WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


На правах рукописи

Струков Николай Николаевич

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПЛАЗМЕННОГО РАПЫЛЕНИЯ ПРУТКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ В КАМЕРЕ С ПРОТИВОПОТОКОМ

05.02.10 – Сварка, родственные процессы и технологии

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пермь-2012

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет» Научный доктор технических наук, профессор руководитель: Щицын Юрий Дмитриевич Официальные Пещеренко Сергей Николаевич, доктор физ.-мат. наук, профессор, ФГБОУ ВПО оппоненты:

«Пермский национальный исследовательский политехнический университет» / кафедра «Общая физика» ПНИПУ, профессор;

Коробов Юрий Станиславович, доктор техн. наук, профессор, ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина» /кафедра «Технология сварочного производства» УрФУ, профессор.

Ведущая организация: ОАО «Пермские моторы»

Защита состоится «15» июня 2012 года в 10-00 на заседании диссертационного совета Д 212.188.02 при ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет» по адресу: 614990, г. Пермь, Комсомольский проспект, 29, ауд. 423 б.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет».

Автореферат разослан «14» мая 2012 года.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор Е.А. Кривоносова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ



Актуальность работы. Плазменные процессы находят все большее применение в сварке и родственных технологиях. Сжатая дуга и плазменная струя оказывают повышенное тепловое и силовое воздействие на зону обработки, что для ряда технологий дает дополнительные преимущества.

В настоящее время большой интерес у ученых и производственников вызывают исследования и практическое использование новых комбинированных технологий с использованием плазменного источника энергии.

В частности, большие перспективы ожидаются в области использования сжатой дуги и плазменной струи при получении и применении металлических порошков. Плазменные технологии позволяют производить металлические порошки заданного гранулометрического и химического состава, возможно получение порошков из тугоплавких материалов. Оборудование для генерации плазмы характеризуется простотой и надежностью.

В современных условиях применения металлических порошков требования к ним и объем партий выпускаемых изделий из заданных порошковых материалов постоянно меняются. Поэтому повышение гибкости производства металлических порошков, снижение стоимости, расширение номенклатуры как по химическому, так и гранулометрическому составу является актуальной задачей.

Цель и задачи работы. Цель работы – разработка теоретических и технологических закономерностей плазменного распыления пруткового материала в камере с противопотоком для получения металлических порошков заданного гранулометрического состава с необходимой формой частиц и создание на их основе оборудования для реализации процесса.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

– установить закономерности формирования размеров и формы частиц металлических порошков на стадии плазменного распыления;

– изучить процессы тепломассопереноса при образовании, движении металлических частиц в плазменном потоке и за его пределами, при ускорении и торможении частиц;

– разработать алгоритм управления процессом получения металлических порошков с регулируемым гранулометрическим составом;

– разработать технологические процессы и мобильное оборудование для получения металлических порошков заданного гранулометрического состава плазменным распылением.

Методы исследования. Основные задачи

работы решались аналитически с последующей экспериментальной проверкой. Процессы образования частиц, процессы движения и теплообмена частиц со средой, протекающие при плазменном распылении пруткового материала, определялись при помощи математического аппарата. Процессы движения частиц оценивались экспериментально; процессы теплообмена частиц с плазмой и средой – методом калориметрирования. Определение гранулометрического состава порошков производилось ситовым анализом.

Научная новизна работы:

– впервые предложено математическое описание процесса плазменного распыления пруткового материала плазмотроном с комбинированной подачей газов при действии противопотока среды, позволяющее установить параметры противопотока, обеспечивающие отсутствие слипания частиц при снижении длины пролета;

– показано влияние противопотока среды на движение и теплообмен частиц, установлены закономерности определения параметров противопотока среды, зависящих от размера и свойств материала частиц;

– изучены закономерности формирования размера и формы металлических частиц при плазменном распылении пруткового материала плазмотроном с комбинированной подачей газов, позволяющие выявить взаимосвязь характеристик сжатой дуги на выходе из плазмотрона с размером образующихся частиц при плазменном распылении пруткового материала.

