автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.10, диссертация на тему:Разработка технологии плазменного распыления прутковых материалов в камере с противопотоком

005045133

На правах рукописи

Струков Николай Николаевич

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПЛАЗМЕННОГО РАСПЫЛЕНИЯ ПРУТКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ В КАМЕРЕ С ПРОТИВОПОТОКОМ

05.02.10 - Сварка, родственные процессы и технологии

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 1 МАЙ 20",2

Пермь-2012

005045133

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Щицын Юрий Дмитриевич

оппоненты:

Официальные

Пещеренко Сергей Николаевич, доктор физ.-мат. наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет» / кафедра «Общая физика» ПНИПУ, профессор;

Коробов Юрий Станиславович, доктор техн. наук, профессор, ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России

Б.Н.Ельцина» /кафедра «Технология сварочного производства» УрФУ, профессор. Ведущая организация: ОАО «Пермские моторы»

Защита состоится «15» июня 2012 года в на заседании диссертационного совета Д 212.188.02 при ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет» по адресу: 614990, г. Пермь, Комсомольский проспект, 29, ауд. 423 б.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет».

Автореферат разослан «14» мая 2012 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор — Е.А. Кривоносова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Плазменные процессы находят все большее применение в сварке и родственных технологиях. Сжатая дуга и плазменная струя оказывают повышенное тепловое и силовое воздействие на зону обработки, что для ряда технологий дает дополнительные преимущества.

В настоящее время большой интерес у ученых и производственников вызывают исследования и практическое использование новых комбинированных технологий с использованием плазменного источника энергии. В частности, большие перспективы ожидаются в области использования сжатой дуги и плазменной струи при получении и применении металлических порошков. Плазменные технологии позволяют производить металлические порошки заданного гранулометрического и химического состава, возможно получение порошков из тугоплавких материалов. Оборудование для генерации плазмы характеризуется простотой и надежностью.

В современных условиях применения металлических порошков требования к ним и объем партий выпускаемых изделий из заданных порошковых материалов постоянно меняются. Поэтому повышение гибкости производства металлических порошков, снижение стоимости, расширение номенклатуры как по химическому, так и гранулометрическому составу является актуальной задачей.

Цель и задачи работы. Цель работы - разработка теоретических и технологических закономерностей плазменного распыления пруткового материала в камере с противопотоком для получения металлических порошков заданного гранулометрического состава с необходимой формой частиц и создание на их основе оборудования для реализации процесса.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- установить закономерности формирования размеров и формы частиц металлических порошков на стадии плазменного распыления;

- изучить процессы тепломассопереноса при образовании, движении металлических частиц в плазменном потоке и за его пределами, при ускорении и торможении частиц;

- разработать алгоритм управления процессом получения металлических порошков с регулируемым гранулометрическим составом;

- разработать технологические процессы и мобильное оборудование для получения металлических порошков заданного гранулометрического состава плазменным распылением.

Методы исследования. Основные задачи работы решались аналитически с последующей экспериментальной проверкой. Процессы образо-

вания частиц, процессы движения и теплообмена частиц со средой, протекающие при плазменном распылении пруткового материала, определялись при помощи математического аппарата. Процессы движения частиц оценивались экспериментально; процессы теплообмена частиц с плазмой и средой — методом калориметрирования. Определение гранулометрического состава порошков производилось ситовым анализом.

Научная новизна работы:

- впервые предложено математическое описание процесса плазменного распыления пруткового материала плазмотроном с комбинированной подачей газов при действии противопотока среды, позволяющее установить параметры противопотока, обеспечивающие отсутствие слипания частиц при снижении длины пролета;

- показано влияние противопотока среды на движение и теплообмен частиц, установлены закономерности определения параметров противопотока среды, зависящих от размера и свойств материала частиц;

- изучены закономерности формирования размера и формы металлических частиц при плазменном распылении пруткового материала плазмотроном с комбинированной подачей газов, позволяющие выявить взаимосвязь характеристик сжатой дуги на выходе из плазмотрона с размером образующихся частиц при плазменном распылении пруткового материала.

Практическая значимость работы:

- разработана методика расчета процессов диспергирования, движения и теплообмена частиц при плазменном распылении пруткового материала, позволяющая выявить рациональные технологические режимы процесса;

- экспериментально подтверждена возможность управления процессами движения и теплообмена частиц воздействием противопотока среды;

- определены рациональные режимы процесса плазменного распыления пруткового материала плазмотроном с комбинированной подачей газов для получения металлических порошков на основе меди, титана и высоколегированных сталей;

- разработан и создан комплекс мобильного оборудования для плазменного распыления пруткового материала.

Работа выполнена в рамках тематического плана по заданиям Минобразования России и НТП, финансируемого из средств федерального бюджета Рособразованием (Минобразованием России) 1.31.11 «Исследование влияния электрических, тепловых и газогидродинамических условий на процесс получения металлических нанопорошков с заданными свойствами с использованием плазменных технологий» (гос. регистрация №01201168144). Результаты работы используются в ОАО «Плазмек» (г. Москва).

На защиту выносятся:

- теоретическое описание процесса плазменного распыления пруткового материала при действии противопотока среды;

- закономерности влияния технологических параметров плазменной струи на размер получаемых металлических порошков;

- закономерности влияния противопотока среды на процессы движения и теплообмена частиц;

- конструкция камеры плазменного распыления пруткового материала с противопотоком газовой среды.

Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования представлены на следующих конференциях и конкурсах: всероссийская ежегодная научно-техническая конференция молодых специалистов НПО «Искра», г. Пермь, 2011; всероссийская научно-практическая конференция «Молодежный инновационный форум 2011 Приволжского Федерального округа», г. Ульяновск, 2011; конкурс грантов по проекту «Инновационное внедрение - школа успеха молодежи», г. Москва, 2011; всероссийский конкурс докладов «Студенты, аспиранты и молодые ученые - малому наукоемкому бизнесу - Ползуновские гранты», г. Барнаул, 2011; всероссийская молодежная научно-техническая интернет-конференция «Новые материалы, наносистемы и нанотехнологии», г. Ульяновск, 2010; открытый всероссийский конкурс по поддержке высокотехнологичных инновационных молодежных проектов при поддержке некоммерческого партнерства «НАИРИТ», г. Москва, 2010.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 2 публикаций в журналах из списка, рекомендованного ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационное исследование состоит из введения, четырех глав, выводов по работе, списка литературы. Диссертация изложена на 127 страницах, в том числе содержит 55 рисунков, 6 таблиц, список литературы включает 162 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведена общая характеристика диссертационного исследования, обоснована актуальность выбранной темы.

В первой главе выполнен анализ современных способов получения металлических порошков, описаны достоинства и недостатки каждого из них. Показано, что одно из наиболее развивающихся и перспективных направлений получения металлических порошков - это применение плазменных технологий, которые используются в процессах: получения металлических порошков, плакирования, нанесения покрытий. Плазменные технологии характеризуются такими параметрами, как высокая температура

плазменной струи, возможность применения к любым материалам, возможность проведения химико-термической обработки материалов, возможность получения годного продукта без дополнительных операций. К недостаткам существующих способов получения порошков относятся: высокая стоимость оборудования, его узкая специализация относительно применяемых и получаемых материалов, высокая стоимость порошков; кроме того, оборудование занимает большие производственные площади.

В главе выполнен анализ математических моделей, описывающих процессы движения и тепломассообмена частиц при их получении в плазменном потоке.

На базе анализа научно-технической информации сформулированы основные требования к способам и оборудованию получения металлических порошков: возможность получения металлических порошков заданного гранулометрического состава; использование малогабаритного оборудования; получение порошков из различных материалов на одном и том же оборудовании; обеспечение возможности выпуска порошков от сотен граммов до сотен килограммов за смену.

На основе проведенного анализа сформулированы цель и задачи работы.

Методологической основой диссертации в области порошковой металлургии послужили научные работы В.Б. Акименко, В.Н. Анциферова, В.В. Аверина, Е.Б. Королева, В.В. Кулагина, О.С. Ничипоренко, В.А. Петруничева, JI.M. Сорокина и др.; в области плазменных технологий — научные труды A.B. Донского, C.B. Дресвина, B.C. Клубникина, Ю.С. Коробова, С.М. Мчледова, А.Ф. Пузрякова и др.

Вторая глава посвящена установлению основных закономерностей получения металлических порошков плазменным распылением пруткового материала в зависимости от технологических параметров процесса распыления.

Процесс получения металлических порошков распылением проволоки при воздействии низкотемпературной плазмы включает четыре стадии: образование дисперсных частиц, движение и теплообмен в потоке плазмы, движение и теплообмен в среде, сбор частиц.

