Введение к работе
Актуальность проблемы. К современным конструкциям объектов машиностроения, в частности, ракетно-космической техники (РКТ) предъявляются высокие требования по обеспечению надежности работы в различных климатических условиях и стойкости к внешним воздействиям. Высоконагруженные детали машин современной РКТ в процессе эксплуатации испытывают воздействие высоких и низких температур (вплоть до криогенных), высоких и низких давлений (от сотен атмосфер до глубокого вакуума), высоких механических и вибрационных нагрузок, вызывающих ускорения до 100g, коррозионно-эрозионное воздействие рабочей и окружающей среды и других экстремальных факторов. Такие детали входят в состав агрегатов электропневмоавтоматики, систем газоснабжения, бортовых разъемных соединений, механизмов стыковки и отвода коммуникаций, различного вида оборудования ракетно-космических комплексов.
Основным показателем надежности изделий систем РКТ является безотказная работа высоконагруженных деталей всех узлов. Кроме того, некоторые конструкционные материалы имеют ограниченный срок службы из-за склонности к старению, то есть изменению своих физико-механических свойств со временем под воздействием рабочей или окружающей среды. Это в значительной мере свойственно и большинству смазочных материалов, без которых не обходится практически ни одна конструкция. Сохраняемость является одной из важных составляющих надежности систем обеспечения РКТ, непосредственно влияющей на показатели безотказности, долговечности и ремонтопригодности во времени. Она характеризуется способностью систем и других элементов РКТ противостоять отрицательному влиянию условий и продолжительности хранения, транспортирования и других перерывов в работе в процессе эксплуатации. Для обеспечения надежности конструкций применяются различные функциональные покрытия. Высоконагруженные детали РКТ, как правило, подвергаются оксидированию, химическому фосфатированию с нанесением лакокрасочного покрытия, гальваническому хромированию и кадмированию, покрытию суспензиями дисульфида молибдена и др. Но все перечисленные покрытия обладают рядом существенных недостатков: отслоение и истирание лакокрасочных покрытий, наводороживание деталей при гальванических операциях и др.
Таким образом, в настоящее время актуален вопрос выбора, разработки технологии нанесения, испытаний и применения новых покрытий для повышения эксплуатационных характеристик высоконагруженных деталей на основе перспективных материалов, обладающих комплексом требуемых свойств: высокой адгезией, устойчивостью к воздействию климатических факторов, морской воды, различных растворителей и других агрессивных сред, износостойкостью, повышенными антифрикционными, антиадгезионными, антистатическими, электроизоляционными и уплотнительными свойствами. Одним из таких материалов является фторопласт-4МБ (Ф-4МБ).
Целью работы является разработка оптимальной технологии нанесения фторопластовых покрытий с высокой адгезией для повышения эксплуатационных характеристик высоконагруженных деталей путем придания их поверхностям повышенных функциональных свойств: антифрикционных, уплотнительных, антиадгезионных, электроизоляционных и др.
Задачами работы являются:
1. Анализ существующих покрытий и обоснование выбора фторопласта Ф-4МБ в качестве основы покрытия высоконагруженных деталей.
2. Разработка оптимальной технологии нанесения покрытий на основе Ф-4МБ. Оценка адгезии покрытий на различных сталях и сплавах.
3. Исследование свойств покрытий на основе Ф-4МБ.
4. Исследование возможности применения покрытий на основе Ф-4МБ для повышения эксплуатационных характеристик изделий РКТ и других объектов.
Методы исследования. В работе использованы основные положения теорий упругости, пластичности, тепло- и электропроводности, основные положения трибологии, методы математической статистики и определения адгезионной прочности материалов. Экспериментальные исследования проводились с использованием специальных и стандартных приборов и установок.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Определены оптимальные параметры технологии нанесения покрытий на основе Ф-4МБ методом пневмоэлектростатического распыления: шероховатость покрываемой поверхности, температура, время оплавления; обоснована операция специальной обработки поверхности, включающая в зависимости от вида материала дробеструйную, пескоструйную обработку, травление, анодирование; получена адгезия покрытий, соизмеримая с когезионной прочностью Ф-4МБ (16МПа).
2. Определены состав и толщина покрытий на основе Ф-4МБ с различным функциональным назначением.
3. Разработан режим сварки покрытий на основе Ф-4МБ, позволивший усовершенствовать количественный метод нормального отрыва для определения адгезии фторопластовых покрытий.
Практическая ценность работы состоит в оптимальной технологии нанесения покрытий, разработанной на основе проведенных научных исследований и позволившей существенно повысить надежность работы изделий ракетно-космической техники, полностью исключить явление схватывания в резьбовых соединениях, уменьшить в 1,5 – 3 раза моменты затяжки разъемных герметичных соединений в широком диапазоне температур вплоть до криогенных, обеспечить работоспособность узлов 1А1С-5311-30, 1А1С-5311-200 блока разъемных соединений (БРС-ГКП) 1А1С-5311-0 при давлении до 23МПа.
Реализация результатов работ состоит во внедрении разработанной технологии нанесения покрытий в КБ «Арматура» - филиале ФГУП «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева» при изготовлении более чем ста изделий РКТ; ОАО «Завод им. В. А. Дегтярева» (на деталях КАРПП 09.00.401 нагревателя автомата по герметичной фасовке); ФГУП ОКБ «Факел» (г. Калининград) на сердечниках изделий электропневмоавтоматики; ЗАО «Владисарт» (г. Владимир) при изготовлении корпусов центральных насосов для работы в фильтрационных установках. Результаты работы использованы при выполнении ОКР с Федеральным космическим агентством по теме «Фторопласт».
Апробация полученных результатов и практической ценности работы.
Материалы диссертации обсуждались на тридцать третьих академических чтениях по космонавтике в 2009г., на седьмой международной конференции молодых специалистов организаций авиационной, ракетно-космической и металлургической промышленности России в 2008г., на научно-технических конференциях в Ковровской государственной технологической академии в 2006-2008г.г., на XII Международном форуме «Высокие технологии XXI века» в 2011г. По теме диссертации опубликовано 10 статей и выполнено 5 научно-технических отчетов, получено 2 патента. Три статьи опубликованы в научных журналах, рекомендуемых ВАК. Образцы изделий ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, среди которых были изделия с покрытиями на основе Ф-4МБ, представленные на 7-й специализированной выставке «Изделия и технологии двойного назначения. Диверсификация ОПК», проходившей 17-20 октября 2006г. в Москве на ВВЦ, были отмечены Дипломом и медалью «За выдающийся вклад в развитие авиакосмических систем и успешную диверсификацию отрасли». На покрытия порошковые различного назначения на основе Ф-4МБ разработаны ТУ 2213-001-07519337-2005 и получен сертификат соответствия № РОСС RU. АЮ31. НО6493.
На защиту выносится:
1. Оптимальная технология нанесения покрытий на основе Ф-4МБ. Результаты адгезионных испытаний покрытий.
2. Методики и устройства для экспериментального определения свойств фторопластовых покрытий.
3. Результаты исследований антифрикционных, уплотняющих свойств, стойкости покрытий на основе Ф-4МБ к воздействию климатических факторов.
4. Выбор состава и оптимальной толщины покрытий на основе Ф-4МБ с различным функциональным назначением.
5. Результаты внедрения покрытий на основе Ф-4МБ в изделиях РКТ
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов и заключения. Список использованной литературы содержит 101 наименование. Общий объем изложен на 124 страницах и содержит 21 таблицу и 6 рисунков.
