Russian Federation
UDK 621.7-97 Термические (тепловые) параметры. Температура
The work is devoted to the issue of optimizing the processes of plasma spraying of coatings according to the criterion of the speed of sprayed particles, which is highly determining the quality of the applied coatings, and technological equipment for this using, first of all, disk devices.
PLASMA SPRAYING, PARTICLE SPEED, DISK SPEED DETERMINATION.
1 Состояние вопроса исследования и актуальность работы
Высокая надежность изделий определяется показателями сопротивляемости эксплуатационным нагрузкам их деталей [1-5]. Для защиты от эксплуатационных воздействий, воспринимаемых поверхностями деталей (износными, коррозионными и др.), используются защитные покрытия, а среди них наиболее часто – газотермические покрытия и, прежде всего, плазменные [6-14]. Защитные свойства плазменных покрытий определяются их качеством (физико-механическими и триботехническими свойствами), которое, в свою очередь, определяется факторами технологического процесса плазменного напыления [10-12]. Контроль технологического процесса плазменного напыления по качеству покрытий (по физико-механическим и триботехническим свойствам) относится к методам разрушающего контроля и является трудоемким и дорогостоящим. Поэтому интерес представляет неразрушающий метод контроля плазменного напыления по газодинамическим параметрам – по скорости и температуре частиц. Эта возможность обусловлена непосредственной связью этих параметров со свойствами получаемых покрытий [10, 15, 16]. Известными методами определения скорости напыляемых частиц в плазменной струе являются оптические методы [11, 18] и методы с использованием дискового прибора [8, 19]. Оптические методы требуют использования программного обеспечения для обработки данных по профилю и сечениям струи. Дисковые приборы являются простыми при использовании, дешевыми и не требуют относительно трудоемкой настройки и обработки данных, т.к. позволяют по анализу напыленного фрагмента определить распределение скоростей частиц.
Определение скоростей напыляемых частиц в плазменной струе двухдисковым прибором, диски которого расположены перпендикулярно оси струи, основывается на знании скорости вращения дисков и определении угла поворота нижнего диска β после того, как порция газа с частицами струи пролетает через отверстие в верхнем диске [8, 19]. Этот угол равен углу между проекцией радиальной прямой верхнего диска, проходящей через пропускное отверстие в нем, на нижний диск и радиальной прямой на нижнем диске, проходящей через середину пятна напыления. На основе данного принципа было изготовлено устройство, которое представлено на рисунке 1.
Устройство содержит двигатель мощностью более 180 Вт. Скорость вращения диска устройства – до 16000 об/мин. Диагностическая система устройства включает в себя электромагнитный датчик, соединенный с частотомером, для измерения частоты вращения диска и угломер с нониусом – для измерения углов передних фронтов газа и частиц в отделенных от плазменной струи газодисперсных порциях. Электромагнитный датчик совместно с частотомером определяли моменты прохождения магнитов дисков около датчика и частоту вращения дисков. Погрешности измерений данных параметров не превышали 1 %.
Скорость частиц Vч рассчитывалась по формуле:
(1)
где H – расстояние между дисками, N – частота вращения дисков.
Оценка методической погрешности прибора по данным работы [19] показывает, что при выполнении соотношения 
(5 … 7), скорость частиц в центре пятна напыления практически равна скорости, определённой по формуле (1), где d – диаметр отверстия верхнего диска. При 
(10 … 12) скорость частиц определяется с погрешностью около 10 %, при этом рост 
приводит к занижению расчетной скорости относительно фактической.
Более эффективны дисковые приборы, дающие возможность одновременного определения скоростей газовой фазы и напыляемых частиц [20-21] (рис. 2). Данные приборы позволяют определить влияние запыленности газового потока частицами на скорость газовой фазы. Для этого дополнительно проводят измерение скорости потока без частиц. Приводы включают в себя двигатель 1, вал дисковый 2, диск 3. В процессе генерации плазменной струи 6 последняя пересекает отверстие диска 3 при каждом его обороте и отделяет от себя порции газа с частицами. Регулирование объема газозапыленных порций осуществляется управляется частотой вращения вала 2.
Определение скоростей фаз дисковыми устройствами, изображенными на рисунке 2 имеют отличия и свои преимущества и недостатки.
1. Kogogaev, V. P. The strength and wear resistance of the parts of the machines / V. P. Kogaev, Yu. N. Drozdov. - M. : Higher School, 1991. - 319 p.
2. Sosnin, N. A. plasma technologies. Guide for engineers / N. A. Sosnin, S. A. Ermakov, P. A. Topolyansky. - St. Petersburg: Publishing House Polytechnic. University, 2008. - 406 p.
3. Sidorov, A. I. Restoration of the parts of cars with spraying and surfacing / A. I. Sidorov. - M. : Mechanical Engineering, 1987. - 192 p.
4. Chernorivanov, V. I. Organization and technology for the restoration of cars of machines / V. I. Chernoivanov. - M. : Agropromizdat, 1989. - 336 p.
5. Antoshin E. V. Bashertermic spraying of coatings. - M. : Mechanical Engineering, 1974. - 96 p.
6. Kudinov, V. V. Plasma coatings / V. V. Kudinov, P. Yu. Pechev, V. E. Belashchenko and others - M. : Science, 1990. - 480 p.
