автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Модификация и смещение поверхности импульсными потоками плазмы

РГ6 од

] Ц Г'ЛН ;1С;03АКЛДЕЛ1Я 1ШК УКРАП1И

1нституг надгверяях матер1ал1в !м.В.М,Еакуля

На .правах рукопиоу 1ЩЕНК0 евгея1я Свмои(ша

• ЗДШКАЦ1Я I ЗМЩ1ЕШИ ПОВЕРШЕ РОТУШШМИ ПОТОКАМИ ПШ'.И

Сп8ц1аяья1сгь 05.02.01 - я?.1атер1аж>знавство в маиияо-

будуваяй! (гро»теж>в1ста)"

Автореферат шсортацП да здойутгя наукового стулвяя каязяяата техя!чнях наук

КЯ1&-Г99Э

Poöory викоаано в 1ногнтут1 надтвэрлих warepfanfs 1м.В.М,Бакуяя АН УхраТни

Пауков! квр1шики - доктор техн!чних наук, професор Урюков Б.О.

канпвлаг тэхя1чних наук 1Ъс!н Д.А.

Оф1ц!йа| опонэнти - доктор теха!чних наук, ппофесор Андреев БД.

кавдидат техн!чнгх наук Коржик В. М. Пров1дна устааова - Ав(ац?йниЯ науково-техн(чш!а юмпазко

Захиот в(лбудатьоя "24 „" червня 1993 р. о 13-80 год«я1 ва aaoiaaaal оаец1ая1аовашИ вчено! рада Д 016.10,01 в 1нотитут{ яадтвердих магер!ал 1в InB.И.Бакуля АН УкраГни за адресов: 254153, и.КиТв-153, вув.Авгозаводоька, 2.

3 лиоертац)ев моэда ознайомитиоь в науково-техн!чя!й б!бя1отец| 1воттугу. В1лгуки, заов1дчая1 печаткою, просимо налравлягн ва адресу спец1ал!зошю1 вч&ноТ ради.

Автореферат роз!олано " ■ 1993 р,

ВчеаяК секретер спец!ал1зовано? вченоТ ради

"Антонов"

загаяьна характеристика пращ

Актуадьн1сть. Важливим завдапням, що сто!ть съогодя! перед ус 1т галузями дрошсдовост! як у папiй краТн}, так t за рубежей, g розробка новпх ресурсозйер{гаячих, тукоемких, окологИно чио-тих ! високопродуктлвних техно лог(й, що забезггечугать створення новях матер(ал!в з задании властивостямя.

Одним 1з тлях!в вир {пения цього завяання е модиф!кац1я по-верхневого шару матер fany деталей машин ! иадання цьому шару властивостей, як{ в!др ¡знягеться в!д влаотивостей основного мате-р{аяу детая!. Ефективням методом ганоГ обробки у наш час е оброб-ка поверхнf виоохоконцентровапими потоками енорг!!.

Найб!льш перспективная cnocitf обробки - використяняя длаз-мових поток!в, що геяеруються (мпульсипми плаздавими ппгсгорю--вачами при розряджсшП емн!сних нагромаджувэч1в енергН. Досягнут! яря цьому едергетячя) параметра потоку в{лпов1лають параметрам, як! одеряують за допогюгою лазерного, !онаого та еяектронно-променевого методfn tin и 1С<Д, с;о пэревишуе ВД градлц!йних техяо-яог1й зм1цнення f обробки. Процеси, якГ вГдбуваготься в матер!ал! п!д д!ею на нього електронних I {онних пуяк1в, докладно описано в л1тератур{, тод) як процеси взазмодИ' {мпульсних плазмових поток i в з'перешгодого вивчено недостатки).

Актуаяьн}сгь проблема обробки поверхн! пяазмовими потоками визначаеться необх!дн1ста створеная нових вясокоефективних технолог»!, викориотання яких лесть моклив{сть ¿{двищити ресурс пра-ц! деталей машин при експлуатацП в зкотремальних уставах.

Мота прац! - розройка технолог!чного процёсу поверхяево! обробки деталей ав(ац!йяоГ техЖки за доцомогою !мпульоних пото-" к!в плазми шляхом модифткацИ отруктури поверхяевого шару для пол1пшеяня його ексллуатацШшх характеристик.

Для досягнеяня поставлено! мети необх1дяо було вир}шити так! эавдання:

1. Виконати анал!з процесу взаемод?! Ьтульсного потоку плазми з оброблюваною поверхнею.

2. Розробити модель теплового стану матер !алу пеоешкодя п!д д)ею на но! {мпуяьсного потоку плазми.

3, Вивчати ВП8ИВ еиергетачнвх параметра 1мпуяьояого потоку плазма на процео обробкн поперхн 1.

4. Доол)дита структуру, ф1зико-махан1чя! 1 ф1зико-хЫчн! влаотивоот1 поверхнового шару матер!алу, який було п!дпако дМ !мпуя>сиок> потоку плазма.

о. Провести досл)дно~промислову дерев 1рку результат1в доо^джеяь. Роэробытн тахнолог1чн1 рекомендацI1 для ргая1звдН вроцесу обробки ( зи1щиешш дет а пей вв1ацШЫ техн'кя 1ипуяьс-авма потоками плазми.

