Тепло- и электрофизические характеристики наноструктурных покрытий, сформированных на поверхности несущих конструкций бортовой радиоэлектронной аппаратуры методом микродугового оксидирования Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Решетневскуе чтения. 2014

УДК 544.653.1; 620.193.27

ТЕПЛО- И ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАНОСТРУКТУРНЫХ ПОКРЫТИЙ,

СФОРМИРОВАННЫХ НА ПОВЕРХНОСТИ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ БОРТОВОЙ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ МЕТОДОМ МИКРОДУГОВОГО ОКСИДИРОВАНИЯ

А. К. Чубенко1, С. Б. Сунцов2, Д. А. Мутасов2, А. И. Мамаев1

Национальный исследовательский Томский государственный университет

Российская Федерация, 634050, г. Томск, просп. Ленина, 36 2ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

E-mail: ch@qwertynet.ru

Рассмотрена возможность формирования на поверхности сплава магния МА2-1 наноструктурных покрытий методом микродугового оксидирования в электролите на основе гексафторсиликата натрия. Определены электро- и теплофизические характеристики покрытий. Показано, что сформированные покрытия обладают высокой коррозионной стойкостью и перспективны в качестве функциональных и защитных слоев для несущих конструкций бортовой радиоэлектронной аппаратуры.

Ключевые слова: микродуговое оксидирование, керамическое наноструктурное покрытие для сплавов магния, напряжение пробоя, коэффициент излучения, коррозионная стойкость.

HEAT AND ELECTRICAL CHARACTERISTICS OF NANOSTRUCTURE COATINGS FORMED ON THE SURFACE OF ONBOARD AVIONICS BEARING STRUCTURES BY MICROARC OXIDATION

А. К. Chubenko1, S. B. Suntsov2, D. A. Mutasov2, А. I. Матаеу1

1National Research Tomsk State University 36, Lenin Av., Tomsk, 634050, Russian Federation 2JSC "Information Satellite Systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation

E-mail: ch@qwertynet.ru

The possibility of nanostructure ceramic coating formation on magnesium surfaces (alloy MA2-1) in electrolyte composition based on sodium fluorosilicate by microarc oxidation is considered. Electrical and thermal characteristics of the coatings are determined. It is shown that the coatings formed in electrolyte based on sodium fluorosilicate have high corrosion resistance and the potential as functional and protective layers for load-bearing structures of onboard radio-electronic equipment.

Keywords: microarc oxidation, ceramic nanostructure coating for magnesium alloys, breakdown voltage, emissiv-ity, corrosion resistance.

Магниевые сплавы обладают уникальными физико-механическими свойствами, сочетающими в себе низкую плотность и достаточно высокую прочность. Для ряда направлений в приборостроении прогрессивной тенденцией мог бы стать переход в области конструкционных материалов от сплавов алюминия к сплавам магния. Особенно актуально это в сфере конструирования бортовой радиоэлектронной аппаратуры (БА) космических аппаратов и в авионике. Главным фактором, сдерживающим более широкое применение магниевых сплавов, является их достаточно низкая в сравнении с алюминием коррозионная стойкость. Кроме того, развитие современного приборостроения предъявляет новые функциональные требования к поверхностным слоям несущих конструкций БА. Среди таких требований следует выделить потребность в обеспечении надежной электрической изоляции от металлического корпуса, а также способность обеспечивать достаточно интенсивный сброс

тепловой энергии за счет высокого коэффициента излучения в ИК-диапазоне.

Анализ мирового уровня техники в области нанесения защитных покрытий на сплавы магния позволяет сделать вывод о целесообразности применения микродугового оксидирования (МДО) во фторидно-силикатных электролитах для формирования наност-руктурных керамических покрытий. В нашей стране за последнее десятилетие метод микродугового оксидирования вышел на промышленный уровень [1; 2]. Создано соответствующее технологическое оборудование, разработана необходимая техническая документация. Однако до настоящего времени внедрение данной технологии было ограничено обработкой изделий из сплавов алюминия.

Целью настоящей работы является исследование процесса формирования керамических наноструктур-ных покрытий на магнии в электролитах на основе гексафторсиликата натрия, определение их коррози-

Наноматериалы и нанотехнологии в аэрокосмической области

онной стойкости, теплофизических и электрофизических характеристик.

Для формирования покрытий использовались образцы сплава МА2-1 (3,8...5 % масс. А1; 0,6... 1,5 % масс. 2п; 0,2.0,6 % масс. Мп; остальное - Mg). По своим физико-механическим характеристикам МА2-1 пригоден для изготовления различных элементов систем охлаждения силовой электроники [3].

Непосредственно перед нанесением покрытий образцы протравливали в 1 М растворе плавиковой кислоты в течение 10 секунд. Формирование покрытий осуществлялось в водном растворе, содержащем гек-сафторсиликат натрия №281Б6 (18 г/л) и щелочь КОН (20 г/л). В ходе нанесения покрытий электролит непрерывно перемешивали в ванне из нержавеющей стали, снабженной рубашкой охлаждения, так чтобы его температура не превышала 35 оС. В качестве про-тивоэлектрода выступал корпус ванны.

