автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.10, диссертация на тему:Разработка и исследование процесса плазменного напыления однородных металлических покрытий с формированием потока частиц ультразвуковым распылением пруткового материала

На правах рукописи

Трофимов Дмитрий Викторович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПЛАЗМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ ОДНОРОДНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ С ФОРМИРОВАНИЕМ ПОТОКА ЧАСТИЦ УЛЬТРАЗВУКОВЫМ РАСПЫЛЕНИЕМ ПРУТКОВОГО МАТЕРИАЛА

Специальность 05.09.10 - Электротехнология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саратов 2004

Работа выполнена в Саратовском государственном техническом университете

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Бекренев Николай Валерьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Царев Владислав Алексеевич доктор технических наук, профессор Аникин Анатолий Афанасьевич Ведущая организация: Центральный научно-исследовательский

институт измерительной аппаратуры (ЦНИИИА), г. Саратов

Защита состоится 23 декабря 2004г. в часов на заседании

диссертационного совета Д.212.242.10 при Саратовском государственном техническом университете по адресу: 410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77, ауд. ^ /4//.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Саратовского государственного технического университета.

Автореферат разослан ноября 2004

Ученый секретарь диссертационного совета

КазинскийА.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитее современного транспорта, машино- и приборостроения, а также медицинской техники и товаров народного потребления характеризуется все возрастающим применением новых конструкционных материалов с улучшенными эксплуатационными характеристиками. Проблема ограниченности природных запасов большинства химических элементов, составляющих основу этих материалов, решается путем применения сложных структур, в которых основа выполнена из «обычных», легко обрабатываемых и широко распространенных компонентов, а функциональную нагрузку выполняет покрытие из материалов с заданным комплексом свойств. В настоящее время наиболее эффективными методами формирования таких покрытий являются процессы газотермического напыления, среди которых плазменное напыление можно считать наиболее универсальным и легко-управляемым. Технологические преимущества плазменного напыления, заключающиеся в возможности получения из различных, в том числе и композиционных, материалов покрытий разной плотности, толщины и твердости, с требуемыми защитными, газодиффузионными и другими свойствами, реализуются благодаря работам Н.Н. Рыкалина, В.В. Кудинова, Ю.Н. Харламова, В.Н. Лясникова и других отечественных и зарубежных ученых, заложивших научные основы регулирования и исследования свойств покрытий, создания специального оборудования для напыления в воздушной, нейтральной атмосфере, в активных газах и динамическом вакууме.

Однако плазменное напыление является стохастическим процессом, вследствие чего покрытия обладают существенной неоднородностью свойств. Совершенствование техники, в особенности электронного и авиационного приборостроения, создание современных авиаракетных и автомобильных двигателей, гидро- и пневмоаппаратуры, медицинских изделий со специальными биомеханическими характеристиками, требует значительного повышения качества изделий с покрытиями, которое весьма сложно достичь при использовании существующих методов напыления.

Известные методы повышения однородности отдельных характеристик покрытий путем воздействия газоразрядной плазмы, пульсаций плазменной струи, совершенствования кинематики процесса, применения экранов не решают проблемы, поскольку направленно воздействуют только на один параметр покрытия или являются сами трудноуправляемыми процессами.

Исследования В.А. Клименова, Н.В. Бекренева, Ю.В. Серянова по воздействию ультразвука на покрытие и поверхность основы в процессе напыления показали перспективность применения этого метода для

воздействии ультразвука на поверхность основы не обеспечивается получение вполне однородных покрытий на изделиях типа газодинамических опор, дентальных имплантатов и т.д. вследствие неоднородности параметров исходных напыляемых частиц. Очевидно, что наибольший эффект может быть достигнут при формировании изначально однородного потока частиц, имеющих одинаковые размеры, одинаковую степень проплавления и близкую скорость полета. Для этой цели также можно использовать ультразвуковое воздействие как достаточно просто управляемый и неэнергоемкий процесс. Теоретическое и экспериментальное обоснование использования ультразвука для формирования потока одинаковых по параметрам частиц при плазменном напылении в настоящее время практически не разработано. Поэтому тема диссертационной работы с учетом выше изложенного является актуальной для науки и практики.

Цель работы заключается в разработке технологического процесса электроплазменного напыления металлических покрытий с формированием однородного потока частиц путем распыления пруткового материала, помещенного в струю плазмы, при помощи ультразвука, обеспечивающего повышение качества покрытий.

Поставленная цель достигается последовательным решением следующих задач:

• анализ существующих методов повышения эффективности процесса электроплазменного напыления, в том числе в ультразвуковом поле, и разработка наиболее эффективной схемы воздействия ультразвука на параметры напыляемых частиц;

• разработка математической модели, адекватно описывающей связь размеров частиц со свойствами материала и режимами напыления;

• теоретическое и экспериментальное исследование факторов, наиболее сильно влияющих на форму и размеры частиц, а также на свойства покрытия;

• разработка технологического процесса, обеспечивающего повышение равномерности микрорельефа и пористой структуры покрытия, а также технических предложений по созданию устройства, обеспечивающего реализацию процесса на практике;

• внедрение результатов исследований.

Научные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Найденная закономерность образования потока одноразмерных частиц в плазменной струе при ультразвуковом воздействии позволяет формировать покрытия с минимальным разбросом параметров в зависимости от материала.

2. Полученное соотношение параметров технологического процесса электроплазменного напыления с наложением ультразвука обеспечивает заданные свойства .покрытия, пои этом однородность микрорельефа

покрытия, оцениваемая по среднеквадратичному отклонению высоты элементов шероховатости и их шага, возрастает в 1,3 - 1,89 раза по сравнению с распылением пруткового материала и до 9 раз по сравнению с использованием для напыления порошковых материалов. •

3. Предложенный способ электроплазменного напыления металлических покрытий, при котором покрытие формируют потоком частиц, образующихся путем распыления пруткового материала, расплавляемого в струе плазмы, отличается тем, что распыление осуществляют за счет сообщения ему ультразвуковых колебаний, обеспечивает уменьшение разброса параметров покрытий (дисперсия размеров частиц в потоке снижается в 2,8 раза, а агломератов - в 4,5 раза) по сравнению с напылением порошковых материалов и с газоструйным распылением прутка.

4. Найденные математические выражения позволяют адекватно установить корреляцию между размерами частиц, свойствами материала, режимами электроплазменного напыления и ультразвукового воздействия и вполне пригодны для феноменологического описания процесса.

Методы и средства исследований. При выполнении работы использованы научные основы плазменного напыления, основные положения термодинамики и теплопередачи, газоструйного и акустического распыления расплавов. Эксперименты проведены, а их результаты обработаны с применением методов математического планирования и регрессионного анализа. Использована стандартная (микроскопы МИМ-8, МИМ-7, профилограф 170111, компьютерный анализатор изображений микроструктур АГПМ-6) и оригинальная, разработанная автором аппаратура для сообщения материалу ультразвуковых колебаний и подачи его в струю плазмы. Обработка результатов на компьютере Pentium-4 выполнена с использованием программ Advanced Grapher, Regress и 3D Grapher.

Научная новизна результатов исследования:

• предложена новая схема электроплазменного напыления металлических покрытий, отличающаяся тем, что распыление части пруткового материала, расплавляемого плазменной струей, осуществляют за счет сообщения прутку ультразвуковых колебаний, что позволяет уменьшить разброс параметров покрытия по сравнению с другими способами напыления;

• найдены параметры процесса электроплазменного напыления, обеспечивающие формирование однородного потока частиц в струе плазмы и покрытия с минимальным разбросом параметров;

• предложена феноменологическая модель, адекватно описывающая физические процессы образования напыляемых частиц в плазме дугового разряда при ультразвуковом воздействии на распыляемый прутковый материал;

• установлено, что наибольшее влияние на размеры частиц, формирующихся в условиях ультразвукового воздействия, оказывают ток дуги плазмотрона и амплитуда ультразвуковых колебаний пруткового материала, а также расстояние от торца плазмотрона до оси прутка. Получены эмпирические зависимости, позволяющие определить влияние этих факторов на размеры частиц;

• показано, что при электроплазменном напылении с ультразвуковым воздействием на прутковый материал его свойства мало влияют на размеры частиц;

• получено математическое выражение, позволяющее определять скорость подачи материала в струю плазмы и предельную скорость плазмообразующего газа для различных напыляемых материалов.

Практическая ценность:

• даны практические рекомендации по реализации разработанного процесса электроплазменного напыления с ультразвуковым воздействием на прутковый материал;

•разработаны технические предложения по созданию устройства, реализующего технологический процесс электроплазменного напыления с ультразвуковым воздействием на прутковый материал.

Технологический процесс внедрен в НПА «Плазма Поволжья» на операции электроплазменного напыления системы переходных слоев от компактного титана к высокопористому покрытию на дентальных имплантатах. Плавное изменение пористости структуры и размеров агломератов за счет формирования заданных размеров частиц ультразвуковым распылением позволило увеличить адгезию биопокрытий на 10 -5- 15 % и повысить ее равномерность. Из расчета выпуска 10000 изделий в год ожидаемый годовой экономический эффект составит 516980 руб.

Технологический процесс и предложения по созданию ультразвукового устройства подачи могут быть внедрены в ОАО НИТИ-Тесар при изготовлении устройств специального оборудования для повышения их износостойкости.

