Повышение ресурса газодинамической опоры малогабаритного динамически настраиваемого гироскопа для космических аппаратов, страница 9

4.16), производство Bruker, Германия, оснащённоммикроскопомOlympusBX51,высокочувствительнойССDматрицей,охлаждаемой элементом Пельтье, двумя полупроводниковыми лазерами сдлинной волны 532 и 785 нм (с функцией подавления люминесценции) имоторизованным столиком.Условия регистрации спектров:- геометрия – отражение на 180 градусов;- объектив 50х;- время накопления 100 секунд;- спектральное разрешение 3 см-1;- входная щель 50 мкм;- длина волны лазера 532 нм.Рис.

4.16. Спектрометр комбинационного рассеяния Senterra80На Рис. 4.17 приведена фотография рабочей поверхности полусферы ГДО(видны участки алмазоподобного покрытия (тёмный) и канавки с нитридомтитана (светлый)) без видимых загрязнений, и спектры комбинационногорассеяния (КР), соответствующие указанным участкам.1 – спектр КР с участка DLC;2 – спектр КР с участка TiN.Рис.

4.17. Спектры КР, полученные при исследовании ГДО81На Рис. 4.18–4.20 приведены фотографии и спектры КР участков рабочихповерхностей полусфер ГДО, имеющих видимые загрязнения.1 – спектр КР с загрязненного участка TiN;2 – спектр КР с чистого участка TiN.Рис.

4.18. Спектры КР, полученные при исследовании ГДО821 – спектр КР с загрязненного участка TiN;2 – спектр КР с чистого участка TiN.Рис. 4.19. Спектры КР, полученные при исследовании ГДО831 – спектр КР с загрязненного участка DLC;2 – спектр КР с чистого участка DLC.Рис. 4.20. Спектры КР, полученные при исследовании ГДО84На спектрах КР, полученных с загрязнённых участков поверхностиисследованных полусфер, присутствуют линии комбинационного рассеяния светав области (2800-2900) см-1 (Рис.

4.21), соответствующие колебаниям связей C-H,характерным для органических веществ [28]. На спектрах незагрязнённыхучастков эти линии отсутствуют. Это даёт основание утверждать, что загрязнениесостоит из материала органического происхождения.Рис. 4.21. Спектры КР загрязненных участков ГДОСхожие линии спектров КР (Рис.

4.22) в области (2800-2900) см-1 имеютследующие материалы, используемые при изготовлении ГДО и ДНГ: калийстеариновокислый, масло ВМ, флюс №6, флюс ФКСп, флюс ФКТ.85а) спектр КР калия стеариновокислого; б) спектр КР масла ВМ; в) спектр КРфлюса №6; г) спектр КР флюса ФКСп; д) спектр КР флюса ФКТ.Рис. 4.22. Спектры КР образцов материаловПрочие материалы схожих линий спектра в области (2800-2900) см-1 неимеют.Дополнительно были исследованы спектры КР (Рис.

4.23) доводочных пасттипа АСМ 5/3 ПВОМЛ, АСМ 2/1 ПВОМЛ, применяемых для доводки нитридатитана и алмазоподобного углерода после их нанесения на рабочие поверхностиГДО при изготовлении.86Рис. 4.23. Спектры КР доводочных пастВ спектре КР доводочных паст также имеются линии в области (28002900) см-1, что свидетельствует о наличии в составе паст органического вещества.Из всех спектров КР, полученных при анализе образцов, в наибольшей мересоответствуют загрязнению на полусферах (имеют схожие линии КР в области(2800-2900) см-1) калий стеариновокислый и флюс № 6, а также связущеедоводочных паст.Таким образом, в результате проведённых исследований установлено, чтозагрязнение на рабочих поверхностях ГДО имеет органическое происхождение иможет являться стеариновокислым калием, применяемым в качестве граничнойсмазки при изготовлении ГДО. Также не исключена версия, что загрязнениеявляется остатками связующего вещества доводочных паст, которое не полностьюудаляется при проведении промывок после доводки рабочих поверхностейдеталей ГДО.

