Применение нанотехнологий для упрочнения поверхности металлоизделий Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

- влияние точности изготовления составных частей антенной системы;

- повторяемость наведения антенны при помощи электромеханических приводы и т. д.

Детальный анализ составляющих и методов снижения их влияния зависит от конфигурации и состава конкретной антенной системы.

Так, например, для антенных систем, установленных на электромеханические привода, ошибку повторяемости наведения антенны можно уменьшить установкой контрольных оптических элементов, измерением их взаимного положения и последующей выставкой на всех этапах работ с антенной системой.

В настоящее время по данной методике проведены анализы, расчеты, исследования и эксперименты, показывающие, что применение данной методики позволяет значительно снизить величину ошибки определения положения оси диаграммы направленности антенной системы без использования сверхдорогостоящего оборудования, а также уменьшить величину проектного запаса, закладываемого при определении положения оси диаграммы направленности, что по-

зволяет значительно повысить точность наведения антенн космических аппаратов при работе на орбите.

Актуальность использования такой методики очень велика, так как в последнее время на космические аппараты устанавливается все больше и больше антенн с узкой диаграммой направленности, при наведении которой необходимо максимально снизить ошибку нацеливания передаваемого сигнала на абонента.

Библиографическая ссылка

1. Изюмов Н. М., Линде Д. П. Основы радиотехники. М. ; Л. : Энергия, 1965.

Reference

1. Izymov N. M., Linde D. P. Osnovi radiotechniki, M. ; L. : Energia, 1965.

© Краевский П. А., Чеботарев В. Е., 2013

УДК 621.3.049

ПРИМЕНЕНИЕ НАНОТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ

МЕТАЛЛОИЗДЕЛИЙ

Г. Г. Крушенко

Институт вычислительного моделирования СО РАН Россия, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50. E-mail: [email protected]

Описаны некоторые нанотехнологии упрочнения поверхности металлоизделий из алюминиевых сплавов и сталей.

Ключевые слова: нанотехнологии, упрочнение, металлоизделия.

THE USE OF NANOTECHNOLOGIES FOR METALWARES SURFACES

HARDENING

G. G. Krushenko

Institute of Computational Modeling SB RAS 50, Akademgorodok, Krasnoiarsk, 660036, Russia. E-mail: [email protected]

Some nanotechnologies of the aluminum alloys and steels metal wares surfaces are described.

Keywords: nanotechnologies, hardening, metalwares.

В настоящее время бурно развивается отрасль, называемая нанотехнологией, которая включает сотни разнообразных технологий [1]. Нанотехнологии в приложении к машиностроению - это совокупность физико-химических процессов, позволяющих контролируемо работать с нанообъектами, размеры которых находятся в пределах от 1 до 100 нанометров (1 нм = = 10-9 м), с целью формирования в конечном счете требуемых характеристик изделий из металлических композиций и других материалов.

Ниже приведено описание только двух из целого ряда разработанных с участием автора нанотехноло-

гий (25 авторских свидетельств и патентов), связанных с упрочнением поверхности металлоизделий.

Упрочнение поверхности металлоизделий способом электроискрового легирования [2].

Электроискровое легирование (ЭИЛ) относится к упрочняющим технологиям, которые основываются на взаимодействии материалов с высококонцентрированными потоками энергии и вещества. С целью упрочнения поверхности изделий из алюминиевых сплавов с применением НП нитрида кремния SiзN4 и нитрида титана ТШ было применено электроискровое легирование (ЭИЛ). Технологию упрочнения отраба-

Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов

тывали на плоских заготовках, вырезанных из прессованных полос алюминиевого деформируемого сплава Д1, упрочняемую поверхность которых предварительно промывали 10...15 мин в 15%-м растворе каустической соды при 363 К, после чего их сушили в потоке горячего воздуха. Затем в поверхность металла в течение около 2 мин втирали НП. После этого с помощью установки «Эмитрон-14» при использовании графитового электрода диаметром 6 мм (графит марки МПТ-6) производили электроискровую обработку поверхности при круговых перемещениях электрода со скоростью 0,07...0,09 мм/мин, частоте вибрации / = 400 Гц и рабочем токе 1Р = 1 А. Из упрочненных заготовок вырезали цилиндрические образцы диаметром 10 мм и высотой 15 мм. На приборе ПМТ-3 измеряли микротвердость упрочненной поверхности (по Виккерсу НУ). Испытания на износ проводили на машине МТ-2 при возвратно-поступательном перемещении образцов по контртелу из стали Ст3 в течение 3 ч при удельной нагрузке 10 Н/мм2. В качестве смазки использовали трансформаторное масло, которое подавалось в зону трения непрерывно в автоматическом режиме. Износ определяли по потере массы образцов путем их взвешивания на аналитических весах ВЛА-200 до и после испытания. Полученные данные показали, что ЭИЛ поверхности образцов из сплава Д1 графитовым электродом повышает ее микротвердость в 1,8 раза по сравнению с необработанным сплавом (с 200 до 360 ед. НУ), а обработка НП