Материалы исследований в части основных зависимостей электроплазменного напыления с воздействием ультразвука на распыляемый прутковый материал и результатов экспериментальных исследований внедрены в учебный процесс на кафедре «Материаловедение и высокоэффективные процессы обработки» Саратовского государственного технического университета в виде одного из разделов учебного пособия «Высокоэффективные процессы обработки материалов и нанесения покрытий концентрированными потоками энергии», изданного в 2004 г.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на: 6-й Международной конференции «Современные проблемы

б

имплантологии» (Саратов, 2002), конференции молодых ученых «ЗМНТК - 2003» (Ульяновск, 2003), Всероссийских научно-технических конференциях «Современная электротехнология в промышленности центра России» (Тула, 2003, 2004), X Российской научно-технической конференции с международным участием «Материалы и упрочняющие технологии» (Курск, 2003), конференции с международным участием «Вакуумная наука и техника - 2004» (МИЭМ, Москва, 2004).

Результаты работы использованы при выполнении исследований по «Областной адресной инвестиционной программе на 2004 г.» и российской программе «Развитие информационных ресурсов и технологий. Индустрия образования», 2004 г.

Публикации. Основные положения исследований по теме диссертации отражены в 11 работах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 124 наименования, 1 приложения. Работа изложена на 168 страницах машинописного текста, содержит 60 рисунков и 24 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, приведены положения, раскрывающие научную новизну и практическую ценность, цель и задачи исследований.

В первой главе содержится анализ известных схем плазменного напыления покрытий и методов их совершенствования, а также способов повышения однородности характеристик покрытий.

Электроплазменное напыление является одним из эффективных способов формирования на поверхности деталей слоев различного функционального назначения. В настоящее время применяются две схемы напыления - подачей в струю плазмы порошкового материала, который расплавляется и переносится к поверхности детали и формирует покрытие; подачей в струю плазмы пруткового материала, который расплавляется и диспергируется скоростным потоком газа на частицы, переносимые к поверхности детали. Эти схемы характеризуются следующими особенностями.

При напылении порошковых материалов в струе плазмы находятся частицы различного размера, обладающие различными скоростями и степенью проплавления, что определяет существенную анизотропию структуры и свойств покрытия.

При напылении распыляемого пруткового материала все частицы находятся в полностью проплавленном состоянии, но их размеры различны вследствие разных скоростей ионизированного газа по оси и

периферии потока, вызывающих диспергирование исходной макрокапли. Поэтому покрытие также является неоднородным, хотя в этом случае различия в размерах частиц значительно меньше, чем при порошковом напылении.

Известные технологические схемы напыления с воздействием на поток частиц и слои покрытия энергии ультразвука не лишены недостатков. Сообщение основе ультразвуковых колебаний нивелирует различия в характеристиках частиц, сообщая агломератам энергию, вызывающую дополнительное растекание крупных не полностью проплавленных частиц, что выравнивает морфологию по высоте. Кавитация в крупных агломератах также вызывает появление однородной мелкопористой «губчатой» структуры, способствующей улучшению упругодемпфирующих свойств покрытия и релаксации внутренних напряжений. В то же время из-за различия в размерах исходных частиц, несмотря на их сближение по высоте при растекании, морфология покрытия остается неоднородной по величине шага элементов микрорельефа и поперечных размеров макропор.

Очевидно, сформировать максимально однородное по характеристикам покрытие можно при наличии в потоке частиц одинакового размера в сочетании с ультразвуковым воздействием на основу.

Известно, что при распылении струи расплава более интенсивное и упорядоченное дробление струи жидкости обеспечивает наложение на нее высокочастотных колебаний. Распыление жидкости происходит в результате отрыва капель от гребней стоячих капиллярных волн конечной амплитуды. Образованные ультразвуковым диспергированием капли попадают в поток газа, где происходит их вторичное дробление. Размер капель будет различен в зависимости от того, в какую зону потока (осевую или периферийную) попадут первичные капли. Можно предположить, что если первичные капли будут иметь определенный, закритический размер, то они не будут диспергироваться газовым потоком, а только транспортироваться к основе с образованием однородного покрытия.

Таким образом, задача будет заключаться в определении условий формирования однородных исходных капель расплава.

Вторая глава посвящена определению условий формирования капель закритического размера при ультразвуковом диспергировании расплавленного струей плазмы торца металлического прутка и установлению теоретической взаимосвязи размера этих капель с условиями напыления.

На основе анализа и преобразований известных зависимостей размеров капель, получаемых ультразвуковым распылением и распылением скоростным газовым потоком, получено следующее условие образования первичных капель закритического размера, который

определяется только свойствами ультразвукового воздействия:

материала прутка и параметрами

2 J -

1-

0.192

К)

^ + 0.29 R

V »-р.

(1)

где р - динамическая вязкость, а - поверхностное натяжение, А -амплитуда колебаний прутка, a>=2nf - круговая частота, / - частота колебаний прутка, р - плотность расплавленного материала прутка, Уг -относительная скорость движения частиц, dc - диаметр прутка, е -коэффициент сопротивления газовой среды, рг - плотность газовой среды, Lo - расстояние от среза сопла плазмотрона до рассматриваемой точки потока (в нашем случае оси прутка), R - расстояние от оси плазменного потока до рассматриваемой точки в поперечном сечении, Do - диаметр сопла плазмотрона, a¡ - коэффициент турбулентности для данного сопла.

Из этого выражения получена зависимость для определения минимальной амплитуды колебаний прутка, при которой при прочих известных параметрах расплавленная часть прутка будет распыляться на капли, которые уже не дробятся газовым потоком. Величина амплитуды определяется параметрами газового потока: рг, V¡, е, a¡, характеристиками напыляемого материала: р, ц, а, конструктивными параметрами устройства: dc, Dg, Lo, параметром акустической системы:/

Для оценки влияния физических свойств материала прутка на величину минимальной амплитуды введен коэффициент диспергирования:

К, = pipo. (2)

Установлено, что определяющими для величины минимальной амплитуды являются физические свойства (fi, р, а) материала и скорость газового потока. При этом наибольшее влияние частота УЗ оказывает на величину амплитуды при больших скоростях газового потока (рис.1,2).

Рис. 1. Зависимость минимальной амплитуды диспергирования прутка

титана от частоты ультразвука и скорости газового потока (<1=2 мм)

Рис. 2. Зависимость минимальной амплитуды диспергирования прутка титана от скорости газового потока и частоты ультразвука (с!=2 мм)

Эффективное ультразвуковое распыление возможно при определенной толщине расплавленного слоя на торце прутка. Из теории акустического распыления слоя жидкости и тепловой мощности плазменного потока, с использованием дифференциального уравнения теплопроводности получено выражение для наименьшей толщины слоя расплава:

ЛЧ

4£ е V Ь ти

_;т,_ (з)

'Ч'рМ^М'

где Ь'тт - расстояние от плазмотрона до рассматриваемой точки потока, при котором КПД нагрева равен 1; I - принятое расстояние от плазмотрона до прутка; V и 3 - напряжение и ток электрической дуги плазмотрона; ? - время плавления прутка; Тз и Т] - конечная и начальная температура прутка; X - удельная теплота плавления; с - теплоемкость.

Используя выражение (3) и выражение для радиуса частиц, полученных ультразвуковым распылением тонкого слоя жидкости, получена зависимость для определения размера частиц в плазменной струе:

<1= 16121

' -Г*Ч 445

Л I !т

4*,е

Ш

(4)

В этом выражении величина амплитуды имеет значение, обеспечивающее формирование закритического размера капель расплава. Помимо этого, вторым граничным условием является требование превышения времени плавления над периодом колебаний Т. В противном случае слой будет удален с прутка газовым потоком до его ультразвукового диспергирования. В работе принято, что это время должно на порядок превышать период колебаний.

Модель формирования потока частиц при ультразвуковом распылении расплавленного торца прутка имеет следующий вид:

Задавшись, исходя из технических требований к покрытию, материалом прутка и выбрав его диаметр, можно определить амплитуду колебаний торца прутка, при которой размеры образовавшихся в ходе акустического распыления капель будут меньше критических (то есть не распыляться плазменным потоком). При данной амплитуде можно определить технологические параметры нагрева прутка (Ь,и,1), при которых будет образовываться необходимый слой расплава И, а также скорость газового потока. Зависимости размера частиц от тока дуги, расстояния до прутка и от диаметра прутка представлены на рис.3 и 4. При одной и той же амплитуде колебаний прутка и одинаковом его диаметре ток дуги в наибольшей степени влияет на размер частиц, когда пруток расположен вблизи сопла плазмотрона. Увеличение расстояния от сопла до прутка больше сказывается на размерах частиц при больших токах дуга. Расстояние от плазмотрона до прутка заметнее влияет на размер частиц при малых диаметрах прутка, что объяснимо большим увеличением толщины расплавленного слоя по сравнению с прутками больших диаметров. С увеличением амплитуды колебаний размер капель уменьшается по закону, близкому к экспоненциальному. Влияние амплитуды заметнее на малых диаметрах прутка, а при одинаковых диаметрах - на меньших расстояниях до плазмотрона.

--Рис. 4. Зависимость диаметра частиц

Рис. 3. Зависимость диаметра частиц от от диаметра прутка и расстояния от

тока дуги и расстояния от плазмотрона торца плазмотрона до прутка при

. до торца прутка при <£=3 мм, ¿4=1,7 мкм мкм /=Ю0А

Зависимости размера частиц для разных материалов имеют сходный вид, но при равных условиях отличаются величиной частиц, которая в данном случае зависит от физических свойств материала. Однако изменением амплитуды колебаний можно получить частицы одного размера из разных материалов. Это может позволить управлять формированием структуры композиционных покрытий, напыляя их при соответствующих данным материалам режимах, воздействуя на структуру при помощи ультразвука.

и

Таким образом, использование полученной в данной главе модели позволяет определить методику изучения влияния режимов напыления различных материалов и ультразвукового воздействия на структуру и свойства покрытий.