Нагрев проволоки и ее плавление происходят за счет теплоты дуги и джоулева тепла, выделяемого в вылете проволоки (рис. 1, а). Процесс существования капли на торце проволоки характеризуется более коротким периодом по сравнению с плавлением сварочного электрода или проволоки в защитных газах (рис. 1, б). Это объясняется значительными силами, дей-

ствующими на каплю, со стороны нагретого до высокой температуры газового потока. Отрыв капли от торца проволоки осуществляется в результате действия различных сил: давления дуги, реактивных сил при испарении металла и выделении газов, гравитационных сил, силы поверхностного натяжения, электродинамических сил и др. (рис. 1, в). В момент отрыва капля характеризуется определенными размерами, температурой и начальной скоростью.

а б в

Рис. 1. Плазменное распыление пруткового материала: а — принципиальная схема взаимодействия плазменной струи и проволоки; б — этапы образования капли; в - расчетная схема отрыва капли при плазменном распылении; /г„л.эл, /?„„.„, /гст.из -расстояние между плазмообразующим соплом и электродом, плазмообразующим и стабилизирующим соплом, стабилизирующим соплом и изделием, т.е. проволокой; бил, бет ~ подача плазмообразующего и стабилизирующего газа соответственно; ¿/¡и,. - диаметр плазмообразующего, стабилизирующего сопла соответственно; </„р - диаметр проволоки; й?ч - диаметр частицы; Ущ, - скорость плазменной струи; Упп - скорость подачи проволоки; Уч, Ух, Уу - суммарная, радиальная и осевая скорости частицы; - сила тяжести; /-"р - сила реактивного давления паров электродного металла; Рш - сила поверхностного натяжения (/-"„„о, Рлир - осевая и радиальная составляющие); Рэдо — осевая электродинамическая сила; Рэдр — радиальная составляющая электродинамической силы: - сила давления плазменного потока; Рст - сила давления стабилизирующего газа; 1 - плазмотрон; 2 - изделие;

3 — источники питания

Для расчета, каплю на конце проволоки будем считать сферической, а гравитационные силы не учитывать вовсе, так как сравнение показывает, что вес частицы на несколько порядков меньше сил, действующих на нее со стороны струи. Диаметр капель определяется по формуле

л ■ ст • с1„ „ • с/

где а — коэффициент поверхностного натяжения материала электрода при заданной температуре в месте приложения силы, Дж/м2; <г/|ф - диаметр прово-

локи, м; ¿4т _ диаметр стабилизирующего сопла, м; Мт, М„ - масса плазмо-образующего и стабилизирующего газа, проходящая через заданное сечение в единицу времени, кг/с; - скорость плазмообразующего и стабилизирующего газа в заданном сечении, м/с.

На второй стадии происходят процессы движения и теплообмена частиц в плазменной струе (рис. 2). Процессы движения и теплообмена зависят от влияния инерционности движения, разреженности, сжимаемости, турбулентности, неизотермичности потока среды и нагреваемого материала, градиента давлений в потоке, градиента скорости среды, градиента температуры потока, ускорения движения частиц, шероховатости частицы, деформации жидкой частицы, нестационарности обтекания частицы, испарения частицы, двухфазности потока. Учитывая, что в основном на частицу действуют силы аэродинамического сопротивления, скорость, температура и координаты частицы определяются:

где п -

злцпл

-чЛ2

А = С, ■ Яе,

4р Л

Тч=Т^(\-е-к') + Тчае 6А. N11

где К =

р с1 с

гч Ч П

К. +

Рис. 2. Движение частицы в плазменной струе: Гч, Тлл, Т- температура частицы, плазмы и стабилизирующего газа соответственно; рпл, рст - плотность плазмы и стабилизирующего газа;

- скорость стабилизирующего газа; -ц - подводимое и отводимое тепло

где б/ч — диаметр частиц, м; рч - плотность частиц, кг/м3; рпл - плотность плазменной струи, кг/м3; Cf- коэффициент аэродинамического сопротивления; Уч - скорость частицы, м/с; Кщ, — скорость плазменного потока, м/с; К,о - начальная скорость частицы, м/с; Тч -температура частицы, К; Тч0 - начальная температура частицы, К; срч - теплоемкость частиц, Дж/(кг-К); спл - теплоемкость плазмы,

Дж/(кг-К); Цпл - вязкость плазмы, кг/(м-с); - теплопроводность плазмы, Вт/(м-К).

Числа Рейнольдса, Прандгля и Нуссельта определяются из уравнений

Ке

кпл -V, К -рп

Рг =

И-ПЛ

к.

>)и =

] 2 + 0,6-Ке^-Рг0'333 , 2 + 0,459-Яе°'55-Рг0'333 ,

0 < Яе < 2 2 < Яе < 2 • 105

Коэффициент аэродинамического сопротивления находится как функция от числа Рейнольдса. Сила газодинамического напора плазмы находится из уравнения

V - V,

■5,

где Я=кс1.^1А — миделево сечение частицы, м2.

Результаты численного моделирования скорости и температуры для различных размеров частиц представлены на рис. 3. Температура и скорость плазменного потока рассчитывались из технологических параметров процесса. На рис. 3 представлены зависимости для проволоки 10X18Н9Т диаметром 1,2 мм.

0,1 мм 1,05 мм

0,3 мм 0,5 мм

Рис. 3. Зависимости изменения скорости (а, б) и температуры (в) частиц разных диаметров от времени пребывания в плазменном потоке

Выход частицы из потока плазмы характеризует начало третьей стадии процесса плазменного распыления. Частица, имея начальную скорость и температуру, движется в контролируемой среде. Температура среды на-

много ниже температуры нагретой частицы. Возможны два варианта движения частиц в среде: частицы движутся в неподвижной среде; частицы движутся в среде, имеющей скорость. Создание среды, движущейся навстречу движению распыленных частиц (противопотока среды), позволяет регулировать длину пролета и скорость охлаждения частиц.

Частные решения определения скорости, температуры и координаты частицы в среде находятся аналогично движению частиц в плазменном потоке, при этом учитываются свойства среды и ее скорость

V

чср

-К!

*ср=-

п

Тчср=Тср(1-е-к') + Тч0е-

и Е

V и У п

где Уср - скорость среды, м/с; Кч0 — начальная скорость частицы, м/с; Тср — температура среды, К; Тч0 - начальная температура частицы, К.

Расчетное сравнение изменения скорости частиц и скорости теплообмена частиц в неподвижной среде и с противопотоком представлено на рис. 4. Технологические параметры процесса, используемые для расчета, выбирались те же, что и для расчета движения частицы в потоке плазмы. Скорости противопотока среды показаны на кривых (рис. 4). Как видно, предыдущие закономерности сохраняются, но при воздействии противопотока скорость частиц уменьшается и растет скорость охлаждения. Частицы меньших размеров интенсивнее изменяют скорость и температуру в среде. С возрастанием размеров частиц для их торможения требуется создание больших скоростей противопотока.

При достижении определенных параметров противопотока возможны остановка и изменение направления движения частиц, это позволяет-провести отсев частиц по фракциям. Отрицательным фактором нахождения частиц в подвешенном состоянии в контролируемой атмосфере является возможность слипания расплавленных частиц друг с другом. Подбор оптимальных скоростей противопотока устраняет этот недостаток.

Заключительная стадия процесса плазменного распыления порошков состоит в сборе частиц, которые сталкиваются с подложкой или с такими же частицами. Те, что не успели закристаллизоваться, деформируются и слипаются с другими частицами (рис. 5). Устранить их слипание в сборнике можно более интенсивным охлаждением и уменьшением скорости полета частиц (рис. 6).

30 60 90 30 60 90

Л, м Л, м

в г

Рис. 4. Зависимости при свободном движении в среде и противопотоке: а - скорости от времени; б - температуры от времени; в - скорости от длины пролета; г — температуры от длины пролета

Рис. 5. Спекание частиц распыленной Рис. 6. Порошок, полученный

проволоки 10Х18Н9Т на дне сборника из проволоки 10Х18Н9Т распылением с

противопотоком аргона (размер частиц - 0,40-0,63 мм)

Полученные зависимости процесса плазменного распыления пруткового материала позволяют производить анализ и подбор рациональных параметров процесса распыления в зависимости от требуемых фракционных составов порошков.

В третьей главе приводятся результаты экспериментов по исследованию влияния технологических параметров плазменного распыления пруткового материала (мощности дуги, расходов газов, конструктивных параметров плазмотрона) на дисперсность, ускорение и нагрев частиц в плазменном потоке. Рассмотрено влияние противопотока среды на процессы торможения и охлаждения частиц в среде. Экспериментальные результаты сравнивались с полученными результатами математической модели.

Размер образующихся частиц в зависимости от расходов плазмооб-разующего и стабилизирующего газов приведен на рис.7.

