28Параметры газопламенного напыления и их влияние на эффективность процесса.

Конструктивные параметры.

К конструктивным параметрам, оказывающим наибольшее влияние на эффективность про­цесса, относят: диаметр газового сопла d_C диаметр отверстий по периферии сопла; угол наклона оси отверстий к оси распылителя а (см.рис.99, а). Характер истечения струи и ее теплофизические свойства в значительной мере зависят от размеров и профилирования обжимающего сопла. Обычно конструктивные параметры выбирают экспериментально и закладывают в конструкцию аппарата.

П араметры, хар-щие энергетический режим работы газопламенного рас­пылителя.

Наиболее значительными параметрами можно считать: природу горючего газа, его давление на входе в распылитель и расход; давление окислительного газа и его расход; соотношение между окислительными горючими газами и др.

Наиболее высокая эффективность процесса наблюдается при использовании в качестве го­рючего газа ацетилена или пропан-бутановой смеси.

От давления горючего газа (Р_ГГ) зависят его расход и стабильность подачи, обычно Р_ГГ = 0,03-0,05 МПа. При этом расход горючего газа G_ГГ составляет 1-2 м³/ч. Большую роль играет отношение расхода кислорода к горючему газу (β), в практике напыления β=1,1-4,0 (нижний предел для аце­тилена, верхний для пропано-бутановой смеси). Значение β определяет физико-химические свой­ства пламени, увеличение расхода горючего газа при выбранном β приводит к возрастанию тепло­вой мощности газового пламени W_ГП, его скорости v_ГП и длины высокотемпературной части потока l_п. При этом растет скорость подачи распыляемого материала v_ПР и, соответственно, производитель­ность G_НМ (рис. 100). Для газопламенного напыления используют стандартный кислород под давле­нием 0,35-0,45 МПа, расход которого составляет от 1 м³/ч и более. Для обжатия пламени давление га­за (воздуха) 0,3-0,4 МПа, а его расход 30-40 м³/ч.

Рис. 1 Влияние расхода горячего газа G на теплофизические характеристики газопламенной струи (а) и произв-ть напыления G_{H м} (б) при β=const

Параметры распыляемого материала и его ввода в газовое пламя. Дисперсность порошковых частиц, подаваемых в газовое пламя, составляет 10-100 мкм, более крупные порошкк нагреваются недостаточно.

Параметры, характеризующие внешние условия напыления. Для газопламенного процесса к внешним условиям напыления, прежде всего, относят дис­танцию напыления (влияние этого параметра аналогично для всех методов газотермического на­пыления), обычно она составляет 100-200 мм. Скорость перемещения пятна напыления находится в пределах 0,2-0,3 м/с.

Параметры газопламенной среды струи и потока напыляемых частиц. Максимальная температура пламени вблизи среза сопла достигает 2273-3473 К; и зависит в основ­ном от рода горючего газа и величины отношения кислорода к горючему р. Скорость газопламенных струй составляет 150-200 м/с и определяется расходом горючего газа, Р_ГГ и профилированием сопла.

29Детонационно-газовое напыление.

При ДГН покрытий используют специальный источник нагрева, распыления и ускорения напыляемых частиц. Источник представляет собой высокоскоро­стной поток газовой смеси, образующейся в результате направленного взрыва, обусловленного детонацией, для чего заданное количество газовой смеси подают в камеру зажигания и ствол ус­тановки.

Под детонацией понимают процесс химического превращения взрывчатого вещества при распространении по нему детонационной волны с максимально возможной скоростью, превы­шающей скорость звука в этой среде. Скорость детонации в установившемся режиме можно опре­делить по формуле: υ_д=129√Т_В(k+l)/m, где k=Cp/Сv показатель адиабаты (Cp,Сv- теплоемкости взрывчатой смеси соответственно при постоянном давлении и постоянном объёме.); т - молекулярная масса, кг; Т_в - температура взрыва, К.

Химическое превращение обеспечивает нагрев газовой смеси, при этом резко увеличива­ется объем продуктов реакции (в 1000 раз и более) и развивается давление до 1,5-3,0 МПа, время протекания детонации порядка 5·10^-3с.

Как для детонационной волны, так и для продуктов ее распада характерны большая ско­рость распространения (1000-3000 м/с) и достаточно высокая температура (3-5)·10³ К. Тепловая мощность детонационных газовых струй составляет 10⁴-10⁷ Вт, причем наиболее высокая - для ацетиленокислородных смесей. Состав продуктов распада продетонировавшей смеси определя­ется в основном составом исходной газовой смеси.

Скорость протекания детонационного взрыва и теплофизические параметры продуктов ре­акции легко регулируются введением в состав горючей смеси различных технологических добавок. Наиболее часто используют азот, аргон и другие газы. Технологические газовые добавки выпол­няют и другие функции. В частности, запирают каналы рабочих газов от действия взрыва, очищают камеру сгорания и ствол от продуктов детонации.

От скорости продуктов детонации зависит и скорость напыляемых частиц (800-1300 м/с). Время нагрева (в основном конвективного) порошковых частиц при переносе крайне мало - тысяч­ные и менее доли секунды. Обычно продолжительность динамического и теплового воздействия на частицу около 3·10^-3с. Если энтальпию напыляемых частиц отнести к подведенной энергии, как для других методов газотермического напыления, то энергетический КПД процесса будет мал. Однако в момент удара частица дополнительно разогревается, и ее температура и энтальпия су­щественно возрастают.

Скорости частиц при ДГН оказываются достаточно высокими, чтобы существенно повы­шать их температуру в момент соударения, иже приведены расчетные значения скорости холод­ных частиц некоторых материалов v₄, при которых происходит их расплавление (с учетом, что ки­нетическая энергия при переходе в тепловую распределится поровну между частицей и поверхно­стью напыления):

При расчете энергетического КПД η_ЭР следует учитывать температуру частиц в момент их контактирования с поверхностью напыления, с учетом этого η_ЭР = 0,1 - 0,15.

При использовании углеродосодержащих детонирующих газов продукты распада имеют восстановительный потенциал по отношению к распыляемому материалу. Возможно, выделение из горючей газовой смеси свободного углерода.