В третьей главе излагаются результаты экспериментальных исследований процесса плазменного напыления металлических покрытий при воздействии ультразвука на расплавляемый прутковый материал, включая параметры частиц в потоке и свойства покрытия. Изучение процесса на физической модели при распылении потока жидкости показало следующее. При распылении первичной капли скоростным потоком газа распределение капель в потоке крайне неоднородное: встречаются как макрокапли размером в несколько миллиметров, так и микрокапли размером в несколько десятков микрометров. При формировании потока капель из фонтана, образованного ультразвуковым диспергированием первичной капли, макрокапли не встречаются, среднеквадратичное отклонение размеров капель более чем в 9 раз меньше, чем в первом случае, что подтвердило гипотезу о повышении однородности исходного потока частиц при воздействии ультразвука. При исследовании формы и гранулометрического состава частиц, образованных распылением тонкого слоя расплава на торце пруткового материала, установлено, что 40 % их имеют сфероидальную форму, а 35 % - отклонение от симметричной формы не более 0,3. Размеры частиц при увеличении амплитуды колебаний с 4 до 12 мкм уменьшаются в 1,5 - 2 раза, что качественно подтверждает результаты расчетов по теоретической модели. Среднеквадратичное отклонение размеров частиц составляет 9,6 -13 мкм, что соответствует распределению частиц порошкового материала после многократного просеивания. Для сравнения среднеквадратичное отклонение непросеянного порошка составляет 28,85 мкм, то есть в 2 - 3 раза больше. Форма порошкообразных частиц, в отличие от частиц, полученных распылением, крайне несимметричная: разноразмерность по взаимно-перпендикулярным осям составляет до 3 раз.

При ультразвуковом распылении расплава с торца прутка наблюдается некоторое снижение средних значений параметров шероховатости покрытия - по сравнению с обычным

распылением потоком газа. С увеличением амплитуды колебаний уменьшение параметров становится более существенным. При изменении амплитуды колебаний от 0 до 6 мкм параметр Дд снижается на 7 -5- 8 %, Я, -на 7.7 + 10 %, Я^ - на 4 + 13.9 %, 5т - на 7,4 + 9,8 % в зависимости от дистанции напыления. При этом больший эффект наблюдается на меньших дистанциях. Снижение тех же параметров при изменении амплитуды от 0 до 12 мкм выглядит следующим образом: Д, — 26,3 19,2 %, Яг - 12,6 + 13 %, Я^ - 17 + 22 %, - 28 + 25,4 %. Видно, что

ультразвук в целом больше влияет на уменьшение параметров Яа И 5т. На

максимальной амплитуде наибольший эффект наблюдается на больших дистанциях, а не на малых (как при малых амплитудах). Следует отметить, что поверхность покрытий, полученных с воздействием ультразвука, внешне более однородная, мелкозернистая. Покрытия,- полученные без воздействия ультразвука на процесс распыления, имеют отдельные крупные агломераты, оценка размеров которых не могла быть произведена методом профилометрии. Эти агломераты не принимались в расчет при определении параметров шероховатости. В целом покрытие, полученное без ультразвукового воздействия, отличается внешне крайней неравномерностью осаждения на поверхность основы: наряду с участками сплошного покрытия встречаются отдельные непокрытые участки или «огромные» агломераты. Объяснить данные различия в морфологии покрытия можно различным механизмом формирования потока расплавленных частиц.

При напылении с ультразвуком на торце прутка происходят распыление тонкого слоя расплава и вброс микрокапель в поток плазмы. В этот момент интенсивность распыления превышает возможности дробления первичной капли скоростным потоком газа и освобождает задние менее прогретые участки материала. Таким образом, не возникает условий для неуправляемого прогрева и проплавления прутка на значительную глубину. Формируется достаточно плотный поток мелких частиц сходного размера. При напылении без ультразвука происходит неуправляемый отрыв микрокапель от первичной капли расплава потоком газа, вследствие чего в нем присутствуют частицы различного размера. Также интенсивность распыления меняется по мере прогрева прутка и увеличения объема первичной капли. Как правило, наблюдается образование на торце прутка, введенного в струю плазмы, нароста, подобного сосульке, по которому стекают нераспыленные частицы. С течением времени величина нароста становится такой, что его масса в сочетании с силами газодинамического напора потока плазмы превышает силы поверхностного натяжения. В результате нарост дробится на отдельные крупные фрагменты - капли, наплавляющиеся на поверхность основы в виде «огромных» агломератов, совершенно нарушающих морфологию покрытия. При напылении с ультразвуком, особенно на больших амплитудах, образование нароста не наблюдается. Образующиеся при малых амплитудах макрокапли на нижней кромке торца прутка, как правило, все равно дробились ультразвуком до момента их отрыва.

Установлено, что ультразвуковое распыление расплава на торце пруткового материала способствует некоторому сближению параметров высоты элементов микрорельефа что показывает

относительную равномерность микрорельефа. При этом наибольший эффект наблюдается на средних дистанциях напыления и больших амплитудах.

Фактическая однородность параметров микрорельефа оценивалась по их дисперсиям и среднеквадратичным отклонениям. Среднеквадратичное отклонение всех рассматриваемых параметров уменьшается с увеличением дистанции напыления как при обычном напылении, так и при распылении тонкого слоя расплава ультразвуком. В результате воздействия ультразвука наибольший эффект по снижению среднеквадратичного отклонения параметров Иг И Ято, наблюдается при больших дистанциях напыления, а параметра 5",,, - при малых дистанциях. Уменьшение среднеквадратичного отклонения параметров микрорельефа поверхности покрытия, образованного ультразвуковым распылением тонкого слоя расплавленного торца прутка, по сравнению с обычным напылением составляет для различных дистанций напыления: Кг — 37 ■*• 89 %, Д^-76-70 %, 5П - 76 31 %.

Полученные результаты могут быть объяснены формированием при ультразвуковом распылении однородного по размерам потока частиц.

Представляет интерес сравнение полученных результатов по однородности микрорельефа с аналогичными параметрами порошковых титановых покрытий, напыленных на статичную основу, а также совершающую ультразвуковые колебания (табл.1).

Таблица I

Однородность микрорельефа покрытий,

Параметр Напыление порошка титана Распыление титанового прутка

Без УЗК С УЗК Без УЗК С УЗК

К/Ктах 0.65 0.76 0.64 0.68

т/а Дг, мкм 10.4 8.38 1.93 1.02

тЯпаи МКМ 19.3 9.5 1.88 1.1

4а 5т мкм 117.9 70.97 17.76 13.55

Видно, что относительная равномерность рельефа при напылении без ультразвука практически одинакова при использовании как порошкового, так и пруткового материала. При воздействии ультразвука на основу равномерность рельефа в результате напыления порошковых материалов выше, чем при ультразвуковом распылении прутка. Это объяснимо непосредственным воздействием акустической энергии на агломераты в процессе их кристаллизации, что способствует их большему растеканию. При распылении пруткового материала наблюдалось значительное (от 5 до 10 раз) снижение среднеквадратичных отклонений параметров микрорельефа. Это связано со значительным разбросом исходных частиц порошка титана по размерам и форме и, напротив, практически правильной сфероидальной формой частиц, получающихся при распылении пруткового материала. Анализ данных табл.1 позволяет предположить, что наибольшая равномерность рельефа покрытия и однородность его параметров может быть обеспечена при ультразвуковом распылении тонкого слоя расплава на торце пруткового материала с

одновременным сообщением ультразвуковых колебаний покрываемой основе.

Изложенное хорошо иллюстрируется микрофотографиями поверхности напыленного титана и фотографиями микрошлифов, которые после обработки на компьютерном анализаторе изображений микроструктур АГПМ-6 позволяют сделать следующие выводы.

Измерение относительной площади черных и белых полей на микрофотографиях поверхности покрытия позволяет оценить его равномерность по следующему показателю. Очевидно, чем больше доля темных пятен, тем больше впадин на поверхности и рельеф покрытия не может считаться равномерным. Результаты обработки микрофотографий представлены на рис.5. Видно, что для напыления без ультразвука и с ультразвуковым распылением тонкого слоя расплава характерно уменьшение доли темных пятен с увеличением дистанции напыления, то есть равномерность рельефа повышается. Также снижается количество темных пятен и при увеличении амплитуды ультразвуковых колебаний. В целом, по сравнению с распылением без ультразвука, использование ультразвукового воздействия на пруток приводит к уменьшению доли темных пятен в 1,8 раза при дистанции 40 мм и в 2,3 раза при дистанции 80 мм, что подтверждает результаты расчета среднеквадратичных отклонений параметров рельефа покрытия (табл. 1).

Гистограммы разнотолщинности покрытий, полученные путем измерений по микрошлифам на компьютерном анализаторе, представлены на рис.6. Видно, что покрытие, полученное с помощью ультразвукового распыления пруткового

материала, по толщине более равномерное, чем без ультразвука. Это подтверждает благоприятное влияние

ультразвука на процесс распыления пруткового

материала и повышение

равномерности покрытий. Рис.5. Зависимость равномерности покрытия

Пористость покрытий (% - впадин) от дистанции напыления изучалась при помощи и амплитуды УЗК

компьютерного анализатора

изображений микроструктур на микрошлифах. Исследование пористости показало, что в результате распыления пруткового материала с

наложением на него ультразвука пористость покрытия меньше в 1.5 -¡-2 раза, чем при распылении без ультразвука (рис.7). Это говорит об увеличении однородности покрытия, а также его плотности за счет формирования из капель меньших, близких по значению размеров. С увеличением амплитуды колебаний пористость уменьшается, а при уменьшении дистанции от прутка до основы пористость покрытия также уменьшается, то есть целесообразно напылять однородные покрытия при амплитуде колебаний А = 12 мкм (max в опытах) и дистанции напыления от торца прутка до основы (подложки) L = 40 мм.

