Разработка вычислительной технологии для моделирования формирования слоистой структуры плазменных покрытий из порошков металлов

• Автор: Бледнов, Виталий Александрович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 212 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛАЗМЕННЫХ ПОРОШКОВЫХ ПОКРЫТИЙ.

1.1. Особенности формирования плазменных порошковых покрытий.

1.2. Методы прямого моделирования формирования сплэтов.

1.3. Методы стохастической укладки сплэтов при формировании покрытий

ГЛАВА 2. ПОДСИСТЕМА СПЛЭТ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ ИЗ ПОРОШКОВ МЕТАЛЛОВ.
2.1. Теоретические основы формирования сплэтов при соударении капель металлических расплавов с подложкой
2.2. Анализ чувствительности толщины и диаметра сплэта в зависимости от флуктуации ключевых физических параметров

2.3. Основные требования, предъявляемые к сплэту.

2.3.1. Критерий стабильного формирования сплэтов.

2.3.2. Критерий требуемой скорости охлаждения при формировании сплэта

2.3.3. Требования к контактной температуре.
2.3.4. Ограничение на время формирования сплэта
2.3.5. Требование к прочности сцепления сплэта с основой.
2.3.6. Осредненная плотность теплового потока от капли в подложку в процессе формирования сплэта.
2.3.7. Средняя скорость охлаждения капли при формировании сплэта
2.3.8. Средняя скорость затвердевания капли расплава.
2.3.9. Параметры дендритной структуры
2.4. Программная реализация подсистемы СПЛЭТ.
2.5. Примеры практического использования подсистемы СПЛЭТ
ГЛАВА 3. ПОДСИСТЕМА ПОКРЫТИЕ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СТОХАСТИЧЕСКОЙ УКЛАДКИ СПЛЭТОВ ПРИ ПЛАЗМЕННОМ НАПЫЛЕНИИ
3.1. Концептуальный подход к моделированию процесса формирования покрытия.
3.2. Моделирование укладки одиночных сплэтов на поверхность с рельефом изменяемым в процессе напыления покрытия
3.2.1. Алгоритм распознавания и заливки углублений па поверхности в контактной зоне с ядром сплэта
3.2.2. Волновой алгоритм сканирования напыляемой поверхности для подготовки массива опорных вершин.
3.2.3. Алгоритм распознавания и заливки углублений за препятствиями на поверхности в контактной зоне с периферийной кольцевой частью сплэта
3.2.4. Сплайнаппроксимация поверхности основания сплэта по массиву
опорных вершин.
3.3. Примеры моделирования укладки одиночных сплэтов на поверхность с заданным рельефом
3.4. Расчет функциональных характеристик покрытия
3.5. Программная реализация подсистемы ПОКРЫТИЕ
3.6. Описание проблемноориентированного программного комплекса
3.6.1. Модуль Справочник табличных данных
3.6.2. Пользовательский интерфейс
3.6.3. Модуль отображения графической информации.
3.7. Практическая апробация программного комплекса
3.7.1. Проверка на адекватность развитого подхода к моделированию формирования покрытий.
3.7.2. Проверка на сходимость функциональных характеристик покрытия при переходе от дискретного к непрерывному представлению формы сплэтов.
3.7.3. Исследование зависимостей изменения функциональных характеристик покрытия от изменения КФП.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


КФП частиц никеля, которые качественно и количественно хорошо согласуются с опытными данными из научных публикаций. В заключении диссертации сформулированы основные выводы и результаты. Личный вклад автора заключается в участей в постановке задач, выборе методов их решения, разработке алгоритмов и интерпретации полученных результатов, а также в непосредственной разработке программного комплекса для численного исследования характеристик сплэтов и моделирования процесса формирования слоистой структуры плазменных покрытий, напыляемых из металлических порошков, и проведении вычислительных экспериментов. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, доктору технических наук, профессору О. П. Солоненко за постоянное внимание и научнометодическую помощь при проведении исследований и подготовке диссертации, а также соавтору работ, кандидату физикоматематических наук, доценту ФГБОУ ВПО Алтайский государственный университет В. И. Иордану за консультации при разработке алгоритмов и программного обеспечения, а также за помощь при подготовке рукописи диссертации. ГЛАВА 1. Современные наукоемкие технологии, такие как плазменное, детонационногазовое, газопламенное напыление порошковых покрытий и другие технологии электродуговая металлизация, микрораспыление порошков, микропайка в электронике, получение микрокристаллических и аморфных материалов, высокотемпературных сверхпроводников, помимо широкого практического применения, представляют большой интерес для гетерогенной плазмохимии и физического материаловедения. Процесс взаимодействия протекает в экс
тремальных условиях высокие скорости охлаждения частиц, до Кс. Втм и выше, в результате чего материал сплэта, растекшейся и затвердевшей капли расплава, может находиться в ряде случаев в метастабильном, в том числе аморфном, состояниях. Несмотря на достаточно большое число публикаций в этой области, тем не менее, еще не достаточно полно исследованы вопросы влияния структуры потоков, применяемых для плазменного напыления, на протекание теплофизических и химических процессов, происходящих с дисперсным материалом в потоке и при формировании напыленного покрытия , . Ле. А именно, на дистанциях от среза сопла, представляющих интерес с точки зрения напыления покрытий, на практике потоки оказываются наиболее часто турбулентными. Поэтому турбулентное перемешивание потока с холодным газом окружающей среды является одним из важнейших физических явлений, оказывающих влияние на интенсивность и характер межфазного обмена импульсом, теплом и массой, а также влияние на структуру напылительного потока сначала струя значительно расширяется, а затем тепловое расширение в радиальном направлении уменьшается за счет турбулентного перемешивания, и струя на этом участке приобретает форму параболоида вращения . Однако современная техника напыления позволяет существенно изменить условия в плазменной струе ламиниризировать ее в некоторой области течения, придать звуковые и сверхзвуковые скорости на срезе сопла, контрагировать поток, ограничив его потоком спутного газа или стенками кожуханасадки, усилить температурное и скоростное затухание потока путем отбора газа из потока и т. Поэтому остаточная турбулентность в струе может вызывать нестационарность в виде рассеяния и перемещения частиц из периферийных областей в приосевую и обратно,что проявляется и в изменениях скорости и температуры напыляемых на основу частиц. Другой особенностью может оказаться наличие определенных пульсаций в ядре плазменной струи. Возможной причиной этого является наличие неустойчивости в виде пульсаций в области генерации плазмы у электродуговых плазмотронов изза флуктуаций напряженности электрического поля дуги при газовом разряде. Возможна термическая неоднородность и неравновесность плазменной струи вследствие различной инерционности электронного и ионного компонентов плазмы при интенсивном турбулентном теплообмене плазмы с окружающей средой и нарушении равновесия в процессе ионизациярекомбинация. Эти факторы также оказывают влияние на характеристики напыляемых на основу частиц.