Практическая значимость работы:

– разработана методика расчета процессов диспергирования, движения и теплообмена частиц при плазменном распылении пруткового материала, позволяющая выявить рациональные технологические режимы процесса;

– экспериментально подтверждена возможность управления процессами движения и теплообмена частиц воздействием противопотока среды;

– определены рациональные режимы процесса плазменного распыления пруткового материала плазмотроном с комбинированной подачей газов для получения металлических порошков на основе меди, титана и высоколегированных сталей;

– разработан и создан комплекс мобильного оборудования для плазменного распыления пруткового материала.

Работа выполнена в рамках тематического плана по заданиям Минобразования России и НТП, финансируемого из средств федерального бюджета Рособразованием (Минобразованием России) 1.31.11 «Исследование влияния электрических, тепловых и газогидродинамических условий на процесс получения металлических нанопорошков с заданными свойствами с использованием плазменных технологий» (гос. регистрация № 01201168144). Результаты работы используются в ОАО «Плазмек» (г.

Москва).

На защиту выносятся:

– теоретическое описание процесса плазменного распыления пруткового материала при действии противопотока среды;

– закономерности влияния технологических параметров плазменной струи на размер получаемых металлических порошков;

– закономерности влияния противопотока среды на процессы движения и теплообмена частиц;

– конструкция камеры плазменного распыления пруткового материала с противопотоком газовой среды.

Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования представлены на следующих конференциях и конкурсах: всероссийская ежегодная научно-техническая конференция молодых специалистов НПО «Искра», г. Пермь, 2011; всероссийская научно-практическая конференция «Молодежный инновационный форум 2011 Приволжского Федерального округа», г. Ульяновск, 2011; конкурс грантов по проекту «Инновационное внедрение – школа успеха молодежи», г. Москва, 2011;

всероссийский конкурс докладов «Студенты, аспиранты и молодые ученые – малому наукоемкому бизнесу – Ползуновские гранты», г. Барнаул, 2011;

всероссийская молодежная научно-техническая интернет-конференция «Новые материалы, наносистемы и нанотехнологии», г. Ульяновск, 2010;





открытый всероссийский конкурс по поддержке высокотехнологичных инновационных молодежных проектов при поддержке некоммерческого партнерства «НАИРИТ», г. Москва, 2010.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 2 публикаций в журналах из списка, рекомендованного ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационное исследование состоит из введения, четырех глав, выводов по работе, списка литературы. Диссертация изложена на 127 страницах, в том числе содержит 55 рисунков, таблиц, список литературы включает 162 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведена общая характеристика диссертационного исследования, обоснована актуальность выбранной темы.

В первой главе выполнен анализ современных способов получения металлических порошков, описаны достоинства и недостатки каждого из них. Показано, что одно из наиболее развивающихся и перспективных направлений получения металлических порошков – это применение плазменных технологий, которые используются в процессах: получения металлических порошков, плакирования, нанесения покрытий. Плазменные технологии характеризуются такими параметрами, как высокая температура плазменной струи, возможность применения к любым материалам, возможность проведения химико-термической обработки материалов, возможность получения годного продукта без дополнительных операций.

К недостаткам существующих способов получения порошков относятся:

высокая стоимость оборудования, его узкая специализация относительно применяемых и получаемых материалов, высокая стоимость порошков;

кроме того, оборудование занимает большие производственные площади.

В главе выполнен анализ математических моделей, описывающих процессы движения и тепломассообмена частиц при их получении в плазменном потоке.

На базе анализа научно-технической информации сформулированы основные требования к способам и оборудованию получения металлических порошков: возможность получения металлических порошков заданного гранулометрического состава; использование малогабаритного оборудования; получение порошков из различных материалов на одном и том же оборудовании; обеспечение возможности выпуска порошков от сотен граммов до сотен килограммов за смену.

На основе проведенного анализа сформулированы цель и задачи работы.

Методологической основой диссертации в области порошковой металлургии послужили научные работы В.Б. Акименко, В.Н. Анциферова, В.В. Аверина, Е.Б. Королева, В.В. Кулагина, О.С. Ничипоренко, В.А. Петруничева, Л.М. Сорокина и др.; в области плазменных технологий – научные труды А.В. Донского, С.В. Дресвина, В.С. Клубникина, Ю.С. Коробова, С.М. Мчледова, А.Ф. Пузрякова и др.

Вторая глава посвящена установлению основных закономерностей получения металлических порошков плазменным распылением пруткового материала в зависимости от технологических параметров процесса распыления.