• Результаты исследования адгезии покрытий показали, что при ультразвуковом распылении покрытие формируется при прочих равных условиях относительно более прочным, чем при обычном распылении с исполвзоваиием пруткового материала: адгезия покрытий, напыленных без улвтразвука (L=40 мм), составила £2 = 18 МПа; с максимальной амплитудой(А= 12МКМ)- ii =28 МПа; с минимальной амплитудой (А=6 мкм)-П=23МПа.

ПТГп'

Рис.6 Гистограммы разнотолщинности покрытий (Z, = 80 мм; d„p = 7 мм)

Рис.7 Зависимость величины пористости покрытия от режимов напыления и распыления пруткового материала

В четвертой главе решается задача разработки технологического процесса электроплазменного напыления с ультразвуковым распылением пруткового материала. Получена модель, описывающая зависимость скорости подачи прутка от его диаметра, теплофизических свойств материала и параметров плазменной струи, имеющая следующий вид:

ПЛйА^/^р^с^И /с-р.-У'-Т,

---(6)

1п

«СА

1.5-

1МА'"6~5ЛЗр41Япа-Схр1?£-{4А/АУ 8

¿РЧ'(4.4МГ

Получены графические зависимости, позволяющие определить амплитуду колебаний прутка в зависимости от требуемого размера частиц и вида материала, разработаны рекомендуемые режимы напыления (табл.2).

Таблица 2

Рекомендуемые режимы плазменного напыления с воздействием ультразвука на распыляемый прутковый материал

Ток Напря- Расход Дистанция Расстояние от Плазмообра-зующий газ

дуги, А жение, В газа, л/мин напыления, мм плазмотрона до прутка, мм УЗК, кГц

ВТ1-00, Сг. 45

180+190 40 40 60 10 аргон 22

ВК6-ОМ

130+140 40 40 60 10 аргон 22

В пятой главе изложены технические предложения по созданию устройства, обеспечивающего сообщение прутковому материалу ультразвуковых колебаний и управляемую его подачу в струю плазмы по мере распыления. Также в этой главе приведены результаты расчета ожидаемого технико-экономического эффекта от внедрения результатов исследований и разработанного устройства, который может составить 516980 руб., при программе выпуска 10000 шт. изделий (на примере стоматологических имплантатов) в год.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

На основании теоретических и экспериментальных исследований решена актуальная научная задача, имеющая важное народнохозяйственное значение и заключающаяся в научном обосновании обеспечения заданных параметров качества изделий мапшно- и

приборостроения за счет повышения однородности структуры и морфологии электроплазменных покрытий на них путем формирования однородного потока частиц направленным воздействием энергии ультразвуковых колебаний на прутковый материал, расплавляемый в струе плазмы.

1. Разработана технология электроплазменного напыления покрытий с повышенной однородностью структуры при воздействии ультразвука на распыляемый прутковый материал и установлены рекомендуемые технологические режимы: ток дуги 150 А, дистанция напыления 60 мм, расстояние от прутка до плазмотрона 10 мм, частота ультразвуковых колебаний 22 кГц, амплитуда ультразвуковых колебаний 4+12 мкм, в зависимости от требуемого размера частиц, программно регулируемая скорость подачи пруткового материала от 0.1 до 5 мм/с. Технология обеспечивает получение покрытий с неравномерностью по толщине, не более 16 %, пористостью от 14 % до 28 %, равномерностью пор до 5 раз выше, чем при обычном напылении, шероховатостью поверхности 2^=5 мкм, /?2=18 мкм, Rmurie мкм и 5га=121 мкм, равномерностью шероховатости почти в 2 раза выше, чем при обычном напылении.

2. Определено условие однородности исходного потока частиц, заключающееся в установлении значений амплитуды и частоты колебаний прутка, при которых обеспечивается образование микрокапель с размерами ниже порога воздействия скоростного напора плазменной струи.

3. Получена модель формирования размера напыляемых частиц в зависимости от распыляемого материала, параметров ультразвука, электрических параметров плазмы и скорости газового потока.

4. Установлено определяющее влияние на размер частиц амплитуды колебаний и тока дуги, а также увеличение влияния ультразвука на размеры частиц при возрастании расстояния от торца плазмотрона до распыляемого прутка.

5. Установлено снижение дисперсии размеров исходных частиц в 2,8 раза по сравнению с используемыми порошками и снижение относительной дисперсии размеров агломератов до 4,5 раза по сравнению с обычным напылением при газоструйном распылении прутка.

6. Разработан способ плазменного напыления металлических покрытий, включающий сообщение распыляемому прутку ультразвуковых колебаний, величина которых определяется видом материала и требуемыми параметрами покрытия, обеспечивающий повышение однородности его структуры и морфологии.

7. Разработана принципиальная конструкция устройства, обеспечивающего сообщение прутковому материалу ультразвуковых колебаний требуемой интенсивности и регулируемую его подачу в струю плазмы.

Содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Бекренев Н. В. Автоматизация формирования заданных параметров структуры покрытия в процессе плазменного напыления / Н. В. Бекренев, Д. В. Трофимов, С. А. Орлов // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: Межвуз. науч. сб. / СГТУ. - Саратов, 2001. - С. 16-19.

2. Трофимов Д. В. Модель формирования размера напыляемых частиц воздействием ультразвукового поля в потоке / Д. В. Трофимов // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: Межвуз. науч. сб. / СГТУ. - Саратов, 2003. - С. 209-213.

3. Бекренев Н. В. Управление дисперсностью потока напыляемых частиц воздействием ультразвукового поля / Н. В. Бекренев, Д. В. Трофимов // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: Межвуз. науч. сб. / СГТУ. - Саратов, 2003. - С. 8-12.

4. Бекренев Н. В. Физическое моделирование при исследовании однородности напыляемых частиц / Н. В. Бекренев, Д. В. Трофимов, А. В. Лясникова // Материалы и упрочняющие технологии: Сб. материалов X Российской научно-технической конференции с международным участием, посвященной 40-летию образования Курского гос. тех. ун-та: В 2 ч. Ч. 1 / КГТУ.- Курск, 2003. С. 41-45.

5. Трофимов Д. В. Исследование однородности напыляемых частиц, формируемых скоростным потоком газа и ультразвуковым полем, на основе физического моделирования / Д. В. Трофимов // Молодежь Поволжья - науке будущего (ЗМНТК - 2003): Труды заочной молодежной научно-технической конференции (31 марта -15 июня 2003 года) / УлГТУ. - Ульяновск, 2003. С. 18-19.

6. Трофимов Д. В. Моделирование формирования потока частиц ультразвуковым распылением пруткового материала в потоке плазмы / Д. В. Трофимов, А. В. Лясникова // Современная электротехнология в промышленности России: Труды Всероссийской научно-технической конференции (28 октября 2003 года) / ТулГУ. - Тула, 2003. С. 230-238.

7. Бекренев Н. В. Формирование покрытий плазменным напылением с ультразвуковым диспергированием пруткового материала / Н. В. Бекренев, Д. В. Трофимов, А. В. Лясникова // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2003. №. 1. С. 87-96.

8. Бесконтактная ультразвуковая обработка биоактивных плазменных покрытий / Н. В. Бекренев, Д. В. Трофимов, А. В. Лясникова, Н. В. Протасова // Материалы и упрочняющие технологии: Сб. материалов X Российской научно-технической конференции с международным участием, посвященной 40-летию образования Курского гос. тех. ун-та: В 2 ч. Ч. 1 / КГТУ. - Курск, 2003. С. 20-25.

9. Формирование заданных параметров структуры композиционного покрытия путем его плазменного напыления с одновременным измерением

V2 69 H

плотности по акустическим характеристикам колебательной системы/

Р. С. Великанов, Д. В. Трофимов, О. А. Дударева, Д. В. Власов // Современная электротехнология в промышленности центра России: Труды VII региональной научно-технической конференции (2 июня 2004 года) / ТулГУ. - Тула, 2004. С. 167-174.

Ю.Бекренев Н. В. Исследование морфологии поверхности и структуры титанового плазменно-дугового покрытия / Н. В. Бекренев, Д. В. Трофимов, Н. В. Протасова // Современная электротехнология в промышленности центра России: Труды VII региональной научно-технической конференции (2 июня 2004 года) / ТулГУ. - Тула, 2004. С. 120-126.

П.Лясникова А. В. Структура биоактивных покрытий, сформированных вакуумно-плазменным напылением с воздействием ультразвука / А. В. Лясникова, Д. В. Трофимов // Вакуумная наука и техника: Материалы XI научно-технической конференции / МИЭМ. - М., 2004. С. 228-231.

Лицензия ИД № 06268 от 14.11.01

Подписано в печать 17.11.04 Бум. тип. Тираж 100 экз.

Усл. печ. л. 1,0 Заказ 486

Формат 60 х 84 1/16 . Уч.-изд. л. 1,0 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет

410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77

Копипринтер СГТУ, 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77

Введение.

Глава

Анализ методов повышения качества плазменных покрытий.

1.1 Основные закономерности и особенности формирования покрытий при напылении. Пути совершенствования процессов f плазменного напыления покрытий.

1.1.1 Особенности напыления порошковых материалов.

1.1.2 Физико-химические и механические процессы при распылении расплавов.

1.1.3 Особенности напыление с использованием прутковых материалов

1.2 Регулирование адгезионных и структурных характеристик покрытий при помощи внешних энергетических воздействий.

1.2.1 Ультразвуковое распыление расплава.

1.2.2 Напыление с воздействием ультразвука на покрытие.

1.2.3 Напыление с воздействием ультразвука на струю плазмы и частиц. 1.2.4 Напыление с сообщением ультразвуковых колебаний изделию.

1.3 Выводы.

1.4 Задачи исследований. л.

Глава 2 Т

Исследование возможности повышения однородности частиц в потоке при их образовании путем ультразвукового распыления первичной капли напыляемого материала.

2.1 Формирование размеров расплавленных частиц в скоростном газовом потоке и их однородность.

