Взаимодействие напыляемого материала с поверхностью подложки

Р аспределение удельного теплового потока струи q₂ по пятну нагрева диаметром d_н.

q₂(r) = q_2mexp(-kr²), где k – коэффициент сосредоточенности

d_н = 3,46k^-1/2 – распределение удельного теплового потока струи q₂ по пятну нагрева диаметром d_н;

В – диаметр пятна напыления

Удельный тепловой поток (q₂) увеличивается с увеличением мощности дуги пропорционально. Нагрев газом происходит медленно, равномерно. Нагрев частиц происходит в микроциклах 10^-3-10^-4 сек.

При увеличении дистанции, (т.е. расстояния между плазмотроном и подложкой), можно добиться, что нагрева газом подложки не будет, будет только нагрев порошинками. Нагрев будет незначительный, таким образом можно наносить материал на ткань или бумагу.

При увеличении дистанции коэффициент сосредоточенности (k) уменьшается. При маленькой дистанции диаметр пятна нагрева существенно больше пятна напыления.

Производительность напыления

h - высота фронта затвердевания внутри частицы

γ - плотность расплавленной частицы

τ₀ - время затвердевания, т.е. время, за которое фронт прошел расстояние h

Для примера:

В идеальном случае, когда частица попадает на подложку она не затвердела, на нее попадает вторая Gп=10³ кг/час.

В реальном случае каждая частица деформируется, растекается и застывает индивидуально G_п=5-10 кг/час.

Типичная – пластинчатая структура

Взаимодействие частиц с подложкой складывается из сил механического зацепления слабых ковалентных сил и химических реакций.

Участки, где прошли химические реакции, называются участками схватывания, сваривания.

Е сли площадь схватывания 40-70%, то покрытие будет держаться, если меньше, то покрытие держаться не будет. Площадь схватывания можно увеличить повышая температуру, как подложки, так и частиц.

При столкновении частиц происходит деформация, растекание, взаимодействие с подложкой, затвердевание (рис).

Минимальная скорость частиц для преодоления ее жесткости

σ - поверхностное натяжение частицы в распыленном состоянии

d - диаметр сферической частицы

h - толщина сплюснутой частицы (диска)

При размере порошка 100мкм значение Vmin для Ме ≈ 5-10 м/сек; Vmin для оксидов Ме ≈ 20-30 м/сек

а – схема упругой деформации и образование ударных волн

б – изменение давления в зоне удара частицы Ag.

При столкновении частицы с подложкой частица испытывает 2 вида давления:

1. 1) ударное Ру

2) напорное Рн

Ударное давление выражается уравнением Жуковского. Ударное давление образуется как результат упругих волн сжатия, которые распределяются в жидкости в момент столкновения частицы с подложкой. Под действием ударного давления на подложке может образоваться вмятина:

Р_у = 0,5μγ₁V_збV

μ - коэффициент жесткости частицы

γ₁ – плотность частицы в расплавленном состоянии

V_зб – скорость звука в жидком металле (2-5 км/сек)

V – скорость частицы

μ зависит от скорости : при V=10м/с, μ=0 ударное давление не наблюдается. Если V=100-500 м/сек, μ=1 в этом случае Ру≈10³МПа

Напорное давление – давление, которое действует вплоть до окончания растекания частицы. Напорное давление выражается уравнением Бернулли.

Р_н= γ₁V²

Оно действует: τ = (d-h)/V

d – диаметр сферической частицы

h – толщина сплюснутой частицы (диска)