Процесс получения металлических порошков распылением проволоки при воздействии низкотемпературной плазмы включает четыре стадии:

образование дисперсных частиц, движение и теплообмен в потоке плазмы, движение и теплообмен в среде, сбор частиц.

Нагрев проволоки и ее плавление происходят за счет теплоты дуги и джоулева тепла, выделяемого в вылете проволоки (рис. 1, а). Процесс существования капли на торце проволоки характеризуется более коротким периодом по сравнению с плавлением сварочного электрода или проволоки в защитных газах (рис. 1, б). Это объясняется значительными силами, действующими на каплю, со стороны нагретого до высокой температуры газового потока. Отрыв капли от торца проволоки осуществляется в результате действия различных сил: давления дуги, реактивных сил при испарении металла и выделении газов, гравитационных сил, силы поверхностного натяжения, электродинамических сил и др. (рис. 1, в). В момент отрыва капля характеризуется определенными размерами, температурой и начальной скоростью.

а б в Рис. 1. Плазменное распыление пруткового материала: а – принципиальная схема взаимодействия плазменной струи и проволоки; б – этапы образования капли;

в – расчетная схема отрыва капли при плазменном распылении; hпл-эл, hпл-ст, hст-из – расстояние между плазмообразующим соплом и электродом, плазмообразующим и стабилизирующим соплом, стабилизирующим соплом и изделием, т.е. проволокой;

Qпл, Qст – подача плазмообразующего и стабилизирующего газа соответственно;

dпл, dст – диаметр плазмообразующего, стабилизирующего сопла соответственно;

dпр – диаметр проволоки; dч – диаметр частицы; Vпл – скорость плазменной струи;

Vпп – скорость подачи проволоки; Vч, Vх, Vу – суммарная, радиальная и осевая скорости частицы; Fт – сила тяжести; Fр – cила реактивного давления паров электродного металла; Fпн – cила поверхностного натяжения (Fпно, Fпнр – осевая и радиальная составляющие); Fэдо – осевая электродинамическая сила; Fэдр – радиальная составляющая электродинамической силы; Fпл – сила давления плазменного потока;

Fст – сила давления стабилизирующего газа; 1 – плазмотрон; 2 – изделие;

3 – источники питания Для расчета, каплю на конце проволоки будем считать сферической, а гравитационные силы не учитывать вовсе, так как сравнение показывает, что вес частицы на несколько порядков меньше сил, действующих на нее со стороны струи. Диаметр капель определяется по формуле dпр dст dк, (1) Mплvпл Mстvст где – коэффициент поверхностного натяжения материала электрода при заданной температуре в месте приложения силы, Дж/м2; dпр – диаметр проволоки, м; dcт – диаметр стабилизирующего сопла, м; Mпл, Mст – масса плазмообразующего и стабилизирующего газа, проходящая через заданное сечение в единицу времени, кг/с; vпл, vст – скорость плазмообразующего и стабилизирующего газа в заданном сечении, м/с.

На второй стадии происходят процессы движения и теплообмена частиц в плазменной струе (рис. 2). Процессы движения и теплообмена зависят от влияния инерционности движения, разреженности, сжимаемости, турбулентности, неизотермичности потока среды и нагреваемого материала, градиента давлений в потоке, градиента скорости среды, градиента температуры потока, ускорения движения частиц, шероховатости частицы, деформации жидкой частицы, нестационарности обтекания частицы, испарения частицы, двухфазности потока. Учитывая, что в основном на частицу действуют силы аэродинамического сопротивления, скорость, температура и координаты частицы определяются:

g nt nt Vч Vпл 1 e Vч0e, n 3A пл где n, A Cf Re, 4 dч ч Kt Kt Tч Tпл 1 e Tч0e, 6 Nu пл где K, dчсрч ч 1 g Vч0 nt nt x Vпл nt 1 e 1 e, n n n где dч – диаметр частиц, м; ч – плотность Рис. 2. Движение частицы частиц, кг/м3; пл – плотность плазменной в плазменной струе: Тч, Тпл, струи, кг/м3; Cf – коэффициент аэродинамичеТст – температура частицы, ского сопротивления; Vч – скорость частицы, плазмы и стабилизирующем/с; Vпл – скорость плазменного потока, м/с;

го газа соответственно; пл, ст – плотность плазмы и – начальная скорость частицы, м/с; Tч – Vчстабилизирующего газа;

температура частицы, K; Tч0 – начальная темVст – скорость стабилизипература частицы, K; сpч – теплоемкость часрующего газа; +q, –q – подтиц, Дж/(кг·К); cпл – теплоемкость плазмы, водимое и отводимое тепло Дж/(кг·К); пл – вязкость плазмы, кг/(м·с); пл – теплопроводность плазмы, Вт/(м·К).