Рис. 7. Зависимость диаметра частиц от расхода плазмообразующего (сплошная) и стабилизирующего (штриховая) газа сплошные: расход стабилизирующего газа:

1.3-5 л/мин, 2,4—15 л/мин: диаметр проволоки: 1,2-2*10-3 м; 3,4-1* 10"1 м штриховые: расход плазмообразующего газа: 1,3-5 л/мин, 2,4-15 л/мин; диаметр проволоки: 1,2-2*1 (Г3 м; 3.4-1*10 3 м

В процессе распыления частицы имеют осевую и радиальную скорости (см. рис. 1, а). Осевая скорость частицы появляется при ее отрыве от проволоки и при дальнейшем разгоне плазменным потоком. Радиальная составляющая скорости связана с передачей импульса при отрыве частицы от движущейся проволоки. Зная время пролета частицы, можно определить ее координаты. Габариты камеры распыления целесообразно находить, основываясь на величинах расстояний, пройденных частицами (учитывается горизонтальная и вертикальная составляющие) за определенное время, когда частицы будут иметь требуемые значения температуры и скорости. Горизонтальное отклонение частиц порошка, полученное расчетным путем, определяется из закона сохранения количества движения. Для сравнения расчетных и реальных отклонений на определенных расстояниях от центра распыления (пересечение оси плазменной струи и оси распыляемой проволоки) устанавливались подложки. Измерялось нахождение центра пятна от

оси распыления и сравнивалось с расчетным. При свободном пролете частиц до 3 м наблюдается хорошая сходимость теоретического описания и экспериментальных данных.

При распылении частиц на водоохлаждаемую пластину возможно получение порошков игольчатой формы. Размеры частиц порошков игольчатой формы будут зависеть от: размера капель; скорости удара о пластину (давления плазменной струи на каплю); давления частицы на пластину и его длительность; угла атаки частиц. Характер растекания частицы на пластине зависит от угла ее удара о пластину р и угла распространения в плоскости пластины а . Критический угол удара частиц о пластину Р,ф = 37^40°. Регулируя углы аир, можно получить игольчатую форму металлических порошков заданной ширины и толщины. При угле атаки Р > Ркр частица растекается на пластине верно, при р < р^ происходит одностороннее растекание с углом распространения в плоскости пластины а = 4,5 р — получаем игольчатую форму частиц порошка.

Выявление влияния условий распыления на дисперсность производилось проведением ситового анализа. Регулирование гранулометрического состава выполняется путем изменения технологических параметров процесса распыления (диаметр проволоки, диаметры сопел плазмотрона, расходы газов, мощность дуги) и приводит к смещению распределения частиц по размерам и изменению их количественного состава (таблица, рис. 8).

Параметры режима распыления проволок

Материал проволоки 10Х18Н9Т Режим №1 Режим №2 Режим №3

Сила тока рабочей дуги, А 150 200 110

Расход плазмообразующего газа, л/мин 5,0 15,0 11,0

Расход стабилизирующего газа, л/мин 5,0 10,0 3,0

Диаметр плазмообразующего сопла, мм 3,0 3,0 2,5

Диаметр стабилизирующего сопла, мм 4,0 5,0 4,0

Диаметр проволоки, мм 1,2 1,2 1,2

Скорость подачи проволоки, м/с 0,155 0,181 0,133

Расчетный диаметр частиц мм 0,52 0,16 0,315

Диаметр частиц, полученный распылением, с1ч, мм 0,40-0,63 (40 %) 0,20-0,16 (35 %) 0,315-0,4 (50 %)

Проверка сходимости расчетных и экспериментальных данных теплообмена частиц со средой осуществлялась методом калориметрирования.

Производилось распыление на различных длинах пролета частиц. Изменение температуры частиц высчитывалось из введенной и отведенной теплоты. При свободном пролете частиц до 3 м погрешность отклонения экспериментальных данных от теоретических составляет порядка 15 %.

в

Рис. 8. Гранулометрический состав распыленной проволоки 10Х18Н9Т с противопотоком аргона: а - режим № 1; б - режим №2; в - режим № 3 из таблицы

В четвертой главе приводится описание и принцип работы установки для получения металлических порошков плазменным распылением. В конструкции установки учтены результаты оценки траектории, скорости и теплообмена частиц разных фракций, рассмотренных в главе 3. Применена система охлаждения и торможения частиц, основанная на действии циркулирующего противопотока.

Установка плазменного распыления включает в себя камеру распыления с дополнительной ветвью для создания циркулирующего противопотока. Вверху камеры находятся посадочные места для плазменной горелки и механизма подачи проволоки. Внизу камеры расположены вентилятор и сборники. Камера является разборной. Принципиальная схема установки представлена на рис. 9. На рис. 10 показан общий вид камеры распыления.

Рис. 9. Принципиальная схема установки плазменного распыления пруткового материала: / — системы газоснабжения; 2 — контрольный ротаметр; 3, 13 - источник питания; 4 - плазмотрон; 5 - системы подачи воды; б — механизм подачи проволоки; 7 - смотровое окно; 8 - головная часть камеры; 9 - камера распыления; 10 - слив; 11- устройство подачи проволоки; 12 — термометры

Рис. 10. Устройство камеры распыления: 1 - головная часть камеры распыления; 2 - камера распыления; 3 - ветвь противопо-тока; 4 - насос; 5 - система циркуляции воды; 6, 7 - съемные стаканы; 8, 9 - вход и выход воды соответственно; 10 - кольца, оснащенные кронштейнами с посадочными местами

Плазменное распыление позволяет получать металлические порошки различного состава. При определенной доработке оборудования возможно распыление не только пруткового материала, но и пластин, слитков. В работе исследовано получение порошков на основе железа, меди, титана, алюминия.

По результатам моделирования и экспериментальных данных установлены рациональные параметры режимов для получения порошков требуемого гранулометрического состава каждого из распыляемых материалов.

При распылении проволоки 10Х18Н9Т в среде аргона без создания противопотока в камере длиной 3 м наблюдалось слипание частиц (см. рис. 5). Слипание порошков в сборнике при распылении проволоки 10Х18Н10Т устранили созданием противопотока в камере распыления (рис. 6). Графики, отражающие зависимость гранулометрического состава порошка от параметров режима, представлены на рис. 8; параметры режимов распыления проволоки 1 ОХ 18Н1 ОТ с противопотоком представлены в таблице. Поверхность получаемого порошка не загрязнена (рис. 6), гранулометрический

состав представлен на рис. 8, частицы порошка - правильной сферической формы.

Распыление проволоки ВТ-1 производилось в среде аргона с проти-вопотоком. В зависимости от условий охлаждения частиц получены порошки титана сферической (рис. 11, а) и игольчатой форм (рис. 11,6). Распыление проволоки М1 осуществлялось в камере без создания контролируемой среды (на воздухе) с противопотоком. На рис. 12 показан общий вид порошка.

Рис. 11. Порошок, полученный из проволоки ВТ-1: а - сферический (размер частиц - 0,200-0,315 мм); б - игольчатый (толщина А = 0.01-0,20 мм)

Рис. 12. Порошок, полученный из проволоки М1 (размер частиц - 0,315-0,400 мм)

Показана возможность получения заданного гранулометрического состава порошков из различных металлов. Разработанное оборудование обеспечивает возможность создания порошков фракционного состава от 0,05 до 1,0 мм.

Выводы

1. Предложена математическое описание процесса плазменного распыления пруткового материала, позволяющая установить связь характеристик сжатой дуги на срезе сопла плазмотрона с размером образующихся частиц при плазменном распылении. Приведенная зависимость нахождения размера частиц позволяет производить оценку и с удовлетворительной точностью рассчитать влияния параметров режима распыления на размер частиц.

2. Разработана математическая модель, позволяющая проследить динамику движения и теплообмена частиц в плазменном потоке.

3. Разработана модель процессов охлаждения и торможения частиц порошка в противопотоке, которая позволяет определять параметры проти-вопотока, обеспечивающие отсутствие слипания при снижении длины пролета для заданных размеров и материалов частиц.

4. Экспериментально подтверждены расчетные технологические режимы процесса плазменного распыления пруткового материала на основе железа, меди, титана, обеспечивающие заданные параметры частиц, и даны рекомендации по реализации данного процесса.

5. Разработана мобильная установка плазменного распыления пруткового материала с циркулирующим противопотоком для получения металлических порошков. Регулирование параметров процесса плазменного распыления пруткового материала в камере с противопотоком позволяет обеспечивать максимальный выход порошков заданного гранулометрического состава, управление процессами теплообмена и движения частиц при свободном полете позволяет сократить длину камеры распыления.

