УДК 621.7-97 Термические (тепловые) параметры. Температура
Работа посвящена вопросу оптимизации процессов плазменного напыления покрытий по критерию скорости напыляемых частиц, в высокой степени определяющей качество наносимых покрытий, и технологическому оснащению для этого с помощью, прежде всего, дисковых приборов.
ПЛАЗМЕННОЕ НАПЫЛЕНИЕ, СКОРОСТЬ ЧАСТИЦ, ДИСКОВЫЙ ПРИБОР ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ
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. Когаев, В. П. Прочность и износостойкость деталей машин / В. П. Когаев, Ю. Н. Дроздов. - М. : Высшая школа, 1991. - 319 с.
2. Соснин, Н. А. Плазменные технологии. Руководство для инженеров / Н. А. Соснин, С. А. Ермаков, П. А. Тополянский. - СПб : Изд-во Политехн. ун-та, 2008. - 406 с.
3. Сидоров, А. И. Восстановление деталей машин напылением и наплавкой / А. И. Сидоров. - М. : Машиностроение, 1987. - 192 с.
4. Черноиванов, В. И. Организация и технология восстановления деталей машин / В. И. Черноиванов. - М. : Агропромиздат, 1989. - 336 с.
5. Антошин Е. В. Газотермическое напыление покрытий. - М. : Машиностроение, 1974. - 96 с.
6. Кудинов, В. В. Нанесение покрытий плазмой / В. В. Кудинов, П. Ю. Пекшев, В. Е. Белащенко и др. - М. : Наука, 1990. - 480 с.
7. Борисов, Ю. С. Газотермические покрытия из порошковых материалов : Справочник / Ю. С. Борисов, Ю. А. Харламов, С. Л. Сидоренко, Е. Н. Ардатовская. - К. : Наук. думка, 1987. - 544 с.
8. Донской, А. В. Электроплазменные процессы и установки в машиностроении / А. В. Донской, В. С. Клубникин. - Л. : Машиностроение, 1979. - 221 с.
9. Петров, С. В. Плазма продуктов сгорания в инженерии поверхности / С. В. Петров, А. Г. Сааков. - Киев : ТОПАС. - 2000. - 220 с.
10. Пузряков, А. Ф. Теоретические основы технологии плазменного напыления : Учеб. пособие по курсу «Технология конструкций из металлокомпозитов» / А. Ф. Пузряков. 2-е изд., перереб. и доп. - М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008. - 360 с.
11. Хасуй, А. Техника напыления. Пер. с японского / А. Хасуй. - М. : Машиностроение, 1975. - 288 с.
12. Анциферов, В. Н. Порошковая металлургия и напыленные покрытия : Учебник для вузов / В. Н. Анциферов, Г. В. Бобров, Л. К. Дружинин и др. - М. : Металлургия, 1987. - 792 с.
13. Балдаев, Л. Х. Газотермическое напыление: учебное пособие / Л. Х. Балдаев, В. Н. Борисов, В. А. Вахалин, Г. И. Ганноченко, А. Е. Затока, Б. М. Захаров, А. В. Иванов, В. М. Иванов, В. И. Калита, В. В. Кудинов, А. Ф. Пузряков, Ю. П. Сборщиков, Б. Г. Хамицев, Э. Я. Школьников, В. М. Ярославцев : под общей ред. Л. Х. Балдаева. - М. : Маркет ДС, 2007 - 344 с.
14. Барвинок, В. А. Управление напряженным состоянием и свойства плазменных покрытий / В. А. Барвинок. - М. : Машиностроение, 1990. - 384 с.
15. Сухочев, Г. А. Экспериментальные исследования параметров управляемости процесса воздушно-плазменного нанесения и упрочнения покрытий / Г. А. Сухочев, А. М. Кадырметов // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2008. - № 11(47) . - С. 53-56.
16. Кадырметов, А. М. Исследование процессов плазменного нанесения и упрочнения покрытий и пути управления их качеством / А. М. Кадырметов // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2012. - № 07(81). - Режим доступа : http://ej.kubagro.ru/2012/07/pdf/25.pdf.
17. Кадырметов, А. М. Оценка качества плазменных покрытий, нанесенных комбинированным методом с обкаткой роликом, полученная на основе компьютерного моделирования / А. М. Кадырметов, В. И. Посметьев, В. О. Никонов, В. В. Посметьев // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2013. - № 03 (87). - Режим доступа : http://ej.kubagro.ru/2013/03/pdf/30.pdf.
18. Кадырметов, А. М. Исследование технологии плазменного напыления в условиях модуляции теплофизических параметров потока с применением оптической диагностики характеристик дисперсной фазы напылительной струи [Электронный ресурс] / А. М. Кадырметов, И. П. Гуляев, А. В. Долматов, В. И. Кузьмин, Е.В. Снятков, А. С. Пустовалов // Воронежский научно-технический вестник. - 2016. - №2(16). - С. 16-23. - режим доступа: http://vestnikvglta.ru/arhiv/2016/2/3_2_16_2016.pdf.
19. Гасин, Д. А. О возможностях метода вращающихся дисков в изучении свойств напыляемых частиц / Д. А. Гасин, Масловский Н. М., Урюков Б. А. // Физика и химия обработки материалов. - 1987. - № 5. - С. 66-70.
20. Пат. 2029308 (Россия), МКИ(6) G 01 P 5/00. Способ определения скорости потока и устройство для его осуществления / А. М. Кадырметов, Д. И. Станчев, Ю. П. Земсков, А. П. Лукьянчук, А. В. Кузнецов ; заявитель и патентообладатель Воронеж. лесотехн. ин-т. - № 5020052/10 ; Заявл. 03.01.92 ; Опубл. 20.02.95, Бюл. № 5. - 7 с.
21. Пат. 2063638 (Россия), МКИ(6) G 01 P 5 / 18. Устройство для определения скоростей двухфазного потока / А. М. Кадырметов, В. И. Посметьев, Д. И. Станчев, А. П. Лукьянчук ; заявитель и патентообладатель Воронеж. лесотехн. ин-т. - №93031664 / 28; Заявл. 15.06.93 ; Опубл. 10.07.96, Бюл. № 19. - 7 с.