Числа Рейнольдса, Прандтля и Нуссельта определяются из уравнений vпл vч dч пл Re, пл cпл пл Pr, пл 2 0,6 Re0,5 Pr0,333, 0 Re Nu.

2 0,459 Re0,55 Pr0,333, 2 Re 2 1Коэффициент аэродинамического сопротивления находится как функция от числа Рейнольдса. Сила газодинамического напора плазмы находится из уравнения Fгд Cf пл vпл vч vпл vч S, где S=dч2/4 – миделево сечение частицы, м2.

Результаты численного моделирования скорости и температуры для различных размеров частиц представлены на рис. 3. Температура и скорость плазменного потока рассчитывались из технологических параметров процесса. На рис. 3 представлены зависимости для проволоки 10Х18Н9Т диаметром 1,2 мм.

Рис. 3. Зависимости изменения скорости (а, б) и температуры (в) частиц разных диаметров от времени пребывания в плазменном потоке Выход частицы из потока плазмы характеризует начало третьей стадии процесса плазменного распыления. Частица, имея начальную скорость и температуру, движется в контролируемой среде. Температура среды намного ниже температуры нагретой частицы. Возможны два варианта движения частиц в среде: частицы движутся в неподвижной среде; частицы движутся в среде, имеющей скорость. Создание среды, движущейся навстречу движению распыленных частиц (противопотока среды), позволяет регулировать длину пролета и скорость охлаждения частиц.

Частные решения определения скорости, температуры и координаты частицы в среде находятся аналогично движению частиц в плазменном потоке, при этом учитываются свойства среды и ее скорость g nt y nt 1 e, чср ср чn Kt Kt Tчср Tср 1 e Tч0e, y 1 g nt nt чxср ср nt 1 e 1 e, n n n где Vср – скорость среды, м/с; Vч0 – начальная скорость частицы, м/с; Tср – температура среды, K; Tч0 – начальная температура частицы, K.

Расчетное сравнение изменения скорости частиц и скорости теплообмена частиц в неподвижной среде и с противопотоком представлено на рис. 4. Технологические параметры процесса, используемые для расчета, выбирались те же, что и для расчета движения частицы в потоке плазмы.

Скорости противопотока среды показаны на кривых (рис. 4). Как видно, предыдущие закономерности сохраняются, но при воздействии противопотока скорость частиц уменьшается и растет скорость охлаждения. Частицы меньших размеров интенсивнее изменяют скорость и температуру в среде.

С возрастанием размеров частиц для их торможения требуется создание больших скоростей противопотока.

При достижении определенных параметров противопотока возможны остановка и изменение направления движения частиц, это позволяетпровести отсев частиц по фракциям. Отрицательным фактором нахождения частиц в подвешенном состоянии в контролируемой атмосфере является возможность слипания расплавленных частиц друг с другом. Подбор оптимальных скоростей противопотока устраняет этот недостаток.

Заключительная стадия процесса плазменного распыления порошков состоит в сборе частиц, которые сталкиваются с подложкой или с такими же частицами. Те, что не успели закристаллизоваться, деформируются и слипаются с другими частицами (рис. 5). Устранить их слипание в сборнике можно более интенсивным охлаждением и уменьшением скорости полета частиц (рис. 6).

а б в г Рис. 4. Зависимости при свободном движении в среде и противопотоке:

а – скорости от времени; б – температуры от времени; в – скорости от длины пролета; г – температуры от длины пролета Рис. 5. Спекание частиц распыленной Рис. 6. Порошок, полученный проволоки 10Х18Н9Т на дне сборника из проволоки 10Х18Н9Т распылением с противопотоком аргона (размер частиц – 0,40–0,63 мм) Полученные зависимости процесса плазменного распыления пруткового материала позволяют производить анализ и подбор рациональных параметров процесса распыления в зависимости от требуемых фракционных составов порошков.