Основное содержание диссертации изложено в:

- изданиях, рекомендуемых ВАК:

1. Щицын, Ю.Д. Распределение энергии сжатой дуги при работе плазмотрона на токе обратной полярности / Ю.Д. Щицын, O.A. Косолапов, H.H. Струков // Сварка и диагностика. - 2010. - № 3. - С. 13-16.

2. Регулирование газодинамических параметров сжатой дуги на выходе двухкамерного плазмотрона / Ю.Д. Щицын, H.H. Струков, Д.С. Бе-линин, П.С. Кучев, И.Б. Фомин // Сварка и диагностика. - 2011. - № 6. -С. 14—16.

- прочих изданиях:

3. Изучение свариваемости разнородных металлов с использованием низкотемпературной плазмы обратной полярности / Ю.Д. Щицын, A.B. Кожанов, Д.С. Белинин, H.H. Струков // Лазерные и плазменные технологии, квантовая и атомная оптика, нанофотоника / Кам. гос. инж.-экон. акад. - Набережные Челны: Изд-во Кам. гос. инж.-экон. акад., 2009. -С. 221-248.

4. Струков H.H. Исследование возможности получения металлических порошков из цветных металлов и сложнолегированных сталей с использованием плазменных технологий / Ю.Д. Щицын, И.В. Петров, H.H. Струков // Авиация и авиационная техника / Объед. авиац. корпорация. -М., 2010. - С. 367-371.

5. Щицын, Ю.Д. Исследование возможности получения порошков с использованием плазменных технологий [Электронное издание] / Ю.Д. Щицын, H.H. Струков // Новые материалы, наносистемы и нанотех-нологии: всерос. мол. науч. техн. интернет-конф., г.Ульяновск, 15 марта-3 мая 2010 г. - Электронные текстовые данные / Ульян, гос. техн. ун-т. -Ульяновск: Изд-во УГТУ, 2010.

6. Щицын, Ю.Д. Распределение энергии сжатой дуги при работе плазмотрона на токе обратной полярности / Ю.Д. Щицын, O.A. Косолапов, H.H. Струков // Вестник ПГТУ: Машиностроение, материаловедение. -2010. — Т. 12, № 2. — С. 8-14.

7. Регулирование размера частиц порошков при плазменном распылении пруткового материала / H.H. Струков, Ю.Д. Щицын, Д.С. Белинин, П.С. Кучев, // Вестник ПГТУ: Машиностроение, материаловедение. - 2011. -Т.13, № 3. - С. 117-121.

8. Получение порошка титана плазменным распылением твердых материалов / H.H. Струков, Ю.Д. Щицын, Д.С. Белинин, П.С. Кучев// Инновационные материалы и технологии в машиностроительном производстве: материалы всерос. науч.-практ. конф., г. Орск, 11-12 марта 2011 г. - Орск: Изд-во ОГТИ, 2011. - С. 103-105.

9. Струков H.H. Охлаждение и торможение расплавленных металлических частиц в газовом противопотоке при плазменном распылении / H.H. Струков, Ю.Д. Щицын // Вестник ПГТУ: Машиностроение, материаловедение. - 2012. - Т. 14, № 1. - С.60-65.

Подписано в печать 14.05.2012. Формат 60 * 90/16. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 943/2012.

Отпечатано в издательстве Пермского национального исследовательского

политехнического университета 614600, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, к. 113. Тел.:(342)219-80-33

Введение.

1. Литературный обзор.

1.1. Способы получения металлических порошков.

1.1.1. Химические методы получения металлических порошков.

1.1.2. Механические методы получения металлических порошков.

1.1.3. Физические методы получения металлических порошков.

1.2. Плазменные процессы для получения и обработки металлических порошков.

1.2.1. Плазменные процессы для получения металлических порошков.

1.2.2. Плазменные процессы для обработки дисперсных материалов.

1.3. Анализ процесса плазменного распыления пруткового материала.

2. Особенности плазменного распыления пруткового материала.

2.1. Процесс образования частиц при плазменном распылении.

2.1.1. Регулирование характеристик плазменной струи на срезе сопла плазмотрона.

2.1.2. Определение характеристик образующихся капель.

2.2. Анализ процессов движения и теплообмена частиц в плазменном потоке.

2.2.1. Движение частиц в плазменном потоке.

2.2.2. Теплообмен частиц с плазменным потоком.

2.3. Анализ процессов движения и теплообмена частиц в окружающей среде.

2.3.1. Движение частиц в окружающей среде.

2.3.2. Теплообмен частиц с окружающей средой.

3. Исследование процесса плазменного распыления в камере с противо-потоком.

3.1. Влияние технологических параметров процесса на свойства плазменной струи и сжатой дуги.

3.2. Влияние технологических параметров процесса на дисперсность распыления, начальную, скорость и температуру капли.

3.3. Движение и теплообмен капли в плазменной струе.

3.4. Движение и теплообмен капли в окружающей среде.

3.5. Процессы движения и теплообмена частиц в противопотоке.

4. Разработка технологии и оборудования плазменного распыления пруткового материала.

4.1. Конструкция и принцип работы установки распыления пруткового материала

4.2. Конструкция узлов установки.

4.2.1. Конструкция блока распыления.

4.2.2. Конструкция устройства токоподвода.

4.2.3. Конструкция камеры распыления.

4.3. Параметры плазменного распыления материалов.

4.3.1. Определение параметров плазменного распыления проволоки из низкоуглеродистой стали.

4.3.2. Определение параметров плазменного распыления проволоки из нержавеющей стали.

4.3.3. Определение параметров плазменного распыления проволоки на основе титана.

4.3.4. Определение параметров плазменного распыления медной проволоки

4.4. Анализ теоретических и практических результатов плазменного распыления пруткового материала.

Плазменные процессы находят все большее применение в сварке и родственных технологиях. Сжатая дуга и плазменная струя оказывают повышенное тепловое и силовое воздействие на зону обработки, что для ряда технологий дает дополнительные преимущества.

В настоящее время большой интерес у ученых и производственников вызывают исследования и практическое использование новых комбинированных технологий с использованием плазменного источника энергии. В частности, большие перспективы ожидаются в области использования сжатой дуги и плазменной струи при получении и применении металлических порошков. Плазменные технологии позволяют производить металлические порошки заданного гранулометрического и химического состава, возможно получение порошков из тугоплавких материалов.

Требования потребителей к различным металлическим, и неметаллическим порошкам возрастает вследствие необходимости повышения ресурсных характеристик материала и надежной работы оборудования. Все это требует увеличения номенклатуры и объема применяемых порошковых материалов, что обусловливает необходимость разработки новых технологий и совершенствования существующих.

Непрерывное повышение эксплуатационных характеристик современных изделий требует повышения качества порошков, используемых при изготовлении, с одновременным снижением стоимости их изготовления. При этом процесс производства продолжает оставаться связанным с трудностями, вызванными в основном недостаточной эффективностью работы существующего оборудования, как с точки зрения получения порошков с необходимыми свойствами, так и с позиции гибкости процесса производства.

В наиболее распространенном и простом методе диспергирования расплавов потоком газа актуальна проблема уменьшения удельного расхода распыляющего и защитного газа. Так, для получения качественных порошков с заданной химической чистотой необходимо распыление жидкой струи инертными газами. В условиях высоких удельных расходов газа это приводит к росту себестоимости получаемых порошков, необходимости включения в технологическую цепочку газификаторов, а также создания сложных и дорогих систем очистки и регенерации отработавшего газа. Также для распыленных металлических порошков характерным является значительная неоднородность гранулометрического состава, из-за чего отсеянная часть порошка может доходить до 80 %. В промышленности присутствует тенденция к применению все более дисперсных порошков многокомпонентных сплавов. В настоящее время актуальными стали размеры частиц порошка менее 70 мкм и число производств, где требуются такие дисперсные порошки, продолжает увеличиваться.

Широкое применение порошковых материалов в различных отраслях промышленности ограничивается их высокой себестоимостью. Это зачастую делает экономически оправданными только крупномасштабные проекты производства металлических порошков. Такой вид производства не способен обеспечить широкую номенклатуру изделий, востребованных в настоящее время, как на внутреннем, так и на внешнем рынках. Решение данной проблемы видится в создании многофункциональных установок, позволяющих получать разнообразные металлические порошки для конкретного потребителя, хоть и с небольшой производительностью, но при существенном сокращении капитальных и прямых затрат на производство.

Решить проблему получения металлических порошков различной номенклатуры с требуемыми свойствами можно с использованием высококонцентрированного источника теплоты, в частности плазменной струи. Отличительной технологической особенностью применения плазменной струи является более высокая концентрация энергии источника нагрева и ее силовое воздействие на зоны нагрева. При этом влияние характеристик плазмы на свойства распыляемых материалов является очевидным.

