CC BY
22Наноматериалы и нанотехнологии в аэрокосмической области
Библиографические ссылки
1. Третьяков Ю. Д. Твердофазные реакции // Соро-совский образовательный журнал. М., 1999. Т. 4. С. 35-39.
2. Мержанов А. Г. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез // Успехи химии. М. : 2001. Вып. 12. С. 59-98.
3. Мягков В. Г. и др. Твердофазный синтез эпитак-сиальных L10-FePd тонких пленок: структурные превращения и магнитная анизотропия // Письма в ЖЭТФ. 2004. Т. 80. Вып. 7. С. 555-559.
4. Жигалов В. С. и др. Твердофазный синтез магнитных пленок // Письма в ЖЭТФ. 2009. Т. 88. Вып. 6. С. 445-449.
5. Семечков В. А., Рыбакова А. Н., Жигалов В. С., Мягков В. Г. Твердофазные реакции в пленочных двуслойных структурах переходных металлов // Вестник СибГАУ. Вып. 41. Красноярск, 2012. С. 251.
References
1. Tret'jakov Ju. D. Tverdofaznye reakcii // Sorosovskij obrazovatel'nyj zhurnal. M., 1999. T. 4. S. 35-39.
2. Merzhanov, A. G. Samorasprostranjajushhijsja vy-sokotemperaturnyj sintez // Uspehi himii. M., 2001. Vol. 12. S. 59-98.
3. Mjagkov V. G., i dr. Tverdofaznyj sintez jepitak-sial'nyh L10-FePd tonkih plenok: strukturnye prevrash-henija i magnitnaja anizotropija // Pis'ma v ZhJeTF. 2004. T. 80. Vol. 7. S. 555-559.
4. Zhigalov V. S. i dr. Tverdofaznyj sintez magnitnyh plenok // Pis'ma v ZhJeTF. 2009. T. 88. Vol. 6. S. 445449.
5. Semechkov V. A., Rybakova A. N., Zhigalov V. S., Mjagkov V. G. Tverdofaznye reakcii v plenochnyh dvuslojnyh strukturah perehodnyh metallov // Vestnik SibGAU, vyp. 41. Krasnojarsk, 2012, р. 251.
© Рыбакова А. Н., Жигалов В. С., Мягков В. Г., 2013
УДК 621.316.
НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ, ПОЛУЧАЕМЫЕ ВВЕДЕНИЕМ В ИХ СОСТАВ АЛМАЗНО-ГРАФИТОВОГО НАНОПОРОШКА
Е. В. Сергеева
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Россия, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31. E-mail: lena_7033@list.ru
Введение алмазно-графитового нанопорошка в состав получаемого материала повышает срок его эксплуатации в экстремальных климатических условиях.
Ключевые слова: алмазо-графитный нанопорошок
NEW MATERIALS FOR SPASE TECHNOLOGIES PREPARED BY THE INTRODUCING DIAMOND-GRAPHITE NANOPOWDERS INTO THEIR COMPOSITION
Е. V. Sergeeva
Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russia. E-mail: lena_7033@list.ru
Introducing the diamond-graphite nanopowder to the resulting material increases its service life under the extreme climatic conditions.
Keywords: diamond-graphite nanopowder.
Те, кто хоть раз сталкивался с методом порошковой металлургии, представляют себе этот процесс как сочетание двух технологий - прессования и термической обработки. Действительно, порошковые технологии так и развивались долгие годы, но требования по повышению прочностных характеристик материалов, снижение себестоимости их изготовления в массовом производстве привели к появлению новых методов консолидации порошков.
На наших глазах происходит «тихая революция» в материаловедении: внедрение нового технологического оборудования, способного в массовых масштабах заме-
нить традиционные методы изготовления ответственных деталей, используемых в авиации и космонавтике.
Новые методы снижают материалоемкость и трудоемкость производства. Ведь не секрет, что в аэрокосмической отрасли традиционные технологии изготовления особенно трудоемки: при изготовлении компонентов снимается до 90 % металла заготовки. При этом значительно растет стоимость детали.
На рассмотрение были представлены две композиции изготавливаемые методом порошковой металлургии: а) (26,5 % РЬ, ост. - графит) - тип 1; б) (10 % РЬ + 3,0 % графита + 30 % Си, ост. - Fe) - тип 2.
Решетневскуе чтения. 2013
Отличительной особенностью разработанной технологии изготовления нового материала явилось введение в его объем алмазно-графитового нанопорошка (НП-АГ), полученного методом детонационного синтеза [1] из углерода, содержащегося во взрывчатых веществах. Отпрессованные из разработанного состава (52 % Бе + 30 % Си + 15 % РЬ + 3 % С) с добавкой 1 % пластификатора (стеарат цинка СзбИ7о042п, температура плавления 122 °С) и спеченные образцы (пористость составляла до 20 %) с использованием ультразвукового генератора УЗГЗ-10 при частоте 22 кГц в течение 30 мин пропитывали суспензией, состоящей из масла И-20А и НП-АГ.