В третьей главе приводятся результаты экспериментов по исследованию влияния технологических параметров плазменного распыления пруткового материала (мощности дуги, расходов газов, конструктивных параметров плазмотрона) на дисперсность, ускорение и нагрев частиц в плазменном потоке. Рассмотрено влияние противопотока среды на процессы торможения и охлаждения частиц в среде. Экспериментальные результаты сравнивались с полученными результатами математической модели.

Размер образующихся частиц в зависимости от расходов плазмообразующего и стабилизирующего газов приведен на рис.7.

Рис. 7. Зависимость диаметра частиц от расхода плазмообразующего (сплошная) и стабилизирующего (штриховая) газа сплошные: расход стабилизирующего газа:

1,3–5 л/мин, 2,4–15 л/мин; диаметр проволоки: 1,2–2*10–3 м; 3,4–1*10–3 м штриховые: расход плазмообразующего газа: 1,3–5 л/мин, 2,4–15 л/мин; диаметр проволоки: 1,2–2*10–3 м; 3,4–1*10–3 м В процессе распыления частицы имеют осевую и радиальную скорости (см. рис. 1, а). Осевая скорость частицы появляется при ее отрыве от проволоки и при дальнейшем разгоне плазменным потоком. Радиальная составляющая скорости связана с передачей импульса при отрыве частицы от движущейся проволоки. Зная время пролета частицы, можно определить ее координаты. Габариты камеры распыления целесообразно находить, основываясь на величинах расстояний, пройденных частицами (учитывается горизонтальная и вертикальная составляющие) за определенное время, когда частицы будут иметь требуемые значения температуры и скорости. Горизонтальное отклонение частиц порошка, полученное расчетным путем, определяется из закона сохранения количества движения. Для сравнения расчетных и реальных отклонений на определенных расстояниях от центра распыления (пересечение оси плазменной струи и оси распыляемой проволоки) устанавливались подложки. Измерялось нахождение центра пятна от оси распыления и сравнивалось с расчетным. При свободном пролете частиц до 3 м наблюдается хорошая сходимость теоретического описания и экспериментальных данных.

При распылении частиц на водоохлаждаемую пластину возможно получение порошков игольчатой формы. Размеры частиц порошков игольчатой формы будут зависеть от: размера капель; скорости удара о пластину (давления плазменной струи на каплю); давления частицы на пластину и его длительность; угла атаки частиц. Характер растекания частицы на пластине зависит от угла ее удара о пластину и угла распространения в плоскости пластины . Критический угол удара частиц о пластину кр = 37–40.

Регулируя углы и , можно получить игольчатую форму металлических порошков заданной ширины и толщины. При угле атаки кр частица растекается на пластине верно, при < кр происходит одностороннее растекание с углом распространения в плоскости пластины = 4,5 – получаем игольчатую форму частиц порошка.

Выявление влияния условий распыления на дисперсность производилось проведением ситового анализа. Регулирование гранулометрического состава выполняется путем изменения технологических параметров процесса распыления (диаметр проволоки, диаметры сопел плазмотрона, расходы газов, мощность дуги) и приводит к смещению распределения частиц по размерам и изменению их количественного состава (таблица, рис. 8).

Параметры режима распыления проволок Режим №1 Режим №2 Режим №Материал проволоки 10Х18Н9Т Сила тока рабочей дуги, А 150 200 1Расход плазмообразующего газа, л/мин 5,0 15,0 11,Расход стабилизирующего газа, л/мин 5,0 10,0 3,Диаметр плазмообразующего сопла, мм 3,0 3,0 2,Диаметр стабилизирующего сопла, мм 4,0 5,0 4,Диаметр проволоки, мм 1,2 1,2 1,Скорость подачи проволоки, м/с 0,155 0,181 0,1Расчетный диаметр частиц dчр, мм 0,52 0,16 0,3Диаметр частиц, полученный распылением, 0,40–0,63 0,20–0,16 0,315–0,dч, мм (40 %) (35 %) (50 %) Проверка сходимости расчетных и экспериментальных данных теплообмена частиц со средой осуществлялась методом калориметрирования.

