Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современное состояние в области исследования технологий получения материалов, устойчивых к воздействию излучений и температурных градиентов 13
1.1. Физические процессы, наблюдаемые при работе материалов и конструкций на их основе в открытом космосе 13
1.2. Физико-инженерные цели создания новых изделий для космического телескопа, способов их получения и исследования 16
1.3. Физико-химические основы микродугового оксидирования 24
1.4. Перспективные способы микродугового оксидирования и устройства для их реализации 37
Выводы по главе 1 45
ГЛАВА 2. Техника эксперимента 48
2.1. Исходные материалы, экспериментальная установка, электроды и режимы формирования покрытия 48
2.1.1. Характеристика образцов 48
2.1.2. Обоснование выбора химического состава электролита 50
2.1.3. Экспериментальная установка 52
2.1.4. Конструкции перемещаемых электродов 56
2.1.5. Расчёт расхода электролита 60
2.2. Особенности исследования физических свойств и структуры МДО покрытий 63
2.2.1. Методика определения толщины покрытий 63
2.2.2. Определение химического состава покрытий 64
2.2.3. Физико-технические приёмы, использованные при исследовании структуры покрытий з
Стр.
2.2.4. Методика определения сопротивления и прочности изоляции покрытий 68
2.2.5. Техника определения газовыделения покрытий 71
2.2.6. Устройство и методика определения теплопроводности образцов 75
2.2.7. Получение, обработка и диагностика экспериментальных образцов 77
Выводы по главе 2 79
ГЛАВА 3. Применение микродугового оксидирования в технологии изготовления космического телескопа Т-170М 80
3.1. Исследование МДО-покрытия в качестве изоляционного слоя нагревателя 82
3.1.1. Химический анализ МДО-покрытий на алюминиевом сплаве АМгб 84
3.1.2. Определение пористости МДО-покрытий алюминиевого сплава АМгб 93
3.1.3. Определение сопротивления изоляции и прочности изоляции МДО-покрытий алюминиевого сплава АМгб 106
3.1.4. Газовыделение алюминиевого сплава АМгб с МДО-покрытием 107
3.2. Создание элемента теплоразвязки с МДО-покрытием ПО
3.2.1. Определение пористости МДО-покрытий на циркониевом сплаве
702 111
3.2.2. Определение теплопроводности МДО-покрытия на циркониевом сплаве 702 117
3.2.3. Газовыделение циркониевого сплава 702 с МДО-покрытием 120
3.3. Протяжённые элементы конструкции телескопа с МДО-покрытиями 123
3.3.1. Влияние МДО-покрытия алюминиевого сплава АМгб на коэффициент линейного теплового расширения 123
3.3.2. Определение степени влияния МДО-покрытия на жёсткость и прочность протяжённого элемента конструкции телескопа 131 Стр.
3.3.3. Испытание протяжённых элементов конструкции в условиях, моделирующих изменение температуры в открытом космосе 137
Выводы по главе 3 140
ГЛАВА 4. Практическое применение разработанных способов формирования мдо-покрытий на крупногабаритных деталях 144
4.1. Влияние режимов формирования МДО-покрытия и конструктивных особенностей перемещаемых электродов на толщину и качество полученного слоя 144
4.2. Рациональные способы обработки микродуговым оксидированием различных поверхностей крупногабаритных деталей
4.2.1. Формирование МДО-покрытий с использованием перемещаемого электрода 156
4.2.2. Формирование МДО-покрытий с использованием стационарного электрода 158
4.2.3. Формирование МДО-покрытий с конструктивным оформлением локальной ванны 160
4.2.4. Преимущества и недостатки рассмотренных способов обработки
МДО 161
Выводы по главе 4 162
Общие выводы по диссертации 164
Список литературы
- Физико-инженерные цели создания новых изделий для космического телескопа, способов их получения и исследования
- Обоснование выбора химического состава электролита
- Определение пористости МДО-покрытий алюминиевого сплава АМгб
- Формирование МДО-покрытий с использованием перемещаемого электрода
Физико-инженерные цели создания новых изделий для космического телескопа, способов их получения и исследования
Вышеприведённое позволяет заключить то, что приемлемыми для наших целей являются оксиды алюминия на поверхностях алюминиевого сплава АМгб и оксиды циркония на одноимённой подложке. Применительно к рассматриваемой проблеме [18, 19], многослойная структура с оксидом может выглядеть так, как это показано на Рис. 1.4.
Материал подложки - алюминиевый сплав АМгб. Толщина подложки -2 мм.