Ндукова новизна. На основ} теоретичного I експерямеятального дооя(дязння процесу взазмодЛ 1мпульсцого ллазмового потоку з давэрхнев першкоди ! швяву параметр 1в процесу обробки ка структуру, ф}зико-махая|чн! I ф1зико-х(м!чн1 властивост} обробдазаних катер(ал1в установлено гак! нов! положения:

- вазначеао залекя1сть зм1яи температуря поверхн! I товцина аропваялааого шару матер 1елу перешкоди в!д параметр1в 1ааул>сного истоку плазм}

- установлено залежноот! м}кротвврдост! I шорсткост! об-робвено! поверхн! в1д еаергетвчниэг параметр{в процесу обробки;

- назначено 2алежя1сть розм)р!в фрагмента покриттяЕг0^У„0} I алощ! поверхн! угвореннх тр!авя в1е енвргетичиих параметр* в 1маульского потоку плазма;

- встановлвно залвкн!сть шлкву 1маульсно-плаз:<:оЕоГ обробки <5агатотаровах гвпгазахкенах покритт!в з л4'-СгУ^О-еа динам1ну формування шару ЛСгОд в зон! контакту метаяу з иерам!кою;

- виэначено вплив енергетвчаих параметр!в процесу !мп1льсно-цлазмово! обробкн на зм!ну короэШно! епМйкост! титанового сплаву БТЗ-1.

Практична ц|нн>сть доап!. Внасл!док проведеяах досл!дженъ розроблено технолог1чний процео 1 рекомендацП щодо ¡кпульсяо-- алазмово! обробки лопаток газотурб1ютх двигун!в з багатошаро-вама теллозахисними покрктгями з А/1-Сг-АС- У/2г 0£ -Доел}дно-промиолова перев!рка результат гв досл1дяень ейконана в умовах НВО "Сатурн". Розрахункова економ}чна ефеотявн1сп» в!д вароваджеиая процесу обробкн становись ~ 26 нлн.крб. (на 01.09. 92) за рахуиок зниаеаая варт1сно1 оц!нкя продукцП внасяШок збЬтъшення ресурсу прац! ей роб ¡в 1 умовного зменшення обе ягу !х внпуску.

автор захищаг:

- тсорсттну модель для i¡ерплх розрахупн!в теплового стану кагор !алу пероакоди п!д д!сю на къого {мпульспого потоку плазми

- разуггьтатя теоретйчнпх ! окспориментальяях лоолглжспь процесу обрсбкя метал!чних i иемотал1чиих матер1ялfв, 1х струк-турних особлипостоа, ф1зико-мохпн1чних 1 ¡мзико-х1м!швх власти-воотоя;

- результата енспериментальних лоол!лжень гллияу енерготи?-нлх ! технолог!*!«« параметр 1в взаемодп (мпупьсиого потоку плазу.к з лсреиколою на технологиях провес обробки багатапаро-ЕЛХ теплозахксяих пок?ятт!в.

атобои!я план!. ссчовн! положения дисертацшко! прац! ' ' допев!лаяиеь ) обговорсваяясь ка наукових сем},чарах в!дл 1яу — ф(зико-хfwlт nopocxlb i пяазг.'ових технолог}!! iilm ан ухратяя (кигв, i99i-i332); на ш i хул шт.яаролних ко!1^«ро:1ц1ях могтс-лих учеиях ih'.i АН укратия "одертаняя, властивост! ! э'аотосувая-ня надтвердях нато?!ал1в" (кигв, i99i-i992); ка наукоьому сем!-пйр! ка'едря ф1ззгаот элекгрон!кя киргязьколо дертавного уя!ввр-ситету (бишкек, 1ээ1); на нпуково-гбхн!чнш рад! а!гпг антонов" (кягв, 1992); на ссхц!г бченог ради ши ан /кра!гаг "иадтверд! сиитетичя! 1 композиция! матер 1али i Гх властивост!" (ки!в,1992).

птйл1кчия. за результатами вяконаяих дося1дяеяь опулtковано 6 друкованнх яраць.

структура 1 обсяг првп!.- дясертаа!я склалавться з встуяу, . п"яти глав, загальшх влсиовкгвл списку -яикорястаяот irfreparypii i додатк1в. ос(!овния smict прац! викладеяо на /2.sстор!нках машинописного тексту, який мостить -73 рисунки i 12 табвиць. у б|бл!огра$п навалено 96 иазв праць в1тчазняних f заруб!жяих автор !в.

3,'ясг пра111

у псття! обгрунтовано актуальн!сть доол1дкень в облает! стпорем.ня технолог!!! повепхново! обробки матер1ал!в ¡.чпульсяими потоками плазу.« з метоп зб! лыгемя ресурсу прац! деталей 'мааиа i мохая!зм!в- при екепттуатвц!i в ушвах ди висолих температур, яавантатень 1 короз!р:них середовищ. сяормульотайо мету прац! j основн! нэярямкя лосл !лкень.