Электровоздействие осуществлялось посредством коммерчески доступного полупромышленного импульсного источника питания «Согип&» разработанного ООО «Сибспарк». Величина плотности тока не превышала 150 А/дм2, максимальное поляризующее напряжение составляло 300 В.

В результате были сформированы плотные хорошо прилегающие к основе покрытия, имеющие равномерный почти белый цвет. Толщину покрытий определяли согласно ГОСТ 9.302 (п. 3.7) с помощью вих-ретокового толщиномера Риа№х 1500. Толщина покрытий составила (15±1,4) мкм.

Коэффициент излучения поверхности образцов определялся методом ИК-термографии согласно А8ТМ Е1933-99. Для проведения измерений использовалась система инфракрасного наблюдения БЫЯ ТИегшаСАМ Р65 Ж. В результате было установлено, что магниевые образцы с покрытием МДО обладают коэффициентом излучения в диапазоне 0,91-0,96. Коэффициент излучения исходных образцов сплава магния МА2-1 - 0,21.

Из представленных данных видно, что в составе покрытий преобладает кислород, элемент основы -магний, также содержится значительное количество кремния и углерода. Суммарное содержание натрия и калия не превышает 2 %.

Напряжение пробоя покрытий определяли согласно ГОСТ 6433.3-71 на универсальной пробойной установке УПУ-5М. Напряжение пробоя слоя покрытия составило 400 В.

Испытания коррозионной стойкости покрытий проводили в камере солевого тумана абсои: СС 450 при температуре (35±2)°С согласно ГОСТ 9.308-85, метод 1 (нейтральный солевой туман), а также в кли-магической камере при температуре 30±2 °С и влажности 95±3 %. После проведения в течение 450 часов испытаний покрытий МДО в камере солевого тумана отсутствовали коррозионные разрушения; также коррозионные разрушения не были обнаружены после испытаний в климатической камере при температуре 30±2 °С и влажности 95±3 % в течение 648 часов. Оценка коррозионной стойкости покрытия МДО на

сплаве МА2-1 согласно ОСТ 92-1346-83 - 1Ц (вполне стойкое со слабым изменением цвета без признаков коррозии).

Таким образом, для сплава магния МА 2-1 разработаны наноструктурные покрытия МДО, обладающие функциональными характеристиками, обеспечивающими надежные изоляционные свойства, коррозионную стойкость в сочетании с высоким коэффициентом излучения в ИК-диапазоне.

Внедрение покрытий МДО на предприятиях космической отрасли позволит осуществить переход в области конструкционных материалов от алюминия к сплавам магния. Используемый для нанесения покрытий электролит на основе гексафторсиликата натрия не содержит сильных окислителей, кислот, хро-матов и солей тяжелых металлов, безопасен с точки зрения охраны труда и окружающей среды и не требует сложной системы утилизации.

Библиографические ссылки

1. Мамаев А. И., Мамаева В. А., Бориков В. Н., Дорофеева Т. И. Формирование наноструктурных неметаллических неорганических покрытий путем локализации высокоэнергетических потоков на границе раздела фаз : учеб. пособие. Томск : Изд-во Томск. гос. ун-та, 2010. 360 с.

2. Мамаев А. И., Мамаева В. А. Вольтамперные зависимости, высоковольтная импульсная техника, технологии и контроль синтеза наноструктурных неорганических неметаллических покрытий. От теории до коммерциализации // Теория и практика электроаналитической химии : сб. трудов симпозиума ТПУ. Томск, 2010. 185 с.

3. Животкевич И. Н., Смирнов А. П. Надежность технических изделий. М. : Олита, 2003. С. 472.

References

1. Mamaev A. I., Mamaeva V. A., Borikov V. N., Dorofeeva T. I. Formirovanie nanostrukturnyh nemetal-licheskih neorganicheskih pokrytiy putjem lokalizacii vysokoenergeticheskih potokov na granice razdela faz (Formation of nanostructured inorganic non-metallic coatings by the localization of high flows at the interface) : uch. posobie. Tomsk, TGU, 2010, 360 p.

2. Mamaev A. I., Mamaeva V. A Voltampernye zavisimosti, vysokovoltnaya impulsnaya tehnika, tehnologii i control' sinteza nanostrukturnyh nemetal-licheskih neorganicheckih pokrytiy. Ot teorii do kommer-cionalizacii (Current-voltage dependence, high-voltage pulse technique, technology and control the synthesis of nanostructured inorganic non-metallic coatings. From theory to commercialization) // Teoriya i praktika jelek-troanaliticheskoi himii, TPU, Tomsk, 2010, 185 p.

3. Zhivotkevich I. N., Smirnov A. P. Nadezhnost' tehnicheskih izdeliy (Reliability of technical products). Moscow, Olita, 2003, 472 p.

© Чубенко А. К., Сунцов С. Б., Мутасов Д. А.,

Мамаев А. И., 2014