CC BY
19"Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов
УДК 669.713.7
Е. Д. Комарова, А. Н. Лихачев, Н. Ю. Ефремов
Балтийский государственный технический университет «Военмех» имени Д. Ф. Устинова, Россия, Санкт-Петербург
ОСОБЕННОСТИ МОРФОЛОГИИ КОНТАКТНОЙ ПОВЕРХНОСТИ УГЛЕПЛАСТИКОВЫХ НАПРАВЛЯЮЩИХ ОПОРНЫХ УСТРОЙСТВ
Исследованы модификации контактной поверхности углепластиковых направляющих опорных устройств, связанной с нанесением поверхностно-активного вещества, которое за счет своих физических и химических свойств, а также благодаря способу взаимодействия с поверхностью образцов снижает коэффициент трения, тем самым повышая износостойкость контактных пар.
Задачей исследования являются создание методики снижения коэффициента трения и повышения износостойкости элементов контактных пар опорных устройств систем космического аппарата (КА), выполненных из углепластика, за счет модификации их контактной поверхности поверхностно-активными веществами (ПАВ) на основе фтортензидов.
Цель работы заключается в проведении исследования анизотропности структуры углепластика и изменений, происходящих на его контактной поверхности при испытаниях на трение при модификации контактной поверхности ПАВ.
Материалы и методы исследований. Для исследований использовались углепластик марки КМУ4Л и углепластик на основе волокон M46J и связующего ЭХД-МД. Из них изготавливались образцы для три-бологических испытаний и микроскопического анализа с использованием оптического и сканирующего зондового микроскопов (СЗМ), а также электронного микроскопа. Половина партии образцов обрабатывалась ПАВ на основе фтортензида с целью получения на поверхности образца нанокомпозиции, модифицирующей контактную поверхность углепластика. Технология применения нанокомпозиции включает в себя следующие операции: 1) очистку и высушивание поверхности субстрата; 2) приготовление раствора нанокомпозиции; 3) нанесение полученного раствора на поверхность субстрата; 4) сушку и термофиксацию. Исследованию на СЗМ «NanoEducator» подверглись 2 образца из углепластика - до и после обработки поверхности. На каждом образце была проскани-рована область в центральной части размером 55x55 и 71^71 мкм соответственно. Сканирование осуществлялось в режиме атомно-силовой микроскопии (АСМ) с использованием стандартного зонда, выполненного из вольфрамовой проволоки. В обоих случаях разрешение составляло 128x128 точек. После сканирования полученные изображения рельефов поверхности были подвергнуты обработке в программе ScanViewer, входящем в комплект поставки программного обеспечения к микроскопу. Предварительно при помощи инструмента «Вырезание области» была выделена зона, свободная от эффектов, приведших к искажению изображения в начальной (нижней) области сканирования. Применение инструмента «Сечение» позволило оценить характерные размеры профиля поверхности в нескольких позициях. Оценка плотности распределе-
ния значений высот была произведена в результате применения метода «Гистограмма», входящего в подгруппу методов «Статистика». Образец также был исследован на сканирующем нанотвердомере «На-ноСкан-3Б», Отличительной особенностью нанотвер-домера является применение пьезорезонансного кан-тилевера камертонной конструкции с выращенной на конце алмазной пирамидой высотой 2 мкм. На области размером 101*110 мкм были получены данные о топологии зоны (2Б- и 3 Б-изображение поверхности) и карта распределения модуля упругости. Следует отметить, что изображения топологии поверхности образца без специальной технологической обработки, полученные на двух указанных микроскопах, имеют схожую структуру и близкие по форме и размерам характерные области чередующихся впадин и выступов.