7. Borisov, Yu. S. Gas-terming coatings from powder materials: reference / Yu. S. Borisov, Yu. A. Kharlamov, S. L. Sidorenko, E. N. Ardatovskaya. - K. : Sciences. Dumka, 1987. - 544 p.
8. Donskoy, A. V. Electric plasma processes and installations in mechanical engineering / A. V. Donskoy, V. S. Klubnikin. - L. : Mechanical Engineering, 1979. - 221 p.
9. Petrov, S. V. Plazm of combustion products in the engineering of the surface / S. V. Petrov, A. G. Saakov. - Kyiv : Topas. - 2000. - 220 p.
10. Puzryakov, A. F. Theoretical foundations of the technology of plasma spraying : Textbook. Manual on the course "Technology of structures made of metal-composites" / A. F. Puzryakov. 2nd ed., Re-sore. and add. - M. : Publishing House MSTU named after N. E. Bauman, 2008. - 360 p.
11. Khasui, A. Technique of spraying. Per. with Japanese / A. Hasui. - M. : Mechanical Engineering, 1975. - 288 p.
12. Antsiferov, V. N. Powder metallurgy and sprayed coatings : a textbook for universities / V. N. Antsiferov, G. V. Bobrov, L. K. Druzhinin and others - M. Metallurgy, 1987. - 792 p.
13. Baldaev, L. Kh. Bashertmic spraying: Textbook / L. H. Baldaev, V. N. Borisov, V. A. Vakhalin, G. I. Gannochenko, A. E. Zatoka, B. M. Zakharov, A. V. Ivanov, V. M. Ivanov, V. I. Kalita, V. V. Kudinov, A. F. Puzryakov, Yu. P. Puppeters, B. G. Khamiths, E. Ya. Schoolboards, V. M. Yaroslavtsev : Under the general ed. L. H. Baldaeva. - M. : Market DS, 2007 - 344 p.
14. Barvinok, V. A. Management of a tense state and the properties of plasma coatings / V. A. Barvinok. - M. : Engineering, 1990. - 384 p.
15. Sukhochev, G. A. Experimental studies of the parameters of controllability of the process of air-plasma application and hardening of coatings / G. A. Sukhochev, A. M. Kadyrmetov // Single Technologies and Coating. - 2008. - № 11 (47). - S. 53-56.
16. Kadirmetov, A. M. Study of the processes of plasma application and strengthening of coatings and ways to manage their quality / A. M. Kadirmetov // Politematic Network Electronic Scientific Journal of the Kuban State Agrarian University (Scientific Journal of KubGAU) [Electronic resource]. - Krasnodar : Kubbau, 2012. - № 07 (81). - Access mode : http://ej.kubagro.ru/2012/07/pdf/25.pdf.
17. Kadirmetov, A. M. Assessment of the quality of plasma coatings applied by the combined method with the rolling of the roller, obtained on the basis of computer modeling / A. M. Kadirmetov, V. I. Smotyev, V. O. Nikonov, V. V. Smotyev / Politematic network electronic scientific journal of the Kuban State Agrarian University (KubGAU scientific journal) [Electronic resource]. - Krasnodar: Kubbau, 2013. - № 03 (87). - Access mode : http://ej.kubagro.ru/2013/03/pdf/30.pdf.
18. Kadirmetov, A. M. Study of plasma spraying technology in conditions of modulation of thermophysical flow parameters using the optical diagnosis of the characteristics of the dispersed phase of the spray stream [Electronic resource] / A. M. Kadirmetov, I. P. Gulyaev, A. V. Dolmatov, V. I. Kuzmin, E. V. Venatkov, A. S. Pustovalov // Voronezh Scientific and Technical Bulletin. - 2016. - № 2 (16). - S. 16-23. - Access mode : http://vestnikvglta.ru/arhiv/2016/2/3_2_16_2016.pdf.
19. Gasin, D. A. On the possibilities of the method of rotating discs in the study of the properties of sprayed particles / D. A. Gasin, Maslovsky N. M., Uryukov B. A. // Physics and chemistry of materials processing. - 1987. - № 5. - S. 66-70.
20. Pat. 2029308 (Russia), MKI(6) G 01 P 5/00. A method for determining the flow rate and a device for its implementation / A. M. Kadyrmetov, D. I. Stanchev, Yu. P. Zemskov, A. P. Lukyanchuk, A. V. Kuznetsov; applicant and patent holder Voronezh. forest engineering in-t. - №. 5020052 / 10 ; Appl. 01.03.92 ; Published 20.02.95, Bull. № 5 - 7 p.
21. Pat. 2063638 (Russia), MKI(6) G 01 P 5 / 18. A device for determining the velocities of a two-phase flow / A. M. Kadyrmetov, V. I. Posmetiev, D. I. Stanchev, A. P. Lukyanchuk ; applicant and patent holder Voronezh. forest engineering in-t. - № 93031664 / 28 ; Appl. 06.15.93 ; Published 10.07.96, Bull. № 19. - 7 p.