2.2 Модель формирования размеров частиц при их образовании ультразвуковым распылением расплавленной части пруткового материала.

2.2.1 Кинетика плавления и ультразвукового распыления расплавляемого материала.

2.2.2 Влияние основных технологических режимов напыления на размеры частиц в потоке.

2.3 Выводы.

Глава

Экспериментальные исследования процесса плазменного напыления покрытий при распылении пруткового материала с воздействием ультразвука.

3.1 Методика экспериментальных исследований.

3.1.1 Разработка плана экспериментов. Методы обработки результатов.

3.1.2 Построение эмпирических моделей.

3.1.3 Экспериментальное оборудование.

Исследуемые материалы и оснащение.

3.2 Физическое моделирование процесса напыления с воздействием ультразвука на прутковый материал.

3.3 Исследование морфологии и структуры плазменных покрытий.

3.3.1 Гранулометрический состав напыляемых порошков и частиц образованных ультразвуковым распылением.

3.3.2 Влияние ультразвуковых колебаний распыляемого пруткового материала на однородность агломератов первого слоя покрытия.

3.3.3 Исследование морфологии поверхности и пористой структуры покрытий.

3.3.4 Влияние ультразвуковых колебаний распыляемого пруткового материала на однородность и величину адгезии покрытий.

3.4 Выводы.

Глава

Технологические рекомендации по плазменному напылению с воздействием ультразвука на распыляемый прутковый материал.

4.1 Управляющие переменные процесса.

4.2 Определение скорости подачи пруткового материала в плазменную струю.

4.3 Рекомендуемые технологические режимы плазменного напыления покрытий при воздействии ультразвука на прутковый материал.

4.4 Выводы.

Глава

Практическая реализация результатов исследований.

5.1 Рекомендуемые объекты внедрения разработанного способа напыления.

5.2 Устройство подачи пруткового материала в поток плазмы.

5.3 Оценка ожидаемой технико-экономической эффективности процесса.

Актуальность работы. Развитие современного транспорта, машино- и приборостроения, а также медицинской техники и товаров народного потребления характеризуется все возрастающим применением новых конструкционных материалов с улучшенными эксплуатационными характеристиками. Проблема ограниченности природных запасов большинства химических элементов, составляющих основу этих материалов, решается путем применения сложных структур, в которых основа выполнена из «обычных» легко обрабатываемых и широко распространенных компонентов, а функциональную нагрузку выполняет покрытие из материалов с заданным комплексом свойств. В настоящее время наиболее эффективными методами формирования таких покрытий являются процессы газотермического напыления, среди которых плазменное напыление можно считать наиболее универсальным и легко управляемым. Технологические преимущества плазменного напыления, заключающиеся в возможности получения из различных, в том числе и композиционных, материалов покрытий разной плотности, толщины и твердости, с требуемыми защитными, газодиффузионными и другими свойствами, реализуются благодаря работам Рыкалина Н.Н., Кудинова В.В., Харламова Ю.Н., Лясникова В.Н. и других отечественных и зарубежных ученых, заложивших научные основы формирования, технологического регулирования и исследования свойств покрытий, создания специального оборудования для напыления в воздушной, нейтральной атмосфере, и динамическом вакууме.

Однако плазменное напыление является стохастическим процессом, вследствие чего покрытия обладают существенной неоднородностью свойств. Совершенствование техники, в особенности электронного и авиационного приборостроения, создание современных авиаракетных и автомобильных двигателей, гидро- и пневмоаппаратуры, медицинских изделий со специальными биомеханическими характеристиками, требует значительного повышения качества изделий с покрытиями, определяемого в большинстве случаев однородностью характеристик покрытия, которую весьма сложно достичь при использовании существующих методов напыления.

Известные методы повышения однородности отдельных характеристик покрытий путем воздействия газоразрядной плазмы, пульсаций плазменной струи, совершенствования кинематики процесса, применения экранов не решают проблемы, поскольку направленно воздействуют только на один параметр покрытия или сами являются трудно управляемыми процессами.

Исследования Клименова В.А., Бекренева Н.В., Серянова Ю.В. по воздействию ультразвука на покрытие и поверхность основы в процессе напыления показали перспективность применения этого метода для выравнивания пористой структуры и морфологии покрытия. Однако при воздействии ультразвука на поверхность основы не обеспечивается получение вполне однородных покрытий на изделиях типа газодинамических опор, дентальных имплантатов и т.д., вследствие неоднородности параметров исходных напыляемых частиц. Очевидно, что наибольший эффект может быть достигнут при формировании изначально однородного потока частиц, имеющих одинаковые размеры, одинаковую степень проплавления и близкую скорость полета. Для этой цели также можно использовать ультразвуковое воздействие, как достаточно просто управляемый и неэнергоемкий процесс. Теоретическое и экспериментальное обоснование использования ультразвука для формирования потока одинаковых по параметрам частиц при плазменном напылении в настоящее время практически не разработано. Поэтому тема диссертационной работы с учетом выше изложенного является актуальной для науки и практики.

Цель работы заключается в повышении качества металлических плазменных покрытий за счет формирования однородного потока частиц путем распыления пруткового материала, помещенного в струю плазмы, при помощи ультразвука и разработке технологического процесса напыления.

Поставленная цель достигается последовательным решением следующих задач:

1. Анализ существующих методов повышения эффективности процесса электроплазменного напыления, в том числе в ультразвуковом поле, и разработка наиболее эффективной схемы воздействия ультразвука на параметры напыляемых частиц.

2. Разработка математической модели, адекватно описывающей связь размеров частиц со свойствами материала и режимами напыления.

3. Теоретическое и экспериментальное исследование факторов, наиболее сильно влияющих на форму и размеры частиц, а также на свойства покрытия.

4. Разработка технологического процесса, обеспечивающего повышение равномерности микрорельефа и пористой структуры покрытия, а также технических предложений по созданию устройства обеспечивающего реализацию процесса на практике.

5. Внедрение результатов исследований.

Научные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Найденная закономерность образования потока одноразмерных частиц в плазменной струе при ультразвуковом воздействии позволяет формировать покрытия с минимальным разбросом параметров в зависимости от материала.

2. Полученное соотношение параметров технологического процесса электроплазменного напыления с наложением ультразвука обеспечивает заданные свойства покрытия, при этом однородность микрорельефа покрытия, оцениваемая по среднеквадратичному отклонению высоты элементов шероховатости и их шага, возрастает в 1,3 - 1,89 раза по сравнению с распылением пруткового материала и до 9 раз по сравнению с использованием для напыления порошковых материалов.

3. Предложенный способ электроплазменного напыления металлических покрытий, при котором покрытие формируют потоком частиц, образующихся путем распыления пруткового материала, расплавляемого в струе плазмы, отличается тем, что распыление осуществляют за счет сообщения ему ультразвуковых колебаний, обеспечивает уменьшение разброса параметров покрытий (дисперсия размеров частиц в потоке снижается в 2,8 раза, а агломератов - в 4,5 раза) по сравнению с напылением порошковых материалов и с газоструйным распылением прутка.

4. Найденные математические выражения позволяют адекватно установить корреляцию между размерами частиц, свойствами материала, режимами электроплазменного напыления и ультразвукового воздействия и вполне пригодны для феноменологического описания процесса.

Методы и средства исследований. При выполнении работы использованы научные основы плазменного напыления, основные положения термодинамики и теплопередачи, газоструйного и акустического распыления расплавов. Эксперименты проведены, а их результаты обработаны с применением методов математического планирования и регрессионного анализа. Использована стандартная (микроскопы МИМ-8, МИМ-7, профилограф 170111, компьютерный анализатор изображений микроструктур АГПМ-6) и оригинальная разработанная автором аппаратура для сообщения материалу ультразвуковых колебаний и подачи его в струю плазмы. Обработка результатов на компьютере Pentium-4 выполнена с использованием программ Advanced Grapher, Regress и 3D Grapher.

Научная новизна:

1. Предложен новый способ электроплазменного напыления металлических покрытий, отличающийся тем, что распыление части пруткового материала, расплавляемого плазменной струей, осуществляют за счет сообщения прутку ультразвуковых колебаний, что позволяет уменьшить разброс параметров покрытия по сравнению с другими способами напыления.

2. Найдены оптимальные параметры процесса электроплазменного напыления, обеспечивающие формирование однородного потока частиц в струе плазмы и покрытия с минимальным разбросом параметров.

3. Предложена феноменологическая модель, адекватно описывающая физические процессы образования напыляемых частиц в плазме дугового разряда при ультразвуковом воздействии на распыляемый прутковый материал.

4. Установлено, что наибольшее влияние на размеры частиц, формирующихся в условиях ультразвукового воздействия, оказывает ток дуги плазмотрона и амплитуда ультразвуковых колебаний пруткового материала, а также расстояние от торца плазмотрона до оси прутка. Получены эмпирические зависимости, позволяющие определить влияние этих факторов на размеры частиц.

5. Показано, что при электроплазменном напылении с ультразвуковым воздействием на прутковый материал его свойства мало влияют на размеры частиц.

6. Получено математическое выражение, позволяющее определять скорость подачи материала в струю плазмы и предельную скорость плазмообразующего газа для различных напыляемых материалов.

Практическая ценность:

• Даны практические рекомендации по реализации разработанного процесса электроплазменного напыления с ультразвуковым воздействием на прутковый материал.

• Разработаны технические предложения по созданию устройства, реализующего технологический процесс электроплазменного напыления с ультразвуковым воздействием на прутковый материал.

Технологический процесс внедрен в НПА «Плазма Поволжья» на операции электроплазменного напыления системы переходных слоев от компактного титана к высокопористому покрытию на дентальных имплантатах. Плавное изменение пористости структуры и размеров агломератов за счет формирования заданных размеров частиц ультразвуковым распылением позволило увеличить адгезию биопокрытий на 10 15 % и повысить ее равномерность. Из расчета выпуска 10000 изделий в год ожидаемый годовой экономический эффект составит: 516980 руб.