На поверхность подложки может быть нанесено изоляционное покрытие, например, оксидированием. Расчёты показали, что электросопротивление изоляционного слоя (сопротивление изоляции) в холодном состоянии и при нормальной влажности должно быть не менее 500 МОм при напряжении 500 В. Изоляционный слой такого нагревателя в холодном состоянии должен выдерживать без пробоя в течение 1 мин испытательное напряжение 500 В (прочность изоляции).
В процессе формирования любого изоляционного покрытия в его структуре образуются поры. Даже МДО-процесс сопровождается порообразованием (Рис. 1.4). Их наличие обусловлено физикой процесса формирования покрытия. Напряжение, при котором происходит пробой покрытия, зависит от толщины покрытия, типа и размеров пор. Напряжение пробоя можно существенно увеличить, например, применением особого материала, заполняющего эти поры. Причем, если среднее напряжение пробоя оксидного покрытия - 600 В, то у покрытия с наполнением пор напряжение пробоя можно довести до 2500 В [20]. Этими особыми материалами являются полимеры: фторопласт, полиамид или полифениленсуль-фид с фторопластом [21, 22]. При этом существует важнейшее требование: заполняющий материал должен обладать как можно меньшим газовыделением в условиях вакуума. Это связано с тем, что в космическом аппарате рядом с этим изоляционным покрытием находится вторичное зеркало. Выделившиеся из покрытия газообразные вещества осядут на зеркале и снизят его оптические свойства. Наружная изоляция
В данном случае, приведённые органические материалы, такие как фторопласт, гексаметилдисилаксан и полипараксилилен, в качестве материала 21 наполнителя пор МДО-покрытия не подойдут. Их молекулы слабо устойчивы к условиям открытого космоса: резким перепадам температуры и мощному ионизирующему излучению. Летучие органические соединения и вызывают наблюдаемый в этих условиях эффект газимости. Избежать проявления этого эффекта позволит использование неорганических материалов в качестве материала-наполнителя пор изоляционного покрытия [23, 24]. Это следует, например, из [25-30].
Известны различные нагреватели и разные изоляционные слои в зависимости от их назначения [31-33]. Эффективными нагревателями могут быть металлические «мостики», размещённые в изоляционной матрице [31] из оксида алюминия. Планарные нагреватели могут быть изготовлены из металла, например, молибдена и защищены слоем из силицида [33]. Изоляция диэлектриком широко применена для электрической развязки элементов в полупроводниковых интегральных схемах. Там формируют область полупроводника, окружённую диэлектриком - тонкой плёнкой диоксида кремния или монолитом из стекла, ситалла, сапфира и т.д. Даже не в условиях космического пространства, в обычной земной практике, к элементам с диэлектрической изоляцией предъявляется целый ряд технических требований по термообработке, термоциклированию, виброударостойкости, по соотношению коэффициентов линейно-термического расширения и т.д. Понятно, что требования по уменьшению паразитной ёмкости, по стабильности и величине пробивного напряжения, обеспечению устойчивости таких изделий к действию ионизирующих излучений и температуры относятся к основным.
Поэтому при создании нагревателей, работающих в условиях открытого космоса, важно учесть и смоделировать все возможные факторы среды, в которой будет происходить длительная эксплуатация данного изделия.
По всей видимости, как показал вышепроведённый анализ, применение в качестве изолирующего слоя из МДО-покрытия может быть перспективным научно-техническим решением. Согласно алгоритму, разработанному для предлагаемого способа получения нагревательного элемента, далее на МДО-покрытие вакуумным способом целесообразно нанести токопроводящий слой из нихрома, а наружную изоляцию в таком случае обеспечит напылённый слой из оксида циркония.
Не менее важным для оптической системы телескопа является узел главного зеркала, в состав которого входит бленда главного зеркала. Данный элемент конструкции имеет значительную высоту и находится в открытом космосе, поэтому он будет работать как радиатор, охлаждая узел главного зеркала. Между блендой главного зеркала и рамой узла главного зеркала, изображённых на Рис. 1.5, необходимо создать теплоразвязку. Деталь, обеспечивающая теплоразвязку, исходя из Вт теплового расчёта, должна обладать теплопроводностью не более 2,5 и м- К условным пределом текучести на сжатие не менее 125 МПа, чтобы обеспечить стабильность положения диафрагм бленды главного зеркала относительно оптической системы телескопа [25, 26].
