Виконано розрахунок температурно-швидкісних параметрів частинок при зіткненні з підкладкою з використанням метода обчислювальної газодинаміки для надзвукового сопла СК-20 установки холодного газодинамічного напилювання (ХГН) низького тиску ДИМЕТ-405. Використання цього методу пояснюється тим, що одновимірна ізоентропійна газодинамічна модель, яка зазвичай використовується для розрахунку параметрів потоку, описує його лише вздовж осі сопла, без урахування теплообміну з соплом і втрат на тертя об внутрішні стінки, що призводить до отримання завищених результатів розрахунків. Попередньо встановлено, що різниця в значеннях, отриманих числовим моделюванням і шляхом розрахунків одновимірної ізоентропійної моделі, становить менше 10 %. Числове моделювання динаміки двофазного потоку процесу холодного напилювання виконано з використанням програмного пакета Ansys Fluent Academic. Досліджено вплив початкових параметрів процесу холодного напилювання, а саме температури і тиску на вході в сопло, на зміну температури та швидкості частинок алюмінію діаметром 25 мкм у момент зіткнення з підкладкою. Отримано значення температурно-швидкісних параметрів частинок залежно від їх розміру. Отриману температуру частинки в момент зіткнення з підкладкою було використано для розрахунку критичної швидкості напилювання алюмінієвого порошку - швидкості, необхідної для утворення покриття. Відомо, що формування покриття при ХГН залежить від швидкості частинок порошку. Для кожного матеріалу існує своє значення критичної швидкості, при якій починається процес формування покриттів. При швидкостях частинок вище критичної відбувається їх зчеплення з підкладкою й утворення покриття, зумовлене пластичною деформацією частинок, а при швидкостях нижче критичної спостерігається ерозія поверхні або напилювання з низькою ефективністю за певних умов. В результаті моделювання і розрахунків критичної швидкості напилювання було побудовано вікно напилювання, тобто область значень швидкостей і температур частинок алюмінієвого порошку в залежності від температури та тиску повітря на вході в сопло, при яких можливе утворення покриттів.

Допрацьовано одновимірну газодинамічну модель процесу розгону і підігріву частинок з урахуванням затопленого простору. Один цикл прискорення частинок газовим потоком можна розділити на три періоди: змішування потоку газу і порошку; рух і прискорення частинок в частини сопла, що розширюється; рух струменя з частинками в затопленому просторі (в тому числі відскок від підкладки). Відомо, що формування покриття при холодним газодинамічним напиленням (ХГН) залежить від нормальної складової швидкості частинок порошку відносно поверхні на яку проводиться напилення. Для кожного матеріалу існує своє значення критичної швидкості, при якій починається процес формування покриттів. При швидкостях частинок вище критичної відбувається їх зчеплення з підкладкою й утворення покриття, зумовлене пластичною деформацією частинок, а при швидкостях нижче критичної спостерігається ерозія поверхні або напилювання з низькою ефективністю за певних умов. Зважаючи на те, що однією з особливостей процесу ХГН є вельми малі дистанції між сопловим апаратом і підкладкою, що призводить до виникнення зворотного течії газового потоку (ударної хвилі), відбитого від підкладки. Виникнення ударної хвилі змінює кут напилення, відхиляє траєкторію частинок напилюваного порошку та значно гальмує їх швидкість, що призводить до необхідності більш детального аналізу затопленого простору. Виконано розрахунок температурно-швидкісних параметрів частинок алюмінію і нікелю розміром 25 мкм при зіткненні з підкладкою для надзвукового сопла СК-20 установки ХГН низького тиску ДИМЕТ-405. Незважаючи на те, що одновимірна ізоентропійна газодинамічна модель, яка зазвичай використовується для розрахунку параметрів потоку, описує його лише вздовж осі сопла, без урахування теплообміну з соплом і втрат на тертя об внутрішні стінки, що призводить до отримання завищених результатів розрахунків, її використання надає змогу попередньо оптимізувати геометрію каналу сопла та технологічний процес напилення. Математичне моделювання динаміки двофазного потоку процесу холодного напилювання виконано з використанням програмного пакета MATLAB.

