Условия нагрева и плавления материала.

1.Подача в плазменную струю проволоки, прутка.

Схема капельного переноса металла(образование, рост капли и т.д.).

Условие отрыва капли: ξ·Ѕ·j_д·v_д/2 + m=π·d_пр·σ, где

ξ-коэф-т, учитывающий обтекание капли потоком газа(обычно=0,44), Ѕ-поперечное сечение капли, j_д -плотность газа, v_д -скорость плазмаобразующего газа, m-масса частиц(капли), σ-поверхн. натяжение капли, d_пр-диаметр проволоки.

Левая часть ур-я- силы, способствующие отрыву капли, правая- силы, препятствующие отрыву.

Размер капли: d=3,35·d_с²·((d_пр·σ/j_д)^½)/v_д(1+0,0036·T), d-диаметр сопла, T-темпер-ра частиц~=Тпл. Оптимальные режимы определяют образование частично оплавленных частиц в газе.

Приблизительный баланс мощности плазменного проволочного распылителя (мощность дуг.разряда 10-12 кВт, дистанция напыления 100 мм, плазма аргона):

а)по схеме «открытый анод»

-нагрев плазматрона 5%, -нагрев проволоки 10%, -испарение 1%, -плавление 9%, -нагрев подложки 12%, -частицами покрытия 6%, -струей газа 6%, -нагрев газа 85%, полная тепловая мощность дуги 100%.

б)по схеме «нейтральная проволока» -нагрев плазматрона 30-40%, -нагрев проволоки 2-5%,

-нагрев подложки 6-9%, частицами покрытия 1-3%, -струей газа 5-6%, -нагрев газа 60%, полная тепловая мощность дуги 100%. В случае а) более эффективно расходуется тепло.

2.Подача порошка.

Темпер-ра каждой порошинки (внутри) д.б.=0,9Тпл.

Размер частицы, которую можно расплавить: d_max=√(4·а·τ/0,3), а - температуропроводность, τ-время нахождения в активной нагревающей зоне плазмы.

Условие расплавления частицы:

Т_д·λ_д·ℓр^min/(V_пл·η_д)≥d_р²·T_р²·C_р²·γ_р/(4·Nu²), индекс р- частица, Т_д - темпер. газа, λ_д - теплопроводность газа,V_пл - скорость движения плазмы, η_д-эффективная мощность, идущая на нагрев частицы, ℓр^min - миним. расстояние, которое частица должна пройти до расплавления, d_р - диаметр частицы, T_р -Тпл частицы, C_р - теплоёмкость, γ_р-плотность частицы в тв. состоянии, Nu-критерий Нуссельта.

Трудность плавления: D=T_р²·C_р²·γ_р.

Минимальная мощность, необходимая для плавления:

N^min=2,99·V^1,5·d_p·D^0,5/(R_c^1,25·ℓ_р^0,6), R_c-радиус сопла.

Р аспределение темпер-ры и энтальпии по сечению плазменной струи.

1. температура

2. энтальпия

3. предполагаемое распределение порошка

4. высокоэнтальпийная область струи

5. стенка канала сопла

З ависимость коэф-тов использования порошка β (1 и 2), энергии струи ηп (1^/ и 2^/) и производительности напыления Gп (1^// и 2^//) от кол-ва подаваемого порошка G^/ при вводе его через одно(1,1^/ и 1^//) и три(2,2^/,2^//) отверстия в начало формирующего канала сопла: . Мощность струи 7кВт. Эффективность уменьшается (1^/ и 1^//), т.к.порошок не успевает прогреваться, не хватает тепловой энергии =>снижается производительность, графики идут вниз.

О сновные хар-ки эффективности плазменного напыления: β=G_н/G, η_п=q_п/q₀, где

β - коэф. использования мат-ла, G_н- кол-во порошка,которое усвоилось покрытием за ед.времени, G-кол-во порошка,поданного в питатель за ед.времени, η_п-эффективность использования энергии плазмы, q_п-мощность,расходуемая на нагрев и плавление материала, q₀-мощность,которая была передана плазме.

Изменение коэф-тов β (1,2,3) и η_п (1^/,2^/,3^/) в зависимости от места ввода порошка в плазменную струю и её мощности для различных плазмообразующих газов:

1 и 1^/-для струи мощностью 7кВт и газа 90%Ar+10%N₂,

2 и 2^/- 12кВт, 60% Ar+40%N₂,

3 и 3^/- 18кВт, 30% Ar+70%N_2.

Скорость движения частиц в высокотемпературной струе:

V_ч= V_пл ·√(3·γ_пл·С_х·Х/(2·γ_ч·d_ч)),

V_пл/V_г=exp(-(G_п/G_г) ·√(3·γ_пл·С_х·Х/(2·γ_ч·d_ч))),

V _пл-скорость плазмообразующего газа, γ_пл-плотность плазмообр. газа, γ_ч-плотность частицы в тв. состоянии, d_ч-диаметр частицы, С_х-коэф. лобового сопротивления, Х-путь, пройденный частицей, V_г-скорость газа в плоскости ввода порошка в сопло, G_п- расход порошка, G_г-расход газа.

Характер распределения скорости частиц различного диаметра в пятне напыления: 1- 100-150мкм, 2- 150-200мкм, 3- 300-350мкм.

Х арактер изменения скорости частиц и темпер-ры плазмы вдоль оси плазматрона: А-анод, К-катод, 1-скорость частиц порошка при его вводе на срезе сопла, 2-скорость частиц порошка при его вводе в начало канала сопла, 3-темпер-ра плазмы двухатомных газов, 4-темпер-ра плазмы одноатомных газов, V₀-начальная скорость частиц в плазме.