Розробка теоретичних та технологічних основ підвищення міцності зчеплення газотермічних покриттів методом іонно – дугової активації підкладки при атмосферному тиску
Вантажиться...
Дата
2009
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Анотація
Опис
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.03.06 – Зварювання та споріднені процеси і технології. Національний технічний університет України „Київський політехнічний інститут,” Київ, 2009.
Дисертація присвячена проблемі підвищенню якості технологічного процесу нанесення плазмових покриттів, стабільності та ресурсу роботи генераторів плазми.
Проведено детальне теоретичне дослідження та математичне моделювання фізичних процесів переносу енергії у приелектродних зонах, яке було використане для аналізу систем на стійкість. Знайдено параметри плазми та характеристики енергетичної взаємодії з електродами.
На основі отриманих розрахунково-теоретичних моделей знайдено критичні значення керуючих параметрів для переходу від контрагованого до дифузного розряда на електродах та виконана експериментальна перевірка отриманих теоретичних результатів. Досягнуто підвищення ресурсу і стабільності роботи плазмотрона.
Розроблено метод підвищення міцності зчеплення плазмового покриття з основою шляхом використання іонної активації поверхні в режимі дифузного розряду при атмосферному тиску. Показана можливість нанесення покриття без попередньої дробострумінної активації поверхні при збільшенні міцності зчеплення з основою у два рази.
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.03.06. – Сварка и родственные процессы и технологии. Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Киев, 2009 г. Диссертация посвящена проблеме повышению качества технологического процесса нанесения плазменных покрытий, стабильности и ресурса работы генераторов плазмы. Установлено, что контрагированная форма разряда и появление электродных пятен соответствует режиму неустойчивого взаимодействия плазмы с электродами. Показано, что для диффузного разряда такое взаимодействие является устойчивым. Разработана теоретическая модель токопереноса в прианодной зоне при наличии процессов поверхностной ионизации паров щелочного металла. Показано, что причиной повышенной электропроводности пристеночной зоны является поверхностной ионизации щелочного металла, что приводит к диффузному токопереносу в анодной зоне. На основании полученных расчетно-теоретических моделей определены критические значения управляющих параметров для перехода от контрагированного к диффузному разряду на электродах и выполнена экспериментальная проверка полученных теоретических результатов. Найдено соотношение между локальными параметрами электрической дуги, которое определяет границу между контрагированым и диффузным режимами разряда на аноде плазмотрона. Вычислены максимальные диаметры канала плазмотрона, удовлетворяющие условию диффузного разряда. Экспериментально показано, что при токе дуги 50А в плазмотроне ПДГ ЗМИ, переход к диффузному разряду на аноде происходит при снижении расхода аргона до 0,1·10 -3м3 /с. Предложена теоретическая модель контрагирования разряда на катоде учитывающая влияние температурного состояния и эмиссионной способности катода. Определены уровни температур и разрядных токов, при которых происходит переход к диффузному разряду. Выполнены расчеты влияния размеров стержневого катода на критические токи перехода. Показано, что при атмосферном давлении в аргоне, температура пятен ниже температуры кипения вольфрама и, поэтому взрывная эмиссия отсутствует, в отличие от пятен в вакууме. Получены оценки параметров оптимального режима распыления проволоки – анода, при котором достигается однородность плазменного покрытия. Установлено, что оптимальный угол конусности сопла – распылителя находится в пределах (10–30)0. Обнаружено, что при малых и больших скоростях подачи проволоки имеет место крупнокапельное распыление за счет смещения проволоки от центра плазменной струи. Разработана модель расчета теплового баланса проволоки в электрической дуге, определена оптимальная скорость ее подачи, которая пропорциональна току дуги и интенсивности конвективного теплообмена со струей плазмы. Разработан метод повышения прочности сцепления плазменного покрытия с основой путём использования ионной активации поверхности в режиме диффузного разряда при атмосферном давлении. Показано, что эффективным методом повышения прочности сцепления плазменного покрытия с подложкой при атмосферном давлении является ионное распыление пленки оксидов, которое осуществляется в процессе нанесения покрытия посредством дополнительной дуги обратной полярности между распыляемой проволокой и подложкой. Для распыления пленки оксидов толщиной 0,5·10-5м при скорости перемещения подложки 0,2 м/с и диаметре плазменного столба - 10-2 м, необходима плотность ионного тока на подложке ~30·104 А/м2, поскольку при этих условиях процесс распыления оксидов успевает происходить непосредственно перед нанесением частиц на поверхность подложки. Испытания покрытий показали, что ионное распыление оксидов дает повышение прочности сцепления с основой в 2 раза по сравнению с другими используемыми методами активации подложки, поскольку ионная бомбардировка при плазменном напылении в атмосферных условиях способствует распылению оксидной пленки и приводит к образованию участков сплавления частиц покрытия с подложкой. Показана возможность нанесения покрытия без предварительной дробеструйной активации поверхности. Обнаружено, что разрыв покрытия при испытаниях происходит не на границе с подложкой, а в глубине покрытия. Превышение прочности сцепления над когезионной прочностью делает невозможным отслаивание покрытий.