с последующей ЭИЛ графитовым электродом — в 1,87 раза (до 374 ед. НУ) и обработка НП ТШ и ЭИЛ графитовым электродом - в 2,26 раза (до 453 ед. НУ). При этом износ упрочненной поверхности уменьшился соответственно в 1,84; 2,3 и в 4 раза.

Результаты этого эксперимента были использованы для повышения стойкости кокилей, отливаемых из алюминиевого сплава АК7 и применяемых для литья лодочных винтов из этого же сплава с массой 0,83 кг и диаметром по периферии лопастей 240 мм. Кокиль состоит из двух частей с горизонтальным разъемом. При удалении из него отлитых винтов, имеющих достаточно сложную криволинейную поверхность, происходит силовое и истирающее воздействие на места, оформляющие переходы лопастей к ступице, что приводит в конечном счете к их деформации. Результатом этого является изменение размеров как полости формы, так и тех мест отливок, которые они оформляют. При эксплуатации кокиля с неупрочненной рабочей поверхностью, предварительно окрашенной огнеупорной краской, геометрия полости формы четко воспроизводились на 190...250 отливках, а в результате предварительной обработки этой поверхности НП ТШ с последующей ЭИЛ графитовым электродом и окраской той же огнеупорной краской воспроизводимость размеров полости формы, а следовательно, и геометрия отливаемых винтов, сохранялась до съема 320.350 отливок (больше в 1,3.1,6 раза).

Повышение износостойкости стальных деталей плазменным силицированием [3].

Принцип нанотехнологий был реализован при разработке способа упрочнения методом плазменного силицирования формообразующих поверхностей мат-

риц и пуансонов чеканочных прессов, изготовляемых из высококачественных легированных сталей с У8 и У10. Работа выполнена на Алма-Атинском заводе тяжелого машиностроения в рамках проведения совместных исследовательских работ по повышению качества металлопродукции. Одним из массовых изделий, выпускаемых заводом, являются изготовляемые из хромистой 40Х и хромо-ванадиевой 40ХФА сталей «ключи гаечные двусторонние», номенклатура которых исчисляется десятками наименований (размер открытого зева от 10*12 до 22*24 мм), а количество каждого наименования - до нескольких тысяч в год.

При их изготовлении применяются чеканочные кривошипно-коленные прессы с усилием 400.1000 т, с помощью которых доводится конфигурация ключей. Стали, из которых их изготовляют, обладают достаточно высокими прочностными характеристиками, в связи с чем поверхности формообразующих вставок, устанавливаемых в матрице и пуансоне чеканочного пресса, подвергаются повышенному износу, что снижает ресурс их эксплуатации.

С целью упрочнения рабочих поверхностей формообразующих вставок была использована одна из упрочняющих технологий - плазменное силицирова-ние. В основе разработанной производственной технологии лежит процесс плазмохимического осаждения на поверхность изделия и внедрения в нее атомов (кластеров, наночастиц) кремния из газовой фазы с помощью ВЧИ-генератора.

Установка состоит из питателя аргона; термостата; емкости, содержащей кремнийорганическую жидкость; трубки, предназначенной для подачи смеси плазмообразующего газа (аргон) с парами кремнийор-ганической жидкости; газооформителя; высокочастотного индуктора; обрабатываемого изделия и стола-манипулятора. В процессе работы в центральном объеме устройства формируется плазмоид и струя низкотемпературной плазмы, содержащая пары кремния. В качестве плазмообразующего газа использовали аргон. Источником упрочняющего материала - кремния - служило жидкое кремнийорганическое соединение ТЭОС - химическое соединение тетраэтокси-силан или тетраэтилортосиликат С2Н5О)481. Рабочая частота, создаваемая ВЧИ-генератором, составляла 1 МГц при потребляемой мощности в пределах 35.40 кВт. Скорость плазменного потока (ламинарный), имеющего температуру 8773 К, находилась в пределах 25.30 м/с. Диаметр пятна прижога в области контакта плазменной струи с обрабатываемой поверхностью на расстоянии 45.60 мм от среза сопла плазмотрона до поверхности составлял около 60 мм. Смесь газа-носителя аргона с парами ТЭОС готовилась в герметически закрытой металлической термостатированной (~363 К) емкости, в которой находился жидкий ТЭОС и через которую с помощью заглубленной трубки барботировал аргон. Эта газообразная смесь подавалась в газооформитель плазмотрона и дальше - в образующийся внутри него плаз-моид, где и происходило разложение ТЭОС с выделением атомарного кремния. Поток плазмы, несущий атомы кремния, на высокой скорости соударялся