Выявление законов формирования газометаллического факела и коэффициентов влияния технологических и физических параметров плазменной струи на распыляемый материал позволит получать порошки с заранее заданными химическими, физическими и технологическими свойствами.

В процессах плазменного распыления твердого материала главным технологическим инструментом получения порошков является плазменная струя или дуга. На данный момент физические процессы формирования плазменных струй достаточно изучены, однако физические процессы, происходящие при взаимодействии плазменной струи и нагреваемого материала и последующем охлаждении распыленных частиц, привлекают особое внимание.

В современных условиях применения металлических порошков требования к ним постоянно меняются, постоянно изменяется и объем партий выпускаемых изделий из заданных материалов, поэтому повышение гибкости производства металлических порошков, снижение стоимости, расширение номенклатуры как по химическому, так и гранулометрическому составу является актуальной задачей.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Максимальное количество распыленных железных и легированных порошков производится в Северной Америке. В 1995 г. выпуск железных и легированных порошков составил порядка 350-400 тыс. т, из них около 67% было использовано в автомобилестроении [1]. На сегодня известно, что от 65 до 80% всего объема производимых в мире порошков используется в автомобилестроении. В среднем доля порошковых деталей в автомобиле американского производства составляет до 17 кг, в европейском и японском автомобилях - 6-7 кг [2, 3]. В последние годы сфера их использования расширяется за счет сварочной техники, производства инструментов, бытовых приборов, спортивного и туристического оборудования и т.д. [2]. Производством восстановленного железного порошка занимается фирма «Hoganas АВ» (Швеция). В России металлические порошки получают на ОАО «Тулачер-мет» и ОАО «Сулинский металлургический завод» («СМЗ») [4, 5]. К ведущим производителям водораспыленного железного порошка в мире относятся фирмы «Hoganas АВ» (Швеция), «Hoganas Corp.» (США), «Mannesmann Demag Hutentechnik» (Германия), «Kavasaki Steel Corp.», «Kobe Steel 1Лс1»(Япония), Броварский завод порошковой металлургии (Украина), ОАО «СМЗ», ОАО «Тулачермет» (Россия). В России распыленные железные порошки в настоящее время выпускаются на ООО «Северстальмаш-Тяжмаш» (г. Череповец) путем распыления высокоуглеродистого расплава железа воздухом [6]. В начале 2000-х гг. выпуск железных и легированных порошков ООО «Северстальмаш-Тяжмаш» составлял более 3 тыс. т в год. ООО «Северстальмаш-Тяжмаш» поставляет железные порошки, в частности, на ГАЗ, ВАЗ, Димитровградский автоагрегатный завод (ДААЗ). ОАО «АвтоВАЗ» рассматривает, в частности, возможность замещения железных порошков фирмы «Hoganas АВ» порошками ООО «Северстальмаш-Тяжмаш» [7].

В России введена классификация порошков в зависимости от метода получения: ПЖВ - порошки, полученные методом восстановления; ПЖР порошки, полученные методом распыления водой; ПЖРВ - порошки, полученные методом распыления воздухом [8].

Общие выводы по работе

1. Предложено математическое описание процесса плазменного распыления пруткового материала, позволяющая установить связь характеристик сжатой дуги на срезе сопла плазмотрона с размером образующихся частиц при плазменном распылении. Установленная связь позволяет производить оценку и с удовлетворительной точностью рассчитать влияния параметров режима распыления на размер частиц.

2. Разработана математическая модель, позволяющая проследить динамику движения и теплообмена частиц в плазменном потоке.

3. Разработана модель процессов охлаждения и торможения частиц порошка в противопотоке, которая позволяет определять параметры противо-потока, обеспечивающие отсутствие слипания при снижении длины пролета для заданных размеров и материалов частиц.

4. Экспериментально подтверждены расчетные технологические режимы процесса плазменного распыления пруткового материала на основе железа, меди, титана, обеспечивающие заданные параметры частиц, и даны рекомендации по реализации данного процесса.

5. Разработана мобильная установка плазменного распыления пруткового материала с циркулирующим противопотоком для получения металлических порошков. Регулирование параметров процесса плазменного распыления пруткового материала в камере с противопотоком позволяет обеспечивать максимальный выход порошков заданного гранулометрического состава, управление процессами теплообмена и движения частиц при свободном полете позволяет сократить длину камеры распыления.

6. Модульное построение установки плазменного распыления пруткового материала упрощает обслуживание, переналадку и транспортировку. Возможно получение порошков из любого материала с регулированием формы частиц и производительностью от 0,01 до 0,9 кг/мин.

1. Турецкий Я.М., Акименко В.Б., Гуляев И.А. Распыленные железные порошки вчера, сегодня и завтра // Технологии металлов. 1999. -№10.-С. 9-16.

2. Pulvermetallurgielag Europa auch 1995 auf Wachstumkurs // Maschinenmarkt. 1996. - 102. - №27. - HI.

3. Железные порошки: практика и металловедение / И. Арсентьева, Б. Губенко, И. Гуляев, О. Калашникова, М. Секачёв // Национальная металлургия. 2002. - №6. - С. 93-97.

4. Пути развития в России производства железных и легированных порошков / В.Б. Акименко, И.А. Гуляев, О.Ю. Калашникова, М.А. Сека-чев // Конструкции из композиционных материалов. 2006. - №4. -С. 8-11.

5. Железные порошки, распыленные воздухом, прошлое, настоящее, будущее / В.Б. Акименко, И.А. Гуляев, М.А. Секачев, О.Ю. Калашникова // Металлург. 2007. - №11. - С. 58-62.

6. Способ получения железного порошка: Заявлен. 03.11.87. / Лопухин Ю.В., Данилов Л.И., Пиорро Э.Ч

7. ГОСТ 9849-86. Порошок железный. Технические условия. Дата введения: 01.07.87.-9 с.

8. Порошок железный распыленный. Порошок железный ПЖРВ ТУ 14-15365-98.

9. Порошковые и гранульные материалы / А.Г. Береснев, И.М. Разумовский, A.B. Логунов, А.И. Логачева // Технология металлов. 2009. - №12. - С. 24-37.

10. Борисов Ю.С., Панько М.Т., Рупчев В.Л. Способы производства порошков с квазикристаллической составляющей для газотермического напыления покрытий (Обзор) // Автоматическая сварка. 2007. -№4. - С. 53-56.

11. Железные порошки. Технология, состав, структура, свойства, экономика / В.Б. Акименко, В.Я. Буланов, В.В. Рукин, Е.С. Мичкова, Л.Н. Заворохин. М.: Наука, 1982. - 263 с.

12. Севастьянова И.Г. Теоретические основы получения порошков металлов, тугоплавких соединений и керамики: учеб. пособие по курсу «Процессы порошковой металлургии» / Перм. гос. техн. ун-т. Пермь, 1998.-Ч. 1.-112 с.

13. Установка для плазмохимического восстановления оксидов металлов: пат. 2238824 Рос. Федерация / C.B. Батыгин, Г.Д. Боголюбов,

14. A.Г. Девитайкин, A.B. Лебедев, И.Е. Теслина; № 2003125572/02; заявл. 20.08.2003; опубл. 27.10.2004.

15. Установка и способ получения нанодисперсных порошков в плазме СВЧ-разряда: пат. 2252817 Рос. Федерация / И.Л. Балихин,

16. B.И. Берестенко, И.А. Домашнев, E.H. Куркин, В.Н. Троицкий; № 2003136856/15; заявл. 23.12.2003; опубл. 27.05.2005.

17. Диган Д.Э., Чэпман К.Д., Джонсон Т.П. Плазменно-дуговой реактор и способ получения тонких порошков: пат. 2263006 Рос. Федерация; № 2002123919/02; заявл. 09.02.2001; опубл. 20.04.2004.

18. Горбунов В.Н. Способ получения порошкового аморфного материала: пат. 2080213 Рос. Федерация; № 95108608/02; заявл. 26.05.1995; опубл. 27.05.1997.

19. Горбунов В.Н. Способ получения порошков аморфного материала: пат. 2092283 Рос. Федерация; № 95108603/02; заявл. 26.05.1995; опубл. 10.10.1997.

20. Белов В.Г., Иванов В.А., Коробков В.А. Устройство для получения мелкодисперсных металлических порошков: пат. 2208500 Рос. Федерация № 2001104766/02; заявл. 20.02.2001; опубл. 20.07.2003.

21. Ген М.Я., Платэ И.В., Стоенко Н.И. и др. Левитационно-струйный метод конденсационного синтеза ультрадисперсных порошков сплавов и окислов металлов и особенности их структур // Сб. Физикохимия ультрадисперсных сред. М.: Наука, 1987. С. 151-157.