Флюс № 6, имеющий схожий с загрязнением спектр КР, вероятнеевсего, не может являться причиной появления загрязнений, т.к. применяется дляпайки при изготовлении ДНГ в крайне малых количествах и не имеетвозможности попасть на рабочие поверхности ГДО.874.3. Исследование нитрида титана и алмазоподобного углерода методомрастровой электронной микроскопииКак было отмечено ранее, износостойкие покрытия наносятся на деталиГДО в вакуумных установках методом конденсации и ионной бомбардировки. Сцелью проведения анализа структуры нитрида титана и алмазоподобногоуглерода указанные покрытия были нанесены на имитаторы ГДО, в качествекоторых использовались пронумерованные образцы из стали 12Х18Н10Тразмерами 2×10×20 мм.

Микроструктура покрытий исследовалась на растровомэлектронном микроскопе (РЭМ) S-4800 (фирма HITACHI) с различнымиувеличениями при ускоряющем напряжении 20 кВ и на растровом электронноммикроскопе XL-30 Philips ESEM с энергодисперсионным детектором Sapphire.Главной причиной использования растрового электронного микроскопа являетсявысокое разрешение и объемность изображений, обусловленная большойглубиной фокуса прибора. При фотографировании микроструктуры поверхностипокрытия предметный столик с образцом поворачивался на угол 10° к падающемуэлектронному пучку. Рабочие параметры при проведении экспериментов былиследующими:- ускоряющее напряжение –30 кВ;- ток эмиссии – 53 мкА;- остаточное давление -5x10–4 Па;- площадь сканирования - 2x2 мкм;- продолжительность набора импульсов – 150с.На образцы №№ 1, 4, 5, 7, 9, 11, 13, 19 в установке КИБ типа 1 нанесенопокрытие TiN.

Затем образцы №№ 1, 4, 5, 7, 13, 19 прошли операции доводкиалмазной пастой АСМ 5/3 ПВОМЛ и промывки по существующему техпроцессу.После промывки на образцы №№ 4, 5, 13, 19 в установке КИБ типа 1 нанесенопокрытие DLC.На образцы №№ 3, 8, 10, 12, 15, 17, 20, 21 нанесено покрытие TiN вустановке типа 2, отличающейся от установок типа 1 главным образом88кинематикойвращенияотносительноионныхобрабатываемыхисточников,аизделийтакжеисистемойихрасположениемэлектромагнитнойсепарации, уменьшающей образование капельной фазы в процессе нанесенияпокрытий. Затем образцы №№ 8, 15, 17, 20 прошли операции доводки алмазнойпастой АСМ 5/3 ПВОМЛ и промывки. После промывки на образцы №№ 17, 20 вустановке типа 2 нанесено покрытие DLC.На образцы №№ 18, 23 нанесено покрытие DLC в установке типа 1.На образцы №№ 22, 24 нанесено покрытие DLC в установке типа 2.На каждой операции образцы с явным браком (отслоение, шелушениепокрытия) из эксперимента исключались.

Для объективности проведенияэксперимента образцы для дальнейших исследований отбирались в случайномпорядке из возможных вариантов.Таким образом, для исследования микроструктуры были отобраны образцы:1) №№ 9, 11 с нанесённым покрытием TiN в установке типа 1.2) №№ 1, 7 с нанесённым покрытием TiN в установке типа 1, прошедшиеоперации доводки и промывки.3) №№ 5, 13 с нанесённым покрытием TiN в установке типа 1, прошедшиеоперации доводки и промывки, и покрытием DLC, нанесённым в установкетипа 1.4) №№ 3, 10 с нанесённым покрытием TiN в установке типа 2.5) №№ 8, 15 с нанесённым покрытием TiN в установке типа 2, прошедшиеоперации доводки и промывки.6) №№ 17, 20 с нанесённым покрытием TiN в установке типа ВПТ-12М,прошедшие операции доводки и промывки, и покрытием DLC, нанесённым вустановке типа 2.7) №№ 18, 23 с нанесённым покрытием DLC в установке типа 1.8) №№ 22, 24 с нанесённым покрытием DLC в установке типа 2.На Рис.

