описаны методы и проблемы аттестации частиц нанопорошков.
В настоящее время нанотехнологии охватывают многие отрасли производства, в том числе и авиакосмическое машиностроение. Достоинства этих технологий заключается в возможности реализации специфики строения материи на наноуровне (1 нанометр = = 1 • 10-9 м), что проявляется в придании изделиям высоких характеристик при их применении по сравнению с традиционными технологиями. Особенно это относится к возможности повышения механических свойств литых изделий с помощью нанопорошков (НП) химичексих соединений [1].
Существует свыше 20 способов получения НП [2]. Процессы, в результате которых происходит формирование наночастиц - это кристаллизация, рекристаллизация, фазовые превращения и др. Характеристики получаемого продукта - гранулометрический состав и форма частиц, содержание примесей, величина удельной поверхности - могут колебаться в зависимости от способа получения в весьма широких пределах [3].
К настоящему времени буквально сотни организаций производит НП различного химического состава, но их применение не всегда дает желаемые результаты, что связано во многих случаях с незнанием истинных характеристик частиц НП, определение которых представляет собой достаточно сложную проблему.
По применению НП для повышения качества металлоизделий из алюминиевых деформируемых и литейных сплавов, сталей и чугунов нами получено около 30 авторских свидетельств и патентов. Однако при этом наших иногда возникали ситуации, когда при применении одного и того же НП, но произведенного разными предприятиями и по разным технологиям, имели место отличающиеся свойства конечных продуктов. По-видимому, это связано именно с использо-
ванием партий НП с существенно отличающимися размерами частиц и других их характеристик [4; 5].
Авторы работы [4] рекомендуют применять для аттестации НП целый комплекс методов, включая просвечивающую (ПЭМ) и растровую (РЭМ) электронную микроскопии и рентгеноструктурный анализ (РСА), а также измерение удельной поверхности методом БЭТ. Тем не менее, в научной литературе еще не выработан единый методологический подход для аттестации НП. Авторы работы предприняли попытку объединить ряд методов с целью выработки надежного метода аттестации НП на примере наночастиц А1 и N1, полученных методом плазмохимического синтеза, а также Си и N1, полученных химико-металлургическим методом. В результате проведенного исследования авторы пришли к выводу, что в настоящее время не существует единого метода определения важнейших среднего размера и характера распределения наночастиц по размерам.
«Простейшим» способом определения размеров частиц НП является их изучение с помощью ПЭМ. Но, например, по приведенной фотографии НП нитрида титана ТШ [6], не представляется возможным классифицировать данный порошок, хотя в целом размеры его частиц не превышают 100 нм.
Применяются и другие методы определения размеров частиц нанопорошков, но как показал их анализ, ни один из них не дает точные размеры частиц НП.
Что касается применения НП, даже аттестованных существующими методами по размерам, то возникает другая сложность - наночастицы металлов и их оксидов, могут адсорбировать на своей поверхности различные газы [5], даже при их герметичном хранении, что было установлено, например, при работе с порошками А1, Бе, Си, N1, 2п и их оксидами [7].
Схема технологии изготовления прутка путем прессования композиции, содержащей частицы алюминиевого сплава и нанопорошков химических соединений
Секция ««ПЕРСПЕКТИВНЫЕМАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ»
В применяемых нами технологиях модифицирования расплавов нанопорошками этот нежелательный эффект, на наш взгляд, успешно преодолевается в процессе изготовления модифицирующего прутка [8] путем экструзии композиции (рис. 1), состоящей из частиц алюминия и НП через фильеру пресса, где развиваются высокие давления - согласно расчетам в пределах от 300 до 800 МПа для прутков разного диаметра - от 5,0 до 9,5 мм). При этом происходит нагрев алюминия, что еще в большей степени увеличивает его пластические характеристики, и на поверхности наночастиц образуется монослой алюминия, который впоследствии и служит подложкой для наращивания кристаллического материала при охлаждении и затвердевании металла.
Библиографические ссылки
1. Крушенко Г. Г. Применение нанопорошков химических соединений для улучшения качества металлоизделий // Технология машиностроения. 2002. № 3. С. 3-6.
2. Суздалев И. П. Нанотехнология: физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. М. : КомКнига, 2006.
3. Новые материалы. Коллектив авторов / под науч. ред. Ю. С. Карабасова. М. : МИСиС. 2002.
4. Арсентьева И. П., Дзидзигури Э. Л., Захаров Н. Д. и др. Ушаков Б. К. Особенности строения и аттестации наночастиц ультрадисперсных металлических порошков // Технология металлов, 2002. № 10. С. 46-48.
5. Ильин А. П., Коршунов А. В., Толбанова Л. О. Структура, свойства и проблема аттестации нанопорошков металлов // Известия Томского политехнического университета. 2009. Т. 314. № 3. С. 35-40.
6. NaBond Technologies Co, Ltd. HONG KONG. URL: http://www.nabond.com/TiN_nanopowder.html.
7. Попок В. Н., Вдовина Н. П. Исследование химической совместимости энергетических материалов с нанопорошками металлов // Ползуновский вестник. 2010. № 3. С. 193-196.
8. А. с. СССР № 831840. Способ модифицирования литейных алюминиевых сплавов эвтектического типа / Г. Г. Крушенко, Ю. М. Мусохранов, И. С. Ямских, А. А. Корнилов, С. Г. Крушенко. БИ. 1981. № 19.
© Решетникова С. Н., Ардамин В. А., Мишин А. А.,
Крушенко Г. Г., 2011
УДК 621.431.75
М. Н. Румянцева Научный руководитель - И. Н. Аверьянов Рыбинская государственная авиационная технологическая академия имени П. А. Соловьева, Рыбинск
ТЕХНОЛОГИЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО РЕМОНТА ВНУТРЕННИХ ПОСАДОЧНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ МЕТОДОМ ПЛАЗМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ
Рссматриваются перспективы ремонта деталей авиационных двигателей, длительная эксплуатация которых приводит к возникновению изношенных поверхностей. Предложенная технология ремонта позволяет не только восстановить эксплуатационные свойства, но и увеличить ремонтопригодность деталей, а значит, их ресурс.
При ремонте двигателей Д-30КУ/КП/КУ-154 и их модификаций отмечается эксплуатационный износ посадочных поверхностей деталей.
Для повышения ресурса работы двигателя и улучшения его КПД большое значение уделяется уменьшению зазоров. Минимальный зазор обеспечивается допусками на изготовление детали и теплофизическими свойствами материала, из которого она изготовлена. Создание новых технологий ремонта, способных обеспечить необходимое качество восстановленных деталей, удовлетворяющих высоким техническим требованиям, открывает дорогу для конструктивного совершенствования газотурбинных двигателей.
Целью данной работы является исследование возможности свойств наносимых истираемых материалов на внутренние посадочные поверхности детали с целью восстановления зазоров при сборке в узле после ремонта (см. рисунок).
Для восстановления посадочных поверхностей лабиринтов отрабатывалась технология ремонта методом плазменного напыления материалами ПВ-НХ16Ю6Ит и ВКНА. При проведении исследований
выставлялись следующие требования к наносимым покрытиям:
Внешний вид поверхности лабиринта после нанесения покрытия
- достаточная прочность;
- отсутствие износа на ответной детали;
- необходимая жаростойкость.
