CC BY
15
УДК 539.374
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВКИ ИЗ ПЕНОАЛЮМИНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОРОФОРА МРАМОРА
В. А. Кочкина, В. Б. Осипов, Г. В. Кочкина
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: kochkinagalina1976@gmail.com
Описана технология получения заготовки пеноалюминиевой сэндвич-панели методом порошковой металлургии в аэрокосмической технике.
Ключевые слова: пеноалюминий, ячеистый алюминий, пенообразователь, порофор.
THE TECHNOLOGY OF OBTAINING A PREFORM OF FOAM-ALUMINUM WITH THE USE OF MARBLE POROFOR
V. A. Kochkina, V. B. Osipov, G. V. Kochkina
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: kochkinagalina1976@gmail.com
The technology of obtaining a preform of a foam-aluminum sandwich panel by the method of powder metallurgy in aerospace engineering is described.
Keywords: foam-aluminum, cellular aluminum, foaming agent, porofor.
В авиакосмической промышленности замена пенометаллическими панелями дорогостоящих сотовых конструкций может сократить издержки производства. Так как доля алюминия в конструкциях самолетов составляет от 2/3 до 3/4, а ракет - от 1/20 до 1/2, то возможность замены монолитных материалов на пористые в крупных элементах конструкции является перспективной задачей. Замена дорогостоящих сотовых конструкций панелями из ПА [1-2] может существенно сократить издержки производства телекоммуникационных спутников и другой космической техники, где имеет место тенденция роста соотношения массы полезной нагрузки (исследовательское оборудование, закрепленное на спутнике), к общей массе запускаемого космического аппарата (платформа).
Основные технические характеристики порофора - температура его разложения и количество газа, выделяющееся при реакции. Последнее показывает сколько газа (в кубических сантиметрах) образуется при разложении 1 грамма порофора [3]. Для получения пенометаллов в основном используются такие порофоры, как гидрид титана (TiH2), гидрид бария (BaH2), гидрид магния (MgH2), гидрид циркония (ZrH2), карбонат кальция (CaCO3). Карбонат кальция (мел, мрамор, известняк) - CaCO3, неорганическое химическое соединение, соль угольной кислоты и кальция. В природе встречается в виде минералов - кальцита, арагонита, является главной составной частью известняка, мела и мрамора. Твердый белый порошок, молекулярная масса 100,09 г, плотность 2,74 г/см3, температура плавления кальцита - 825 °C, арагонита - 1339 °C. Температура разложения карбоната кальция 600-1100 °C. При нагревании до 900-1000 °C разлагается на оксид - негашёную известь CaO, и кислотный оксид - углекислый газ С02 по уравнению: CaCOs ^ СаО + CO2 [4].
Основными величинами, определяющими физические свойства пеноалюминия, являются его плотность и объемная концентрация пор (пористость), которые связаны между собой зависимостью:
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2018. Том 1
т = 1 [5],
Р А1
где т - пористость; р - плотность пеноалюминия; рА1 - плотность алюминия (2,77 г/см3). Размер пор пеноалюминия можно регулировать в пределах от долей миллиметра до 20-30 мм [5].
Технология получения пеноалюминия [6]
В работе [6] по получению пеноалюминия с использованием в качестве порофора применяли крошку Саяногорского мрамора Согласно сертификату качества по минералогическому составу Саяногорские мрамора являются существенно кальцитовыми [7]. Химический состав в среднем находится в пределах: 52-55,2 % СаО; 0,009-0,054 % 8; 0,30-1,50 % 0,006-0,011 % Р; 0,41-4,57 % 8Ю2; 0,012-0,119 % Бе2О3; 0,06-0,25 % А12О3; п.п.п. (прочие потери при прокаливании) - 41,17-43,75 %. Мраморную крошку предварительно измельчали дроблением до частиц размером порядка 100 мкм.
Технологию получения пеноалюминия заключалась в выполнении следующих операций: расплавление алюминия марки А7 в тигельной печи сопротивления СНОЛ 1,6.2,5.1/9-И3 в шамотно-графитовом тигле ^ доведение температуры расплава до 800 °С ^ выемка тигля из печи ^ засыпание на зеркало металла мраморного порошка в количестве 5 масс. % от массы металла при одновременном его замешивании в расплав ^ установка тигля в печь ^ выдержка 10 мин при 800 °С ^ выемка тигля и перемешивание расплава в течение 3-х мин. ^ установка тигля в печь ^ выдержка 15 мин. при 850 °С ^ выемка тигля из печи ^ затвердевание пеноалюминия на воздухе непосредственно в тигле. После затвердевания металла полученную заготовку удаляли из тигля (см. рисунок).
Качество изделий из пенометаллов оценивается по прочности при испытании на сжатие, на прогиб или на пробой. Механические свойства пенометаллов определяются количеством, размерами, формой и характером распределения пор по объему. Для подсчета количества и размеров пор на шлифе пеноматериала возможно использование математически точного метода случайных секущих [8], а также можно выполнить численное моделирование механических свойств пористых металлов с закрытыми порами с применением метода конечных элементов [9].
Библиографические ссылки
1. Rvan S., Christiansen E. L. Honeycomb vs. foam: evaluating potential upgrades to ISS module shielding [Электронный ресурс]. URL: https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/ 20090016347.pdf (дата обращения: 05.04.2018).
2. Rvan S., Hedman T., Christiansen E.L. Honeycomb vs. foam: evaluating a potential upgrades to international space station module shielding for micrometeoroids and orbital debris [Электронный ресурс]. URL: https://ston.jsc.nasa.gov/collections/trs/_techrep/TM-2009-214793.pdf (дата обращения 05.04.2018).
3. Химические вспениватели (порофоры) [Электронный ресурс]. URL: http://niitehimlaz. 2mcl.com/view_post.php?id=465 (дата обращения: 16.04.2018).
4. Дикерсон Р., Грей Г, Хейт Дж. Основные законы химии. В 2-х т. : пер. с англ. М. : Мир, 1982. 652 с.
5. Сарафанов М. А. Новая технология и оборудование для получения конструкционных материалов на основе пеноалюминия // Тяжелое машиностроение, 2011. № 2. С. 34-38.
6. Крушенко Г. Г., Редькин В. Е., Ардамин В. А. Технологии получения и применение пенометаллов в технике // Проблемы разработки, изготовления и эксплуатации ракетно-космической и авиационной техники : материалы VI Всерос. науч.-техн. конф. Омск : Изд-во ОмГТУ, 2011. С. 116-118.
7. Крушенко Г. Г. Получение и применение пористых металлических материалов в технике // Вестник СибГАУ. 2012. Вып. 5 (45). С. 181-184.
8. Салтыков С. А. Стреометрическая металлография. М. : Металлургия, 1976. 270 с.
9. Золотухин А. В., Садовский В. М. Численное моделирование свойств пористых металлов // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : материалы Всерос. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых специалистов. В 2 т. ; СибГАУ. Красноярск, 2011. Т. 1. С. 138-139.
© Кочкина В. А., Осипов В. Б., Кочкина Г. В., 2018
