1 Состояние вопроса исследования и актуальность работыСущественным недостатком традиционных установок для плазменного напыления является то, что в них используются дорогие и дефицитные плазмообразующие газы, такие как аргон, водород, гелий, азот и их смеси. Там же, где не требуется высокой химической чистоты покрытий, практический интерес вызывает использование в качестве плазмообразующего газа воздуха. При этом для снижения количества окислов в покрытии и повышения энтальпии плазменной струи используют газовоздушные смеси с добавлением в воздух пропана или природного газа.Таким образом, актуальной задачей является усовершенствование установок плазменного напыления, работающих на дешевых плазмообразующих газах – воздухе и его смесях с различными присадками. Перспективными способами усовершенствования плазменного напыления являются динамизация газодинамических процессов модуляцией мощности дуги плазмотрона [1, 2], мощное акустическое воздействие на дугу и струю внешними источниками [3-5] и их сочетание с добавлением в плазмообразующий газ различных присадок.В связи с этим актуальным является разработка электродуговых воздушно-плаз­менных установок с модулятором тока дуги плазмотрона.Известно, что на энергообмен в системе «дуга – плазменная струя – обрабатываемый материал» можно влиять воздействием на дугу или плазменную струю мощным воздействием акустического поля генерацией ударных волн [3-9]. При этом источником энергии для этого может служить либо сама дуга, горящая в режиме модуляции источника питания, либо источник внешнего воздействия (генератор акустического поля). В отличие от акустического внешнего поля использование динамизации газодинамических процессов в двухфазном плазменном потоке с помощью модулятора мощности электрической дуги плазмотрона позволяет проще реализовать эффективное воздействие на поток без изменения конструкции плазмотрона, а также усилить воздействие на поток при генерации ударных волн.При акустическом воздействии на дугу плазмотрона и плазменную струю интенсивностью более 150 Дб усиливается энергообмен в общей системе «дуга – плазмообразующий газ – обрабатываемый материал», так как турбулизация течения способствует увеличению коэффициента теплоотдачи к обрабатываемому материалу [3-5]. Последнее повышает производительность процесса и делает его более экономичным. При обработке дисперсного материала (для плазменного напыления) дополнительно возможно трехкратное увеличение коэффициента лобового сопротивления напыляемых частиц [6] и, вследствие этого, их скорости. Помимо этого, при воздействии на плазменную струю мощным акустическим полем возможна интенсификация дробления напыляемых частиц [7]. В результате дробления образуются менее инерционные мелкие частицы, которые легче нагреваются и ускоряются. Все это приводит к повышению качества покрытия и эффективности процесса.Ударно-волновое воздействие на электрическую дугу плазмотрона и плазменную двухфазную струю позволяет дополнительно в сравнении с акустическим случаем повысить энергообмен между дугой и дисперсным материалом (частицами). Этому способствует скачкообразное усиление температуры и давления с плотностью на фронте ударной волны и дополнительно, при наличии присадок в плазменной струе, приводить к экзотермическому увеличению энергии в плазменной струе (температуре, давлению и скорости) и к детонационному горению с усиленным ударным воздействием [1, 8]. В работе [9] приводятся данные о формировании ударных волн со скоростями, равными 1,7-3,0 чисел Маха, при генерировании импульсов тока с амплитудами тока и напряжения до 10 кА и 3 кВ соответственно при длительностях 50-300 мкс. Это вызывало на фронте ударной волны скачкообразный рост давления в 3,2-10,4 раза, плотности - в 2,4-5,6 раз, температуры – в 1,45-2,76 раз. По оценкам, приведенным в работе [6], это может повысить коэффициент лобового сопротивления дисперсных частиц в плазменной струе в 2-15 раз, что приводит к срыву пограничного слоя с частиц и соответственно – к росту скорости частиц и теплоподводу к ним [10]. При генерации ударных волн в плазменной струе с помощью дуги (точнее, с помощью импульсного модулятора тока дуги) резкое изменение электрической мощности дуги вызывает резкое выделение джоулева тепла в самой дуге [13-15]. Поскольку поверхность дуги свободна, то интенсивное выделение в ней тепла вызывает резкое расширение дугового столба, который как поршень толкает окружающий его плазмообразующий газ («тепловое давление»). Это позволяет при однополярной импульсной модуляции регулировать тепловой коэффициент нагрева плазменной струи в пре делах ± 20 % ‚а эрозию электродов – в пределах одного порядка [12].Использование однополярной импульсной модуляции при плазменном напылении позволяет повысить твердость покрытия на 55 ... 60 %, прочность сцепления его с основой при напылении порошка – на 15 ... 40 % и понизить газопроницаемость покрытия на порядок [13].В результате повышается эффективность плазменной обработки материалов с помощью интенсивного волнового воздействия на плазменную струю и более рационально используется энергия дуги. Однако в этом процессе исследована только часть аспектов плазменной обработки материалов при однополярной модуляции. Важный интерес вызывает также повышение эффективности процесса плазменной наплавки с помощью модуляции мощности выносной дуги плазмотрона и гибридного процесса плазменного напыления – наплавки [16]. Покрытия, эксплуатирующиеся в условиях высоких динамических нагрузок, в свою очередь, требуют дополнительного упрочнения, в качестве которого целесообразно в силу достоинств использовать процессы тепло- и элекромеханического упрочнения [17, 18], а для профильных поверхностей – виброабразивное шлифование и / или струйно-динамический способ упрочнения микрошариками [19-21].