Частицы НП-АГ имеют размер частиц в пределах 2-12 нм. Удельная поверхность НП-АГ составляет 200...420 м2/г и зависит от режима процесса, а также от состава взрывчатого вещества. Содержание углерода в порошке составляет 85 мас.%, алмазов - не более 15 мас. %, остальное - примеси металлов и адсорбированные газы.
Нанопорошки представляют собой тонкодисперсные сверхмелкозернистые образования, размеры которых не превышают 100 нм. Количество атомов в их поверхностном слое и в объеме оказывается соизмеримым, вследствие чего они обладают новыми уникальными свойствами. Рентгеноструктурными, ней-троно- и электронографическими исследованиями установлено [2], что среднее межатомное расстояние в нанодисперсных частицах существенно меньше, чем в соответствующих массивных материалах, а развиваемое в них лапласовское сжимающее давление [3] настолько значительно (103...105 атм.), что вызывает существенное искажение кристаллической решетки, приводит к уменьшению до 10 % объема, влияет на энергию активации большинства процессов таким образом, что в итоге ультрадисперсные среды характеризуются комплексом свойств, существенно отличающихся от таковых для обычных материалов того же состава. В определенной степени эти свойства влияют на характеристики, получаемые с их участием.
Существуют материалы, износ которых можно уменьшить с помощью пропитки, например масляной суспензией, содержащей наноразмерные частицы углерода и алмаза. Пропитка осуществлялась в ультразвуковой ванне. Полученные материалы испытыва-лись на специально разработанном стенде.
Пропитке подвергались углеграфитовые и металло-керамические материалы различных производителей.
Вследствие присутствия в масле ансамблей нано-частиц углерода происходит изменение свойств дисперсионной среды с образованием в ней упорядоченных структур, которые оказывают положительное влияние на процесс поглощения суспензии материалом образца. Наиболее высокое объемное поглощение суспензии наблюдалось при содержании в ней НП-АГ порядка 3,5 мас. %.
Эффект увеличения пропитываемости образцов масляной суспензией, содержащей частицы углерода и алмаза нанометрического диапазона при наложении ультразвуковых колебаний, основан на образовании микроструй вещества, образующихся в результате схлопывания кавитационных пузырьков. Созданные в результате кавитации локальные поля температуры и
скорости в объеме суспензии приводят к уменьшению ее вязкости и усиливают эффект ее проникновения вглубь пористого материала (эффект тиксотропии).
Лабораторные испытания пропитанных образцов проводились в сравнении с углеграфитовыми. Испытания проводилось на стенде при различной относительной скорости непрерывного вращения.
Хорошие результаты показали образцы, изготовленные из металлокерамического материала, пропитанного масляной суспензией, содержащей НП-АГ, в результате чего износ этого образца оказался значительно больше нормы (при этом глубина износа не должна превышать 10 мм). При дальнейших испытаниях износ по мере приработки уменьшается. Кроме того, уменьшение износа образца, как и в случае испытания образцов, пропитанных маслом, связано с образованием на контактной поверхности тонкого слоя смазки, в результате чего уменьшается коэффициент трения и нагрев образца (не выше 100 °С).
В общем виде этот эффект можно отнести за счет проявления эффекта «самосмазывания», подобного тому, который имеет место при работе пористых антифрикционных подшипников, предварительно пропитанных маслом с помощью ультразвуковых колебаний [4]. Сущность эффекта заключается в том, что в процессе трения-скольжения образца по поверхности контактного материала масло поступает в зону трения из капилляров. Кроме того, присутствующие в суспензии частицы алмаза оказывают полирующее воздействие на контактную поверхность.
Библиографические ссылки
1. Ставер А. М., Губарева Н. В., Лямкин А. И. и др. Ультрадисперсные алмазные порошки, полученные с использованием энергии взрыва // Физика горения и взрыва. 1984. № 5. С. 100-103.
2. Морохов И. Д., Трусов Л. И., Чижик С. П. Ультрадисперсные металлические среды. М.: Атом-издат, 1977. 264 с.
3. Физический энциклопедический словарь. М. : Сов. энциклопедия, 1984. 944 с.
4. Гладунова Е. В., Кашо О. С. Применение ультрадисперсных порошков в технологии изготовления самосмазывающихся подшипников // Высокоэнергетические процессы и наноструктуры : материалы межрегион. конф. / КГТУ. Красноярск, 2002. С. 60-61.
References
1. Staver A .M., Gubareva N. V., Ljamkin A. I. i dr. Ul'tradispersnye almaznye poroshki, poluchennye s is-pol'zovaniem jenergii vzryva // Fizika gorenija i vzryva. 1984. № 5. S. 100-103.
2. Morohov I. D., Trusov L. I., Chizhik S. P. Ul'tradispersnye metallicheskie sredy. M. : Atomizdat, 1977. 264 s.
3. Fizicheskij jenciklopedicheskij slovar'. M. : Sov. jenciklopedija, 1984. 944 s.
4. Gladunova E. V., Kasho O. S. Primenenie ul'tra-dispersnyh poroshkov v tehnologi izgotovlenija samos-mazyvajushhihsja podshipnikov // Vysokojenergetiches-kie processy i nanostruktury : materialy mezhregion. konf. ; KGTU. Krasnojarsk, 2002. S. 60-61.
© Сергеева Е. В., 2013