У пестПй гдав> эдШснено аиал1з основяях сучаснях метод(в псверхнево! обробки матер¡ал 1в висояононцентрованши потоками енергН, зокрема ¡онного, евектронно-променевого, лазерного I плазмового,

Олн!ею э осяоваих переваг вякористашя концентрованих по-хок1в енергП е можлив1сть досягти дор!вняяо простши техн^чяи-ми заообамя високнх густин потоку енергИ на поверхн1 оброблю-ваного Е;;робу, що обумовлюе широкий диапазон раал!зацП технологиях ароцес!в. При цьогиу результат поверхаовоТ обробки (прошивка вироб1в, зварювання, гартування, очистка ! т.1я.) залежить насамаеред в!д таких енергетичник параметр!в процеоу, як густила штужност! I густана енергИ. 31сгавлеаня ооиоетих характеристик розглядуваних метод4в показало, во вони маоть оум!рн1 за порядком вевичияи енергетичн! параметра 1 можугь бути влкорпста-н! для реал!зацИ одних I тих самих техполог!чних процесс з ура><уваниям еконсм{чно! доц! лъност I.

В осгаинМ чао досить широка заогосувашш знаходять зм(ц-швюч1 технологи, як( грунтуються да видаркстанн! ¡мпульсних плазмоввх до ток (в. Така обробка не т!ггь:ш значно зм!нгае механ1чн! електро$1зичн! та Iаш! характеристика конотрукцШяях шгер1ал1в, але й п1дБищуе !х короз!йну ст!йк1сть, Иоряд з цим, сьогодн! в!д-сутн! дромнеловв устаткування 1 гехнояог!чн1 рекомаялацИ, за додоиогою яких и ска а зд(йснити ароцео обробки (мпуяьсним ялаз-мовш потоком з заданаш параметрами.

Теоретичи1 I вксиерименгальа! дося}джвкня електро!мдульсних авазмових 1кжекторIв I дроцее¡в, що в1дбува»ться п!д час обробки, не давть аовного уявлеяня про реакцП, як} протЬають в }нхекгор!, та процеси взаемодП ¡мцупъсного потоку плазмя з оброблавалою поверхаею.

Недостатаьо влвчецо валив еиергетичялх параметров !мпульс-ного ддазмсБОго потоку на структуру { ф1зино-механ1чн! власти-вост! обробяюваних матер¡ал1 в.

Однак, як свшчкть анализ дани/, л¡торатура, и.шульсно-дишоьа сбробка с перспективах!'.'. методом, а йбго доелгдяе.чия ! розвитек дог.о\:о--.-уть у стверезн! новях ьисокое^ективних ресурсо-85ер1т:чпх технолог Ш,

На основ! вивчения питания досл1д:юнь була поставлена мета дано! прац! ! визначен! шляхи Н досягнешш.

У др7г!й глав! зроблено огляд ркспоркланталыюго устатку-вання ! метод1в лосл!л^ен!т процесу лзясмодН 1мнулъсноп> потоку плазми з оброблюваною поверхною. Експориментплыга установка складасгъся э джерела яшвлоння, нагромадхувача оиергИ, приотрои для комутац!! розряду, електролно! систшли напретлеио! д!Т ! вакуумноГ систем. При иьому вгсь процсс обробка поперхн!, тобто И нагр1гання, можна рояглядати як такий, що складаеться з к!лькох етап!в:

1. Поретгороння електроснсрг!!, гакопичоно! в конденсаторах, у теп лову I к1нвтичну олорг!в плазмового потоку.

2. Взасмод!я плазмового потоку з оброблюваною полерхнех). •

3. Перетворенял к!петичяо! ! топлово! енерг!Г" плазмового потоку в тсплову енорг!н, яка д!с на катер1ал оброблювано! детая!, I здМснеиня структурних ! фазових первтвор-еяь в оброблю-вакому матер1ол!.

Реал!зац!я ес!х етап!в процесу- I зуМовтос комплекс ф!зяко-механ!чнях ! ^!зяко-х Ычнях явящ, ¡гсобх^пих для обробкя поверх-невого пару. Величина запасено! енерг!!-була вибраяа на основ! розрахуяку, вихолячи з умовл, .що Т1 з'яачвння повянне бути достат-я!м для нагр1такня ряду матер!ая!в р!зних клас!в (метали, оксидя, карб!ди) до температуря плавленая. йксимальна величина запасено! онерг!! б нагромадяувач! лор!вяювала 25*10^ Дж при робоч!й напруз! 5-10° В. КОкс!ашт» ялазмовиК ! я лектор - цв електродяа система напрямленоГ д!Г, ъ\як!Я розряд проходить м!ж цеятральяйм ! зовн1ши!м електродают,-Розряд носить пео!одичний характер. Пер!од розрдядного сгру?лу;-зяг1иювався в!д 6 »КГ® до 2« 10""^ с,

Зи!йа структуриу-фазового складу та 1гппих- ф!зико-мехаи!ч-яих ! ?!зйко-х!м1чяих вяастивостей матер!алу в1дбуваеться при взаемод!! !(Спулъсного плазмового потоку з матер!алом переикодя.

Вявчеиня процесу вит!каняя плазмового потоку э !няектора ! взаедюдЛгйого з перешколоо здМснювалося шляхом в!зуая!зац! Г зазначенях яроцес!в за допомогою високопвялк!сноТ устайовки ВТУ-1, яка працюе в ре?лм! (Тоторозвертки I покапровоТ зйомкя.