Учитывая, что оксид циркония (Zr02) обладает одной из самых низких теп-лопроводностей среди широко известных оксидов металлов, в качестве материала основы такой детали можно предложить цирконий, а затем на его поверхности сформировать МДО-покрытие [25, 26] с соответствующим комплексом исследований и испытаний.
Продолжая анализ целей работы и постановку задач, отметим, что в состав конструкции телескопа также входит тубус. Он обеспечивает стабильность оптической системы телескопа, т.е. стабильность расстояния между главным и вторичным зеркалами телескопа, а также жёсткость и прочность конструкции. В составе тубуса имеются протяжённые элементы. Исходя из того, что при эксплуатации телескопа в условиях открытого космоса протяжённые элементы тубуса будут работать в условиях значительных перепадов температур, конструкционный материал, из которого изготавливаются данные элементы, должен обладать низким коэффициентом линейного теплового расширения.
Обоснование выбора химического состава электролита
Блок-схема технологического комплекса для проведения МДО. 1 - ванна очистки (обезжиривания) перед формированием покрытий (используется только для очень загрязнённых деталей); 2 - водоохлаждаемая электролитная ванна для формирования покрытий; 3 - источник технологического тока (тиристорный, конденсаторный, трансформаторный) для проведения анодного, анодно-катодного, катодного и/или смешанного режимов; 4 - ванна для промывки в воде; 5 - сушильный шкаф для проведения сушки готовой продукции (применяется при большом потоке продукции); 6 - система перемешивания в ванне раствора электролита; 7 - система деминерализации воды (применяется только при заполнении и корректировке электролитной ванны для формирования покрытий); 8 - вытяжная вентиляция; 9 - защитное ограждение электролитной ванны
Завершая аналитический обзор известных исследований и практических приложений по современному состоянию в области создания материалов, устойчивых к воздействию излучений и термоциклов, можно сделать следующие выводы и сформулировать задачи данной работы. Выполненные аналитические исследования показали, что целый ряд элементов космического телескопа могут быть изготовлены из различных материа 46 лов, защищенных МДО-покрытиями. Необходимыми условиями для решения задачи таким способом являются: - изучение свойств и структуры МДО-покрытий, полученных поразличным режимам на различных металлических подложках; - исследование зависимости физических свойств изделий с МДО-покрытиями от состава оксидированной поверхности на металлических подложках в условиях, моделирующих космическое пространство; - отработка технологических параметров формирования МДО-покрытий на крупногабаритных образцах - элементах деталей космического телескопа; - совершенствование методов исследования физических и технологических свойств образцов с МДО-покрытиями и модернизация аналитической аппаратуры; - разработка лабораторных технологических установок получения МДО-покрытий, обеспечивающих широкий спектр технологических возможностей. В связи с этим, в данной диссертационной работе необходимо детально проработать, обобщить и решить ряд научно-технических и прикладных задач в области физики конденсированного состояния, а именно:
Обобщить и проанализировать известные данные и результаты исследований в области создания элементов телескопов с предложенными в данной работе научно-техническими и технологическими решениями.
Выполнить исследование по влиянию нового (неорганического) наполнителя пор на сопротивление и прочность изоляции сформированного МДО-покрытия на алюминиевом сплаве АМгб на примере одного из основных элементов телескопа.
Изучить газовыделение композитного материала (алюминиевого сплава АМгб с МДО-покрытием) в условиях открытого космоса, в том числе с применением имитационного моделирования.
Исследовать теплопроводность композитного материала (циркониевый сплав с МДО-покрытием) с применением модернизированной высокочувствительной установки. 5. Изучить газовыделение циркониевого сплава с МДО-покрытием в условиях, имитирующих открытый космос, на созданной экспериментальной установке.
С помощью созданных экспериментальных и модельных установок: - исследовать влияние МДО-покрытия на коэффициент линейного теплового расширения алюминиевого сплава АМгб, а также на жёсткость и прочность протяжённых элементов космического телескопа; - изучить поведение МДО-покрытий различной толщины на алюминиевом сплаве АМгб в условиях многократных перепадов температур с амплитудой 200С
Вт Теплопроводность,м- К 122 При изучении композитного материала элемента теплоразвязки в качестве материала основы был выбран циркониевый сплав 702 (Рис. 2.1), химический состав и физико-механические свойства которого приведены в Таблицах 3,4.
