РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОТОКА ЧАСТИЦ ПРИ ПЛАЗМЕННОМ НАПЫЛЕНИИ СМЕСИ САМОФЛЮСУЮЩЕГОСЯ ПОРОШКА И КЕРАМИКИ

Плазменное напыление является одним из эффективных методов, позволяющих как восстанавливать изношенные поверхности деталей, так и создавать износостойкие покрытия на новых деталях с целью увеличения срока их службы. Свойства создаваемых покрытий зависят от ряда параметров, таких как температура плазмы, химический и фракционный составы напыляемой смеси, расстояние от плазмотрона до поверхности и др. Математическое моделирование процесса позволяет значительно снизить стоимость отработки технологических режимов и широко используется в настоящее время для расчета технологических параметров. В настоящей работе была поставлена цель проведения математического моделирования для определения влияния содержания вводимой керамики на изменение температуры потока частиц, а также нахождения режима, при котором частицы высокотемпературной керамики будут в жидком состоянии при осаждении на поверхность изделия. Сформулирована математическая модель нагрева частиц в плазме и составлена система уравнений, которая решалась численно в пакете MathCad стандартной процедурой с использованием функции Rkadapt. Расчеты проводились для объемной концентрации керамики Al2O3 в смеси от 5 до 50 % и для температуры плазмы на выходе из плазмотрона в интервале от 6000 до 10000 К. Вычисления показали, что концентрация керамики не влияет значительно на температуру смеси. Температура частиц в большей мере зависит от температуры плазмы. Определено, что для всего диапазона расчетных величин температура самофлюсующегося порошка при контакте с подложкой превышает температуру плавления. Фракционный размер частиц оказывает сильное влияние на температуру частиц в момент соприкосновения с подложкой. Определены зависимости температуры керамической фазы от размера частиц при различных концентрациях и температуре плазмы. Анализ микроструктур покрытий показал хорошую корреляцию с результатами расчета.

1. Nejat Y. S. Improvement of Wear Resistance of Wire Drawing Rolls with Cr–Ni–B–Si+WC Thermal Spraying Powders / Y. S. Nejat, Y. Muharrem // Surface & Coatings Technology. 2008. Vol. 202, No 13. P. 3136–3141.

2. Калиниченко, А. С. Влияние содержания оксидной керамики на структуру и свойства никельхромовых плазменных покрытий / А. С. Калиниченко, О. Г. Девойно, В. В. Мешкова // Современные методы и технологии создания и обработки материалов: сб. науч. тр.: в 3 кн. / редкол. С. А. Астапчик (гл. ред.) [и др.]. Минск: ФТИ НАН Беларуси, 2015. Кн. 2: Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки. С. 171–174.

3. Arc Plasma Torch Modeling / J. P. Trelles [et al.] // Modeling. Journal of Thermal Spray Technology. 2009. Vol. 18, Nо 5–6. P. 728–752. https://doi.org/10.1007/s11666-009-9342-14.

4. Mathematical Modeling and Numerical Simulation of Splat Cooling in Plasma Spray Coatings / H. Fukanuma [et al.] // Journal of Thermal Spray Technology. 2009. Vol. 18, No 5–6. P. 965–974. https://doi.org/10.1007/ s11666-009-9366-6.

5. Berce, A. Simulation of Thermal Spraying in IPS Virtual Paint. Master’s Thesis. Chalmers Reproservice [Electronic Resource] / А. Berce. Sweden, Goteborg, 2011. Mode of access: http://publications.lib.chalmers.se/records/fulltext/152889.pdf. Date of Access: 06.09.2017.

6. Sadovoy, A. Modeling and Offline Simulation of Thermal Spray Coating Process for Gas Turbine Applications [Electronic Resource] / А. Sadovoy. Darmstadt, 2014. Mode of access: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/4042/1/Modeling%20and%20offline%20simulation%20of%20thermal%20spray%20coating%20process%20for%20gas%20turbine%20applications%20-%201400617d%20final.pdf. Date of Access: 06.09.2017.

7. Моделирование процесса плазменного напыления покрытий на детали транспортных машин в режиме модуляции мощности дуги плазмотрона / А. М. Кадырметов [и др.] // Научный журнал КубГАУ. 2012. Т. 84, № 10. С. 1–10.

8. Mostaghimi, J. Understanding Plasma Spray Coating: a Modeling Approach [Electronic Resource] / J. Mostaghimi // 18th International Symposium on Plasma Chemistry. Kyoto, Japan, August 26–31, 2007. Japan: Kyoto, 2007. Mode of Аccess: https://plas.ep2.rub.de/ispcdocs/ispc18/ispc18/content/slide00237.pdf. Date of Access: 06.09.2017.

9. Иванов, Е. М. Инженерный расчет теплофизических процессов при плазменном напылении / Е. М. Иванов. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1983. 138 с.

10. Бороненко, М. П. Модель движения и нагрева в плазменной струе / М. П. Бороненко, И. П. Гуляев, А. Е. Серегин // Вестник Югорского гос. ун-та. 2012. Т. 25, вып. 2. С. 7–15.