Оборудование, позволяющее равномерно нанести хром на металлическую поверхность сложной формы гальваническим способом с применением внешнего магнитного поля Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.7.09

ОБОРУДОВАНИЕ, ПОЗВОЛЯЮЩЕЕ РАВНОМЕРНО НАНЕСТИ ХРОМ НА МЕТАЛЛИЧЕСКУЮ ПОВЕРХНОСТЬ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ ГАЛЬВАНИЧЕСКИМ СПОСОБОМ С ПРИМЕНЕНИЕМ ВНЕШНЕГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ

А. Ю. Володин, Н. Т. Локтионов, Д. С. Заруба, Н. В. Величко Научный руководитель - В. П. Назаров

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Рассматриваются технические особенности оборудования, позволяющего равномерно нанести хром на металлическую поверхность сложной формы гальваническим способом с применением внешнего магнитного поля.

Ключевые слова: хромирование, гальваническое покрытие, магнитное поле, жидкостный ракетный двигатель.

EQUIPMENT THAT ALLOWS THE CHROMIUM TO BE UNIFORMLY APPLIED

TO A METAL SURFACE OF A COMPLEX SHAPE BY GALVANIC THEATMENT USING AN EXTERNAL MAGNETIC FIELD

A. Yu. Volodin, N. T. Loktionov, D. S. Zaruba, N. V. Velichko Scientific Supervisor - V. P. Nazarov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation

E-mail: [email protected]

Technical features of the equipment allowing to apply chrome evenly on a metal surface of a complex shape by a galvanic method using an external magnetic field.

Keywords: chromium plating, galvanic coating, magnetic field, liquid rocket engine.

Одним из важных требований, предъявляемых к ЖРД, является повышение энергетических характеристик, уменьшение массы, габаритов двигателя при сохранении затрат на разработку и эксплуатацию [1]. Важнейшим направлением развития ЖРД является улучшение схемы двигателя, применение новых конструкционных материалов и технологии изготовления двигателя, улучшение конструкции узлов и агрегатов. Насущным требованием современной космонавтики является разработка кислородно-углеводородных жидкостных ракетных двигателей новых схем многократного включения, имеющих высокие энергетические характеристики, для перспективных ракет-носителей, разгонных блоков и многоразовых транспортных космических систем. Перед машиностроением остро стоит проблема повышения экологичности и производительности технологических процессов, позволяющих качественно модифицировать поверхности металлов.

Под процессом хромирования понимают диффузионное насыщение хромом поверхностей разнообразных изделий из стали. Также химическим хромированием называют операцию осаждения хрома (требуемым слоем) из электролита на поверхность изделия. Хромовые покрытия характеризуются такими свойствами, как замечательной химической стойкостью, показателем микротвердости по HV-шкале от 950 до 1 100 единиц, износо- и жаростойкостью, малым коэффициентом трения и возможностью нанесения диапазона толщины покрытия (от 5 до 300 и более

Секция «Двигателии энергетические установки летательньш и космических аппаратов»

микрометров). Весь комплекс озвученных характеристик и обуславливает популярность данного гальванического покрытия, а также широкую сферу применения хромирования, которое широко используется в порошковой металлургии, при производстве изделий из резины и пластмассы (хромируются пресс-формы для таких изделий), для увеличения износостойкости и показателей твердости разнообразного режущего и специального мерительного инструмента, в автомобилестроении, при выпуске технических механизмов и деталей, которые постоянно трутся между собой и быстро выходят из строя, если на них не наносить специальной защиты, а также в таких особо важных областях, как авиа- и ракетостроение. Благодаря этому процессу сталь становится прочнее, не подвергается газовой коррозии, а также не разрушается в морской и обычной воде, азотной кислоте. При нанесении износостойких покрытий, как на новые детали, так и на ранее эксплуатировавшиеся (восстановление) требуется применять специальные подвесные приспособления и аноды. Это необходимо для равномерного осаждения покрытия, ибо электролиты для хромирования обладают низкой рассеивающей способностью.

Процесс получения равномерных по толщине хромовых покрытий, частично или полностью исключающий окончательную механическую обработку деталей, получил название размерного хромирования. При хромировании внешней поверхности цилиндрических деталей в случаях, когда не применяются специальные подвесные приспособления с кольцевым и индивидуальным и анодами, рекомендуется использовать круглые аноды диаметром 40-80 мм. Аноды располагают таким образом, чтобы вокруг каждой детали было не менее четырех анодов. Оптимальным межэлектродным расстоянием считается 100-150 мм. Во многих случаях, например, при хромировании штампов, для размерного хромирования применяют профилированные аноды, воспроизводящие рельеф покрываемой поверхности [2].

Актуальной задачей, на сегодняшний день, является разработка оборудования, позволяющего получить равномерное покрытие на металлической поверхности сложной конфигурации без применения сложных профилированных анодов, воспроизводящих рельеф покрываемой поверхности, и без использования последующего выравнивания покрытия до требуемой толщины.

Исследование заключается в проведении экспериментов с применением микроконтроллерных систем и составлением анализа влияния магнитного поля на распределение потоков электронов в процессе хромирования, а также получение данных микроструктуры по результатам исследования в части равномерного нанесения хрома на сложную поверхность гальваническим способом.

Новизна метода заключается в использовании электромагнитной индукции в процесс нанесения хрома на сложную металлическую поверхность гальваническим способом. Внешнее магнитное поле создается за счет движения постоянных магнитов, находящихся в капсулах, которые расположены в замкнутом контуре-трубе с патрубками для подвода и отвода жидкости. Движение капсул осуществляется за счет подвода и течения жидкости от теплообменника гальванической ванны в процессе хромирования.

Управление процессом равномерного нанесения хрома на сложные металлические поверхности гальваническим способом позволит создать оптимальные условия для изготовления деталей сложной геометрии и разрабатывать алгоритмы установления требуемых параметров для контроля нанесения толщины покрытия без последующей обработки. Рекомендации по практическому применению разработанной математической модели, показывающей влияние магнитного поля на равномерное нанесения хрома на сложные металлические поверхности гальваническим способом при изготовлении деталей для кислородно-углеводородных жидкостных ракетных двигателей новых схем, для перспективных ракет-носителей, разгонных блоков и многоразовых транспортных космических систем [3].

Разработанное оборудование для равномерного нанесения хрома на сложные металлические поверхности гальваническим способом с применением внешнего магнитного поля позволит применять новейшую технологию в современной технике и, особенно, в таких ее областях, как авиационная, ракетно-космическая, ядерная, энергетическая, химическая промышленности, широко развивающихся в Красноярском крае.

Библиографические ссылки

1. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей : учебник для студ. вузов / Г. Г. Гахун, В. И. Баулин, В. А. Володин и др. : под общ. ред. проф. Г. Г. Гахуна. М. : Машиностроение, 1989. 424 с.

2. Sigma-test.ru [Электронный ресурс] : сайт инновационных промышленных разработок. URL: http://www.sigma-test.ru/publitsistic/galvanika/24/index.shtml (дата обращения: 02.02.2017).

3. Володин А. Ю., Заруба Д. С., Величко Н. В. Способ электролитно-плазменной обработки внутренних пространственно-сложных поверхностей различной кривизны корпусных деталей центробежных насосов ЖРД// Решетневские чтения : материалы ХХ Междунар. науч. конф. / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2016.

© Володин А. Ю., Локтионов Н. Т., Заруба Д. С., Величко Н. В., 2017