Моделирование ударного взаимодействия напыляемых частиц с поверхностью детали при формировании плазменных покрытий

Машиностроение и машиноведение

2021. Т. 28. № 4. С. 257-266.

DOI: 10.34759/vst-2021-4-257-266

Авторы

Ковалев А. А.*, Краско А. С.**, Сидоров П. А.***

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, 2-я Бауманская ул., 5, стр. 1, Москва, 105005, Россия

*e-mail: kovalevarta@gmail.com
**e-mail: krasko_as@mail.com
***e-mail: sidorovpa@student.bmstu.ru

Аннотация

Рассматриваются проблема оценки адгезии газотермических покрытий, в частности полученных плазменным напылением частиц на поверхность детали, и этапы ее решения. В качестве первого этапа для последующего формирования плазменного покрытия было проведено численное моделирование процессов нагрева, ускорения, переноса напыляемого материала в виде модельной частицы алюминия, а также её ударного взаимодействия с поверхностью, имеющей предварительно полученный микрорельеф. Кроме того, при разных технологических режимах напыления были получены различные формы провзаимодействовавших с поверхностью частиц и определены удельные площади контактирования.

Ключевые слова:

плазменное напыление, функциональные покрытия, технологические режимы напыления, численное моделирование, ударное взаимодействие, удельная площадь контактирования

Библиографический список

  1. Калита В.И., Комлев Д.И. Плазменные покрытия с нанокристаллической и аморфной структурой. — М.: Лидер М, 2008. — 388 с.
  2. Кудинов В.В., Бобров Г.В. Нанесение покрытий напылением. Теория, технология и оборудование: Учебник для вузов. — М.: Металлургия, 1992. — 432 с.
  3. Хасуи А., Моригаки О. Наплавка и напыление. — М.: Машиностроение, 1985. — 240 с.
  4. Пузряков А.Ф. Теоретические основы технологии плазменного напыления: Учеб. пособие. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. — 360 с.
  5. Балдаев Л.Х. (ред.) Газотермическое напыление: учеб. пособие. — М.: Маркет ДС, 2007. — 344 с.
  6. Ильюшенко А.Ф., Шевцов А.И., Оковитый В.А. Процессы формирования газотермических покрытий и их моделирование. — Минск: Беларуская навука, 2011. — 357 с.
  7. Alavi S., Passandideh-Fard M., Mostaghimi J. Simulation of Semi-Molten Particle Impacts Including Heat Transfer and Phase Change // Journal of Thermal Spray Technology. 2012. Vol. 21. No. 6, pp. 1278–1293. DOI: 1007/s11666-012-9804-8
  8. Ramachandran C.S., Balasubramanian V., Ananthapadmanabhan P.V. Multiobjective Optimization of Atmospheric Plasma Spray Process Parameters to Deposit Yttria-Stabilized Zirconia Coatings Using Response Surface Methodology // Journal of Thermal Spray Technology. 2011. Vol. 20. No. 3, pp. 590-607. DOI: 1007/s11666-010-9604-y
  9. Bobzin K., Öte M., Knoch M.A., Alkhasli I. Macroscopic particle modeling in air plasma spraying // Surface & Coatings Technology. 2018. 364, pp. 449-456. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2018.07.056
  10. Nylén P., Hansbo A., Friis M. et al. Investigation of Particle In-flight Characteristics during Atmospheric Plasma Spraying of Yttria Stabilized ZrO2: Part 2. Modeling. Journal of Thermal Spray Technology. 2001. Vol. 10, pp. 359–366. DOI: 1361/105996301770349448
  11. Stummer M., Enzinger N. CFD Simulation of Particle Movement during Atmospheric Plasma Spraying // 12th International Seminar «Numerical Analysis of Weldability» (23-26 September 2018; Graz University of Technology, Seggau, Austria). DOI: 10.3217/978-3-85125-615-4-42
  12. Zhang Y., Matthews S., Tran A.T.T., Hyland M. Effects of interfacial heat transfer, surface tension and contact angle on the formation of plasma-sprayed droplets through simulation study // Surface & Coatings Technology. 2016. Vol. 307, pp. 807-816. DOI: 1016/j.surfcoat.2016.09.066
  13. Ковалев А.А., Краско А.С. Влияние параметров газотермического напыления на прочность сцепления функциональных стойких покрытий // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2021. № 3. С. 31-39. DOI: 10.31857/S0235711921030081
  14. Шелудяк Ю.Е., Кашпоров Л.Я., Малинин Л.А., Цалков В.Н. Теплофизические свойства компонентов горючих систем. — М.: Информация и технико-экономические исследования, — 184 с.
  15. Кузьмин В.И., Гуляев И.П., Корниенко Е.Е. и др. Сверхзвуковые плазменные потоки в процессах нанесения покрытий и получения дисперсных материалов // Климовские чтения — 2016. Перспективные направления развития авиадвигателестроения: Сборник докладов Международной научно-технической конференции (20 октября 2016; Санкт-Петербург). — СПб.: Скифия-принт, С. 309-316.
  16. Зиновьев В.Е. Теплофизические свойства материалов при высоких температурах: Справочное издание. — М.: Металлургия, 1989. — 382 с.
  17. Харламов Ю.А., Борисов Ю.С. Влияние микрорельефа поверхности на прочность сцепления с газотермическими покрытиями // Автоматическая сварка. 2001. № С. 19-26.
  18. Tillmann W., Hagen L., Schaak C. et al. Adhesion of HVOF-sprayed WC-Co coatings on 316L substrates processed by SLM // Journal of Thermal Spray Technology. 2020. Vol. 29, pp. 1396-1409. DOI: 1007/s11666-020-01081-y
  19. Meghwal A., Anupam A., Murty B.S. et al. Thermal spray high-entropy alloy coatings: a review // Journal of Thermal Spray Technology. 2020. Vol. 29, pp. 857–893. DOI: 1007/s11666-020-01047-0
  20. Mauer G., Vaßen R., Stöver D. Plasma and particle temperature measurements in thermal spray: approaches and applications // Journal of Thermal Spray Technology. 2011. Vol. 3. No. 20, pp. 391-406. DOI:1007/s11666-010-9603-z
  21. Xue J., Huang M. Optimization of plasma spray process VIA orthogonal test design method, SVM, and improved PSO // International Journal of Materials, Mechanics and Manufacturing. Vol. 5. No. 3, pp. 153-158. DOI: 10.18178/ijmmm.2017.5.3.308
  22. Lyphout C., Nylén P., Östergren L.G. Adhesion strength of HVOF sprayed IN718 coatings // Journal of Thermal Spray Technology. 2012. Vol. 21, pp. 86-95. DOI: 1007/s11666-011-9689-y
  23. Ковалев А.А., Коновалов Д.П. Моделирование тепловых деформаций заготовки, возникающих в процессе сверления в ней отверстий // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26. № С. 201- 211.
  24. Ковалев А.А., Рогов Н. В. Оценка рассеяния значений показателя качества в зависимости от параметров технологического процесса // Вестник Московского авиационного института. 2021. Т. 28. № С. 175-186. DOI: 10.34759/vst-2021-1-175-186
  25. Иванов И.Э. Численное моделирование многофазных течений с большим содержанием дисперсной фазы // Вестник Московского авиационного института. 2009. Т. 16. № 2. С. 62-70.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024