Технологический процесс и предложения по созданию ультразвукового устройства подачи могут быть внедрены в ОАО НИТИ-Тесар при изготовлении устройств специального оборудования для повышения их износостойкости.

Материалы исследований в части основных зависимостей электроплазменного напыления с воздействием ультразвука на распыляемый прутковый материал и результатов экспериментальных исследований внедрены в учебный процесс на кафедре «Материаловедение и высокоэффективные процессы обработки» Саратовского государственного технического университета в виде одного из разделов учебного пособия «Высокоэффективные процессы обработки материалов и нанесения покрытий концентрированными потоками энергии» в 2004 г.

Апробация работы. Материалы диссертации представлялись в виде докладов на 6-й международной конференции «Современные проблемы имплантологии» (Саратов 2002г.), на конференции молодых ученых «ЗМНТК - 2003» (Ульяновск 2003г.), на всероссийских научно-технических конференциях «Современная электротехнология в промышленности центра России» (Тула, 2003 и 2004г.г.), на X Российской научно-технической конференции с международным участием «Материалы и упрочняющие технологии» (Курск, 2003г.), на конференции с международным участием «Вакуумная наука и техника - 2004» (МИЭМ, Москва 2004г.).

Результаты работы использованы при выполнении исследований по «Областной адресной инвестиционной программе на 2004г.» и российской программе «Развитие информационных ресурсов и технологий. Индустрия образования» 2004г.

4.4 Выводы

1. Установлена предельная скорость газового потока, при которой сохраняется стабильность ультразвукового распыления.

2. Получено выражение для расчета скорости подачи прутка в струю плазмы в зависимости от его диаметра, материала и требуемого размера формируемых капель.

3. Установлены акустические и электротехнологические режимы напыления материалов ВТ 1-00, сталь 45, обеспечивающие наибольшую эффективность ультразвука и интенсивность процесса.

Глава 5

Практическая реализация результатов исследований

5.1 Рекомендуемые объекты внедрения разработанного способа напыления

Способ может быть рекомендован для восстановления поверхности малогабаритных деталей, использование для которых электродуговой наплавки недопустимо вследствие малого износа деталей (восстановление по толщине в микрометрах), возможного перегрева и нарушения их целостности.

Также возможно повышение износостойкости изделий путем напыления твердых покрытий с низкой пористостью и высокой однородностью структуры. Примером таких изделий могут быть газодинамические опоры гироприборов и шнеки для выгрузки шлама центрифуг тонкой очистки масел. Заинтересованность в использовании разработанной технологии в изготовлении последних изделий проявляет ОАО «НИТИ-Тесар».

Другую группу изделий составляют детали электровакуумных приборов и внутрикостные стоматологические имплантаты, для которых характерны высокие требования к величине пористости и удельной поверхности, а также равномерности этих параметров.

Разработанная технология использована в НПА «Плазма Поволжья» на операции напыления внутреннего титанового подслоя на внутрикостные стоматологические имплантаты. При этом обеспечено повышение однородности структуры до 30 % и плавное изменение пористости от 5 % до 30 % от основы имплантата к поверхности покрытия, что благоприятно сказывается на повышении адгезии покрытия и может улучшить его биомеханические характеристики при функционировании.

5.2 Устройство подачи пруткового материала в поток плазмы

Для осуществления способа, предлагается устройство, содержащее механизм подачи пруткового материала в виде двух цанговых зажимов, управляемых пневмоприводами, шагового двигателя продольной подачи, системы управления. Между цангами установлен пьезокерамический ультразвуковой излучатель с возможностью регулировки усилия его прижатия, расстояние между цангами выбрано кратным половине длины волны ультразвуковых колебаний. Люнетная цанга расположена на расстоянии четверти длины волны ультразвуковых колебаний от оси плазмотрона.

На рис.5.1 представлена схема устройства для осуществления способа плазменного напыления с ультразвуковым распылением тонкого слоя пруткового материала, подаваемого в струю плазмы. На схеме обозначено: 1 -система управления; 2 - ультразвуковой генератор; 3 - ультразвуковой преобразователь; 4 - направляющая; 5 - люнетная цанга; 6 - пруток; 7 -суппорт; 8 - поршень; 9 - возвратная пружина, 10 — электромагнитный клапан, 11 - пневмоцилиндр; 12 - поршень перемещения преобразователя; 13,14,15 - электромагнитные клапаны; 16 - пневмораспределитель; 17 — пиноль; 18 - подающая цанга; 19 - поршень; 20 - возвратная пружина; 21 -передача «винт - гайка»; 22 - шаговый электродвигатель; 23 - шаговый электродвигатель рабочей подачи; 24 - передача «винт - гайка», 25 -плазмотрон.

Рис.5.1. Схема устройства для осуществления способа плазменного напыления с ультразвуковым распылением тонкого слоя пруткового материала, подаваемого в струю плазмы

Работает устройство следующим образом. По команде системы управления закрывается клапан 10 и пружина 9 освобождает цангу 5. Одновременно открывается клапан 15 и поршень 19 перемещается зажимая цангу 18. На шаговый двигатель 22 подается необходимое число импульсов, чтобы при помощи передачи 21 пруток 6 выдвинулся из цанги 5 на расстояние Л/4. После этого клапан 15 закрывается и одновременно открывается клапан 10. В результате цанга 5 фиксируется поршнем 8, а цанга 18 освобождается пружиной 20, шаговый двигатель 22 реверсивно вращается и отводит пиноль 17 на расстояние А/2. После этого закрывается клапан 14 и открывается клапан 13. Под действием воздуха поршень 12 перемещает ультразвуковой преобразователь 3 в направляющей 4 до контакта с прутком 6 и прижимает его с усилием Р. Одновременно поступает команда на включение ультразвукового генератора 2. После этого плазмотрон 25 формирует струю плазмы заданной мощности. Шаговый двигатель 23 отрабатывает необходимое количество импульсов и через передачу 24 перемещает суппорт 7 так, чтобы торец прутка оказался на оси плазменной струи. Осуществляется процесс распыления тонкого слоя и подачи прутка с заданной скоростью. Как только длина выступающей части прутка станет настолько короче 7J4, что изменятся условия работы генератора и преобразователя (система выйдет из резонанса), что будет зафиксировано датчиком обратной связи, двигатель 23 ускоренно реверсирует и выводит пруток из потока. Открывается клапан 14, закрывается клапан 13 и поршень 12 отводит преобразователь от прутка. Затем описанный ранее цикл повторяется.

5.3 Оценка технико-экономической эффективности процесса

Переход народного хозяйства на рыночные отношения предполагает создание экономических . предпосылок для эффективно действующего производства, с точки зрения рационального использования ресурсов, неуклонного ускорения технического прогресса и полного удовлетворения потребностей потребителей. Основным результатом поставленных задач должно стать повышение качества продукции и обеспечение ее конкурентоспособности на внешнем рынке.

Определим капитальные затраты на модернизацию оборудования для осуществления предлагаемого способа напыления [119,120,121,122,123,124].

В табл. 5.1 приведена стоимость основных материалов, используемых при модернизации установки.

Заключение

На основании комплексных теоретических и экспериментальных исследований решена актуальная научная задача, имеющая важное народнохозяйственное значение и заключающаяся в научном обосновании обеспечения заданных параметров качества изделий машино- и приборостроения, за счет повышения однородности структуры и морфологии электроплазменных покрытий на них, путем формирования однородного потока частиц направленным воздействием энергии ультразвуковых колебаний на прутковый материал, расплавляемый в струе плазмы.

1. Разработана технология электроплазменного напыления покрытий с повышенной однородностью структуры при воздействии ультразвука на распыляемый прутковый материал и установлены рекомендуемые технологические режимы: ток дуги 150 А, дистанция напыления 60 мм, расстояние от прутка до плазмотрона 10 мм, частота ультразвуковых колебаний 22 кГц, амплитуда ультразвуковых колебаний 4+12 мкм, в зависимости от требуемого размера частиц, программно регулируемая скорость подачи пруткового материала от 0.1 до 5 мм/с. Технология обеспечивает получение покрытий с неравномерностью по толщине не более 16 %, пористостью от 14 % до 28 %, равномерностью пор до 5 раз выше, чем при обычном напылении, шероховатостью поверхности Ra—5 мкм, Rz= 18 мкм, Rmwr26 мкм и ^=121 мкм, равномерностью шероховатости почти в 2 раза выше, чем при обычном напылении.

2. Определено условие однородности исходного потока частиц, заключающееся в установлении значений амплитуды и частоты колебаний прутка, при которых обеспечивается образование микрокапель с размерами, ниже порога воздействия скоростного напора плазменной струи.

3. Получена модель формирования размера напыляемых частиц в зависимости от распыляемого материал, параметров ультразвука, электрических параметров плазмы и скорости газового потока.

4. Установлено определяющее влияние на размер частиц амплитуды колебаний и тока дуги, а также увеличение влияния ультразвука на размеры частиц при возрастании расстояния от торца плазмотрона до распыляемого прутка.

5. Установлено снижение дисперсии размеров исходных частиц в 2,8 раза по сравнению с используемыми порошками и снижение относительной дисперсии размеров агломератов до 4,5 раз по сравнению с обычным напылением при газоструйном распылении прутка.

6. Разработан способ плазменного напыления металлических покрытий, включающий сообщение распыляемому прутку ультразвуковых колебаний, величина которых определяется видом материала и требуемыми параметрами покрытия, обеспечивающий повышение однородности его структуры и морфологии.

