Исследование процесса нанесения многокомпонентных покрытий методом холодного газодинамического напыления

• Автор: Сова, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 120 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1 Краткий анализ современного состояния исследований
в области ХГН
1.1 История ХГН
1.2 Направления исследований ХГН
1.2.1 Газодинамика ХГН
1.2.2 Взаимодействие частиц с подложкой
1.2.3 Свойства покрытий
1.2.4 Разработка оборудования для реализации ХГН
1.3 Нанесение многокомпонентных покрытий
Выводы к главе
Глава 2 Влияние точки ввода порошка на параметры частиц при вылете. Эжекторная схема формирования двухфазных потоков в условиях ХГН
2.1 Влияние точки ввода на параметры частиц при вылете из сопла
2.2 Новый способ напыления многокомпонентных покрытий
2.3 Эжекторные схемы формирования двухфазных потоков
2.3.1 Классический эжектор
2.3.2 Эжектор с центральным телом
Выводы к главе
Глава 3 Экспериментальное применение разработанного способа нанесения многокомпонентных покрытий
из смесей порошков методом холодного напыления
3.1 Схема сопла с классическим эжектором
3.2 Исследование влияния точки ввода порошка в поток
на параметры частиц и на процесс формирования покрытия
3.2.1 Экспериментальное исследование влияния точки ввода порошка
на процесс формирования покрытия
3.2.2 Численный расчет
3.2.3 Экспериментальная верификация численного расчета
3.2.4 Анализ параметров удара частиц алюминия, введенных в дозвуковую
и сверхзвуковую области эжекторного сопла
3.3 Экспериментальное нанесение многокомпонентных покрытий
3.3.1 Нанесение покрытия медь - алюминий
3.3.2 Нанесение покрытия титан - алюминий

3.4 Эжектор с центральным телом
3.5 Перспективы развития предложенного способа напыления: предварительный нагрев частиц
Выводы к главе
Глава 4 Особенности нанесения металлокерамических покрытий методом ХГН
4.1 Проблемы напыления металлокерамических покрытий
4.2 Экспериментальное исследование влияния керамических частиц
на процесс формирования покрытия
4.2.1 Зависимость коэффициента напыления металлокерамической смеси
от содержания керамики
4.2.2 Зависимость коэффициента напыления металлокерамической смеси
от содержания керамики
4.3 Расчет вероятности высокоскоростного соударения керамических и металлических частиц в потоке
Выводы по главе
Заключение
Условные обозначения
Список литературы

Введение
Метод холодного газодинамического напыления (ХГН) является сравнительно новым способом напыления порошковых покрытий. Формирование покрытия происходит при температурах, значительно ниже температуры напыляемого материала, что является основным отличием ХГН от других методов термического напыления.
Явление ХГН впервые было обнаружено в Институте Теоретической и Прикладной Механике. В первых исследованиях (Алхимов А.П., Косарев В.Ф., Папырин А.Н.) была показана возможность соединения с подложкой мелких частиц в твердом состоянии, выявлены некоторые особенности их ударного взаимодействия с преградой, определены условия формирования покрытий для ряда порошковых материалов, позволяющие разрабатывать физические и математические модели. Практика использования метода ХГН поставила ряд проблем и привела к необходимости детального исследования основных физических процессов, ответственных за конечные свойства получаемых материалов и покрытий. Таким образом, возникли задачи по определению связи параметров взаимодействующих объектов с характеристиками, получаемых в результате этого материалов и покрытий
В настоящее время исследованием процесса ХГН заняты десятки научных коллективов по всему миру. По результатам работы этих коллективов опубликованы сотни статей, получено более ста пятидесяти патентов. Обзор опубликованных работ показывает, что за последние десять лет произошел существенный прогресс в понимании и описании физических явлений, происходящих при ХГН, существенно усовершенствована технология напыления покрытий, разработано новое оборудование. Также широко ведется работа по внедрению метода ХГН в производство, созданы центры по разработке и изготовлению оборудования, удовлетворяющего требованиям современной промышленности.
Важно отметить, что подавляющее большинство проведенных исследований посвящены напылению однокомпонентных покрытий, то есть покрытий, состоящих из порошка одного материала (чистый металл или сплав). Однако в последнее время все больший интерес для исследователей и технологов представляет процесс напыления многокомпонентных покрытий. Напыление такого рода покрытий осуществляется двумя способами.

и технологических проблем, требующих дальнейшего исследования. Основные проблемы можно формулируются следующим образом.
• При нанесении смесей из порошков металлов чрезвычайно сложной является проблема поиска оптимальных параметров газового потока. Например, нанесение смесей алюминий-титан, алюминий-железо затруднено, так как компоненты этих смесей имеют существенно различающиеся критические параметры и соответственно они эффективно напыляются при разных параметрах газового потока. Поэтому, зачастую оказывается невозможным подобрать параметры газового потока так, чтобы они обеспечивали эффективное (с высоким коэффициентом напыления) напыление всех компонентов смеси. Таким образом, разработка способа холодного напыления покрытий из смесей из отличающихся по свойствам металлических порошков является актуальной задачей.
• Процесс напыления металлокерамических смесей существенно отличается от процесса нанесения напыления чистого металла. В частности коэффициент напыления металлокерамической смеси существенно отличаегся от коэффициента напыления чистого металла при одних и тех же условий напыления. Это напрямую указывает на взаимное влияние компонентов смеси на процесс напыления. В этой связи исследование влияния параметров керамических частиц (тип, размер, массовая доля в смеси и т.д.) и газа (температура, скорость) на процесс ХГН мегаллокерамических смесей является актуальным.
• Напыление металлокерамических смесей сопровождается существенным износом сопла в области критического сечения из-за эрозионного воздействия керамических частиц. Это быстро приводит сопловой узел в негодность. Устранение данной проблемы являлось бы актуальным технологическим усовершенствованием процесса ХГН.
Подробное исследование данных проблем позволило бы существенно расширить возможности применения технологии ХГН, а также существенно улучшить понимание происходящих при холодном напылении процессов.