Для досл!дженяя тепловях характеристик плазмового потоку було використачо калориметр. Поверхня калориметра, що п!ддава-лася д!Т плазмового потоку, мае вигляд пористо! (ст!льяиков6!)

структура для змшшешя випром1нювання з калориметра назови! f водночас для зсНлышаш точност! вам!р!в.

Тоетя глава прксвячена теорегичнаа 1 експершентальнем досл!д«ош1ян процосу взаемодП (ыпульояого потоку пвазми з по-вэрхнев. Винчения структура плазыового потоку показало, що вона кas диокротиий характер, обуиозлвнкй несдаю р}дн!стс плазма, яка sartas з !нжактора. Ывидк1сть потоку змвнв1уеться в чао!. При вааемоя!! потоку плазм« з перешколою на I! поверхнт фэрмустьоя ударно-отискугкй шар, товздина якого хор!в:шо (0,8-9-1,0).КГ2м. Рад!ац!йно нагр!вашш матер(аяу здШсиювтьоя за рахунок вапром!-йовання а цього кару. При взавмодН з перешкояою в!дбуваеться . рад!альке розПкашш потоку по повэухн! персакоди. Проведен! експеримеяти св!дчзть, що ивняк!сть рад1аль.чою розт !кшшя за лажать в!д величлнв запасено! eaeprif I пер ¡оду розрядиого струыу,

Вазначеняя |нтегральнах тэяловях параметр!в пяазмового потоку зд!йснювалося шляхом Si о го калорийетруваиня. Встаиовлено, що к!льк1сть т&алоги, яка передаеться на перешкоду, зрсстас з! збЬчывэнням запасено? еяергИ во ~ Дк, п1сля чого

cnocTopfrasTbon деяке ?! зяякэаая, викликаае втратами еаергИ аа рахунок соглпнанкя випром1ншшняя ст!нкаая зош!шнього елэктро-да 1няамора. Встановлако такок, що з! зб!льшенням запасено! енергН в!д I-I03 Дд до 16-10® Д» тепловий КВД зментуеться з 25? ДО Ш,

При теоретичному анал!з! теллово! д|1 потоку плазми на по-Еархню перешюди допуска лося, «о основшши джерелаш теплово! д!? на ловорхкв в вапром 1нюванкя загалыювано! зона I конвективна теплопередача в!д потоку, якяй базпооередяьо взасмод!е з по-вэрхнвв. Зона гальмуваиня обмшувасаса. цвл!ндрои висотоа 1С ! рад i у сом R , що кор1вкшав рад (усов! ствола. На обробгшваяу поверхню палае частка загального потоку Бшро'м!кввашш:

i+l/R № - (I)

Для наб лике них розрахунк!в конвективного теплового потоку використовуваяася формула:

А/иг =%RtrPr \ (2)

яка лереиворювалася у таккй вид:

_ \Г< J>'А' U' f l' , ,

УЗг тг Z {h

г*"- Чзг л 1 п > <3>

ле J)' - хустина, yf' - ноо<Мц!ент тйплопров!ляост!, Ср -теплоешНсть, h - онтальп!я газу в зся! гальмувяння,

- ентсяьп!я газу при температур! ст!нки, и' - швилк(ои> у зон! гальмуваиня.

Зв1дси пиходить, що, зяаячя ди«ам!ку ударно Г хвия! f стая середоввда в загальмован!й зон!, мояга розрахуватй конвектйвннй тел лови?. пот!к яа оброблпнаиий вир!б.

Для оозрахунку процес!в в 1нжоктср( було прийилто теку стану нахр!ванпя I вит!каиня плазма: знерг!я розршгу вклалазться в газ з! зм1нпши значенной густипи j>0 , тиску ^ , температура Т0 (енталъп!! h0 ), який м!стигься в форкамор! заданого об"ему Л ! вит!кас через ствол з плоцею порер!зу SK .

алл аиая!зу умов пл?!кання з форкаморя роэглядалася схема руху, аналог!чка постанови! задач! про уларну трубу,- Вякористо-вупчя розп"язок для однобитного яестац!о:тркого руху, одоркуемо, яо на почагку ствола швядк!сть дор!вяю5 пеидкозт! звуку, лая! п ствол! гоня эроотаз, але з часом ( £ 00 ) набггажаетвоя до звухопо!. Гранична положения ударно! хвял! булэ в!дпов!дата тому, со вена Еяролигься в звугаву, па якпараметре потоку яе зм! -явиться. Для спроооння розрахунк!в допускялося, що протягои €пр на перезкод! !снув ловя!сто загальмовваа зона, п!сяя Чого в!д-бузасться безстрибковэ кат!кания газу яа перешколу.

Для розрахунку потоку»вяпром!юшания ( tyu ) пжорйстсзуга-лися сп1вв!дношепяя в каближенн! Об"«мкого випром (нпвепня. Шля-" хом апроксимацП розрахучковях данях одержано:

UbV'- lo'yT*'32-*'09^ , (4)

да JJ - густина,- Т - температура, ев. Бв"язок м!х температурою ! !ншями параметрами плазмя мае такяй вял:

Т - т* h

1 ~ щпнпр-ч» ' (5)

дв-h-h/hn , Р=Р/РН I ¿азов! значения hH ! в* • в!л~

пов!дають нормальна« умовам. Протягом часу Д-fc - на ае-

решкоду д!б тепловий дот (к:

I ' L - £

b- £(ftec/R) + J$u ' (6)

до - об'смке вилром1(швання в загалъмован!й зон!;

- о<5"«шв вяяром!нюваиня потоку; t - вщотакь в!д початку ствола до перошкодя.Дал! залипаегься друга скяадова потоку, ала до не Г додаетьоя конвективна окладова, тобто при Л > á inp i . ■

о (2 ?^oQaf'Sh ,j? mf/a f't-R/2.

