Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Применение защитных покрытий позволяет решать разнообразные задачи, связанные со снижением материале - и энергоемкости производства и эксплуатации машин, повышением их надежности, созданием и освоением новях изделий современной техники.Перспективными являются способы газотермического напыления покритий из порошкових материалов.Основными преимуществами детонгционно - газового нападения покрытий
(ДГНП) ЯВЛЯЙСЯ: ВОЗМОЖНОСТЬ ПОЛуіеНИЯ ПрОЧНИХ ПОІфНТИЙ без
нагрева изделий в процессе нанесения; снижение требовании к качеству подготовки напыляемой поверхности; Солее широкие возможности в регулировании термического цикла формируемого покрытия и изделия; высокая скорость роста толщины покритая относительная простота конструкций и высокая надекность технологической аппаратурк; высокая платность получаемых покрытия и пр.
В начале 70-х годов в ли.'зратуре практически отсутствовали данные о технологических реїзмах детояационно-газового напилення, конструкциях и особенностях эксплуатация детонацион-по-газовых ус-ановок, поскольку способ использовался только на заводах фарш Union carbide (СІК). Тогда способ ДГНП являлся единственным, обесгочиващкм формирование покрытий при высоких скоростях соударения частиц с основой. Отсутствовали теоретические разработки, учитывайте совместное термическое ж соловое активирование при образовании газотерличэских покрытии и позволящие осуществлять научно обоснованный выбор оптимальных технологических режимов.
Б настоящее время, несмотря на большое количество публикаций, отсутствуют обобщающие теоретические представления о формировании детонационно-газошх покрытий, принципах управления их структурой и свойствами, путях совершенствования дато-национно—газовых установок (ДГУ), катодолопіи проектиооваїгая технологических процессов (ТП) газотермического напыления покрытий (ГТНП). Существует необходимость обобщения и осмысления теоретического и окпперименталыюго материал" ^ля создшшя научшг* основ технологии ДГЩ и рекомендаций по разработке технологии напыления покрытий различии видов.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: разработка научных и технологических основ детонационно-газового напыления и создание на этой основе и внедрено в производство аффективных технологических процесов и оборудования для получения защитных покрытии с повышенной прочностью и низкой пористостью.
Основными задачами данной работы являются:
исследование физико-химических процессов взаимодействия нашляедах частиц с обрабатываемой поверхностью при скоростях соударения до 1000 м/с;
исследование процессов формирования и поиск путей управления параметрами импульсных гетерогенных потоков в условиях детонации газовых смесей, в том числе с использованием горючих газов - заменителей ацетилена;
-исследовашю процессов формирования и поиск путей управления структурой и свойствами детонационно-газовых покрытий из основных типов порошков для ГТНП;
разработка принципов проектирования, создание и внедрение ЛГУ с повышенной технологической надежностью;
разработка к внедрение технологических процессов дото-иациошго-газового напыления покритий.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. На основе комплексных исследований динамики и теплофизики взаимодействия напыляемых частиц с основой при скоростях соударения до 1000 м/с, сопутствующих процессов их твердофазного взаимодействия и схватывания," физико-химических превращений в частицах напыляемого материала в детона-цжшно-газоЕой струе и при схлаздении формируемых при казвдом единичном цикле напыления микрослоев решена проблема получения защитных покрытий с повышенной адгезионной и когезионной прочность» п низкой пористостью.
Обнаружен эффект неоднородного т>.-г-гомэханического активирования и подготовки к схватыванию м-лкроучастков осноен в зоне соударения с напыляемыми частицами и изучен механизм его протекания. Активирование микроучастков основи осуществляется контактным теплообменом при одновременном ме зническом воздействии ударного.и напорного давлений, контактном тронлем и конвективным теплообменом растекающейся '.-астины л основой, а такта напряжениями в поверхностной волне К1 лея.
Предложен механизм усиления роли нехаяичосксго ететвиро-
вания микроучастков основы в зоне схватывания с напыляемыми частицами при переходе от гладкой к шероховатой поверхности основы в виде плотно расположении сферических лунок за счет увеличения площади контакта, активируемой воздействием напорного давления и контактным трением.
Установлены основные условия, обеспачивакиие образование прочного сцепления частиц с осшзеоп: нормализация их взаимодействия, достигаемая при структурно-апергечтееской адаптации материалов в тонких слоях.пралегапдах к зоне контакта, и прэ-дупревдэнив возникновения процессов поврокдаемости. Необходимыми условиями нормализации являются: положительный градиент механических сеойств по глубина поверхностных сло-ев.обеспечиваемый нанесением мягких подслоев, созданием температурного градиента и пр.; предупреждение пассивация контактных поверхностей за счет взаимодействия с окружаюцей. средой путем регулирования составе и параметров среди а зоне формирования единичных слоев покрытия; обеспечении протекания деформационных процессов на возможно больпэй площади контакта путем увеличения степени растекания частиц и оптимизации микрорельефа поверхности основы; обеспечение необходимой длительности активации поверхности контакта подбором соответствующих размеров частиц; обеспечение условий для взаимного влияния частиц на процесс схватывания путем изменения концентрации порошка в детонационно-газовом потоке, скороега частиц, величины единичной дозы порошка и толщина единичных слоев.
