Физические основы холодного газодинамического напыления

• Автор: Косарев, Владимир Федорович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 292 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ НАПЫЛЕНИЯ
1.1 Течение в сверхзвуковом сопле большой длины
1.1.1 Экспериментальное определение параметров газового потока на срезе плоского сверхзвукового сопла
Описание экспериментальной установки
Анализ экспериментальных результатов
1.1.2 Расчет параметров газа внутри сопла
Учет вытесняющего действия пограничного слоя
Расчет средних по сечению параметров потока
1.2 Струйное истечение из сверхзвукового сопла прямоугольного выходного СЕЧЕНИЯ
1.2.1 Экспериментальная установка и методики исследования
* 1.2.2 Экспериментальные результаты
Профили числа Маха
Профили избыточной температуры
Продольное распределение осевых значений параметров
Толщина струи
Влияние нерасчетности
1.3 На текание сверхзвуковой струи на преграду
1.3.1 Экспериментальная установка
1.3.2 Экспериментальные результаты
Распределение давления на поверхности преграды
Градиент скорости в точке торможения
Сравнение распределения давления в струе и на поверхности преграды ....62 Влияние расстояния от среза сопла до преграды. Колебания струи
!0 Пристенная струя
Толщина сжатого слоя
1.4 Теплообмен струи с преградой
1.4.1 Методика измерения коэффициента теплообмена
1.4.2 Коэффициент теплообмена
1.4.3 Температура поверхности преграды
Выводы по главе

ГЛАВА 2 СКОРОСТЬ УДАРА ЧАСТИЦ О ПРЕГРАДУ ПРИ
ГАЗОДИНАМИЧЕСКОМ НАПЫЛЕНИИ

2.1 Экспериментальное измерение скорости частиц
2.1.1 Методы диагностики
Лазер-доплеровский измеритель скорости (ЛДИС)
Метод треков
2.1.2 Экспериментальные результаты
2.2 Расчет скорости и температуры частиц в момент удара
2.2.1 Компьютерное приложение
2.3 Оптимизация геометрических характеристик сопла для получения максимальной скорости удара
2.3.1 Картина движения газа и частиц
2.3.2 Модель расчета параметров газа и частиц
• 2.3.3 Результаты по оптимизации параметров сопла по скорости частиц в момент
удара
2.3.4 Определение температуры частиц в момент удара
Выводы по главе II
ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА
ХОЛОДНОГО ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО НАПЫЛЕНИЯ
3.1 Зависимость процесса напыления от скорости частиц и температуры
ПОДОГРЕВА РАБОЧЕГО ГАЗА
3.1.1 Описание установки
3.1.2 Экспериментальные результаты
3.2 Напыление при больших концентрациях частиц
3.2.1 Критическая концентрация
Ф 3.2.2 Влияние угла напыления
3.3 Взаимодействие двухфазного потока с нагретой поверхностью и формирование НА НЕЙ ПОКРЫТИЙ
3.3.1 Экспериментальная установка
3.3.2 Температура поверхности образца
3.3.3 Экспериментальные результаты
3.4 Напыление с возбуждением реакций высокотемпературного синтеза
3.4.1 Условия проведения СВС реакций при газодинамическом напылении
3.4.2 Экспериментальная установка и результаты
* 3.4.3 Осесимметричные сопла с центральным телом
3.4.3 Анализ покрытий
3.5 Нанесение металл-полимерных покрытий методом ХГН
3.5.1 Установка и материалы
3.5.2 Результаты исследования
3.5.3 Физико-технические свойства металл-полимерных тонких слоев и скомпактированных порошковых материалов
Результаты исследования методом дифракции синхротронного излучения

Адгезионно-когезионная прочность
Электросопротивление композитных материалов
Триботехнические свойства тефлонсодержащих покрытий
3.5.4 Моделирование трения металл-полимерного композита
Основные принципы моделирования
Результаты моделирования и обсуждение
Выводы по главе III
ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
ОДИНОЧНЫХ ЧАСТИЦ С ПОВЕРХНОСТЬЮ
4.1 Адгезионное взаимодействие одиночных частиц с подложкой
4.1.1 Влияние скорости частиц, температуры рабочего газа и подготовки поверхности
4.1.2 Активация поверхности частицами. Время задержки
4.1.3 Критические параметры
4.2 Деформация микрочастиц при высокоскоростном ударе
4.2.1 Экспериментальная установка и методы измерений
4.2.2 Методика измерений
4.2.3 Статистическая обработка
4.2.4 Результаты микроскопических исследований
4.2.5 Зависимость деформации от скорости удара
Выводы по главе IV
ГЛАВА 5 МОДЕЛИРОВАНИЕ АДГЕЗИОННОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ПОВЕРХНОСТЬЮ ОДИНОЧНОЙ ЧАСТИЦЫ ПРИ ЕЕ ВЫСОКОСКОРОСТНОМ ПЛАСТИЧЕСКОМ ДЕФОРМИРОВАНИИ
5.1 Оценки времени контакта и степени деформации частицы при
ВЫСОКОСКОРОСТНОМ УДАРЕ

Табл. 1.
Параметр Номер сопла
1 2 3 4 5 6 7 8
м0 2,18 2,66 2,92 2,05 2,61 2,73 2,49 3,11 2,
Мехр 1,75 2,4 2,6 1,75 2,25 2,3 2,1 2,75 2,
Мехр/Мо 0,8 0,9 0,89 0,85 0,86 0,84 0,84 0,88 0,
б'енАжії 0,7 0,78 0,74 0,79 0,72 0,67 0,70 0,71 0,
25*//г 0,27 0,18 0,25 0,17 0,22 0,27 0,23 0,22 0,
28/А 1,27 0,64 0,85 0,78 0,86 1,02 0,95 0,74 0,
Ме.,1 1,77 2,41 2,54 1,76 2,27 2,34 2,10 2,73 2,
Видно, что Мехр существенно ниже значений Мо, (на 10-20%). Такое отличие нельзя объяснить ошибкой определения Мехр и Мо, так как Мехр определяется с точностью < 5 %, а точность определения Мо, обусловленная неточным измерением площадей, менее 2,5 % при точности измерения линейных размеров < 0,1 мм. Это указывает на достаточно сильное влияние на течение в ядре потока пограничного слоя на стенках сопла.
По полученным значениям чисел Мсхр оценивалось эффективное отношение сечений (5ех|(/5'Сг)еП'- Далее, принимая эффективную площадь в критическом сечении равной геометрической, в связи с тем, что толщина пограничного слоя здесь чрезвычайно мала [65], рассчитывалась эффективная площадь в выходном сечении £ея-. Отношение ее к геометрическому выходному сечению показано в таблице 1.2.
Толщина вытеснения пограничного слоя на срезе сопла рассчитывалась по (1.4) в предположении, что она одинакова по всему периметру:
5,_Ян-й-У(Н + ^г-4А5 _