7. Разработана принципиальная конструкция устройства, обеспечивающего сообщение прутковому материалу ультразвуковых колебаний требуемой интенсивности и программно регулируемой циклической его подачи в струю плазмы.

1. Кудинов В.В. Плазменные покрытия. - М.: Наука, 1977. - 184 с.

2. Хасуй А. Техника напыления: Пер. С япон. / Под ред. С.Л.Масленникова. М.: Машиностроение, 1975. - 288 с.

3. Березин М.И. Низкотемпературная плазма и области ее применения / Обзоры по электронной технике: М., 1973. - Вып.24(167). - Сер. Технология, организация производства и оборудование. - 46с.

4. Газотермическое напыление покрытий. Сборник руководящих технических материалов. ИЭС им. Е.О.Патона. - Киев, 1990. - 176 с.

5. Газотермические покрытия из порошковых материалов. Справочник / Борисов Ю.С., Харламов Ю.А., Сидоренко С.Л. и др. Киев: Науковая думка, 1987. 544 с.

6. Beyerlein L. Das Plasmaspritzen und seinetechnisehe Anwendund/Hermsedorf techn. Mitt. 1987, V.27,1 72, s. 2300-2302.

7. Drzeniek H.E., Sikorsski A.K., Kaczmarek R. Optimization of Plasma Spraying Parameterrs / International thermal spraying Conference, ITSC-83, Essen, apr., 1983, p.50-54.

8. Ducos M., Reitz V. Coating Properties and Characteristics Optimization of the Operation of a Plasmagenerator for thermal Spraying / International thermal spraying Conference "Advances in thermal Spraying", ITSC-86, Montreal, sept. 8-12, 1986.

9. Газотермические покрытия с повышенными эксплуатационными свойствами / Клинская Н.Л., Костогоров Е.П., Курылев М.В. и др. // Пленки и покрытия-98: Тез. докл. Ст.-Птб., 1998. - С. 144-147.

10. Порошковая металлургия и напыленные покрытия : учеб. для втузов / В.Н. Анциферов и др. М.: Металлургия, 1987. - 450 с.

11. Плазменная технология. Опыт разработки и внедрения / Сост. А.Н.Герасимов. Л.: Лениздат, 1980.-150 с.

12. Клубникин B.C. Газотермическое напыление. Особенности развития / Газотермичесоке напыление в промышленности СССР и за рубежом: Тез. докл. Л., 1991. - С. 6-7.

13. Газодинамическое напыление. Состояние и перспективы / Алимов А.П., Клинков С.В., Косарев В.Ф. и др. // Пленки и покрытия-98: Сб. Ст.-Птб., 1998. - С. 20-25.

14. Борисов Ю.В. Современные тенденции в развитии газотермического напыления покрытий // Пленки и покрытия-98: Сб. Ст.-Птб., 1998. С. 14-19.

15. Хасуй А., Моричакио О. Наплавка и напыление: Пер. с япон.- М.: Машиностроение, 1985. 238 С.

16. Плазменные покрытия. В.И. Костиков, Ю.А. Шестерин М.: Металлургия, 1978. 159 с.

17. Asahi N., Kojima J. A Study of Metallurgical Characteristics of Low Pressure Plasma-sprayed Titanium Coatings // International Conference Vacuum Metall, Tokyo, Japan, 1982, p. 26-30.

18. Клубникин B.C. Сверхзвуковое плазменное напыление высокоплотных и прочных покрытий / Пленки и покрытия-98: Сб. Ст.-Птб., 1998. - С. 35-38.

19. Mathesius Н.А. und К. Kreisel Anwendungen des Thermischen Spritzens // Metalloberflache 45 (3) 1991. s. 125-128.

20. Seventh International Metal Spraying Conference, London, 1974

21. Emonet M. Developpement des Differentes Techniques de Revetements par Plasma / Surfaces, v.19, 1980, p. 39-40, 42-44.

22. Дзюба В.Л., С.Н.Сергиенко, П.А. Данчук Управляемый комплекс для плазменной обработки и напыления дисперсных материалов / Газотермическое напыление в промышленности СССР и за рубежом: Сб. -Л. 1991.-С. 37-39.

23. Деулин Е.А. Высоковакуумный транспортный и технологический модуль // Вакуумная наука и техника: Тез. док. Гурзуф, 1994. С. 25-27.

24. Витязь П.А., А.Ф. Ильюшенко и др. Система диагностики процессов плазменного напыления защитных покрытий // Напыление и покрытия -95: Тез. докл. Ст. - Птб., 1995. - С. 12-14.

25. Донской А.В., Клубникин B.C. Электро-плазменные процессы и установки в машиностроении JL: Машиностроение, 1979.-221с.

26. Емельянов B.C., Лясников В.Н. Автоматизация процессов плазменного напыления в крупносерийном производстве. Саратов : Изд-во Сарат. политех. Ин-та., 1989. - 39 с.

27. Ионов Ю.Г., Логачев . В.Г. Стратегия автоматизации технологий напыления. / Газотермичесоке напыление в промышленности СССР и за рубежом: Сб. Л. - 1991. - С. 47-48.

28. Лясников В.Н. Оборудование для плазменного напыления // Обзоры по электронной технике. Сер. Технология, организация производства и оборудование . М.- : ЦНИИ " Электроника ". - 1981.- Вып.5 (775). - с. 47.

29. Лясников В.Н., Райгородский В.М. Технологическое оборудование для плазменного напыления // Обзоры по электронной технике. Сер.7, -вып. 1 (1657). - N 5. - ЦНИИ "Электроника", 1992. - 90 с.

30. ВогЬеск K.D. Robots and manipulators for automated plasma sprayng and vacuum plasma sprayng / International Thermal Sprayng Conference, ITSC-83, Essen, apr.1983, p. 99-104.

31. Lee S.C., Safai S. Automation of the thermal spray Process / International thermal spraying Conference "Advances in thermal Spraying", ITSC-86, Montreal, sept. 8-12, 1986, p. 197-207.

32. C.I.S. Guest Plasma and detonation gun coalitings / Trans. Inst. Metal Finish, 1986, V. 64,1 l,s. 33-38.

33. Лясников В.Н. Комплексные исследования функциональных плазменных покрытий, разработка оборудования технологии и внедрения их в серийное производство ЭВП: Дис. . докт. техн. наук. -М., 1987.-345 с.

34. Лясников В.Н. Свойства плазмонапыленных порошковых покрытий // Перспективные материалы, 1995 .- № 4. С. 61-67.

35. Лоскутов B.C. О возможности управления механическими характеристиками материалов, получаемых методом плазменного напыления // Порошковая металлургия, 1978. № 8. - С. 15-19.

36. Клубникин B.C., Карасев Л.В. Плазменное напыление покрытий в активных средах. Л.: общ-во "Знание", ЛО ЛДНТП, 1990. - 45 с.

37. Benz R., G.P. Scheidler Metal-Gas Reactions in ARC Plasma Spraying of Ag, Cu, Ni, Ti, TiC, W, Zn and Zr / Zeitscnriftur Matallkunde, 1980, В H, H. 3, s. 182-188.

38. Erturk E., Steffens H.-D. Low Pressure are Spraying in Comparison with Low-pressur Plasma Spraying / International thermal spraying Conference "Advances in thermal Spraying", ITSC-86, Montreal, sept. 8-12, 1986.

39. Лясников B.H., Курдюмов А.А. Свойства плазменных титановых покрытий. // Обзоры по электронной технике. Сер. Технология, организация производства и оборудование. М.: ЦНИИ "Электроника", 1983.-Вып.1.-(925).-С.71.

40. Лясников В.Н. Богатырев Г.Ф. Плазменное напыление порошковых материалов на детали электронных приборов: Обзоры по электронной технике. Сер. Технология. Организация производства и оборудование. -М., 1978. Вып.4 /528/. - 62 с.

41. Лясников В.Н., Большаков А.Ф., Емельянов B.C. Плазменное напыление: Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1992. - 210с.

42. Eschnauer Н., Lugscheider Е. Fortschritte beim thermischen Spritcen // Metall, Heft 3, Marz, 1985, s. 218-224.

43. Низкоэнергетичное высокопроизводительное плазменное напыление покрытий в разреженной контролируемой атмосфере / Коваленко Л.В., П.Ю. Пекшев, В.В. Кудинов и др. / Газотермическое напыление в промышленности СССР и за рубежом: Сб. Л., 1991. - С. 41-42.

44. Gruner Н., Wohlen, Schweiz Moglichkeiten und Grenzen der Vacuum-Plasma-Spritztechnik / "metalloberflache" .-1. 40. (1986). -12.

45. Лясников B.H., Глебов Г.Д. Свойства плазменных покрытий: Обзор по электронной технике. Сер. Электроника СВЧ. М., 1979. - Вып. 2 /611/. -62 с.

46. Черноиванов В.И., Каракозов Э.С. Физико-химические процессы образования соединений при напылении порошковых материалов // Сварочное производство, 1984. № 3. - С. 29-31.

47. Lyasnicov V.N. Properties of Plasma-sprayed Powder Coatings // Journal of Advanced Materials. vol. 4., 1994.

48. Получение покрытий высокотемпературным распылением / Под ред. JI.K. Дружинина, В.В. Кудинова М.: Атомиздат, 1973. - 312 с.

49. Borisov Yu.S. Interaction Kinetics in Particles of Composite Powders in Plasma Spraying / International thermal spraying Conference, ITSC-83, Essen, apr., 1983, p.78-81.

50. Пузряков А.Ф., Косолапов A.H. Об управлении качеством плазменных покрытий // известия СО АН СССР. Серия технических наук, 1985. № 4. -С.9-12.

51. Иванов Е.М., Углов А.А. Особенности газотермического нанесения покрытий на подложку. // Физика и химия обработки материалов, 1989. -№6.-С. 27-31.

