ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ТЕПЛОНАПРЯЖЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ И ИНСТРУМЕНТА
Попов В.М., Латынин А.В., Ерин О.Л. (ВГЛТА, г. Воронеж, РФ)
Technology of creation of glue compounds of high-beat technical systems has been suggested. Heat conduction and durability of glue compound is increasing under the influence of magnetic field on glue interlayer with metal filler.
В настоящее время во многих технических системах для крепления отдельных деталей и узлов применяются клеевые соединения. Условия эксплуатации таких систем зачастую требуют хорошей прочности соединения на клеях и теплопроводности через клеевые соединения. Попытки разработки технологии по совмещению этих двух требований, как правило, не дают положительного результата. Так, введение в полимерную матрицу клея металлических порошков незначительно повышает теплопроводность клея и одновременно резко снижает прочность соединений на основе такой клеевой композиции.
Предлагается технологический прием, в основу которого заложен эффект от воздействия постоянным магнитным полем на клеевую прослойку из клея с дисперсным наполнителем ферромагнитной природы. Под воздействием магнитного поля заданной напряженности в клеевой прослойке между поверхностями субстратов образуются цепочечные структуры из близкорасположенных или непосредственно контактирующих частиц наполнителя. Следует ожидать, что такая структура клеевой прослойки должна повысить ее теплопроводность. В свою очередь за счет упорядочения микроструктуры полимера, составляющего основу клеевой композиции, под действием магнитного поля должна возрасти, адгезионная и когезионная прочность клеевого соединения.
Для реализации предлагаемой технологии и исследования влияния различных факторов на выходные параметры клеевых соединений создано и запатентовано намагничивающее устройство, состоящее из электромагнитного индуктора с подвижными башмаками, блока питания, термокамеры с рабочей ячейкой и теплоизмерительной аппаратуры. Устройство позволяет создавать постоянное магнитное поле напряженностью до 32·104 А/м, которое регулируется изменением силы тока в обмотке магнита и межполюсного расстояния. Исследовались клеевые пары из стали марки 12Х18Н10Т с клеевой прослойкой из клеев марки ВК–9 и К–153 толщиной от 0,5 до 1 мм.
Для испытаний клеевых соединений на прочность изготавливались образцы согласно ГОСТа 14760–69 и ГОСТа 14759–69. Испытания проводились на разрывной машине марки МИ–20. Полученные в процессе испытаний результаты приведены в табл. 1.
Таблица 1 – Зависимость прочности клеевых соединений от напряженности магнитного поля
|
Марка клея |
Концентрация наполнителя С, % по массе |
Напряженность магнитного поля Н∙10-4, А/м |
Прочность на равномерный отрыв σ, МПа |
Прочность на сдвиг при сжатии τ, МПа |
|
ВК–9 |
0 0 0 0 |
0 6,4 16 20,8 |
16,7 18,4 23,2 27,2 |
13,5 14 22,5 24 |
|
ВК–9 |
20 20 20 20 |
0 6,4 16 20,8 |
13,1 14,8 20,4 22,6 |
11,4 13,1 18,3 20,0 |
|
К–153 |
20 20 20 20 |
0 6,4 16 20,8 |
8,6 9,2 10,8 11,4 |
5,4 5,8 6,5 7,5 |
Из табл.1 видно, что путем воздействия постоянным магнитным полем на клеевые прослойки в стадии их отверждения можно повысить прочность соединения более чем на 40%.
Для исследования влияния магнитного поля на теплопроводность клеевых прослоек с дисперсным наполнителем в виде железного порошка марки ПЖВ применялись образцы в виде дисков из стали 12Х18Н10Т. После обработки в магнитном поле испытания натеплопроводность проводились на установке, функционирующей по методу двух температурно-временных интервалов. Полученные значения коэффициента теплопроводности клеевых прослоек представлены в табл. 2.
Таблица 2 – Зависимость коэффициента теплопроводности клеевых прослоек (λ, Вт/(м∙К)) из клея ВК–9 от напряженности поля при различной концентрации наполнителя
|
Концентрация наполни- теля С, % по массе Напряженность поля, Н·10-4, А/м |
10 |
20 |
30 |
40 |
|
2 |
0,24 |
0,34 |
0,43 |
0,45 |
|
10 |
0,44 |
0,52 |
0,56 |
0,6 |
|
16 |
0,51 |
0,56 |
0,61 |
0,65 |
|
24 |
0,58 |
0,6 |
0,64 |
0,7 |
Как видно из табл. 2, повышение напряженности магнитного поля сопровождается ростом теплопроводности клеевой прослойки.
В заключении следует отметить, что предлагаемая технология позволяет создавать клеевые соединения в теплонапряженных технических системах повышенной прочности и теплопроводности, что увеличивает надежность и долговечность работы таких систем.