Предложен механизм и разработана математическая модель образования сварного соединения между напыляемыми частицася с основой, учитнващая термофлуктуационнна и механический факторы и позволяющая' прогнозировать адгезионную 0 когезионпув прочность покрытий и производить выбор оптимальних значений скорости и температуры частиц.
Предложены и обоснованы механизмы взаимного влияния напыляемых частиц на процессы их схватывания с основой и между собою (повышенная частота соударения с микроучастками основы и их активирование повархноетшш волнами Рэлвя, вторичное таер-дофазное взаимодействие на границах мокчастичных контактов под воздействием импульсов давления и тепла от последующих частиц, формирующих покрытие).
Разработаны математические модели процессов двго гения и
нагрева частиц порошка в детонационно-газоком потоке, позеоля-їждае осуществлять вибор рациональных технологических параметров. Обосновано применение при детонационно-газовом напылении горячих газов - заменителей ацетувна и достижение требуемых параметров детонационно-газового потока изменением состава горшей смеси и использованием режимов перескатой детонации.
Установлена особенности формирования структуры и свойств детонвционно-газовых покрытий из металлов и сплавов, оксидов, интерметаллидов, карбидов переходных металлов и их композиций и сформулироваш основные технологически» принципы обеспечения высокого уровня их свойств.
Обоснованы принципа создания детош.цкатю-гозоЕых установок с высокой технологической иадежносгія и обеспечения требуемых параметров рабочего цикла - применение стволов с плавным уменьшением в направлении к выходному торцу поперечного сечения, ИЗМеНЯВДИМСЯ ПОПерОЧНЫМ СЄЧЄІШЄ},і, МНОГОСеКЦИОИНЫХ СТЕО-
."ов, особой струйно-нигревой подалі порошка в ствол, принуда-тельного газоос.'.дена в стволе, наличке средств защиты от проникновения продуктов детонации в систему подачи пороша и пр.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Результаты шполненннх автором и при его участии исследований явились основой разработки комплекса принципиально юенх технодолпеских и конструктивних решений по созданию и взюдрешш в прокшаленность эффективных технологических процессов детонационно-газового напыления покрытий с пошяенной пдгезиошюй и когезиоиной прочностью и низкой пористостью (около IS).
Созданы участки ДПШ на Куйбышевском моторостроительном заводе им.М.В.Фругае, Луганском Ш "Лугань", оштшх заводах ВИСХШ (Москва ),WIO "АИИТШ" (Барнаул) и ЕЛО "Ыединструшнт" (Казань).
Создана и внедрена малогабаритная детонацконно-газовая установка для напыления покритій! с цифровой системой управления рабочим циклом.
Разработана критерии выбора режимов ДПШ для обеспечения требуемых прочности и структури покритий.
Результаты динамики, теплофізики и твердофазного взаимс— дойотвия напыляемых частиц с основой могут быть использованы туи разработке технологических процессов получения покрытий
другими шсокоскоростниш методами газотермяческого напыления.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные полевения диссертации представлялись на Международных конференциях по металлургическим покрытиям (Сан-Франциско,І978;Саіі-Дисго,І979); мекдуна-родном симпозиуме по проблемам поворзшости (Вашингтон,1978); Всесоюзних совещаниях по жаростойким покрытиям (Туда,1977,1983; Ленинград, 1985; 0десса,І989); Всесоюзішх совещаниях "Теория и практика газотермического нанесения покритки"(Дмитров 1976,1978, 1983,1985; Рига,1980; Севастополь, 1988);Ш Всесоюзном совещании по плазменным процессам в металлургия я технологии неорганических материалов (Москва,1979); Семинарах по диффузионному насыщению и защитным покрытиям (Запорожье,1973;Умань,1974; Киев,1975; Дрогобич,1983; Львов,1934; Луггиск,1933>; Всесоюзных конференциях по технологическому горению (Арзр.кян,1973; Черноголовка, 1978); Всесоюзном совещании "Новые метода нанесения покрытий напылением" (Ворошиловград, 1976)научно-технических конференциях "Композиционные покрытия- (Житомир,1979„ 1981,1985); Украинском региональном совещания по газотермическим покрытии (Киев,1983); Всесоюзном семинаре "Состояние фундаментальных псследований в области порошковых я композиционных материалов" (Москва,IS83); мездународннх семинарах "Газо-терличоское напыление в промышленности" (Лекинград,І99ІсСанкї-Петербург.1993), а также на других мездународннх, всесоюзних, республиканских и отраслевых конференциях и совещаниях.
материалы диссертации обсуядались также на научных семя-нарах в Институте электросварки Ем.Е.О.Патонэ, Институте металлургии гад.А.А.Байкова РАН .Московском авиационном твхнолсгн-чоском институте. Пермском политехническом институте» в Научном Совете СФТПМ АН УССР по защитным и восстановительным покрытиям»
ПУБЛИКАЦИИ. По матеріалам диссертации опубликовано 20S печатных работ.в т.ч.монография (в соавторстве) в издательстве "Наука"» справочник (в соавторстве) в издательстве "Наукова думка", получено 105 авторских свидетельств СССР.патент Франции и патент ФРГ.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения в виде формулировки основных еиеодов, изложенных на 280 страницах машинописного текста,