22. Арсентьева И.П., Губенко Б.В. Основные закономерности структуро-образования при получении и компактировании распыленных порошков железа // Конструкции из композиционных материалов. 2006. -№4.-С. 49-51.

23. Способ получения изделий из гранул жаропрочных никелевых сплавов: пат. 2308354 Рос. Федерация / А.И. Романов, Г.С. Гарибов, В.И. Кошелев, В .Я. Кошелев, В.В. Касаткин; № 2006106397/02; заявл. 02.03.2006; опубл. 20.10.2007.

24. Новости порошковой металлургии. 2007. - №1. - С. 1-4 Электронный ресурс. / Издание компании НЕТРАММ. - URL: www.netramm.com/newspm/newspml.pdf (дата обращения: 05.10.2010).

25. Курович А.Н., Голубков В.Г., Тепляков А.Б. Установка для получения металлических порошков: A.C. 1708526; заявл. 28.11.88; опубл. 30.01.92, бюл. №4.

26. Орлов Ю.Г., Мамедов Б.Ш. Устройство для получения порошков распылением расплавов: A.C. 782960; заявл. 04.01.79; опубл. 30.11.80. Бюл. №44.

27. Газоструйное распыление струи расплава при свободном сливе / Ю.Ф. Терновой, В.И. Билан, H.H. Пашетнева, Г.И. Парабина // Порошковая металлургия. 1992. - №7. - С. 1-5.

28. Новости порошковой металлургии. 2008. - №3. - С. 1-4. Электронный ресурс. / Издание компании НЕТРАММ. - URL: www.netramm.com/newspm/newspm3.pdf (дата обращения: 05.10.2010).

29. Горбунов В.Н. Способ получения порошка из твердого материала: пат. 2058221 Рос. Федерация; № 92011252/02; заявл. 10.12.1992; опубл. 20.04.1996.

30. Газораспыленные порошки олова / J1.B. Адамчик, С.Г. Бондаренко, В.Г. Ковальчук, Д.В. Павленко, И.Н. Стаценко // Порошковая металлургия. -2003. -№ 1-2.-С. 113-118.

31. Терновой Ю.Ф., Ничипоренко О.С. Процесс диспергирования струи расплава кольцевым потоком воды высокого давления I. Гидродинамическая модель преобразования струи расплава в капли // Порошковая металлургия. 1993. - № 1. - С. 1-7.

32. Новости порошковой металлургии. 2007. - №2. - С. 1-4 Электронный ресурс. / Издание компании НЕТРАММ. - URL: www.netramm.com/newspm/newspm2.pdf (дата обращения: 05.10.2010).

33. Денисов Г.М. Электродуговой плазменный диспергатор: A.C. 1650369; № 4692329/02; заявл. 03.03.89; опубл. 23.01.91; бюл. №19.

34. Гайсин А.Ф., Нуриев И.М., Гумеров А.З. Способ получения металлического порошка (варианты): пат. 2332280 Рос. Федерация; № 2006123393/02; заявл. 30.06.2006; опубл. 20.01.2008.

35. Руденская H.A., Жиляев В.А. Методология плазменного синтеза слоевых микрокомпозитов на основе тугоплавких соединений // Конструкции из композиционных материалов. 2006. - №4. - С. 234-237.

36. Фолманис Г.Э., Шоршоров М.Х. Неравновесная плазма в процессах обработки порошков // Порошковая металлургия. 1987. - №4. -С. 12-14.

37. Петруничев В.А., Кулагин В.В., Кулагин И.Д. Получение сфероидизи-рованного металлического порошка распылением проволоки // Известия АН СССР. Сер. Металлы. 1965. - №2. - С. 68-94.

38. Плазменная сфероидизация и плакирование порошков /

39. B.А. Петруничев, В.В. Аверин, JI.M. Сорокин, Е.Б. Королева // Физика и химия обработки материалов. 1987. - №1. - С. 69-72.

40. Tsantrizos P.G.; Allaire F.; Entezarian M. Метод производства металлических и керамических порошков плазмы атомизации: пат. 5707419 США; Дата публикации 1998-01-13; Номер заявки:Ш 19950515425 19950815.

41. Ducos М., Manfredi Р. A Plasma spray gun Patent specification № 1350168 France; Application № 36141/72 Filed 2 Aug. 1972.

42. Нанба Йошио; Маекава Синдзи Производство композиционного порошка металлокерамики: пат. 62270706 JP; Дата публикации 198711-25; Номер заявки: JP19860115864 19860519; Приоритет № JP19860115864 19860519.

43. Дзыкович В.И. Влияние процесса термоцентробежного распыления насвойства сферических частиц карбидов вольфрама // Автоматическая сварка. 2009. - № 4. - С. 52-54.

44. Дзыкович В.И., Журда А.П., Белый А.И. Свойства порошков карбидов вольфрама, полученных по различным технологиям // Автоматическая сварка. 2010. -№ 4. - С. 28-31.

45. Сухов Д.И. Теоретическое определение параметров плазменного распыления вращающейся заготовки на гранулы // Технология легких сплавов. 2009. - № 4. - С. 43-46.

46. Способ получения изделий из гранул жаропрочных никелевых сплавов: пат. 2308354 Рос. Федерация / А.И. Романов, Г.С. Гарибов, В.И. Кошелев, В .Я. Кошелев, В.В. Касаткин; № 2006106397/02; заявл. 02.03.2006; опубл. 20.10.2007.

47. Окисление порошкообразного титана при нагреве в воздушной среде / В.В. Тавгень, Е.В. Шинкарева, Е.В. Карпинчик, Ю.Г. Зонов // Порошковая металлургия. 1992. - №3. - С. 1-5.

48. Исследование состава неметаллических включений в массе гранул жаропрочных никелевых сплавов / Г.С. Гарибов, В.Я. Кошелев, Ю.Г. Шорошев, A.B. Востриков // Заготовительные производства в машиностроении. 2010. - №1. - С. 45-48.

49. Донской A.B., Клубникин B.C. Электроплазменные процессы и установки в машиностроении. Д.: Машиностроение; Ленингр. отд., 1979.-221 с.

50. Способ получения полых металлических микросфер: пат. 2077773 Рос. Федерация / А.Н. Давыдов, М.М. Кондратенко, С.А. Перков, Н.П. Привалов; № 94036406/02; заявл. 29.09.1994; опубл. 20.04.1997.

51. Расчет движения и нагрева частиц кремния в аргоно-водородной плазме / A.B. Балашов, Д.В. Иванов, Т.А. Максименко, C.B. Древесин // XXX Неделя науки СПбГТУ. 4.II: Материалы межвузовской научной конференции. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2002. - С. 52-54.

52. О закономерностях азотирования при диспергировании жидких сплавов / Е.Л. Муравьева, С.А. Ревун, Е.Е. Барышев, И.В. Звездкина // Металлы. 1993. - №4. - С. 85-89.

53. Розов А.Ф., Ерохин A.A. Особенности поглощения цирконием азота из дуговой плазмы // Физика и химия обработки материалов. 1975. -№3. - С. 48-50.

54. Сурков В.А. Исследование воздействия высокочастотной плазмы пониженного давления на механические свойства порошковых материалов // Заготовительные производства в машиностроении. 2010. -№11.-С. 39-41.

55. Артемьев Б.В., Кочетов С.Г. Капиллярный распад жидкометалличе-ской струи в окислительной среде // Инженерно-физический журнал.1991. Т. 60, №4. - С. 566-570.

56. Осипов Б.Р. Определение размеров диспергированных частиц при эжекционном распылении жидкого алюминия // Цветные металлы.1992.-№6.-С. 35-37.

57. Багрянцев В.И., Павленко З.Я., Чевалков A.B. Моделирование движения частиц порошка в центробежном газовом потоке // Порошковая металлургия. 1992. - №3. - С. 8-11.

58. Терновой Ю.Ф., Пашетнева H.H., Манегин Ю.В. Физико-математическая модель процесса газового распыления струи расплава // Порошковая металлургия. 1992. - №3. - С. 11-15.

59. Som S.K., Mitra А.К., Sengupta S.P. Second law analysis of spray evaporation // Современное машиностроение. Сер. A. 1990. - №12. - С. 106111.

60. Кипарисов С.С., Либенсон Г.А. Порошковая металлургия, М.: Металлургия, 1991. - 432 с.

61. Порошковая металлургия и напыленные покрытия / В.Н. Анциферов, Г.В. Бобров, Л.К. Друживин и др.. М.: Металлургия, 1987. - 792 с.

62. Щицын. Ю.Д., Косолапов O.A. Влияние полярности на тепловые нагрузки плазмотрона // Сварочное производство. 1997. - №3. - С. 23-24

63. Пащенко В.Н. Влияние состава плазмообразующей воздушно-газовой смеси на параметры струи плазмотрона // Автоматическая сварка. -2009.-№4.-С. 33-38.