Vjt cPH0R J Ч&Л (rJ '

(7)

да !ндекс "но" в!д!1ссигься до умов перед початком розряду, & "а"-до умов у навколидьлоду середовищ!,

Дяя розрахунку д! Г теплового потоку на перепкоду нообх!лно розрахувати ряд параметр!в. У потоц!, що вит!кас з зовн!иш>ого електрода:

2

м_ U _ _2_i/P J_ . h _ Р ( 2. i_\ .

__í_J*^7 • < \

P* Мзе+О+т/ ' j -¿^rj

до

X-ÉA; Р-Ц fcc • Q- <X-1lCL . J00 Ju

Ра ' Л P00 ' jp0 Л

T-í. ' 4 — J=_ /J£±t\

ta ' V" \ 2. )

3C-n

^о -32-О 2. > (\ooSK ' Лн - об"«м шазмоутворюючого газу; (Ха - пвидк!сть звуку;

0. - затрачувана энерг!я; !ндекс "оо" в!дпов!дае параметрам загальмовано! длазми в форкамер!. У загальиован !й облает I:

де М^.К,, Р1, Р^ - визначаюгься за попередн1ми р!вняя-

аямя при Г,« 0 .

Для розрахунку температур переикодв викоркстовувавося од-новмм!рно р{вняння теплопров1дност 1, а перешкода взажаяася нап1впроотором :

(10)

Н - теплом ¡огк 1сгь одиничнохо об"ему.

Загальча товщина прогр!того вару визначавться з виразу:

; (И)

Товщииу проплавленого пару знаходимо з проф(лв теплом1сткост|:

у-'-(и;) • си).

Вводячя нову $уякц!о теплового стану матер}алу %= Н0у1К£(Т0-Та) ,де &/4 , одержуемо:

¿Ь ' (13)

Знатя залеяя1сть , зцаходвмо %(Ь) , Для моменту

+ л€пр > тобто в к!нд1 першого 1нтерва1гу:

я

(14)

На протяа! другого (нгершлу:

На основ} дроведепих розрахуяк1в побудоваяо задежяост! температура I глибина прпплавяэного шару втд часу (рио.1 I 2).

Рне.1. Часопа залети1сть тейпе- - Рис.2. Зм1па в час) темаеов-ратур псверхя! оброблюваявх ма- ттоя пооплавлекого тару обтер 1ал1в роЙлюваяйЗ матер!ал!в

У четвеот!й глав! представлено результата досл1лтеяь поо-цесу модиф1кацП поверхя! матер!алу при взазчодП з плазмовяи потоком. Дая досл!дкейня суло взято титаловий сплав ЭТЗ-1 1 теплозахисне покриття (ТЗП) з , оск1льки ц! ма-

тер !ала необх 1дя !_сьогодя! в ав!ац1!*н!й проыасяовост! I вони зяаходять шяроке дастосування в трактах газоту?б!нних явтуя!в, а також покриття з О3 .

Доев1дяеняя поверхя! I структура В13-1 показало, шо пра короткому пер!од! розряду ( ~ 6'10"®с) в!дбуваеться ¡нтенсивне плавления ! розбризкуваяяя розпяаву в зоя! взавмод!! з потоком. При цьому г^ормувться молгф!кований "б!лий" поверхяевий шар 9 пеоепадамя по говщия! в!д З'КГ^м до 15»10"<3м. ЗбШшеяня пер!о-ду розряду спричинов б!льш р!вноы!рнв проплавлення I зб1льшеняя товщини модиф!кованого шару до 4«10~5ы.

Незалежнс в!д способу нанесения ТЗП (еяектронно-променввого ча плазмового) п!д д!ео 1мпульсного потоку плазмл в!дбувавться оскл!ная ! фрагмоятап!я поверхневого шару покриття.

Рис.3. ЗалеыНсгъ площ! повархя! утворвваних тр!яак sto к!лы-йст1 темою! енергп

Бнасл!док проввлвного анал!зу процесу йрагмента-ц!Г вотаяовввно, шо з1 зб!льшеатм к!лькост! теяло-зэ Г еиврг!Г, що д!в аэ матер !ал, в!дбувазться згНльаеная розм!ру утвор»-вавдх фрагмент!в ! глибана tplBEíi, а загалышй периметр "ново!" порерхи i зменшутоя. При значениях & , що в1пасв1дакть зз-паоеноТ енергП

