Search

В данной работе проведены исследования характеристик сплавов на основе ниобия и нихрома при рабочих температурах на поверхностях, предназначенных для тепловой защиты конструкции многоразового космического аппарата (МКА). Проведены ресурсные испытания образца ниобиевого сплава при конвективном нагреве. Испытания проводились на универсальном термоструйном газодинамическом стенде (УТС) в сверхзвуковой струе продуктов сгорания топливной пары «керосин-воздух». Для термоэрозионных испытаний был представлен образец из ниобиевого сплава, полученного спеканием и прокаткой в виде пластины. Образец экспонировался в потоке на длине 25мм, и площадь нагрева составила 275 мм2. Так как в нихромовом сплаве при нагреве в продуктах сгорания при температурах выше 850 °С образуется межкристаллитная коррозия, его термоциклирование проводили при радиационном нагреве на гелиоустановке. Рентгеноструктурный анализ показал, что высокая эффективность разработанных сплавов объясняется образованием на поверхности защитных оксидных пленок. Один из возможных механизмов термоэрозионного разрушения поверхности образцов ниобиевого сплава можно представить как рост объемов дефектов в процессе термоциклирования, их «залечивания», приводящего к самообособлению фрагментов поверхности материала и их последующего отрыва. Самозалечивание трещин и других поверхностных дефектов, например выбоин, что образуются при высокоскоростном ударе пылевыми частицами, находящимися в газовом потоке, происходит вследствие высокой концентрации дефектов на поверхности, образующихся при воздействии газодинамического потока. В дополнение к этому, представлены данные по механическим свойствам для нихромового сплава, в том числе, усталостная прочность. Установлено, что при циклировании (107 циклов) на виброэлектродинамическом стенде (VEDS-200A-M1) усталостная прочность составила 570 МПа, что значительно превышает требуемую 0,4σb = 400 МПа. Разработанный нихромовый сплав имеет σb = 1008 МПа, σ0,2 = 695 МПа при пластичности δ = 16,2 %. Испытания образца сплава на основе Nb при температуре 1200 °С на стенде УТС показали жаростойкость, достаточную для использования этих сплавов в металлических системах тепловой защиты многоразовых космических аппаратов, In this work, we studied the characteristics of alloys based on niobium and nichrome at working temperatures on the surface, intended for thermal protection of the design of a multistage spacecraft (MSS). Resource tests of a niobium alloy sample during convective heating were carried out. The tests were carried out on a universal thermo-jet gas-dynamic stand (UGS) in a supersonic jet of combustion products of a kerosene-air fuel pair. For thermal erosion testing, a sample of niobium alloy obtained by sintering and rolling in the form of a plate was presented. The sample was exposed in a stream at a length of 25 mm, and the heating area was to 275 mm2. Since in nichrome alloy, when heated in combustion products at temperatures above 850 °C, intergranular corrosion is formed, its thermal cycling was carried out at radiation heating at the solar installation. X-ray structural analysis showed that the high efficiency of the developed alloys is explained by the formation of protective oxide films on the surface. One of the possible mechanisms of thermal erosion of the surface of niobium alloy samples can be represented as an increase in the volume of defects in the process of thermal cycling, their “healing”, leading to self-isolation of fragments of the surface of the material and their subsequent separation. Self-healing of cracks and other surface defects, for example, holes that are formed during highspeed impact by dust particles in the gas flow, is due to the high concentration of defects on the surface formed by the action of the gas-dynamic flow. In addition, data for the nichrome alloy, including fatigue strength, are presented. It was established that when cycling (107 cycles) on a vibrodynamic stand (VEDS-200A-M1), the fatigue strength was 570 MPa, which significantly exceeds the required 0.4σb = 400 MPa. The developed nichrome alloy has σb = 1008 MPa, σ0,2 = 695 MPa with plasticity δ = 16.2%. Tests of a sample of an alloy based on Nb at a temperature of 1200 °C at the UGS stand showed heat resistance sufficient to use these alloys in metal thermal protection systems for reusable spacecraft

В роботі запропоновано механізм та побудовано термокінетичну модель процесу окиснення нікелю. Вказана модель являє собою систему жорстких звичайних диференційних рівнянь. Досліджено особливості комп’ютерного моделювання процесу окиснення нікелю, як реалізації математичного опису процесу у спеціалізованому програмному забезпеченні. The paper addresses some features of computer simulation of nickel oxidation thermokinetics. The mechanism of nickel oxidation process was suggested and the thermokinetic model of the process was presented. In the present case the model is a system of stiff ordinary differential equations. Some peculiarities of computer simulation of nickel oxidation process, as a realization of the mathematical description of the process in the specialized software, were investigated. В работе предложен механизм и построена термокинетическая модель процесса окисления никеля. Указанная модель представляет собой систему жестких обыкновенных дифференциальных уравнений. Исследованы особенности компьютерного моделирования процесса окисления никеля, как реализации математического описания процесса в специализированном программном обеспечении.

