Повышение ресурса газодинамической опоры малогабаритного динамически настраиваемого гироскопа для космических аппаратов (1025561), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Положительные ионы осаждаемогоматериала, ускоряясь из плазмы вакуумной дуги под действием отрицательногопотенциала на покрываемых деталях, бомбардируют их.В начале процесса на детали подается потенциал минус 1 – 5 кВ, чтоприводит к ионному травлению – очистке поверхностей покрываемых деталей63ионами осаждаемого материала. Затем потенциал снижается до минус 50 – 600 В,и процесс ионного травления непрерывно переходит в процесс ионногоосаждения покрытий.Для напыления износостойких покрытий на детали ГДО используются двеспециализированные вакуумные установки: одна для напыления покрытий изнитрида титана, другая - для напыления алмазоподобного углеродного покрытия.Структурная схема установки для нанесения нитрида титана на детали ГДОприведена на Рис.
4.1.Впереднююкрышкувакуумнойкамерыустановкивмонтированкинематический узел планетарного вращения, который обеспечивает вращениедеталей ГДО вокруг общей оси и каждой – вокруг собственной оси. На держателидеталей ГДО на кинематическом узле предусмотрена подача высокогонапряжения до 5 кВ.В заднюю крышку установки вмонтированы два ионных источника,направленных под углами 45°±10° к основной оси вращения кинематическогоузла. Каждый ионный источник для напыления TiN состоит из источника плазмыдля распыления титанового катода и анода. Источник плазмы предназначен длясоздания плазмы дугового разряда в вакууме между распыляемым твердымкатодом из осаждаемого материала и анодом, которым является корпус источникаплазмы.Предусмотрено магнитное удержание катодного пятна на распыляемомкатоде.
Для питания соленоидов источника плазмы и анода используютсяспециальные блоки питания. Анод служит для магнитной фокусировки плазмыосаждаемого материала, выносимой из источника плазмы, с целью улучшенияструктуры покрытий и повышения производительности напыления. Зажиганиедугового разряда осуществляется с помощью специального электронного блокаподжига.Для получения покрытия нитрида титана в вакуумную камеру принапылении титана напускается газообразный азот до давления не выше 0,7 Па.64При этом происходит плазмохимическое взаимодействие между титаном и азотомс образованием нитрида титана.Рис. 4.1. Структурная схема установки для нанесения нитрида титанана детали ГДО654.1.
Исследование ГДО методом растровой электронной микроскопии имикроанализаВ процессе эксплуатации гироскопов с ГДО, в том числе ДНГ с ГДО,отмечены случаи отказов по моментным характеристикам вплоть до незапусковприборов. В результате исследований таких случаев установлено, что отказысвязаны с появлением на рабочих поверхностях ГДО загрязнений неизвестногопроисхождения, чаще всего в виде налёта и мазков, выявляемых после разборкиотказавших приборов. На Рис.
4.2 приведено фото загрязнения в виде светлогоналета, обнаруженного на полусфере ГДО после разборки ДНГ, отказавшего приэксплуатации (незапуск).Рис. 4.2. Налет на рабочей поверхности полусферы ГДОПроцесс «засорения» подшипников с газовой смазкой накапливающимсямелким порошком отмечен достаточно давно [35].
По понятным причинам онпредставляет серьезную опасность для имеющих малые зазоры ГДО гироскопов.С целью определения состава и происхождения загрязнений на рабочихповерхностях ГДО проведены их исследования с помощью растровогоэлектронногомикроскопа(РЭМ)сэнергодисперсионнымрентгеновскиммикроанализатором. Микроскоп позволяет получать изображение объектов в66рассеянныхэлектронахбезспециальнойподготовкиповерхностиприувеличениях до 3∙105 крат и сведения об элементном составе с №4 Be по №92 Uпериодической системы по анализу спектров характеристического рентгеновскогоизлучения поверхности материалов с локальностью до 1х1 мкм2. Конкретныевеличины увеличения и площадь анализируемого пятна выбираются изсоображений соразмерности с дисперсностью и морфологией рассматриваемогообъекта. Исследуемые поверхности предварительной промывке и протирке неподвергались.При визуальном осмотре полусфер оптическим микроскопом на дне и навертикальных стенках газодинамических канавок виден светлый налет.На РЭМ-изображениях (Рис.
4.3–4.5) видно, что налёт представляет собойгранулированный порошок с характерным размером зерен 0,5-1 мкм. Большаячастьзеренимеетпризнакислегкавытянутогов одномнаправлениипризматического кристаллического габитуса со стертыми вершинами и ребрами.Встречаются также изометрические зерна почти сферической формы и сильновытянутые частицы длиной до 4 мкм (Рис. 4.6).67Рис. 4.3. Порошок на поверхности полусферы ГДО, увеличение 300 кратРис. 4.4. Порошок на поверхности полусферы ГДО, увеличение 104 крат68Рис. 4.5. Порошок на поверхности полусферы ГДО, увеличение 8∙104 кратРис.