Производилось распыление на различных длинах пролета частиц. Изменение температуры частиц высчитывалось из введенной и отведенной теплоты. При свободном пролете частиц до 3 м погрешность отклонения экспериментальных данных от теоретических составляет порядка 15 %.

а б в Рис. 8. Гранулометрический состав распыленной проволоки 10Х18Н9Т с противопотоком аргона: а – режим №1; б – режим №2; в – режим № 3 из таблицы В четвертой главе приводится описание и принцип работы установки для получения металлических порошков плазменным распылением.

В конструкции установки учтены результаты оценки траектории, скорости и теплообмена частиц разных фракций, рассмотренных в главе 3. Применена система охлаждения и торможения частиц, основанная на действии циркулирующего противопотока.

Установка плазменного распыления включает в себя камеру распыления с дополнительной ветвью для создания циркулирующего противопотока. Вверху камеры находятся посадочные места для плазменной горелки и механизма подачи проволоки. Внизу камеры расположены вентилятор и сборники. Камера является разборной. Принципиальная схема установки представлена на рис. 9. На рис. 10 показан общий вид камеры распыления.

Рис. 9. Принципиальная схема установки плазРис. 10. Устройство камеры расменного распыления пруткового материала:

пыления: 1 – головная часть ка1 – системы газоснабжения; 2 – контрольный меры распыления; 2 – камера ротаметр; 3, 13 – источник питания; 4 – плазраспыления; 3 – ветвь противопомотрон; 5 – системы подачи воды; 6 – мехатока; 4 – насос; 5 – система цирнизм подачи проволоки; 7 – смотровое окно;

куляции воды; 6, 7 – съемные 8 – головная часть камеры; 9 – камера распыстаканы; 8, 9 – вход и выход воды ления; 10 – слив; 11 – устройство подачи просоответственно; 10 – кольца, осволоки; 12 – термометры нащенные кронштейнами с посадочными местами Плазменное распыление позволяет получать металлические порошки различного состава. При определенной доработке оборудования возможно распыление не только пруткового материала, но и пластин, слитков. В работе исследовано получение порошков на основе железа, меди, титана, алюминия.

По результатам моделирования и экспериментальных данных установлены рациональные параметры режимов для получения порошков требуемого гранулометрического состава каждого из распыляемых материалов.

При распылении проволоки 10Х18Н9Т в среде аргона без создания противопотока в камере длиной 3 м наблюдалось слипание частиц (см. рис. 5).

Слипание порошков в сборнике при распылении проволоки 10Х18Н10Т устранили созданием противопотока в камере распыления (рис. 6). Графики, отражающие зависимость гранулометрического состава порошка от параметров режима, представлены на рис. 8; параметры режимов распыления проволоки 10Х18Н10Т с противопотоком представлены в таблице. Поверхность получаемого порошка не загрязнена (рис. 6), гранулометрический состав представлен на рис. 8, частицы порошка – правильной сферической формы.

Распыление проволоки ВТ-1 производилось в среде аргона с противопотоком. В зависимости от условий охлаждения частиц получены порошки титана сферической (рис. 11, а) и игольчатой форм (рис. 11, б). Распыление проволоки М1 осуществлялось в камере без создания контролируемой среды (на воздухе) с противопотоком. На рис. 12 показан общий вид порошка.

а б Рис. 11. Порошок, полученный из проволоки ВТ-1:

а – сферический (размер частиц – 0,200–0,315 мм); б – игольчатый (толщина h = 0,01–0,20 мм) Рис. 12. Порошок, полученный из проволоки М(размер частиц – 0,315–0,400 мм) Показана возможность получения заданного гранулометрического состава порошков из различных металлов. Разработанное оборудование обеспечивает возможность создания порошков фракционного состава от 0,05 до 1,0 мм.

Выводы 1. Предложена математическое описание процесса плазменного распыления пруткового материала, позволяющая установить связь характеристик сжатой дуги на срезе сопла плазмотрона с размером образующихся частиц при плазменном распылении. Приведенная зависимость нахождения размера частиц позволяет производить оценку и с удовлетворительной точностью рассчитать влияния параметров режима распыления на размер частиц.

2. Разработана математическая модель, позволяющая проследить динамику движения и теплообмена частиц в плазменном потоке.