Исследование структурной анизотропии исходных образцов. Необходимость проведения данного исследования вызвана сложностью строения изучаемого материала. Его структура представляет композицию из однонаправленных углеродных волокон и матрицы, уложенных последовательными слоями, имеющими различные направления ориентации. В данной работе исследовались углепластики с симметричной схемой укладки с направлением армирования (0/90)с. Количество слоев для всех видов углепластика было одинаково и равно 16, общая толщина образцов равнялась 1 мм. Габаритные размеры образов составили 40*70 мм. Такое строение образцов приводит к анизотропии физико-механических характеристик объекта исследования. В связи с этим при изготовлении образцов и их испытании важно учитывать структурные особенности плоскости контакта исследуемого материала. Исследование топологии образцов с использованием СЗМ показало, что существует значительная разница в геометрии поверхности образцов, которые были обработаны ПАВом и образ -цами, не прошедшими такую операцию. Исследование профиля зон контрольных образцов, выполненных на основе материала КМУ4Л (без обработки ПАВом), и образцов подвергнутых обработке, показало их существенное различие. Хорошо видно, что для обработанных образцов глубина выступов и впадин контактной поверхности существенно меньше по сравнению с необработанной поверхностью. Если для обработанной поверхности дтбах = 0,06 мкм, то для
Решетневскце чтения
контрольных образцов эта величина Д)ах = 1,8 мкм. Таким образом, коэффициент сглаживания поверхно-
сти Кс =
дн
д
об
равен Кс = 30. Кроме того, на обрабо-
танной поверхности образца наблюдается модуляция профиля поверхности с высотой локальных высот 0,0025.. .0,005 мкм (2,5...5 Н-м).
Топограмма поверхности, обработанной ПАВом, является результатом осаждения на исходную поверхность углепластика столбчатых структур фтор-тензида, которые закрепляются на исходной поверхности, образуя вторичную структуру в виде своеобразного погранслоя. Результаты измерения топограм-мы поверхности обработанного образца показывают, что осаждение фтортензидов приводит к сглажива-
нию поверхности исходного образца за счет преимущественного закрепления наночастиц фтортензида в локальных углублениях исходной поверхности образца, при этом размер осажденных частиц находится в пределах 5 нм. Создание такой подстилающей поверхности позволяет предположить, что эффект снижения коэффициента трения может быть достигнут за счет двух эффектов, первый из которых связан с уменьшением размеров выступов и впадин контактирующих поверхностей (коэффициент сглаживания Кс = 30), что снижает сдвиговые усилия отдельных микровыступов при взаимном перемещении, второй эффект связан с созданием определенной «вторичной» структуры, на основе частиц фтортензида, характеризующихся низким уровнем адгезии, что приводит к снижению уровня силы трения.
E. D. Komarova, A. N. Likhachev, N. Yu. Efremov Baltic State Technical University «Voenmeh» named after D. F. Ustinova, Russia, Saint Petersburg
FEATURES OF MORPHOLOGY CONTACT SURFACE CARBON GUIDE SUPPORT EQUIPMENTS
This paper describe investigation for modification of contact surfaces carbon support guide by active substance. This substance modify physical and chemical characteristics carbon surface and reduce a friction coefficient and raise wear resistant of contact pair.
© Комарова Е. Д., Лихачев А. Н., Ефремов Н. Ю., 2012
УДК 629.7002.3: 620.22-419.8
О. Н. Комиссар, А. К. Хмельницкий ОАО «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология», Россия, Обнинск
ПРИМЕНЕНИЕ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И НАУКОЕМКИХ ТЕХНОЛОГИЙ В ИЗДЕЛИЯХ АВИАЦИОННО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ
Рассматривается опыт применения композиционных материалов в создании космических аппаратов и авиационной техники, а также перспективы применения композиционных материалов в новых разработках.
В настоящее время объем применения полимерных композиционных материалов стал одним из ключевых конкурентных преимуществ, поднимающих эксплуатационные характеристики нового самолета на качественно новый уровень, не достижимый при использовании металлов.
ОАО «ОНПП «Технология», входящие в состав Холдинга ОАО «РТ-Химкомпозит» Государственной корпорации «Ростехнологии», сегодня представляет из себя уникальный для российской экономики центр компетенции, включающим в себя Государственный научный центр Российской Федерации, выполняющий фундаментальные, опережающие исследования и прикладные разработки, и современное серийное производство. Предприятие располагает весомым, постоянно пополняемым научно-техническим заделом, научно-исследовательскими и производственно-
технологическими мощностями, уникальным специализированным оборудованием, квалифицированными научными, технологическими и конструкторскими кадрами, опытом разработки, экспериментальной отработки, внедрения технологий и серийного производства агрегатов из полимерных композиционных материалов для отечественных пассажирских и военных самолетов, ракет-носителей, космических аппаратов. Исследования и разработки, проводимые на границе нескольких областей знаний при взаимном использовании научных результатов и сотрудничестве специалистов разных направлений, позволяют создавать принципиально новые технологии материалов и изделий, внедряемые в серийное производство. Комплексный подход при создании изделий из полимерных композиционных материалов включает мате-риаловедческие, конструкторско-технологические ис-