64. Степанов В.В., Нечаев В.И. О давлении плазменной дуги // Сварочное производство. 1974. - №11. - С. 4-5.

65. Ленивкин В.А., Петров П.И., Дюргеров Н.Г. Определение скоростного напора плазмы сварочной дуги // Сварочное производство. 1984. — №7. - С. 3-4.

66. Кривцун И.В., Демченко В.Ф., Крикент И.В. Модель процессов тепло-, массо- и электропереноса в анодной области и столбе сварочной дуги с тугоплавким катодом // Автоматическая сварка. 2010. - №6. - С. 3-11.

67. Ионин В.Е. Переходные процессы в системе плазменная дуга изделие // Сварочное производство. - 1989. - №5. - С. 36-39.

68. Гладкий П.В. Распределение температуры и скорости плазмы в дуге при плазменно-порошковой наплавке // Автоматическая сварка. -1990.-№2.-С. 72-73.

69. Дзюба B.JI. Влияние степени закрутки потока газа на характеристики плазмотрона вихревой стабилизации // Проблемы специальной электрометаллургии. 1986. - №2. - С. 62-63.

70. Костиков В.И., Шестерин Ю.А. Плазменные покрытия. М.: Металлургия, 1978.-С. 160.

71. Сабиров И.Р., Зернин Е.А. Качественное изменение состава плазмы дуги для стабилизации процесса сварки // Технология металлов. -2010.-№4.-С. 31-34.

72. Исследование влияния состава газовых смесей на температуру плазмы сварочной дуги / A.C. Бабкин, В.А. Голубев, В.Н. Рощупкин, А.Н. Гончаров // Сварочное производство. 2008. - №7. - С. 3-9.

73. Боженко Б.Л., Шалимов В.Н. Особенности физико-химического взаимодействия газовой и жидкой фаз при плазменной сварке // Инженерно-физический журнал. 1991. - Т. 61, № 1. - С. 15-20.

74. Температура плазмы при гидродинамическом воздействии на дугу / Ю.В. Заяров, Б.Р. Рябиченко, В.А. Виноградов, Б.Л. Боженко, Ю.Д. Елизаров // Физика и химия обработки материалов. 1997. -№2.-С. 118-120.

75. Ванновский В.В., Гольдфарб В.М., Гуревич Б.Н. Температура и скорость плазменных струй, применяемых для напыления // Физика и химия обработки материалов. 1975. - №3. - С. 51-56.

76. Данилюк И.И., Олейник М.В. Математическая модель установившегося процесса сварки // Докл. АН УССР Сер. А. Физико-математические и технические науки. 1988. - №1. - С. 6-10.

77. Распространение теплоты в плавящемся электроде с учетом процесса испарения / Б.Л. Боженко, Л.И. Беденко, В.Л. Ковтун, Р.Ю. Купар // Сварочное производство. 1997. - №3. - С. 18-21.

78. Перенос присадочного материала при плазменной сварке в СОг /

79. A.И. Акулов, Б.Л. Боженко, А.Ф. Шепелев, Ю.В. Заяров, В.Д. Фогель,

80. B.Л. Ронский // Сварочное производство. 1987. - №12. - С. 8-9.

81. Математическая модель дуговой плазмы, генерируемой плазмотроном с проволокой-анодом / М.Ю. Харламов, И.В. Кривцун, В.Н. Коржик,

82. C.B. Петров, А.И. Демьянов // Автоматическая сварка. 2007. - №12. -С. 14-20.

83. Математическая модель сверхзвукового воздушно-плазменного напыления / С.И. Головин, В.А. Аверченко, Л.Г. Попович, А.Ф. Пузряков // Сварочное производство. 2008. - №2. - С. 16-22.

84. Чернов В.А., Сысоев Ю.С., Прокопенко В.В. Определение мгновенной скорости плавления электрода // Сварочное производство. 1991. -№11.-С. 34-35.

85. Карп И.Н., Рудой А.П. Влияние скорости подачи стальной проволоки на диспергирование металла воздушной струей // Автоматическая сварка. 1991. - № 10. - С. 36-38.

86. Алексеев A.B., Шевченко А.Э., Губкина И.М. Физико-технологические характеристики двухдугового плазменного источника нагрева // Сварочное производство. 1992. - №8. - С. 21-22.

87. Петров C.B., Коваль С.Н. Работа двухдугового плазмотрона // Сварочное производство. 1991. - №3. - С. 37-39.

88. Гладкий П.В., Павленко A.B., Зельниченко А.Т. Математическое моделирование нагрева порошка в дуге при плазменной наплавке // Автоматическая сварка. 1989. - №11. - С. 17-21, 54.

89. Черных A.B., Черных В.В. Расчет температуры электродных капель при дуговой сварке плавящимся электродом с помощью метода конечных элементов // Сварочное производство. 2008. - №3. - С. 6-7.

90. Бабкин A.C., Шарапов С.Н. Моделирование напряженности магнитного поля сварочного тока // Сварочное производство. 2009. - №10. -С. 9-12.

91. Грецкин О.Б., Ерофеев В.А., Полосков С.И. Моделирование переноса электродного металла при сварке с короткими замыканиями // Автоматическая сварка. 2009. - №2. - С. 16-21.

92. Брунов О.Г., Солодский С.А. Физико-математическое моделирование перехода капли электродного металла в сварочную ванну // Сварочное производство. 2008. - №4. - С. 16-19.

93. Влияние механизма и условий массо- и теплопереноса при сварке плавящимся электродом в защитных газах на качество сварного соединения / Р.Ю. Купар, Б.Л. Боженко, Ю.В. Заяров, Г.Е. Розенштейн // Сварочное производство. 1997. - №6. - С. 22-26.

94. Физико-математическая модель системы «источник питания дуга» для сварки плавящимся электродом в защитных газах / О.Б. Гецкин, С.И. Полосков, В.А. Ерофеев, О.П. Витько // Тяжелое машиностроение. - 2008. - №6. - С. 18-20.

95. Борисов Ю.С., Кислица А.Н., Войнарович С.Г. Особенности процесса микроплазменного напыления с использованием проволочных материалов // Автоматическая сварка. 2006. - №4. - С. 26-31.

96. Николаев A.B., Горонков O.A. Исследование газодинамического давления встречных плазменных дуг на анод // Физика и химия обработки материалов. 1975. - №3. - С. 40-42.

97. Ерохин A.A. Основы сварки плавлением. Физико-химические закономерности. М.: Машиностроение, 1973. - 448 с.

98. Потапьевский А.Г. Сварка в защитных газах плавящимся электродом. М.: Машиностроение, 1974. - 240 с.

99. Ерохин A.A. Плазменно-дуговая плавка металлов и сплавов. Физико-химические процессы. М.: Наука, 1975. - 188 с.

100. Лебедев В.А. Определение параметров импульсной подачи электродной проволоки при механизированной дуговой сварке и наплавке // Сварочное производство. 2008. - №8. - С. 11-15.

101. Лебедев В.А. Математическая модель формирования капель электродного металла при механизированной дуговой сварке с импульсной подачей электродной проволоки // Сварочное производство. 2008. -№7.-С. 10-14.

102. Боженко Б.Л., Ронский В.Л. Технология плазменно-дуговой сварки плавящимся электродом в аргоне // Сварочное производство. -1984.-№4.-С. 17-18.

103. Крампит Н.Ю. Способы управления плавлением и переносом электродного металла (обзор) // Сварочное производство. 2009. - №3. -С. 31-36.

104. Переплетчиков Е.Ф., Рябцев И.А. Плазменно-порошковая наплавка деталей запорной арматуры различного назначения // Сварщик в России. 2007. - №5. - С. 20-25.

105. Мчледов С.М. Газотермические покрытия в технологии упрочнения и восстановления деталей машин 4.2: Плазменное напыление // Сварочное производство. 2008. - №5. - С. 36-48.

106. Хасанов З.М. Автоматизированное технологическое оборудование для электродугового плазменного напыления // Сварочное производство. 2006. - №5. - С. 44-50.

107. Пузряков А.Ф. Перспективные направления исследований газотермических технологий нанесения покрытий // Сварочное производство. -2010.-№7.- С. 18-22.

108. Поляков С.П., Рязанцев О.В., Твердохлебов В.И. О нагреве и движении частиц порошка в плазменных струях // Физика и химия обработки материалов. 1975. - №3. - С. 43-47.

109. Борисов Ю.С., Зацерковный A.C., Кривцун И.В. Конвективно-кондуктивный и радиационный теплообмен потока плазмы с частицами дисперсного материала в условиях плазменного напыления // Автоматическая сварка. 2005. - №6. - С. 7-11.