У дисертації вирішується актуальне завдання захисту магнієвих сплавів від корозії та підвищення довговічності деталей авіаційної техніки з цих сплавів. Проаналізовано причини виникнення корозії магнієвих сплавів та існуючі способи захисту. Показано, що технологія холодного газодинамічного напилювання є перспективним методом захисту деталей від корозії й відновлення пошкоджених корозією поверхонь. Виконано розрахунок температурно-швидкісних параметрів частинок при зіткненні з підкладкою за допомогою одновимірної ізоентропійної газодинамічної 17 моделі й методу обчислювальної газодинаміки. Значення температури та швидкісті частинок, отримані шляхом числового моделювання, були використано для розрахунку критичної швидкості напилювання й побудови карти вибору раціональних параметрів. Спроектовано й виготовлено новий нагрівник для установки ХГН низького тиску. Отримано рівняння множинної регресії для прогнозування пористості покриттів. Подано результати експериментальних досліджень адгезійної та когезійної міцності, мікротвердості й корозійної стійкості покриттів. Наведено рекомендації щодо ведення технологічних процесів холодного напилювання, а також описано технологічні режими напилювання покриттів на основі алюмінію на магнієві сплави. Розроблено типовий технологічний процес відновлення пошкоджених корозією поверхонь на прикладі корпусу з магнієвого сплаву. Розраховано собівартість відновлення пошкодженої деталі.

Індекс рубрикатора НБУВ: К633.033-1

Шифр НБУВ: Ж16166 Пошук видання у каталогах НБУВ 

У процесі отримання покриттів холодним газодинамічним напилюванням (ХГН) для прискорення та нагрівання частинок використовується високошвидкісний газовий потік. Тому насамперед необхідно розглянути загальні закономірності плинності газу та руху частинок у даному потоці, а також натікання його на перешкоду. Оскільки процес ХГН залежить у першу чергу від швидкості частинок, важливо розуміти вплив на неї параметрів процесу (тиску та температури на вході в сопло), характеристик частинок порошку (густини матеріалу, форми та розміру) і геометрії сопла. Швидкість газу обмежує швидкість частинок, яку можна досягнути за допомогою установки ХГН. Використання високого тиску газу, довгих сопел і частинок малих розмірів призводить до того, що частинки рухаються зі швидкістю близькою до швидкості газу, яку можна збільшити шляхом застосування газів із малою молекулярною масою, а також нагріванням газу. Внаслідок проведеного аналізу теоретичних та експериментальних методів вивчення процесу холодного напилювання встановлено, що для утворення покриттів швидкість частинок порошку має набути деякого певного значення, яке називається критичною швидкістю, яка залежить від їх температури в момент зіткнення та густини матеріалу. Проведено числове моделювання газодинаміки двофазного потоку в соплі установки ХГН і на виході з нього для діапазону температур повітря на вході в сопло від 573 до 873 К і постійного тиску 1,0 МПа. Досліджено вплив діаметра частинок порошку нікелю на їх температуру та швидкість у момент зіткнення з підкладкою. Моделювання виконано для діапазону діаметрів частинок від 5 до 30 мкм. В подальшому отримані результати можуть бути використані для знаходження оптимального розміру частинок порошку за певних режимів напилювання, розрахунку критичної швидкості частинки, а також для побудови вікна напилювання. Це надасть змогу обирати оптимальні параметри газового потоку на вході в сопло, а саме значення тиску та температури, що гарантовано забезпечать зчеплення частинок із поверхнею підкладки та формування покриттів. Окрім того, отримані результати можуть бути використані для прогнозування властивостей покриттів, а також досягнення максимальних значень коефіцієнта використання порошку.

Індекс рубрикатора НБУВ: К663.033-1

Рубрики:

Металізація металів розпилюванням (шоопірування)

Шифр НБУВ: Ж24839 Пошук видання у каталогах НБУВ