52. К вопросу о выборе режимов плазменного напыления / Юшков В.И., Борисов Ю.С., Гершензон С.М. и др. // Сварочное производство, 1976. -№4. С.21-22.

53. Кудинов В.В., Иванов В.М. Нанесение плазмой тугоплавких покрытий. -М.: Машиностроение, 1981. 192 с.

54. Получение покрытий высокотемпературным распылением / Под ред. Л.К.Дружинина, В.В.Кудинова М.: Атомиздат, 1973. - 312 с.

55. Нанесение покрытий плазмой / В.В. Кудинов, П.Ю. Пекшев, В.Е. Белащенко и др.- М., 1990. 350 с.

56. Danzglock S.Vakuum-Plasma-Spritzen // Metalloberflache, 45 (10) 1991. s. 455-458.

57. Костиков В.И., Шестерин Ю.А. Плазменные покрытия // М., «Металлургия», 1978г. 149с.

58. Ю.С. Борисов, В.И. Коржик, В.Т. Дармухвал Газотермическое напыление покрытий с аморфной структурой. / Газотермическоенапыление в промышленности СССР и за рубежом: Сб. JL, 1991. - С. 11-12.

59. Якунин М.М. Применение модулированного излучения лазеров для исследования свойств и термической обработки пленок и тонких фольг // Перспективные материалы, 1995. № 1. - С. 25-31.

60. Бекренев Н.В., Лясникова А.В., Трофимов Д.В. Высокоэффективные процессы обработки материалов и нанесения покрытий концентрированными потоками энергии // Учебное пособие в 2-х частях.,4.2, Саратов 2004., 117с.

61. Лясников В.Н., Бекренев Н.В. Плазменное напыление функциональных покрытий с заданными свойствами // Синергетика. Структура и свойства материалов. Самоорганизующиеся технологии: Тез. докл. М.: ИМЕТ им. А.А. БайковаРАН, 1996.- С. 14.

62. Калганова С.Г. Исследование процесса плазменного напыления многослойных биокомпозиционных покрытий на дентальные имплантаты: Дис.канд. техн. наук: СГТУ. Саратов, 1999. - 205с.

63. Корчагин А.В. Повышение качества и оптимизация технологии плазменного напыления биопокрытий из титана и гидроксиапатита на имплантаты: Дис.канд. техн. наук: Спец.05.09.10 Электротехнология / Науч. рук. В.Н. Лясников; СГТУ. - Саратов, 1999. - 197с.

64. Протасова Н.В. Управление формообразованием и свойствами биокомпозиционных покрытий дентальных имплантатов при электроплазменном напылении // Дис.канд. техн. наук: Спец.05.09.10

65. Электротехнология / Науч. рук. Ю.В. Серянов; СГТУ. Саратов, 1999. -251с.

66. Белов С.В. Пористые материалы в машиностроении. М.: Машиностроение, 1981. - 247 с.

67. Кипарисов С.С., Либенсон Г.А. Порошковая металлургия // М 1991г. С. 53 - 60.

68. Аксенов И.И., Коновалов И.И., Кудрявцева Е.Е. Исследование капельной фазы эрозии катода стационарной вакуумной дуги // ЖТФ. 1984. Т.54. Вып. 8. С. 1530- 1534.

69. Калита В.И. Принципы регулирования структуры и физико-химических свойств быстрозакаленных порошковых и композиционных материаловпри плазменном напылении // Дисдокт. техн. наук: Спец.05.16.06

70. Порошковая металлургия и композиционные материалы / ИМЕТ им. А.А. Байкова. Дмитров, 1989. - 453с.

71. Маргулис М.А. Основы звукохимии. М.: Высшая школа, 1984. - 272с.

72. Приходько В.М. Физические основы ультразвуковой технологии при ремонте автотракторной техники. М.: "Брандес", 1996. - 127 С.

73. Абрамов О.В., Хорбенко И.Г., Швегла Ш. Ультразвуковая обработка материалов / Под ред. О.В. Абрамова. М.: Машиностроение, 1984. -280с.

74. Марков А.И. Ультразвуковая обработка материалов. М.: Машиностроение, 1980. - 250 с.

75. Синергетика и фракталы в материаловедении / Иванова В.С,. Баланкин А.С., Бунин И.Ж. и др . М.: Наука, 1994. - 383 с.

76. Иванова B.C. Управление структурообразованием и оптимизация механических свойств металлов на основе принципов синергетики // Перспективные материалы, 1995.-№3.-С.5.

77. Куц П.С., Гринчик Н.Н., Самсонюк В.К. О критическом размере капли в акустическом поле // Инженерно-физический журнал, 1996. т. 69. - № 5. - С. 753-755.

78. Панин В.Е., Клименов В.А., Псахье С.Г. Новые материалы и технологии. Конструирование новых материалов и технологий. Новосибирск: Наука, 1993. 152с.

79. Борисов Ю.С., Ильенко А.Г., Прокопенко Г.И. Влияние ультразвуковой обработки на процессы массопереноса в газотермических покрытиях // Металлофизика. 1991. Т. 13. №2 С. 99 103.

80. Панин В.Е., Клименов В.А., Безбородое В.П., Перевалова О.Б. Микроструктура и фазовый состав газотермического покрытия Ni-Cr-B-Si-Fe-C-Al // Физика и химия обраб. металлов . 1993. №2. С. 99 103.

81. Клименов В.А. Формирование структуры плазменных порошковых покрытий при высокоэнергетических воздействиях // Дис.докт. техн. наук. Томск, 2000. - 424с.

82. Интенсификация плазменного напыления при воздействии акустических и электрических колебаний на генераторную струю / Ильюшенко А.Ф., Лизунков Г.П., Шиманович В.Д. и др. // Инженерно- физический журнал, 1984. т.47. - №5. - С. 812-816.

83. Марков А.И. Ультразвуковое резание труднообрабатываемых материалов. М.: Машиностроение, 1968. - 368 с.

84. Клубович В.В., Егоров В.Д., Дубровский А.А., Батвинков В.И., Литвинов А.А. Исследование влияния ультразвуковых колебаний на процесс формирования ионно-плазменного покрытия // ж. «Физика и химия обработки материалов» №3.1990г. стр. 53 59.

85. Карпенко Г.Д., Лойко В.А. Исследование структуры покрытий на основе нитрида титана // Весщ АН БССР. Сер. ф1з.-тэхн. навук. 1986. №1. С. 31 -34.

86. Аксенов И.И., Белоус В.А., Падалка В.Г., Хороших В.М. Транспортировка плазменных потоков в криволинейной плазмооптической системе // Физика плазмы. 1978. Т.4. Вып. 4. С. 758 — 763.

87. Черняев В.Н., Кондрашин А.А. Исследование процесса осаждения пленок различных материалов методом импульсного плазменного испарения // Электрон, техника. Сер.6. 1980. Вып. 5(142). С. 116 — 123.

88. Аксенов И.И., Коновалов И.И., Кудрявцева Е.Е. Исследование капельной фазы эрозии катода стационарной вакуумной дуги // ЖТФ. 1984. Т.54. Вып. 8. С. 1530- 1534.

89. ЮО.Мазанов К.В. Исследование процессов ультразвукового электроплазменного напыления биоактивных титан-гидроксиапатитовых покрытий и их модельной резорбции в изотоническом растворе // Дис. кан. техн. наук. Саратов 2002г. 232 с.

90. Бекренев Н.В., Трофимов Д.В., Орлов С. А. Автоматизация формирования заданных параметров структуры покрытия в процессе плазменного напыления // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении, Межвуз. науч. сб., Саратов: СГТУ. 2001. С.16-19.

91. Бекренев Н.В., Трофимов Д.В. Управление дисперсностью потока напыляемых частиц воздействием ультразвукового поля // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: Межвуз. науч. сб., Саратов: СГТУ. 2003. С.8-12.

92. М.С. Поляк Технология упрочнения в 2х томах // М.-1995. Т.1,- 480 с.

93. Порошковая металлургия и напыленные покрытия: учебник для вузов / В.Н. Анциферов и др. М.: Металлургия, 1987. - 450 с.

94. Физические величины: Справочник / Под ред. И.С. Григорьева. М., 1991.-800 с.

95. Трофимов Д.В. Модель формирования размера напыляемых частиц воздействием ультразвукового поля в потоке // Автоматизация иуправление в машино- и приборостроении, Межвуз. науч. сб., Саратов: СГТУ. 2003. С.209-213.

96. Новик Ф.С., Арсов Я.Б. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов. М.: Машиностроение. - София: Техника, 1980. - 386 с.

97. Модели и методы планируемого эксперимента: уч. пособие / В.Б. Байбурин, Р.П. Куженков: СГТУ. Саратов, 1994. - 52 с.

98. Бекренев Н.В., Трофимов Д.В., Лясникова А.В. Формирование покрытий плазменным напылением с ультразвуковым диспергированием пруткового материала // Вестник СГТУ. Под ред. О.А. Панина., СГТУ. 2003. 174с. (с. 87-96).

99. Мощные ультразвуковые поля / под ред. проф. Л.Д.Розенберга.- М.: Наука.-1968.-268 с.

100. Гамрат-Курек Л.И. Экономическое обоснование дипломных проектов. М.: Высшая школа, 1985. 159 с.

101. Гамрат-Курек Л.И. Экономика инженерных решений в машиностроении. М.: Машиностроение, 1986. 254 с.

102. Великанов К.М. Экономическая эффективность новой техники и технологии в машиностроении. Л.: Машиностроение, 1981.

103. Отраслевая методика по определению экономической эффективности использования новой техники. НИИАТ, 1983.

104. Методика определения экономической эффективности АСУП и ПО. М.: Статистика, 1979.

105. Эффективность капитальных вложений. Сборник утвержденных методик. М.: Экономика, 1983.