Что в архиве:

РЕФЕРАТ

Расчетно-пояснительная записка 142 с., 102 рис., 6 табл., 20 источников, 1 прил.

РАЗРАБОТКА УСТАНОВКИ ДЛЯ НАПЫЛЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ НА ИЗДЕЛИЯ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ С ПОМОЩЬЮ ВАКУУМНО-ДУГОВОГО ИСПАРИТЕЛЯ

Объектом разработки является вакуумно-дуговой испаритель для работы с ферромагнитными металлами и промышленная установка для нанесения защитных покрытий заданных параметров на изделия сложной формы.

Цель работы – разработка вакуумно-дугового испарителя, имеющего возможность работы с катодами как из ферромагнитных, так и не из ферромагнитных материалов, а также установки, позволяющей наносить покрытия на детали сложной формы с заданной степенью неравномерности толщины получаемого покрытия.

Поставленная цель достигается за счет различных конструкторских расчетов основных систем испарителя магнитной и охлаждения, а также глубокой модернизации конструкции вакуумно-дугового испарителя типа «Булат-6». Также, достижению цели служит разработанная методика расчета положения технологических устройств в зависимости от формы подложки и требований неравномерности толщины покрытия. Все данные разработки применяются для создания промышленной установки, форм-фактор которой соответствует таковому у установки «Сигма-700», компании НПП УВН.

СОДЕРЖАНИЕ
РЕФЕРАТ 5
ВВЕДЕНИЕ 8
1 Литературный поиск 14
2 Вакуумно-дуговой испаритель 18
2.1 Обоснование выбора схемы исполнения технологического устройства 18
2.1.1 Основные понятия 18
2.1.2 Способы нанесения ферромагнитных покрытий 19
2.2 Экспериментальная проверка работоспособности торцевой схемы испарителей 28
2.2.1 Описание установки 28
2.2.2 Ход эксперимента 30
2.2.3 Результаты эксперимента 31
2.2.4 Заключение 38
2.3 Разработка конструкции вакуумно-дугового испарителя 39
2.3.1 Катодный узел 39
2.3.2 Система стабилизации положения катодного пятна 46
2.3.4 Крепление и фланец 53
2.4 Расчет конструкции вакуумно-дугового испарителя 56
2.4.1 Тепловой режим работы катода 57
2.4.2 Система стабилизации положения катодного пятна 75
3 Промышленная установка 86
3.1 Вакуумная камера 86
3.1.1 Положение технологических устройств 86
3.1.2 Итоговый результат 103
3.2 Внутрикамерное устройство 105
3.3 Поворотное устройство 107
3.4 Рама 108
3.5 Общий вид установки 109
3.6 Периферийные системы 110
3.6.1 Вакуумная система 110
3.6.2 Пневматическая система 112
3.6.3 Система газоподачи 113
3.6.4 Система охлаждения 115
3.6.5 Система электропитания 116
4 Экономическая часть 118
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 120
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 121
ПРИЛОЖЕНИЕ А 123
Графическая часть дипломного проекта 123











ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время, ракетная промышленность является одной из ак-тивно эксплуатируемых отраслей производства. Мирное предназначение ра-кет заключается в выводе грузов и космонавтов на орбиту Земли, боевое – в качестве носителей тактических и стратегических боеприпасов для обороны стран. Наиболее распространённым типом применяемых движителей в рас-сматриваемой области является жидкостный ракетный двигатель (ЖРД).
ЖРД – химический реактивный двигатель (энергия получается из хи-мической реакции топлива), использующий для работы только вещества и источник энергии, имеющиеся в запасе на самом запускаемом аппарате, при этом рабочее тело находится в жидком состоянии, в отличие от твердотоп-ливных двигателей [1].
На сегодняшний день наиболее популярной схемой подачи топлива в ЖРД является двухкомпонентная турбонасосная системе подачи топлива (рис. 1). В таких системах составляющие топлива (горючее и окислитель) по-даются в камеру сгорания при помощи специального агрегата (турбонасос-ной системы, ТНС), совмещающего в своей конструкции турбину и насос. Далее вещества поступают под высоким давлением в камеру сгорания, где происходит реакция и полученная струя раскалённого вещества попадает в сопло, ускоряя аппарат.
Рисунок 1 – Турбонасосный агрегат двигателя РД-120 в разрезе
В современной ракетной промышленности применяются т. н. двигатели закрытого цикла (“с дожиганием”). Их конструкция подразумевает, что один из компонентов топлива используется в качестве рабочего тела ТНС, пред-варительно превращенного в газ в газогенераторах. В зависимости от того, какая именно составляющая в полном объёме находилась в ТНС, среда в ней может быть, как окислительной (присутствовал весь окислитель, такую схему ещё называют «кислой»), так и восстановительной (находилось всё горючее, среда – «сладкая»). Последняя схема используется, в основном в американ-ских двигателях (пример: Merlin от компании SpaceX). Её недостатками яв-ляются наличие твердой фазы в топливе, что приводит к эрозионному износу двигателя, но при этом она конструктивно проще. «Кислая» схема использу-ется преимущественно в России (почти все двигатели серии РД). Такие систе-мы не засоряют двигатель, но являются более сложными, и что самое главное имеют повышенные требования к коррозионной стойкости материалов тур-бины [1].
Для решения проблемы стойкости материалов турбины к различного рода нагрузкам применяются защитные покрытия. Они представляют собой тонкий (порядка 100 мкм) слой материала с заданными свойствами, имею-щих повышенную стойкость к рассмотренным факторам. В частности, тер-мостойкие покрытия обычно представляют собой керамику, наносимую с помощью газодиффузионных способов, а коррозионностойкие покрытия яв-ляются сплавами (или даже чистым) никеля, наносимого более широким спектром способов.
Одним из перспективных способов нанесения никеля является вакуум-но-дуговое испарение. Несомненными преимуществами данного способа яв-ляются скорость формирования покрытия на подложке и низкая энергетиче-ская стоимость получения одного атома покрытия. Данный метод позволяет обеспечить равномерность нанесения покрытия, что позволяет соблюсти теп-ловой баланс элементов турбины (охлаждение элементов будет достаточны и равномерным). Кроме того, данное покрытие будет обладать хорошей адге-зией, чем достигается его высокая стойкость [2].
Для нанесения покрытий данным способом используются специальные аппараты – вакуумно-дуговые испарители (ВДИ) – устройства, предназна-ченные для нанесения тонких слоёв материала в разреженной среде, веще-ство которых испаряется с расходуемого катода под воздействием плазмы дугового разряда (рис. 2).
Рисунок 2 – Вакуумно-дуговой испаритель (вариант с возможность осевой регулировки относительно детали)