Розробка нормативної бази комплексної оцінки якості жаростійких покриттів

Запропонована структура нормативного забезпечення комплексної оцінки якості забезпечить функціонування системи підтримки прийняття рішення при виборі матеріалу та технології нанесення покриттів.

Слід зауважити, що з метою удосконалення сучасної нормативної документації випробувань жаростійких покриттів, а саме визначення їх механічних властивостей, потрібно провести спеціальні дослідження, що дозволять встановити порядок проведення випробувань та запропонувати нормативний документ, використання якого дозволить значно зменьшити кількість випробувань та підвисити достовірність їх результатів.

У третьому розділі наведені дані результатів експериментальних досліджень, метою яких було підтвердження теоретичних положень і проведення комплексної оцінки якості нанесеного покриття. Для дослідження було вибрано покриття на основі алюмомагнезійної шпінелі (MgAl2O4), нанесеного методом газополуменевого напилювання, оксиду алюмінію (Al2O3) та цирконату магнію (MgOЧZrO2), нанесених методом плазмового напилювання.

Імовірність випадення основних характеристик якості жаростійких покриттів за межі їхніх нормативних значень оцінювали за результатами проведення комплексних випробувань, під час яких були отримані значення мікротвердості, міцністних і пружних властивостей жаростійких покриттів.

Для випробувань міцнісних та пружних властивостей покриттів використовувалися стандартні плоскі зразки з нержавіючої сталі, виготовлені відповідно до ГОСТ 3248-81. Для кожного виду покриттів було виготовлено по 30 зразків. Перед нанесенням покриття зразок піддавали дробеструмінній обробці.

Перед випробуваннями проведена серія вимірів для визначення площі поперечного перерізу зразка, які дозволили отримати усереднені значення ширини, товщини і довжини покриття.

Зразки з нанесеними покриттями піддавали термоциклічним випробуванням на установці з променевим нагріванням у замкнутій оптичній системі відповідно до ДСТУ 2637-94. Мінімальну і максимальну температури циклу, швидкість нагрівання й охолодження, навантаження в робочому перерізі зразка вибирали так, щоб імітувати умови роботи деталей ракетного двигуна.

Після термоциклічних випробувань зразки з покриттям витримували до встановлення кімнатної температури, а потім визначали комплекс механічних властивостей системи основа – покриття, зокрема, міцності зчеплення покриття з основою ( ), міцності покриття при розтягуванні ( ), модуля пружності і коефіцієнта Пуассона. Випробування проводили на установці, що було створено на базі модернізованої випробувальної машини FM – 1000.

Для вимірювання поздовжньої деформації основи і покриття на попередньо знежиреній поверхні зразка за допомогою клею фіксували тензодатчики типу КФ-5П паралельно поздовжній осі симетрії зразка; для вимірювання поперечної деформації – перпендикулярно до поздовжньої осі симетрії. Потім зразок з покриттям встановлювали в захвати розривної машини і піддавали розтягуванню. Деформацію величиною до 3% реєстрували тензометричною апаратурою типу ЦТМ-5; для вимірювання деформації більше 3% використовували оптичний катетометр типу КМ-8. Для визначення моменту руйнування системи основа – покриття за сигналами акустичної емісії використовували прилад типу АФ-15 та п'ятиканальний самописець типу Н3020-5.

В протоколі випробувань фіксували деформації, при яких відбулося відшарування і розтріскування покриття та деформацію основи і покриття в пружній ділянці. Результати експериментальних досліджень опрацьовувалися відповідно до методики, розробленої в Інституті проблем міцності НАН України. Випробування для визначення мікротвердості покриттів проводили у відповідності до ГОСТ 9450-76.

Аналіз результатів за запропонованою розрахунковою методикою, дозволив зробити висновок, що серед покриттів на основі алюмомагнезійної шпінелі, оксиду алюмінію та цирконату магнію кращим за сукупністю властивостей варто визнати покриття на основі оксиду алюмінію, оскільки таке покриття має найменше значення дефектності, отримане за розрахунковою методикою.

Проведені експериментальні дослідження дали можливість розробити рекомендації зі створення нормативної документації, що регламентує порядок проведення комплексної оцінки якості жаростійких покриттів.

Покриття на основі                   Р

Al2O3 21, 37 8, 04   123, 28 43, 49   2010 471, 28   0, 05

MgAl2O4 25, 37 8, 05   70, 28 43, 45   6530 1080   0, 19

MgOЧZrO2 17, 52 7, 64   30, 30 27, 37   4460 1840   0, 54

Запропонована нормативна документація встановлює вимоги до покриття, матеріалу основи, зразка для проведення випробувань, умови виконання контролю якості. У документі також наведено пристрій, технічні дані і принципи роботи устаткування для випробування жаростійких покриттів, методика проведення випробувань та визначення коефіцієнта Пуассона покриття й основи, модуля пружності, міцності зчеплення покриття з основою і міцності покриття при розтяганні за допомогою спеціальних аналітичних залежностей. Варто зауважити, що суттєвою перевагою запропонованої методики є можливість визначати пружні та міцністні властивості на одному зразку в результаті одного випробування. Визначення дефектності покриття за сукупністю характеристик здійснюється за розрахунковою методикою, яка пропонується у теоретичній частині дисертаційної роботи.

У четвертому розділі розглянуто та вирішено питання, пов'язані з використанням на практиці отриманих теоретичних та експериментальних результатів.

З метою практичної реалізації розробленої нормативної бази комплексної оцінки якості жаростійких покриттів розроблено систему підтримки прийняття рішення щодо вибору технології нанесення покриття і подальшого контроля його якості, яка може бути застосована конструкторами та технологами під час проектування покриттів, визначення їх дефектності та здійснення порівняльного контролю їх якості. Блок-схему алгоритму вибору наведено на рис. 2. Як видно з рисунка, використовуючи базу даних визначають клас деталі і формулюють умови її експлуатації. Виходячи з умов експлуатації, визначають основні властивості покриття і формують множину можливих типів покриттів.