3. Разработана модель процессов охлаждения и торможения частиц порошка в противопотоке, которая позволяет определять параметры противопотока, обеспечивающие отсутствие слипания при снижении длины пролета для заданных размеров и материалов частиц.

4. Экспериментально подтверждены расчетные технологические режимы процесса плазменного распыления пруткового материала на основе железа, меди, титана, обеспечивающие заданные параметры частиц, и даны рекомендации по реализации данного процесса.

5. Разработана мобильная установка плазменного распыления пруткового материала с циркулирующим противопотоком для получения металлических порошков. Регулирование параметров процесса плазменного распыления пруткового материала в камере с противопотоком позволяет обеспечивать максимальный выход порошков заданного гранулометрического состава, управление процессами теплообмена и движения частиц при свободном полете позволяет сократить длину камеры распыления.

Основное содержание диссертации изложено в:

– изданиях, рекомендуемых ВАК:

1. Щицын, Ю.Д. Распределение энергии сжатой дуги при работе плазмотрона на токе обратной полярности / Ю.Д. Щицын, О.А. Косолапов, Н.Н. Струков // Сварка и диагностика. – 2010. – № 3. – С. 13–16.

2. Регулирование газодинамических параметров сжатой дуги на выходе двухкамерного плазмотрона / Ю.Д. Щицын, Н.Н. Струков, Д.С. Белинин, П.С. Кучев, И.Б. Фомин // Сварка и диагностика. – 2011. – № 6. – С. 14–16.

– прочих изданиях:

3. Изучение свариваемости разнородных металлов с использованием низкотемпературной плазмы обратной полярности / Ю.Д. Щицын, А.В. Кожанов, Д.С. Белинин, Н.Н. Струков // Лазерные и плазменные технологии, квантовая и атомная оптика, нанофотоника / Кам. гос. инж.-экон.

акад. – Набережные Челны: Изд-во Кам. гос. инж.-экон. акад., 2009. – С. 221–248.

4. Струков Н.Н. Исследование возможности получения металлических порошков из цветных металлов и сложнолегированных сталей с использованием плазменных технологий / Ю.Д. Щицын, И.В. Петров, Н.Н. Струков // Авиация и авиационная техника / Объед. авиац. корпорация. – М., 2010. – С. 367–371.

5. Щицын, Ю.Д. Исследование возможности получения порошков с использованием плазменных технологий [Электронное издание] / Ю.Д. Щицын, Н.Н. Струков // Новые материалы, наносистемы и нанотехнологии: всерос. мол. науч. техн. интернет-конф., г.Ульяновск, 15 марта – 3 мая 2010 г. – Электронные текстовые данные / Ульян. гос. техн. ун-т. – Ульяновск: Изд-во УГТУ, 2010.

6. Щицын, Ю.Д. Распределение энергии сжатой дуги при работе плазмотрона на токе обратной полярности / Ю.Д. Щицын, О.А. Косолапов, Н.Н. Струков // Вестник ПГТУ: Машиностроение, материаловедение. – 2010. – Т.12, № 2. – C. 8–14.

7. Регулирование размера частиц порошков при плазменном распылении пруткового материала / Н.Н. Струков, Ю.Д. Щицын, Д.С. Белинин, П.С. Кучев, // Вестник ПГТУ: Машиностроение, материаловедение. – 2011.

– Т.13, № 3. – С. 117–121.

8. Получение порошка титана плазменным распылением твердых материалов / Н.Н. Струков, Ю.Д. Щицын, Д.С. Белинин, П.С. Кучев// Инновационные материалы и технологии в машиностроительном производстве:

материалы всерос. науч.-практ. конф., г. Орск, 11–12 марта 2011 г. – Орск:

Изд-во ОГТИ, 2011. – С. 103–105.

9. Струков Н.Н. Охлаждение и торможение расплавленных металлических частиц в газовом противопотоке при плазменном распылении / Н.Н. Струков, Ю.Д. Щицын // Вестник ПГТУ: Машиностроение, материаловедение. – 2012. – Т.14, № 1. – С.60–65.

Подписано в печать 14.05.2012. Формат 60 90/16.

Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № /20Отпечатано в издательстве Пермского национального исследовательского политехнического университета 614600, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, к. 113.

Тел.: (342) 219-80-






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.