23Формирование покрытия при газотермическом напылении. Формирование потока напыляемых частиц.

Механизм и кинетика формирования покрытий в основном опред-ся состоянием частиц в процессе их нагрева, распыления и переноса. Напыляемые частицы генерируются в сопловых устройствах или аналогичным сопловым устройством в распылителях (рис.1). Проволоку, порошок или порошковую проволоку подают в зону нагрева, распыления и ускорения. При подачи проволоки в результате нагрева источником теплоты (дугуй, плазмой, газ-ым пламенем), образуются расплавленные частицы различной дисперсности. Возможно образование микрокапельной (кластерной) и паровой фазы. При прохождении дистанции напыл-ия L (рис. 1) состояние частиц в 2^х фазном потоке изменяется. Вблизи пов-ти напыл0ия появляются частично затвердевшие и даже тв. частицы, особенно в периферийной зоне потока. Микрокапельная и паровая фазы взаимод-уя с потоком активного газа могут образовывать различ. тв. соединения способные переходить в покрытия. При порош-ых способах нанесения покрытий нагрев частиц осущ-ся на начальной стадии переноса. Время нагрева зависит от скорости частиц в высокотемпературной части потока, как правило, она очень мола и сост. сотые доли секунды. В связи с этим состояние частиц поступающих на поверхность может быть самым различным, на ряду с расплавляющими, появляется нек-ое кол-во не расплавленных частиц. Частиц в оплавленном состоянии особенно для мат-лов с низкой теплопроводностью. Порош-ые частицы перемещающиеся по периферийной части потока в процессе переноса охлаж-ся, расплавленные переходят в тв. фазу. Нерасплавленные частицы теряют вязко-пластичное св-во необходимое для закрепления в формующемся покрытии. При наличии перегретых порошковых частиц в потоке возможно образование нек-ого кол-ва паровой фазы. Скоростной режим осущ-ся в основном в затопленных газовых потоках-струях. Это могут быть струи не связанные с нагревом частиц, выполняющие ф-ии распыления и ускорения. Затопленными считаются струи истекающие в плотным среду. При газо-термическом напылении такой средой явл-ся атмосфера. На начальном участке струи L_н формующее потенциальное ядро, время и скорость в потенциальном ядре приблизительно одинаково. Вне потенц-ого ядра и на остаточном участке струи L_о скорость потока снижается. Р/м-ые условия переноса частиц указыв-ют на различные их скорости в зоне формирования покрытия, особенно след-ет обращать внимание на периферийные частицы в потоке с недостаточной скоростью. От величины т-ры и скорости порош. частиц поступ-их на пов-ть напыления также зависит получ. Качества покрытий поэтому при разработки технологии напыления необх-о решать сложные задачи, стабил-ия т-р и скоростей состояния частиц в 2^х фазном потоке. Целесообразно стремиться к min разбросу по дисперсности порошка. Полож-ые результаты могут быть получены и при снижении уровня турбулентности истек-их струй, что позволит формировать в 2^х фазные потоки с меньшими значениями угла расхождения φ(рис 1).

При формировании потока напыл-ых частиц необходим тщательный анализ т.д. стабильности распыл-ого мат-ла. В первую очередь оцениваются процессы испарения сублимации и диссоциации обусловленные нагревом. Для термич. стабильности мат-лов следует р/м-ть процессы взаим-ия нагретых частиц с активной газовой фазой потока:O₂, N₂, H₂ и углеводородами. Высоко-дисперсное состояние частиц предопределяет развитую пов-ть взаим-ия и сущ-ет изменения хим-ого состава напыл-ого мат-ла. Исходным для анализа процессов при формировании покрытия явл-ся тепловое состояние ускоренных частиц в 2^х фазном потоке и состояния пов-ти формирования. Физ-хим-ие процессы опред-ся условиями взаим-ия в обл-ти контактирования частиц с пов-тью напыления. Принято считать, что каждая частица закреплена на пов-ти автономно. Механизм и кинетику формирования покрытий в основном можно р/м-ть анализируя контактное взаим-ие единичных частиц потока, к-ые базируются на передачи ими пов-ти тепловой и кин-ой эн-ии. Акт взаим-ия происходит в момент соприкосновения (удара) частиц о пов-ть. Обычно анализируют тепловое и механическое воздействии напыляемых частиц. Практика показала возможность формир. газо-термич-их покрытий по 3^м показателям:Рисунки:а) из расплавленных частиц;б) из тв. вязко-пластич. Частиц;в) из смешанных частиц, где t_к, p_к -т-ра и давление контактир-их частиц с пов-тью.

Энтальпия (теплосодержание) – т.д. потенциал х-ий состояние системы в т.д. равновесии при выборе в качестве независимых переменных давления, энтропии и числа частиц. Энтропия – мера вероятности осущ-ия к-л макроскопического состояния.

Взаимодействие частиц с поверхностью напыления

Можно условно представить в виде 3^х посл. протекающих стадий:1)образование физ-ого контакта в момент контактирования частицы примерно на расстоянии близком к величине параметра решетки для взаим-их мат-лов; 2) хим-ое взаим-ие мат-ов на границе раздела фаз;3) объемное развитие хим-ого взаим-ия за счет диффузион. процессов приводищих к взаимному проникновению мат-ла частиц и мат-ла напыл-ой пов-ти.

Обычно длительность активного взаим-ия частиц при формировании покрятий составляют 10^-3-10^-7сек. Исключ-о малое время предопределяет образование прочных связей в месте контакта в основном в результате хим-ого взаим-ия мат-лов. Физ-ий контакт должен обеспечивать наиболее полное протекание хим-ого взаим-ия. обычно 1и 3 стадии не явл-ся лимитирующими при закреплении частиц на пов-ти напыл-ия.