~ 12*I03 Дя, спостер! -гаетьоя р!зка зм(на пере-д!чених параметр1в, лов"я-зана з! эсНльшеняям к?яе-тичяо! склалсво! еяерг!! пяззмового потоку. Л лоща поверхн? утворсваних тр !— ■дам зростаз л!нШю(рис.З)« Дия оц!кки енергП, яка йде на утвореяня 5 , викорастаио 3 - !нтеграл. У результат! розрахунк!в одержано його зкачгння ¡3 = 20,2? Дл/м2. 31ставл$яяя цьохо значения з величинами утво-рюваних плац св!дчить, tqo в д!апазон! I'IO3 Дж<9.10^ Ля практично вся oaeprtn потоку, що д!я на поверхню, витрачаеться ка I! нагр!вання, а фрагментад!я вшяинавться релаксацию заяЕш-ковнх яапруг у покритт!. Деревщення указапих значеяь при оброб-ц! небажане, оок1яькя обробяюваяа поверхня п!ддаеться уда?я!й л i f, що ноже призвести до руйнування керам!ки,

Аналог(чяий характер зм!ни повэрхн! одержано ! при обробц! покритг!в з -4e¿03 .

Досл1дяеняя структури покритт!в доказало, що при обробц! електропно-дромэневих конденсат iв на поверхн! утворювгься шар застиглого роэплаву товщияою {8*10)«ГО"® м, 7 плазмових газотер-м!чяих покриттях áfops-увться трансформоваиай шар товаиясю (10*12)* КГ^м, якиЯ мае стовкчасгу структуру, що викликаеться кристал(зац{ею роэплаву в напрямку в!дведення тепла за рахунок яизько! тепвопров!даосТ! матар!аау I в »двоено гонПльного оотигання.

РвитгешТ'азовий анал!э яосл!дкуваяих матор!ал!в показав, шо тигановлй сплав ВТЗ-1 м1стягь у вях!дному стон} {«С )-<?«зу. Шсля обробки на лиЛрактограках спостар!гаеться зни\7сння !нтен-сивност! л1н!й, деяке Гх розиирвваняя } зм!шення, а такок извинения «Тону, ¡до пов"язусться з часткозою виорйГ-1зац}ею поверх-невого модяф! ковано го пару. У покриттях з ¿г0£+ Уг05 вста-новлено наявп!сть тетрагонально! ! монокмнно! ^аз ¿гО£ , шо збер!гаються п!сля }мпульсно-плазУОвсТ обробки. Сполуки 1тр1я не виявлено, що викликано малок» к!ггьк!сте У,0, , а також тям,

п "¿О

що в1н утворюс з тверд! розчяни, як1 не розпадаються

при тривал!й !зотерм!чя!й видортщ!. У покриттях э 0]3 л!сая напилення присутня нязькотемпературна У* - чодиС>!кйц!я, а п1свя обробки ф!ксуеться высокотемпературна А-аза вС-А^О^ (кооунп) э невеликими вкрапленнямя Т-А^О^.

Досл}л:вдлкя £1зико-мехап!чяих властквостей оброблпванвх матер!ав!в зл!1!снсвалооя з урахуванням умов !х експлуатацИ, Встааовлено, що внасл!док обробки м!кротверд!сть 313-1 эростао залежно в!л параметр)в процесу в 1,2+1,7 раза. Вязначе-но залежност! I Нуч(Т) . 3! зб!льшенням запасено!

еяергИ до V/ & 9*Ю3 Дж ы!кротвеол!сть зростае, п!сля чого • И величина сгаб!л!зуеться, ао пов"язуеться з! зялгенням теплового ККД процесу при зб!льнеяя! W . Зб!лы:еш1я пео!оду роз-рялного струму Т веде до зни^ення м!кротвердост!, оск!яькя при цьому заникусться швилк!сть п!дролу енерг!Т до оброблюваноТ поверхн!,а, в!дпов!дно, ! ивидк}сть охолодтення.

При досл!лженн! короз1Г:ноТ ст!йкост! ВГЗ-1 встановлено, шо п!сля сбробки стац!онарняй поте!щ!ал зм}щубться в область б!льш позигивнвх значедь, ло тою я, чям више енеэготика .поопесу, тим сильн1ше це зм!щення. Для зразк!в оброблених при за?ядя!й напру-8! и■у = 3,5« 10®В ( V/ = 12,25*Ю3 Дж), на крив!!! поляриза-ц1Т область активного розчинеяяя в!дсутяя, шо св(лчлть про паси-вац!ю, викликану частковою аморф1яац}еи титанового сплаву. Дооягнутий при цьоку ступ!иь захьсту поверхн! станов?ть 975.

Вивчання характеру зм!ня рельеф поверхн! при !кпульспо-плазмовГЙ обробц! показало, по у ВТЗ-1 параметр К« вящий за вих!дяз значения'I залехкть в!д вер!олу розрялного струму ! запасено! энерг.М. Параметра Яр ! Крюх п!сля обробки в л!апазо-а! 1«103Дж:£\л/;£ 9«103 Дж эменывуються, то св!дчять про

вир!внювання "п1к1в" 1 "зал 1ковуЕаяяяп раковин. Вих!дяа шорст-к!сть плазмових покритт!в з £гОг + ¥¿0$ дещо вища, н1я в електроако-дромеяевих. Внаол!док обробки вс! параметра ворсткосг! змеяьнуються б!льп н!я у 2 рази. -Аналог!чн! резуяьтати одержано ! для лонрипчв з * основ ! проводених досл!диень