The dissertation on application of a scientific degree of Dr. Sci.Tech. in speciality 05.03.06 – Welding and releted processes and tecnologes. – National Technical University of Ukraine “ Kievsky polytechnical institute”, Kiev 2009. The dissertation is devoted to a problem of quality improvement of technological process of plasma covering drawings, stability and working resource of generators of plasma . Detailed theoretical research and mathematical modeling of physical processes of energy carrying in pre- electrode zones were made. They have been used for the analysis of system on stability. Parameters of plasma and the power interaction characteristic are determined. On the basis of the received settlement – theoretical models critical values of managing parameters for transition from contracted to diffusive category on electrodes are determined and experimental checking of the received theoretical results is executed. Resource and stability increasing of plasmatron’s work is achieved. The method of coupling durability increasing of plasma covering with a basis is developed usage of ionic activation of surface in diffusive category mode under atmospheric pressure. The covering drawing opportunity without the preliminary shotblasting surface activation is shown under increasing durability of coupling with a basis in two times.
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.03.06. – Сварка и родственные процессы и технологии. Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Киев, 2009 г. Диссертация посвящена проблеме повышению качества технологического процесса нанесения плазменных покрытий, стабильности и ресурса работы генераторов плазмы. Установлено, что контрагированная форма разряда и появление электродных пятен соответствует режиму неустойчивого взаимодействия плазмы с электродами. Показано, что для диффузного разряда такое взаимодействие является устойчивым. Разработана теоретическая модель токопереноса в прианодной зоне при наличии процессов поверхностной ионизации паров щелочного металла. Показано, что причиной повышенной электропроводности пристеночной зоны является поверхностной ионизации щелочного металла, что приводит к диффузному токопереносу в анодной зоне. На основании полученных расчетно-теоретических моделей определены критические значения управляющих параметров для перехода от контрагированного к диффузному разряду на электродах и выполнена экспериментальная проверка полученных теоретических результатов. Найдено соотношение между локальными параметрами электрической дуги, которое определяет границу между контрагированым и диффузным режимами разряда на аноде плазмотрона. Вычислены максимальные диаметры канала плазмотрона, удовлетворяющие условию диффузного разряда. Экспериментально показано, что при токе дуги 50А в плазмотроне ПДГ ЗМИ, переход к диффузному разряду на аноде происходит при снижении расхода аргона до 0,1·10 -3м3 /с. Предложена теоретическая модель контрагирования разряда на катоде учитывающая влияние температурного состояния и эмиссионной способности катода. Определены уровни температур и разрядных токов, при которых происходит переход к диффузному разряду. Выполнены расчеты влияния размеров стержневого катода на критические токи перехода. Показано, что при атмосферном давлении в аргоне, температура пятен ниже температуры кипения вольфрама и, поэтому взрывная эмиссия отсутствует, в отличие от пятен в вакууме. Получены оценки параметров оптимального режима распыления проволоки – анода, при котором достигается однородность плазменного покрытия. Установлено, что оптимальный угол конусности сопла – распылителя находится в пределах (10–30)0. Обнаружено, что при малых и больших скоростях подачи проволоки имеет место крупнокапельное распыление за счет смещения проволоки от центра плазменной струи. Разработана модель расчета теплового баланса проволоки в электрической дуге, определена оптимальная скорость ее подачи, которая пропорциональна току дуги и интенсивности конвективного теплообмена со струей плазмы. Разработан метод повышения прочности сцепления плазменного покрытия с основой путём использования ионной активации поверхности в режиме диффузного разряда при атмосферном давлении. Показано, что эффективным методом повышения прочности сцепления плазменного покрытия с подложкой при атмосферном давлении является ионное распыление пленки оксидов, которое осуществляется в процессе нанесения покрытия посредством дополнительной дуги обратной полярности между распыляемой проволокой и подложкой. Для распыления пленки оксидов толщиной 0,5·10-5м при скорости перемещения подложки 0,2 м/с и диаметре плазменного столба - 10-2 м, необходима плотность ионного тока на подложке ~30·104 А/м2, поскольку при этих условиях процесс распыления оксидов успевает происходить непосредственно перед нанесением частиц на поверхность подложки. Испытания покрытий показали, что ионное распыление оксидов дает повышение прочности сцепления с основой в 2 раза по сравнению с другими используемыми методами активации подложки, поскольку ионная бомбардировка при плазменном напылении в атмосферных условиях способствует распылению оксидной пленки и приводит к образованию участков сплавления частиц покрытия с подложкой. Показана возможность нанесения покрытия без предварительной дробеструйной активации поверхности. Обнаружено, что разрыв покрытия при испытаниях происходит не на границе с подложкой, а в глубине покрытия. Превышение прочности сцепления над когезионной прочностью делает невозможным отслаивание покрытий.
The dissertation on application of a scientific degree of Dr. Sci.Tech. in speciality 05.03.06 – Welding and releted processes and tecnologes. – National Technical University of Ukraine “ Kievsky polytechnical institute”, Kiev 2009. The dissertation is devoted to a problem of quality improvement of technological process of plasma covering drawings, stability and working resource of generators of plasma . Detailed theoretical research and mathematical modeling of physical processes of energy carrying in pre- electrode zones were made. They have been used for the analysis of system on stability. Parameters of plasma and the power interaction characteristic are determined. On the basis of the received settlement – theoretical models critical values of managing parameters for transition from contracted to diffusive category on electrodes are determined and experimental checking of the received theoretical results is executed. Resource and stability increasing of plasmatron’s work is achieved. The method of coupling durability increasing of plasma covering with a basis is developed usage of ionic activation of surface in diffusive category mode under atmospheric pressure. The covering drawing opportunity without the preliminary shotblasting surface activation is shown under increasing durability of coupling with a basis in two times.