4.6. Частица на поверхности полусферы ГДО, увеличение 3∙104 крат69Попытка механического воздействия иглой микроманипулятора прибора начастицу порошка привела к её отделению от поверхности полусферы иисчезновению во внутрикамерном пространстве микроскопа, что свидетельствуето низкой адгезии между налётом и поверхностью опоры.Микрорентгеноспектральный анализ участка с порошком (Рис. 4.7, 4.8) сиспользованием энергодисперсионного рентгеновского микроанализатора РЭМпоказал присутствие углерода (атомная доля до 71 %), а также азота, титана,кислорода, фтора, кремния. При этом надо учитывать, что в область анализапопадает не только налет на поверхности, но и подложка, покрытая нитридомтитана (TiN).
Для сравнения проведен микрорентгеноспектральный анализподложки – чистого участка (без порошка) дна канавки (Рис. 4.9). Данные анализапоказывают присутствие азота и титана в пропорциях, соответствующих TiN. Ванализе также присутствуют углерод и кислород, возможно, находящиеся наповерхности в виде мономолекулярной плёнки.70Рис. 4.7. Микрорентгеноспектральный анализ частиц налёта на полусфереГДО71Рис. 4.8. Микрорентгеноспектральный анализ частиц налета на полусфереГДО72Рис. 4.9. Микрорентгеноспектральный анализ чистого участка дна канавкиполусферы ГДО73Для исключения влияния подложки на результаты анализа произведенсоскоб налёта с полусферы ГДО на кремниевую пластину (Рис.
4.10–4.12).Рис. 4.10. Соскоб налёта на кремниевую пластину, увеличение 2,5∙103 кратРис. 4.11. Соскоб налёта на кремниевую пластину, увеличение 104 крат74Рис. 4.12. Соскоб налёта на кремниевую пластину, увеличение 4∙104 кратМикроанализ соскоба показал присутствие углерода (атомная доля до 82 %)и кислорода (атомная доля до 18 %) – Рис. 4.13. Измерения в разных областяхсоскоба выявили также присутствие кремния, фтора, алюминия, титана(Рис. 4.14).75Рис.
4.13. Микрорентгеноспектральный анализ соскоба с полусферы ГДО76Рис. 4.14. Микрорентгеноспектральный анализ соскоба с полусферы ГДО77Анализ чистой кремниевой пластины выявил присутствие помимо кремниямалого количества углерода, кислорода и алюминия (Рис. 4.15).Рис. 4.15. Микрорентгеноспектральный анализ кремниевой пластины78Полученные результаты показывают, что загрязнение, обнаруженное нарабочих поверхностях ГДО и представляющее собой мелкодисперсный порошок,свободно лежащий на поверхности, в основном состоит из конгломератовнеструктурированного углеродсодержащего материала. Соотношение углерода икислорода в загрязнении позволяет предположить, что оно имеет органическуюприроду.Присутствиефторавнекоторыханализахобъясняетсяостаткамифторсодержащей промывочной жидкости (хладон).Кремний мог попасть на поверхность детали в виде пыли после разборкиГДО и при проведении исследований.Присутствие кремния и алюминия в соскобах порошка на кремниевуюпластину, наиболее вероятно, связано с наличием указанных элементов в составесамой пластины.4.2.
Исследование ГДО методом спектроскопии комбинационногорассеяния светаДля идентификации загрязнений на рабочих поверхностях ГДО методомспектроскопии комбинационного рассеяния света проведен сравнительный анализзагрязнений с образцами следующих веществ, применяемых при изготовлениидеталей ГДО, а также деталей и сборочных единиц ДНГ:- калий стеариновокислый (порошок) – применяется в качестве граничнойсмазки рабочих поверхностей ГДО;- масло ВМ (насосное) ГОСТ 23013-78 – применяется в вакуумных насосахустановок по нанесению износостойких покрытий ГДО;- клей ЭХД по КИ0.054.456, клеи ВК-9, ВК-9Э, ВК-9БН по КИ0.045.026 –применяются в клеевых соединениях деталей ГДО и ДНГ;- провод МП16-11-0,03 ТУ16-505.7589-81, фторопластовая трубка Ф4Д0,8*0,02 ГОСТ 22056-76 – применяются в ДНГ;79- флюсы ФКТ, №6, ФКСп по КИ0.054.123 – применяются для пайки приизготовлении ДНГ.Регистрациюспектровкомбинационногорассеянияпроводилинаспектрометре Senterra (Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