4.24, 4.25 приведены изображения покрытия TiN, нанесённого вустановках типа 2 и 1, на образцах № 3 и № 9, при увеличении в 1000 крат. Видно,89что покрытия, получаемые в установке типа 2, имеют капельную фазу (светлыепятна на рисунках) меньше, чем покрытия, получаемые в установке типа 1.Рис. 4.24. РЭМ изображение образца № 3 (TiN тип 2)Рис.

4.25. РЭМ изображение образца № 9 (TiN тип 1)90На Рис. 4.26–4.31 приведены изображения покрытия TiN на образцах № 1 и№ 8, прошедших операции доводки и промывки, при разном увеличении.Отчетливо видны каверны в покрытии, полученном в установке типа 2 (образец№ 8).Рис. 4.26. РЭМ изображение образца № 8 (TiN тип 2, доводка, промывка)Рис. 4.27.

РЭМ изображение образца № 1 (TiN тип 1, доводка, промывка)91Рис. 4.28. РЭМ изображение образца № 8 (TiN тип 2, доводка, промывка)Рис. 4.29. РЭМ изображение образца № 1 (TiN тип 1, доводка, промывка)92Рис. 4.30. РЭМ изображение образца № 8 (TiN тип 2, доводка, промывка)Рис. 4.31. РЭМ изображение образца № 1 (TiN тип 1, доводка, промывка)В покрытии, полученном в установке типа 2, каверны имеют размер4…8 мкм с возможным продолжением под поверхностью (Рис. 4.30).93Каверны в покрытии TiN видны через покрытие DLC в силу егопрозрачности для РЭМ при ускоряющем напряжении 20 кВ (Рис. 4.32).Рис.

4.32. РЭМ изображение образца № 17(TiN тип 2, доводка, промывка, DLC тип 2)ДополнительнокисследованиюнаРЭМпроведеноизмерениемикротвердости покрытий на микротвердомере типа HVS-100 по Виккерсу.Результаты замеров приведены в Таблице 18.Таблица 18№ образца Тип покрытияНагрузка, Н Выдержка, с Микротвердость, Hv11 (тип 1)TiN320345810 (тип 2)TiN32039687 (тип 1)TiN/доводка/320248915 (тип 2)TiN/доводка/22019784 (тип 1)TiN/доводка/DLC320236213 (тип 1)TiN/доводка/DLC320291320 (тип 2)TiN/доводка/DLC220226094Покрытия, получаемые в установках типа 2, имеют большую, чемпокрытия, получаемые в установках типа 1, микротвердость и, следовательно,повышенные внутренние напряжения, а также могут иметь каверны размером4-8 мкм, в которые при последующей доводке попадает связующее веществодоводочных паст. При промывке данное вещество может удаляться не полностью,в силу сложной конфигурации каверн в покрытии.

При дальнейшей эксплуатациивыделение остатков доводочных паст в рабочий зазор ГДО может приводить кповышению момента трения, вплоть до незапускаемости опоры.Для обеспечения надежного функционирования ГДО в течение длительногоресурса и устранения установленных причин появления загрязнений выработанырекомендации по проведению дополнительных технологических мероприятий:введение новых методов очистки рабочих поверхностей ГДО перед сборкой,введение технологической обкрутки с последующей разборкой ГДО и промывкойеё деталей, уточнение режимов нанесения износостойких покрытий в вакуумныхустановках.Указанныетехнологическиемероприятияпозволилирешитьпроблему появления загрязнений в ГДО и обеспечить длительный ресурс ДНГ.95Выводы по Главе 4:1.