Досліджена макрокінетика окиснення пористого кобальта та запропонована термокінетична модель процесу в неізотермічних умовах. В результаті комп’ютерного експерименту встановлені різні термокінетичні траєкторії протікання процесу. Вивчено вплив швидкостей реакцій на термокінетику процесу. The macrocnetics of oxidation of porous cobalt and the thermokinetic model of the process in non-isothermal conditions are proposed. As a result of the computer experiment, different thermokinetic trajectories of the process flow are established. The influence of reaction rates on the thermokinetics of the process has been studied. Исследована макрокинетика окисления пористого кобальта и предложена термокинетическая модель процесса в неизотермических условиях. В результате компьютерного эксперимента установлены различные термокинетические траектории протекания процесса. Изучено влияние скоростей реакций на термокинетику процесса.

The researches of a surface morphology, electrophysical characteristics and gas sensitivity of the metal-silicon structures with a surface layer of the porous silicon modified by platinum and copper were carried out. It was shown, that the mechanism of hydrogen sulphide adsorption in structures with layers of nanoporous silicon filled by copper consists in chemical interaction of hydrogen sulphide molecules with copper atoms and formation of the new phase CuS which leads to change of the metal-silicon Schottky barrier. Restoration of such structures it is possible due to warming up in 50 % Ar and Í2 mixture at temperature up to 300°Ñ. It was established, that application of thin layers of nanoporous silicon filled by copper leads to strengthening adsorption-electrical effects in Al-PS (Cu)-Si structures. The connection between morphology, a chemical compound of nanoporous silicon and sensitivity of Schottky structures to hydrogen sulphide were investigated. The mechanism of adsorption strengthening of the hydrogen-containing gas molecules, in particular, hydrogen sulphide was established. In case of structures with layers of porous silicon modified by platinum the mechanism of gas sensitivity is determined by presence of an intermediate porous layer, catalytically active metal (Pt), type of silicon substrate conductivity and parameters of the adsorbed molecules. It was established, that the increase in thickness of the intermediate porous layer causes the increase in gas sensitivity of the surface-barrier structures. The influence on the structure gas sensitivity of the gas environment (the sated vapors and acetone), manufacturing techniques and an operating mode of the surface-barrier structures was determined., Проведені дослідження морфології поверхні, електрофізичних характеристик та газової чутливості структур метал-кремній з поверхневим шаром пористого кремнію, модифікованого платиною і міддю. Показано, що механізм адсорбції сірководню в структурах з шарами нанопористого кремнію, заповненими міддю, полягає у хімічній взаємодії молекул сірководню з атомами міді та утворенні нової фази CuS, яка і приводить до зміни бар’єру Шотткі метал-кремній. Відновлення таких структур можливо за рахунок прогріву в 50% суміші Ar та Н2 при температурі до 3000 С. Встановлено, що застосування тонких шарів нанопористого кремнію, заповненого міддю, призводить до підсилення адсорбоелектричних ефектів в Al — PS(Cu) — Si структурах. Досліджено зв’язок між морфологією, хімічним складом нанопористого кремнію та чутливістю Шотткі структур до сірководню. Встановлено механізм підсилення адсорбції молекул воднемістких газів, зокрема сірководню. У випадку структур з шарами пористого кремнію, модифікованого платиною, механізм газової чутливості визначається наявністю проміжного поруватого шару, каталітично активного металу (Pt), типом провідності кремнієвої підкладки і параметрами адсорбованих молекул. Встановлено, що збільшення товщини проміжного поруватого шару обумовлює зростання газової чутливості поверхнево-бар`єрних структур. Визначено вплив на газову чутливість складу газового середовища (насичені пари води та ацетон), технології виготовлення та режиму роботи поверхнево-бар`єрних структур., Проведены исследования морфологии поверхности, электрофизических характеристик и газовой чувствительности структур металл-кремний с поверхностным слоем пористого кремния, модифицированного платиной и медью. Показано, что механизм адсорбции сероводорода в структурах со слоями нанопористого кремния заполненными медью заключается в химическом взаимодействии молекул сероводорода с атомами меди и образовании новой фазы CuS, которая и приводит к изменению барьера Шоттки металл-кремний. Восстановление таких структур возможно за счет прогрева в 50% смеси Ar и Н2 при температуре до 300°С. Установлено, что применение тонких слоев нанопористого кремния заполненного медью приводит к усилению адсорбоэлектрических эффектов в Al-PS(Cu)-Si структурах. Исследована связь между морфологией, химическим составом нанопористого кремния и чувствительностью Шоттки структур к сероводороду. Установлен механизм усиления адсорбции молекул водородсодержащих газов, в частности, сероводорода. В случае структур со слоями пористого кремния модифицированного платиной механизм газовой чувствительности определяется наличием промежуточного пористого слоя, каталитически активного металла (Pt), типом проводимости кремниевой подложки и параметрами адсорбированных молекул. Установлено, что увеличение толщины промежуточного пористого слоя обуславливает увеличение газовой чувствительности поверхностно-барьерных структур. Определено влияние на газовую чувствительность состава газовой среды (насыщенные пары и ацетон), технологии изготовления и режима работы поверхностно- барьерных структур.