Теоретические основы и технологическое обеспечение качества плазменного нанесения и упрочнения покрытий модуляцией электрических параметров

• Автор: Кадырметов, Анвар Минирович
• Шифр специальности: 05.02.07, 05.02.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 383 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ПЛАЗМЕННОГО НАНЕСЕНИЯ И УПРОЧНЕНИЯ ПОКРЫТИЙ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Существующие технологические возможности плазменного нанесения и упрочнения покрытий. Критерии и факторы процесса
1.2 Физические процессы при напылении, особенности структуры и физико-механические свойства неупрочненных плазменных покрытий

1.3 Анализ условий повышения качества покрытий при плазменном напылении

1.4 Анализ исследований процессов при модуляции в системе "источник питания - дуга - плазменная струя"

1.5 Анализ исследований процессов в системе "плазменная струя -напыляемые частицы"

1.6 Некоторые физико-механические свойства покрытий

1.7 Технологические особенности плазменного напыления

с модуляцией параметров
1.8 Пути решения проблемы формирования плазменных покрытий заданного качества и постановка цели и задач исследований
2 МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Общие положения методики теоретических и экспериментальных исследований
2.2 Методика экспериментального исследования и её особенности применительно к новым процессам динамизации плазменного
нанесения и упрочнения покрытий
2.2.1 Общие положения методики экспериментальных исследований
2.2.2 Экспериментальное оборудование и рабочие материалы
2.2.3 Методика определения электрических параметров
2.2.4 Методика исследования газодинамических параметров
2.2.5 Методика исследований температуры и физико-механических свойств покрытий
Выводы по главе
3 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПРОЦЕССОВ ПЛАЗМЕННОГО
НАНЕСЕНИЯ И УПРОЧНЕНИЯ ПОКРЫТИЙ В РЕЖИМЕ
МОДУЛЯЦИИ ТОКА ДУГИ ПЛАЗМОТРОНА
3.1 Описание процессов однофазной плазменной струи
3.2 Описание поведения дисперсной фазы в плазменной струе
3.2.1 Концептуальная модель плазменной струи на основе метода дискретных элементов
3.3 Модельное представление тепловых процессов в детали при плазменном напылении с дополнительным использованием
выносной дуги в режиме модуляции
3.3.2 Описаание теплового режима плазменного нанесения
и упрочнения детали
3.3.3 Математическая модель локальных тепловых процессов в местах привязки выносной дуги к поверхности детали в режиме модуляции
3.4 Описание комбинированных процессов нанесения и упрочнения плазменных покрытий термо- и электромеханической обработкой
3.4.1 Составляющие подвода и отвода тепла
3.4.2 Формализация теплоподвода в электрической цепи
«ролик-деталь»
3.4.3 Представление теплоподвода за счет механической энергии
трения <2тр и деформации поверхности Qu от обкатывающего ролика
3.4.4 Тепловые эффекты Пельтье и Томсона
3.4.5 Представление теплоотвода из зоны ЭМО покрытия
3.4.6 Описание теплоподвода к покрытию от плазменной струи
3.4.7 Концептуальная модель комбинированных процессов плазменного нанесения и упрочнения покрытий на основе метода
дискретных элементов
3.5 Формализация системы охлаждения поверхностей и деталей в процессах плазменного нанесения и упрочнения покрытий
3.5.1 Представление и алгоритм расчета охлаждения подложки экранированием поперечной водно-аэрозольной струей
3.5.2 Алгоритм расчета охлаждения подложки водно-аэрозольной
струей

Выводы по оценке эффективности математических моделей
4 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕТОДОВ ПЛАЗМЕННОГО НАНЕСЕНИЯ И УПРОЧНЕНИЯ ПОКРЫТИЙ
4.1 Особенности математического моделирования процессов плазменного нанесения и упрочнения покрытий
4.2 Расчет пульсаций давления и уровня волн в плазменной струе при модуляции мощности плазмотрона
4.3 Расчет параметров напыляемых частиц в плазменной струе при модуляции мощности плазмотрона
4.4 Расчет температурного поля на поверхности детали
4.4.1 Анализ влияния факторов плазменного нанесения и упрочнения покрытий на равномерность поля температур поверхности детали
4.4.2 Выбор параметров импульсной модуляции мощности выносной дуги, обеспечивающей проплавление покрытия в локальных зонах её привязки
Выводы по результатам математического моделирования и расчетов
5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ПЛАЗМЕННОГО НАНЕСЕНИЯ И УПРОЧНЕНИЯ ПОКРЫТИЙ
5.1 Исследование электрических параметров
5.2 Исследование газодинамических параметров
5.3 Исследование влияния модуляции выносной дуги на физикомеханические и триботехнические свойства покрытий
5.3.1 Изучение температурного поля детали для процесса плазменного напылении в режиме модуляции выносной дуги
5.3.2 Изучение пористости покрытий
5.3.3 Металлография и рентгеноструктурный анализ покрытий
5.3.4 Исследование физико-механических и триботехнических
свойств плазменных покрытий
5.3.5 Результаты усталостных испытаний
5.4 Исследование плазменных покрытий, упрочненных электромеханической обработкой
5.4.1 Изучение температуры основы

щыо нагрева подложки и частицы. Активация по механическому каналу реализуется механическим воздействием, позволяющим частично или полностью разрушить окисный или химически адсорбированный слой кислорода. Канал активации от пластической деформации связан с высвобождением энергии, образующейся при выходе на поверхность структурных дефектов типа дислокаций, вакансий, межузельных атомов. Химический канал осуществляется с помощью какого-либо вещества путем проведения восстановительной реакции, в результате которой оксид металла восстанавливается до чистого металла.
Если в процессе взаимодействия напыляемой частицы с подложкой пластическая деформация последней не происходит или происходит при действии импульсного давления, то их соединение осуществляется за счет термической активации.
Если же имеет место пластическая деформация материала подложки (под действием импульсного и напорного давлений), то взаимодействие между атомами в зоне контакта частицы с подложкой происходит по типу механической активации и активации, связанной с высвобождением энергии при выходе структурных дефектов на поверхность подложки [127, 216, 207-210].
Физико-механические характеристики покрытия определяются энергетическими параметрами подложки и частиц [127, 216, 207, 208, 210] в соответствии с рисунком 1.3. Это влияние сложное и неоднозначное. Так, например, прочность соединения ос частицы с подложкой может схематически зависеть от скорости частицы V,, температур частицы Тч и подложки Тп согласно рисунку
1.5 [77, 216]. Из этого рисунка видно, что повышения Т„, V, и Т., оказывают конкурирующее влияние на процессы формирования покрытия и его соединения с подложкой, и поэтому можно ожидать как увеличения, так и уменьшения прочности этого соединения ос.