вотановлено залеаш!сть шорсткост! поверхн1 нгд енергегичних параметр1в процесу обробки,

КонденсацШк! покриття Не-Сг-А1-У/2г(^-У203 при експлуагадП в умовах частнх теплоз'л1н руйнуються шляхом сюлю-вания зовялп.чього керам!чяого шару. Де в!лбуваеться через та, од зовя!шня атмосфера, завдяки атсшчасг!й. структур! керакЛчного покритгя 1 м1жзерниот1й пориотост!, проникав на поверхто нетал Иного таростН!кого покриття, викликаюча його окисления. Вяасл1док цього на ыея! контакту метал-керамгка г{ормуеться шар ,

який сколюеться разом з ¿r0¿ , Доол1дкзнпя впливу ^.'.пульспо-плазмовоТ обробки на терм!чну стаб!льв!сть 1 довгов!чн!сть батато-ааровях ТЗП зд!1!онювалось и ляхом тривало? ¡зотермшю! видер:ши

Швидк1сть росту шару окалини у вях!дних ! обробланих зразк!в неодинакова (рас.4). Повне руйнування яе-обробвенях зразк!в наступало л геля 160 годин б I! да ржи, а обробяоних -п!сля 240 год. Це Еяклякане тим, цо п!сля ¡ютульсно-плазиово1 обробки зменшуеться доступ вясокоте\сператур-ного газового потоку до поверхн! метал !чкого покриття за рахунок знякен-. пя в!дкритоГ пориотост! керам!ки

2*0

Рис.4. Динамгка формування шару в зон! кон- внасл!док оплавления 1Т доверхнового

такту шкалу з неравною тару> 1ле11т№ц1я шару окалини

здЫснювалася иляхом зи)мания криви"

розпод!лу олемент1в.

Випробувания лопаток ГТД, як*! пройали ¡«луяьсно-гыазмопу обро.бку, на термоциклювання в ре?им! - нагр!вьння до 'Г483 К -охоложеняя у вол! погазали п!двиланяя термост1йиос?! пскоктт!в 2.г02 + V)Ог> в 1,5+ 1,7 разч.

У п"ятг? глав! представлено технологии! ооком»чпиц»! цояо !ыдульсно-лл^змово! зоверхнзво! обрсбкя лопаток турбЫи

8в1ацШного газотурб!иного лпкгуна з поперелкьо нанесвням тепло-захисним локриттям, яке зшг-уе теплоги,1; пот!к у масив матер!алу лопатки I даз моклив!сть зб!льшити роботу температуру газ!в.ГЬо-дес обробки 'ПЗП лопатки включав в себе п!дготовку оброблюпано! поверхп!, власив обробку I контроль за як!етв оброблеяо! поверх-н!. Етап л1дготовки складаеться з а!зуального оглялу ! очистки поверхя! в!д р!зних забруднень. Процес обтобки эдС'снпеться за заданою схемою, яка враховуе складяу геометр {ю псвеэхк! лопатки, при заршшМ напоуз! ~ 3«10®В I величин! запасено! енергИ 9«10® Ля. На поверхн! лопатки не допускасться поява скол!в пок-риття, як! можуть кнккати в и)сцях прихованих д&тект!в'в по-дередкьо напаленсму покрктт!.

3 мэтою реал!зац!Т процесу 1мпульсно-длазмово1 обробки деталей машин, а саче, лопаток турб!ни в ИГЛ АН УкраГни розроблепо досл!дно-промкслову установку.

лосл!лно-г.ромясгтова перев1рка лопаток, ~о нроЯгли процес 1м-пуяьско-плазмово! обробки, зд1Яснсна в умоеах ИЗО'" Сатурн", показала, що внасл!док обробкп в 1,5+1,7 раза п!двлгусться тср.чост)й-к!сть покритг!в. При цьому в 1,4*1,7 раза зб!льиуеться розрахун-кове значения ресурсу праа! в;!?об!в. Кр!м того, на ~ 26 •■•лн.крб. (у ц!нах на 01.03.92) знагуеться варт!сна оц!кка продукцП за рахунок зб1лысен!1я ресурсу прац! лопаток ГЦ ! у;,ювного змепсея-ня обся1у !х випуску.

зашып з;:сноз:-ш

1. Розроблено теоретичну модель для ¡н^енернпх розрахунк!в теплового стану матер!алу пеэепкоди п!л д!ес на нього !мпульсно-п> потоку плазми. На основ! вказаяяого розрахуяку вязпзчено теп-ловий стан 1 товцину проплавлеяого мру перепжод з П I £г 02 .

2. Металограф!чн! 1 рентгеноструктуря! досл!дзення обробле-ного доверхневого шару показали, по при обробп! титанового сплаву вта-1 утворюеться "б1ляй" шар, який мае др!бнокрлетал1чну ! аморф!зовану структуру з м!кротвег/п!стю, по перевияув вях!дну

в 1,5+1,7 раза. Визначено залезност1 м!кротвердост! модяф!ковано-го шару в!д В01ИЧИНИ заласеноГ еаерг!! ! пер!оду розрпдяого струму. Встаяовлено, що з ростом запасено! енергИ в1д Лж до 9'Ю3 Дж :4!кротверл1Сть зб{льшуеться, п!сля чого II значения стаб! л 1зумься. Зб!льшення пер (оду розрядного струму приводить

до гниження мЛкротвеодост!.