Физико-механические свойства циркониевого сплава 7 Физико-механические свойства Пределпрочности,МПа Пределтекучести,МПа Относительное удлинение, % Теплопроводность, Вт м-К Значения 380 205 16 22,7 При изучении технологических параметров формирования МДО-покрытия на крупногабаритных деталях использовали образцы из сплава ПТ-ЗВ, разработанного в ЦНИИ КМ «Прометей» [94], химический состав которого приведён в Таблице 5. ПТ-ЗВ - псевдо-а-сплав, он имеет стабильную чистую а-структуру при сварке и длительной работе при повышенных (до 350 С) температурах: практическое отсутствие фазового наклёпа при р— а превращении и невозможность повышения прочности, пластичности и вязкости металла методами термической обработки. Повышение прочности титанового псевдо-а-сплавов достигнуто путём оптимизации легированного состава и высокой чистоты сплава по примесям.
Сплав характеризуется хорошей свариваемостью, высокой коррозионно-механической прочностью и работоспособностью в составе сварных конструкций. Применение данного сплава позволяет повысить технические характеристики изделий, в том числе снизить массогабаритные характеристики, необходимую мощность энергетических установок, ресурс и надёжность оборудования.
По данным [53, 96, 97, 98, 99, 100] анионный состав, концентрация и температура электролита влияют на структуру, элементный и фазовый состав покрытий и, следовательно, на их свойства, толщину, изменения исходных размеров детали и скорость формирования оксидного слоя. Фазовый состав покрытий, сформированных при МДО в различных электролитах, приведён в Таблице 6. данным рентгенофазового, рентгеноспектрального и микрозондового анализов покрытия, получаемые в диапазоне напряжений 262-300 В, состоят из Ті02 в модификации анатаз (он лучше растворяется в титановых сплавах, чем рутил), шпинели типа А12ТЮ5, также возможно формирование стеклофаз в системе ТЮ2 + A/2Q + Na20, и содержат до 8 % по массе фосфора. Диоксид титана из-за наличия в кристалле кислородных вакансий относится к полупроводникам п-типа проводимости с концентрацией донорной примеси 10 -10 см [11].
В фосфатно-алюминатных электролитах покрытия обладают высокими электроизоляционными свойствами, термостабильностью, газопроницаемостью, повышающими коррозионно-механическую прочность титана [101].
Определение пористости МДО-покрытий алюминиевого сплава АМгб
Вакуумная система состоит из вакуумной камеры (ВК), представляющей цилиндрическую ёмкость из стали диаметром 400 мм и высотой 400 мм.
На корпусе камеры размещены фланцы для присоединения откачивающей системы, электроизмерительной аппаратуры. Уплотнение фланцев осуществляется с помощью прокладок из вакуумной резины Р = 7889. Крышка крепится на корпусе камеры при помощи болтов. Откачка камеры производится с помощью пароструйного насоса Н-2Т, который в свою очередь откачивается через механический насос. Для измерения и регулирования температуры образца и кварцевого датчика применяются термопары хромель-копель и прибор КСП-4.
Для измерения остаточного давления в вакуумной камере применяется вакуумметр ВИТ-2 с системой манометрических датчиков ПМТ-2 и ПМИ-2.
Система охлаждения кварцевого датчика - магистральная вода. Устройство и методика определения теплопроводности образцов Измерение теплопроводности циркониевых образцов с МДО-покрытием проводили в ОАО «Восход-КРЛЗ» на оригинальной установке, функциональная схема которой показана на Рис. 2.12, а её внешний вид - на Рис. 2.13. Рис. 2.12. Схема установки для определения теплопроводности. 1 - источник нагрева; 2 исследуемый образец; 3 - медный стержень; 4 - охлаждающая система; 5 - термопары; 6 - теплоизолятор Рис. 2.13. Установка для измерения теплопроводности
Для исследования параметров теплопроводности материала был применён метод сравнения параметров с калиброванным образцом.
Один торец исследуемого образца в виде стержня диаметром 10 мм и длиной 20 мм (2) нагревался источником тепла (1). Другой торец образца прижимался к стержню, изготовленному из меди вакуумной плавки (3). Для уменьшения потерь при теплопередаче торцы стержней были отшлифованы. Верхний по схеме торец медного стержня соединялся с системой охлаждения (4). На строго фиксированных расстояниях в исследуемый образец и медный стержень вводились термопары (5). В установившемся режиме примерно через 8-10 мин считывались показания термопар.