с поверхностью обрабатываемого изделия, в результате чего и происходило ее упрочнение.

Обрабатываемые матрицы и пуансоны устанавливались в тиски стола-манипулятора, который в процессе обработки совершает в автоматическом режиме возвратно-поступательные перемещения в горизонтальной плоскости с заданной скоростью. Перед упрочняющей обработкой поверхность деталей обезжиривали ацетоном, а в случае необходимости с нее предварительно удаляли окисную пленку.

В результате плазменного силицирования (в течение 40.. .50 с за 3.. .4 прохода) полированных рабочих поверхностей матриц и пуансонов, изготовленных из сталей У8 и У10 и применяющихся для штамповки стальных деталей, срок их службы увеличился в 2,5 раза, а из стали 7Х3 - в 8 раз по сравнению с неупрочнен-ными этим способом матрицами и пуансонами.

Библиографические ссылки

1. Крушенко Г. Г., Решетникова С. Н. Применение и перспективы развития нанотехнологий // Вестник СибГАУ. 2007. Вып. 3. С. 103-106.

2. Крушенко Г. Г., Пинкин В. Ф., Василенко З. А. Повышение износостойкости алюминиевых сплавов электроискровым легированием // Литейное производство. 1994. № 3. С. 13-14.

3. Крушенко Г. Г., Москвичев В. В., Буров А. В. Повышение износостойкости чеканочного инструмента плазменным силицированием. Технология машиностроения. 2004. № 5. С. 27-28.

References

1. Krushenko G. G., Reshetnikova S. N. Primenenie i perspektivy razvitija nanotehnologij. Vestnik SibGAU. 2007. Vyp. 3. S. 103-106.

2. Krushenko G. G., Pinkin V. F., Vasilenko Z. A. Povyshenie iznosostojkosti aljuminievyh splavov jelek-troiskrovym legirovaniem. Litejnoe proizvodstvo. 1994. № 3. S. 13-14.

3. Krushenko G. G., Moskvichev V. V., Burov A. V. Povyshenie iznosostojkosti chekanochnogo instrumenta plazmennym silicirovaniem. Tehnologija mashinostroe-nija. 2004. № 5. S. 27-28.

© Крушенко Г. Г., 2013

УДК 539.374

«ПУСТОТЕЛЫЕ» КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Г. Г. Крушенко

Институт вычислительного моделирования СО РАН Россия, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50. E-mail: [email protected]

Описаны современные технологии получения пенометаллов из металлических расплавов и их применение в технике.

Ключевые слова: пенометаллы, технологии изготовления, применение.

HOLLOW CONSTRUTION MATERIALS

G. G. Krushenko

Institute of Computational Modeling SB RAS 50, Akademgorodok, Krasnoiarsk, 660036, Russia/ E-mail: [email protected]

Some technologies of making the foam materials from the metallic liquids and their application in technique are described.

Keywords: metallic foams, technologies of making and application.

Аксиомой при работе с металлоизделиями, применяемыми в различных отраслях машиностроения, является отсутствие в них пустот, наличие которых ухудшает их физико-механические характеристики. Однако при этом в технике существуют и технологии изготовления металлических материалов, в которых, напротив, специально формируют пустоты/ячейки/поры. Одна из технологий производства пустотелых конструкционных материалов заключается во вспенивании жидкого металла с последующей его кристаллизацией. Такие материалы получили название «пенометал-

лы», ПМ (metallic foams), или «ячеистые металлы» (cellular metals), а также «пористые металлы» (porous metals).

В настоящее время ПМ получают с помощью двух основных технологий [1] - литьем и порошковой металлургией.

ПМ обладают благоприятным сочетанием физических и механических характеристик, таких как высокая жесткость в сочетании с очень низкой плотностью (низким удельным весом) и/или с высокой газопроницаемостью в сочетании с высокой теплопроводностью,