Технические науки-1

Кошелева И.Ю.

Днепропетровский национальный университет им. О.Гончара

Применение методов термографического анализа при уточнении параметров технологии изготовления материалов для ракетнокосмической техники

Для ракетнокосмической техники (РКТ) используют как металлические, так и неметаллические материалы – стеклопластики, наполнители, связующие различной природы и т.д. Процессы получения деталей из этих материалов сопровождаются рядом физико-химических процессов, изучение которых необходимо для разработки технологий получения материалов для РКТ.

Установка «Derivatograph» позволяет одновременно проводить на одной пробе дифференциальный термический (ДТА), термогравиметрический (ТG) и дифференциальный термогравиметрический (ДТG) анализы. Основными исследуемыми факторами при дериватографическом анализе являются: значения температур начала и окончания термических превращений, скорость и природа (эндо- или экзо-) реакций, а также изменения массы образца, скорость изменения массы, позволяющие выполнять количественные измерения.

Для получения высокопрочных алюминиевых сплавов используется эффект сверхскоростной кристаллизации (расширение пределов растворимости, переход к новым системам легирования), что влечет за собой изменения в технологии получения горячедеформированных полуфабрикатов и термической обработки алюминиевых сплавов. Вариантами реализации эффекта сверхскоростной кристаллизации являются охлаждение гранул в воде и диспергирование расплава водой. В обоих вариантах на поверхности образуются оксидные и гидрооксидные пленки, которые оказывают большое влияние на физико-механические свойства порошковых заготовок из алюминиевых сплавов.

Изучение процессов, происходящих на поверхности порошков, состава, структуры и свойств гидрооксидных и оксидных пленок в процессе нагрева проводили на приборе «Derivatograph - 1500» системы Паулик-Паулик-Эрдей, фирмы МОМ. В процессе исследований пробы порошков нагревали до температуры 700ºС со скоростями от 1,25 до 20º/мин.

На основании результатов исследования установлено, что при увеличении скорости нагрева образца уменьшается количество выделившейся влаги и снижается температура начала окисления.

Наращивание толщины оксидной пленки протекает за счет слоев адсорбированной воды в интервале температур 100-500º С.

При горячем деформировании сплава необходимо учитывать, что при температурах выше 440ºС наблюдается выброс кристаллизационной воды, что может приводить к вспучиванию и расслоению изделия.

Оксидная пленка на поверхности порошка формируется как при диспергировании алюминия водой высокого давления, так и при технологических нагревах заготовок из порошка при спекании.

На основании результатов исследований разработана технология получения порошковых заготовок, обеспечивающая уникальный уровень механических характеристик: в порошковых заготовках (табл.1) и в горячедеформированных прутках (табл.2).

Таблица 1

Механические свойства горячедеформированных и порошковых заготовок

Марка материала	Горячедеформированные заготовки			Порошковые заготовки
	σ 02, МПа	σ в, МПа	δ, %	σ 02, МПа	σ в, МПа	δ, %
АК-6	270	390	13,0	242	351	7,9
АК-4	320	370	9,0	290	390	8,0
АД-33	230	270	10,0	200	240	11,0

Таблица 2

Механические свойства горячедеформированных порошковых прутков

Марка материала	Прочность, МПа		Пластичность, δ, %
	σ 02	σ в
АК-6	370	440	10,0
АК-4	345	470	10,0
АД-33	385	435	9,2

Экспериментальные методы дериватографии также использовали при изучении термического разложения эпоксидных смол. Дериватограммы были получены в одинаковых условиях: температура нагрева 700ºС; скорость нагрева – 5º/мин. Нагрев проводили на воздухе, эталон – окись алюминия. Кривые ДТА и ТG дают возможность идентифицировать реакции, которые протекают в полимерах при термической деструкции: перегруппировка, деполимеризация и незначительные изменения в составе полимеров. Сравнивали эпоксидные связующие, отвержденные под воздействием электромагнитного поля высокой частоты и отвержденные по стандартной технологии. Данные, полученные при обработке дериватограмм, позволили сделать следующие выводы: термостойкость образца, отвержденного по стандартной технологии равна 375ºС; отвержденного с использованием электромагнитного поля высокой частоты – 400ºС. Процесс деструкции заканчивается соответственно при 510ºС и 560ºС. Таким образом, применение методов термогравиметрического анализа позволяет изучать физико-химические процессы, протекающие в материалах при нагреве, что в свою очередь, позволит разрабатывать и уточнять технологии изготовления материалов РКТ.

Литература.

1.Уэндландт У. Термические методы анализа – М.:Мир, 1978 – 526с.

2.Леднянський О.Ф., Левочко К.В.Дослідження процесів взаємодії алюмінієвого порошку з водою на склад гідрооксидних плівок // Матеріали VII Міжнародної науково-практичної конференції „Наука і освіта”, Дніпропетровськ, 2004. – с. 14-15.