Поскольку система стержней была окружена теплоизолятором (6), тепловой поток от нагревателя проходил через исследуемый образец и медный стержень, практически не меняя параметров. Расчёт теплопроводности материала образца производили по формуле где Х0 и Хм - коэффициенты теплопроводности образца и меди; Тм2 и Тм\ - температуры торцов медного стержня; Т0 2 и Т01 - температуры концов исследуемого образца; SM и 1М - площадь сечения и длина медного стержня; S0 и 10 - площадь сечения и длина образца. Нагрев образцов из алюминиевого сплава АМгб с нанесённым МДО-покрытием для изучения влияния МДО-покрытия на коэффициент линейного теплового расширения и для проведения термоциклирования, а также термическое оксидирование образцов из алюминиевого сплава АМгб с МДО-покрытием производились в электропечи камерной СНЗ-3.6.2/10.
Нагрев образцов из алюминиевого сплава АМгб с МДО-покрытием осуществлялся до температуры 220 С. Чтобы изучить поведение образцов из алюминиевого сплава АМгб с нанесёнными на их поверхность МДО-покрытиями разной толщины в условиях часто изменяющихся температур было выполнено термоциклирование со следующими условиями: Т} = 20С - начальная температура, Т2 = 220С - конечная температура, Ny = 50, N2 = 100 - количество циклов нагрева-охлаждения.
В условиях открытого космоса температура чаще всего меняется в интервале от -100С до 100 С. Но, исходя из того, что коэффициент линейного теплового расширения алюминиевого сплава АМгб в интервалах температур от -100 С до 100 С и от 20 С до 220 С практически одинаков, а алюминиевый сплав является деформирующим компонентом исследуемого композитного материала из-за того, что его коэффициент линейного теплового расширения гораздо больше, рационально упростить эксперимент, и менять температуру от 20С до 220С, сохраняя при этом интервал изменения температуры 200С. Время нагрева пластинки, учитывая её толщину 2 мм, - 8 мин после выхода электропечи на режим.
Остывание образцов происходит на воздухе при температуре 20С. Термическое оксидирование образцов из алюминиевого сплава АМгб с МДО-покрытием осуществлялось при температуре 320 С в течение 4 ч. Образцы из алюминиевого сплава АМгб с МДО-покрытием кипятили в воде с высоким содержанием карбонатов кальция и магния в течение 2 ч. Жёсткость воды составляла 11Ж . Диоксид циркония Zr02 напыляли на поверхность МДО-покрытия на алюминиевом сплаве АМгб на ИТПЭ РАН методом электронно-лучевого испарения в вакууме на установке УЭРМЗ 3.279072.
Одной из разновидностей способа термического испарения веществ в вакууме является электронно-лучевое испарение веществ. Оно отличается от других видов термического испарения, так как используются электронно-лучевые испарители, которые позволяют сосредотачивать энергию нагрева на малой поверхности испаряемого вещества. Данное вещество в этой зоне разогревается и испаряется вследствие бомбардировки мишени фокусированным пучком ускоренных электронов, которые испускает нагретый катод. Конструкция управляющего электрода оформлена так, чтобы его элементы предохраняли катод от воздействия потока ионов, которые образуются вследствие воздействия электронного пучка. Данная конструкция позволяет немного уменьшить загрязнения слоев покрытий окислами металлов, которые входят в состав конструкции. Снижение загрязнений слоев покрытий также обеспечивает применение электронно-лучевых испарителей с использованием магнитного отклонения и фокусировки электронного пучка. Источником электронов является электронный прожектор, который испускает электронный пучок, отклоняемый и фокусируемый системой магнитов на поверхности образца испаряемого вещества. Применяют также электронно-лучевые испарители с магнитным отклонением пучков, которые работают в автоматическом режиме. Такие электронно-лучевые испарители обеспечивают перемещение электронного пучка по поверхности образца испаряемого вещества, производя равномерное испарение материала по всей поверхности.
Измерение линейных размеров образцов из алюминиевого сплава АМгб с нанесённым МДО-покрытием для изучения влияния МДО-покрытия на коэффициент линейного теплового расширения производилось цифровым штангенциркулем Hobby King 150 mm с точностью 0,02 мм.
Формирование МДО-покрытий с использованием перемещаемого электрода
В состав конструкции телескопа входит тубус. Он обеспечивает стабильность оптической системы телескопа, т.е. стабильность расстояния между главным и вторичным зеркалами телескопа, а также жёсткость и прочность конструкции. В составе тубуса имеются протяжённые элементы. Исходя из того, что при эксплуатации телескопа в условиях открытого космоса протяжённые элементы тубуса будут работать в условиях значительных перепадов температур, конструкционный материал, из которого изготавливаются данные элементы, должен обладать низким коэффициентом линейного теплового расширения.