3. Виявлоио вплив параметр1в !г.!пульсно-плаэмсво! обробкя на зм!ну шорсткост! поверхн! титанового сплаву В'13-1 I покоят?tfi з Y20s i • Установлено, яо при обробц! ВГЗ-I збШшуеться в 1,8 раза, а Ар ¡ Ятах зме.'шувться^дпов^по, в 1,3 i 1,8 раза. Обробка корам!чних покрптт!в приводить до зменионня bcíx параметрfв сгапсткоот! 6!льт, nix у 2 рази.

4. Визяачсно залеж.чгсгь короз!йно1 стíííkoctf сялаву 3I3-I в!д епэргетичних параметр1з !спульско-плагмово1 обробки. Встанов-гшио, шо обробка зб!льшуе ступ!нь захиоту матвр!алу до 97%.

5. Установлено, що при обробц! Ншульсним потоком плазми алектрояно-дромеяевах I газотер'-ичних плаз.човкх покритт!в з írO£< У20з ¡ M¿Q¿ при зберетлн! (Газового складу матер i any ТЗП в1дбувасться |рагментац1я поверхпевого пару покритг1в.

6. Здittcueuo анал!з процесу ^рагаентац!! покриття з ^гй.+ уС.О,, яри !мпульсно-ала«мов!й обробц i. Вязначено залешост! величина утворюваних (fpaxvemMs ! глибини тр!щии, периметра i площ|"но1ю1,< aoBcpxnt в!д еиаргетичних i ?ахнолог1чних параметр!в процесу. Встановлено, ко в jiianaeoal велячян запасено? оаерг|М»1(Я Дя< <Wá 9'10® Дя споотер!гаеться найб!льш ефектипний рс-зультат обробки ran з , що приводить до зб!льшенпя ексгглуа-гацШшх характеристик покриття.

7. Вставовлено, ц;о {мпупьсно-плазмова обробка газотерм!чних яокритт!в з 2r0j-*-Yz0j i приводить до Формуваная в обробленому шар! "стошчасто!" структура з перевакним buIctom

у покритг! з виаокотешературноТ еС - фази (иорунд),

8. Експеряментаяьно вивчено дияам!ку охислення покриття t/t-Cp-ñi-Уна меж* контакту з покрпттяи з , да призхзо-дать до руйнування ТЗП. Вотановлеко, що вроцес окисления в оброб-лэних виробах улов!льнветься в I,5fl,7 раза за рахунок зменшоння в!дкрито! пористост! ксралИного покриття.

9. Внявлено, що впкористання дроцесу (мауяьсно-плаачовоГ обробки ловерхн! теялозахисних по«риг?1а Щ зй1гашуе 1х гермостrü~ KtCTb у 1,5*1,7 раза.

10. Роэроблено технолог!чн! осаови процесу зм.'п.чепнд.обробки i модиф!кац!1 поверхш деталей ав!ац!йяоГ технп-ш за долог,¡огою !мпульоних поток iв плазми. Розрахунок техн!ко-еко»ом!чши яоказяи-п!в.процеоу обробки яопаток ав!£ц!йнвх ИД показав, що розрахун-кова еконоШчна ефектявн!сгь вякористання процесу отяновать 26760 тио.крб. у ц!нах ка I вересня 1Э92 р.

Основн! результата прац! висв1тлен} в таких пубд}кац!ях:

1. Ищеяко Е.С,, Куров М,В., Масловский Н.М. Прочностные испытания газотер.вдческях покрытий. // Сверхтвердые й композиционные материалы л покрытия, их применение: Сб. науч.тр. /АН УССР. Ин-т сверхтвердых материалов. - Киев, 1991. - С.54-57.

2. Игаенко Е.С., Гасин Д.А. Поверхностная обработка титанового сплава ЗТВ-Г импульсным потоком плазмы // Новые разработки в области сверхтвердых материалов и покрытий: Сб. науч.тр, /АН Украины, НТК ЯИС:,1 ки.В.Н.Бакуля". - Киев, ПЭ2. - С. 18-20.

3. Ищенко Е.С. Обработка термобарьерных покрытий импульсными плазменными потоками //Тезисы докладов ХУЛ Международной конференции молодых ученых "Получение, свойства и применение сверхтвердых материалов". Киев, 23-24 апреля 1992 г.

4. Изменение структуры армко-железа при импульсной азотно-шгазменнсй обработке /.Ч.Н.Волошин, Д.А.Гасин,Кооаблева K.P. и др. // Физика и химия обработки материалов. - 1993. - í I. -

С.67-70.

5. ôasin Konbe&va I.R.j Ishche^ko £.S. Impurs Piasma Fioiv Deposition oß Protective Coatings ß Proceedings eg i he Jntefnatícnp¿ Conference "Surface. Engineering March 9-/1, 499Z, Bremen, Germon v.

6. Surface Hept Treatment with. Inputs Péasma Feows/D.A.Gasin t М.л/. Volcskin, E. 5. lshchenfko, I.R.Ko-roßievQ // Proceedings <?/ the ZnternaiionaE Conference "Surface Engineering * March 3-H, J935? Bremen, German*.