110. Петруничев В.А., Королева Е.Б., Пушилин Н.П. О пористости частиц при плазменно-дуговом распылении металлов // Физика и химия обработки материалов. 1985. - №2. - С. 65-68.

111. Иванов Е.М., Углов A.A. Теплофизические процессы при плазменном напылении тугоплавких металлов // Физика и химия обработки материалов. 1985. - №2. - С. 61-64.

112. Иванов Е.М., Кудинов В.В. К энергетической оценке влияния шероховатости и толщины подложки на прочность сцепления при плазменном напылении // Физика и химия обработки материалов. -1983.-№2.-С. 68-74.

113. Кудинов В.В., Бобров Г.В. Нанесение покрытий напылением. Теория, технология и оборудование. М.: Металлургия, 1992. - 432 с.

114. Орехов И.Е., Блинков И.В., Казаков O.A. Нагрев и испарение керамических порошков в импульсной плазме высоковольтного конденсаторного разряда // Физика и химия обработки материалов. 1996. -№2. - С. 49-56.

115. Экспериментальное и численное исследование двухфазной турбулентной струи при газопламенном напылении / JI.B. Кондратьев,

116. B.А. Наумов и др. // ТВТ. 1992. - Т. 30, № 1. - С. 139-144.

117. Домбровский JI.A., Игнатьев М.Б. Учет неизотермичности частиц в расчетах при диагностике двухфазных струй, применяемых для нанесения покрытий // ТВТ. 2001. - Т. 39, № 1. - С. 138-145.

118. Пустовойтенко А.И. О расчете нагрева мелкодисперсных частичек в высокотемпературной струе газа // Физика и химия обработки материалов. 1976.-№3.-С. 138-141.

119. Умнов С.П., Мышкин В.Ф. Кинетика нагрева и испарения частиц в разряженном высокотемпературном газе // Физика и химия обработки материалов. 1989. -№1. - С. 57-62.

120. Газотермические покрытия / В.Н.Анциферов, А.М.Шмаков,

121. C.С. Агеев, В.Я. Буланов. Екатеринбург: Наука, 1994. - 320 с.

122. Сахиев A.C. К расчету процесса испарения частиц в высокотемпературном потоке газа в неадиабатических условиях // Физика горения. Киев: Наукова думка, 1966. - С. 70-84.

123. Дорфман Г.А., Жахов B.B. Процесс нагрева, ускорения и испарения силикатных частиц в высокотемпературном потоке газа // Физика и химия обработки материалов. 1976. -№ 1.

124. Рыкалин H.H., Углов A.A., Анищенко JI.M. Высокотемпературные технологические процессы: теплофизические основы. М.: Наука, 1986.- 173 с.

125. Моссэ A.JL, Буров И.С. Обработка дисперсных материалов в плазменных реакторах. Минск: Наука и техника, 1980. - 208 с.

126. Дресвин C.B., Судаков B.JI. Математическое моделирование высокочастотных индукционных плазмотронов // Теплофизика высоких температур. 1990. - Т. 28, № 3. - С. 573-577.

127. Селберг Н. Коэффициент лобового сопротивления сферических частиц небольшого размера // Ракетная техника и космонавтика. -1968.-№3.-С. 22-31.

128. Yoshida T., Akashi К. Particle heating in a radio-frequency plasma torch // J. Appl. Phys. 1977. - Vol. 48 (6). - P. 2252-2260.

129. Сполдинг Д.Б. Горение и массообмен: пер. с англ. Р.Н. Гизатулина, В.И. Ягодкина; под ред. В.Е. Дорошенко. М.: Машиностроение, 1985.-240 с.

130. Proulx P., Mostaghimi J., Boulos M. Radiative energy transfer in induction plasma modeling // Int. J. Heat Mass Transfer. 1991. - Vol. 34, № 10. -P. 2571-2579.

131. Кинетика теплофизических процессов при плазменной металлизации частиц / A.A. Углов, А.Г. Гнедовец, В.А. Петруничев, А.И. Смирнов, Ю.Н. Лохов, В.В. Иванов // Физика и химия обработки материалов. -1983.-№2.-С. 44-52.

132. Гамзаев Х.М. Моделирование движения одиночной частицы в потоке вязкопластической жидкости // Автоматизация и современные технологии. 2007. - №3. - С. 14-18.

133. Малаховский В.А. Плазменная сварка. М. 1987 г. - 80 с.

134. Суворов Н.В. Экспериментальные исследования распределения параметров в однофазной и двухфазной дозвуковых плазменных струях // Теплофизика высоких температур. 1969. - Т. 7, №2. - С. 304-312.

135. Pfender Е., Lee Y.C. Particle dynamics and particle heat and mass transfer in thermal plasmas. Part I. The motion of a single particle without thermal effects // Plasma Chem. Plasma Process. 1985. - Vol. 5. - P. 211-237.

136. Потапьевский А.Г. Сварка в защитных газах плавящимся электродом. М.: Машиностроение, 1974. - 240 с.

137. Еременко В.Н. Поверхностное натяжение жидких элементов // Укр. хим. журнал. 1962. - №4.

138. Щицын Ю.Д. Плазменные технологии в сварочном производстве: Ч. 1 / Перм. гос. техн. ун-т. Пермь, 2004. 73 с.

139. Хасуй А. Техника напыления. М.: Машиностроение, 1975. - 288 с.

140. Коробов Ю.С. Основы дуговой металлизации. Физико-химические закономерности /В.Н. Бороненко, Ю.С. Коробов: монография. -Екатеринбург: 2012. 268 с.

141. Теория сварочных процессов / А.В. Коновалов, А.С. Куркин, Э.Л. Макаров, В.М. Неровный, Б.Ф. Якушин; под ред. В.М. Неровного. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2007. - 762 с.

142. Рыкалин Н.Н. Расчёты тепловых процессов при сварке. М.: Машгиз, 1951.-296 с.

143. Patankar S.V. A calculation procédure for two-dimensional elliptic situations // Numerical Heat Transfer. 1979. - Vol. 2.

144. Горбис З.Р. Теплообмен и гидромеханика дисперсных сквозных потоков. М.: Энергия, 1970. - 423 с.

145. Дейч М.Е., Филиппов Г.А. Газодинамика двухфазных сред. М.: Энергоиздат, 1981. - 472 с.

146. Поляков С.П., Рязанцев О.В., Твердохлебов В.И. О нагреве и движении частиц порошка в плазменных струях // Физика и химия обработки материалов. 1975. - №3. - С. 43-47.

147. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Изд-во иностранной литературы, 1956. - 528 с.

148. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. М.: Наука, 1972.-592 с.

149. Тихомиров К.В., Сергеенко Э.С. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1991. -480 с.

150. Цветков Ю.В., Панфилов С.А. Низкотемпературная плазма в процессах восстановления. М.: Наука, 1980. - 359 с.

151. Сурис А.Л. Плазмохимические процессы и аппараты. М.: Химия, 1989.-304 с.

152. Lee Y.C., Chyou Y.P., Pfender Е. Particle dynamics and particle heat and mass transfer in thermal plasmas. Part II. Particle heat and mass transfer in thermal plasmas // Plasma Chem. Plasma Process. 1985. - Vol. 5. -P. 391-414.

153. Young R.M., Pfender E. Nusselt number correlations for heat transfer to small sheres in thermal plasma flows // Plasma Chemistry and Plasma Processing. 1987. - Vol. 7, №2. - P. 211-229.

154. Xi Chen. Particle heating in a thermal plasma // Appl. Chem. 1988. -Vol. 60,№5.-P. 651-662.

155. Калганова И.В., Клубникин B.C. Исследование теплоотдачи при обтекании сферы потоком ионизированного аргона // Теплофизика высоких температур. 1976. - Т.14, №2. - С. 408-410.

156. Кудинов В.В., Пекшев П.Ю., Белащенко В.Е. Нанесение покрытий плазмой. М.: Наука, 1990. - 408 с.

157. Рыкалин H.H., Шоршоров М.Х., Кудинов В.В. О механизме и кинетике образования прочного соединения между покрытием и подложкой при напылении // Жаростойкие и теплостойкие покрытия. JL: Наука, 1965.-С. 5-7.

158. ГегузинЯ.Е. Физика спекания. М.: Наука, 1984. - 312 с.

159. Черкасский В. М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. Москва: Энергоатомиздат, 1984. - 416 с.

160. Таблицы физических величин. Справочник / Под ред. акад. И.К. Кикоина:. М., Атомиздат. 1976. 1008 с.

161. Свойства элементов. 4.1. Физические свойства. Справочник. М.: Металлургия, 1976. - 600 с.

162. Свойства элементов. 4.2. Химические свойства. Справочник. М.: Металлургия, 1976. - 384 с.