Протяжённые элементы тубуса изготавливаются из алюминиевого сплава АМгб. Это обусловлено его малой плотностью, значительной прочностью и большим опытом его обработки. Однако алюминиевый сплав АМгб имеет высокий коэффициент линейного теплового расширения (24-10 С ), что является негативным фактором в случае протяжённых конструкций при работе в условиях значительных перепадов температур. Одним из вариантов снижения коэффициента линейного теплового расширения является нанесение МДО-покрытия на поверхность протяжённой конструкции из алюминиевого сплава [27].
Влияние МДО-покрытия алюминиевого сплава АМгб на коэффициент линейного теплового расширения
Для проведения эксперимента были использованы те же образцы из алюминиевого сплава АМгб с МДО-покрытиями различной толщины. Размеры, указанные на Рис. 3.49, контролировали штангенциркулем цифровым Hobby King 150 mm с точностью 0,02 мм в холодном состоянии при температуре 23 С и после нагрева в электропечи до температуры 220 С. Результаты замеров приведены в Таблице 16.
Зависимость относительного удлинения от отношения площади покрытия пластинки к общей площади пластинки в измеряемых сечениях приведена на Рис. 3.50. Отношение площади покрытия пластинки к общей площади пластинки в измеряемых сечениях определяли по формуле:
Зависимость относительного коробления от отношения площади покрытия пластинки к общей площади пластинки в измеряемых сечениях Известно, что коэффициент линейного теплового расширения алюминиевого сплава АМгб составляет 24-10 С . Для вычисления коэффициентов теплового линейного расширения пластинок с МДО-покрытием воспользовались формулой:
Из данной диаграммы видно, что с ростом толщины МДО-покрытия на пластинке одинакового размера коэффициент линейного теплового расширения убывает, причём уже при толщине МДО-покрытия 35-50 мкм коэффициент линейного теплового расширения уменьшается на 36,7 %.
Зависимость коэффициента линейного теплового расширения пластинки от отношения площади покрытия пластинки к общей площади пластинки в измеряемых сечениях приведена на Рис. 3.54.
Определение степени влияния МДО-покрытия на жёсткость и прочность протяжённого элемента конструкции телескопа
С этой целью был проведён ряд численных экспериментов, позволяющих на основе математических моделей сечений разнородной упругости получить численные значения деформаций. В качестве расчётного вида деформации рассмотрен консольный изгиб. Расчёт проведен для упругой стадии.
В качестве метода моделирования использован метод конечных элементов (МКЭ). При построении совместной сетки важным параметром является соблюдение размерных пропорций элемента. Сетки модели покрытия и модели основного материала связаны жёстко. В силу симметрии модель может быть упрощена.
Выбран ряд труб с внешним диаметром 30 мм, толщина покрытия 0,3 мм, внутренние диаметры 28; 27; 26; 25; 24 мм. Поперечные сечения труб с покрытием и модель, выполненная МКЭ, приведены на Рис. 3.55.
Ниже на графике (Рис. 3.56) приведены результаты расчёта. Во всех рассмотренных моделях жёсткость детали с покрытием выше жёсткости исходной детали, что, конечно, определяется жёсткостью покрытия. Так отношение жестко-стей в два раза и более соответствует отношению площади покрытия к общей площади сечения более 25 %. Полученные значения позволяют подтвердить вывод о целесообразности применения покрытия с целью увеличения жёсткости именно на тонкостенных элементах.
Следует отметить характер распределения напряжений по разноупругому сечению трубы. За счет большей жёсткости и положения относительно нейтральной линии сечения покрытие (Рис. 3.57 позиция б) нагружается сильнее основного материала (Рис. 3.57 позиция а). С учётом того, что прочность МДО-покрытия немногим выше прочности алюминиевого сплава АМгб, перераспределение нагрузки на гораздо более тонкий, но ненамного более прочный слой МДО-покрытия, приведёт к возникновению в МДО-покрытии значительных напряжений по сравнению с остальным материалом. А разрушение слоя МДО-покрытия приведёт в свою очередь к снижению несущей способности трубы, в виду образования поверхностного концентратора напряжений.
На Рис. 3.58 показана зависимость при перераспределении максимальных механических напряжений материала трубы в детали с покрытием от доли площади покрытия. В целом пиковое перераспределённое напряжение выше в трубе, у которой отношение площади покрытия к общей площади сечения ниже.