Определение толщины покрытия, образуемой единичной каплей расплава при газотермическом напылении поверхности вращающейся заготовки

Abstract

Во введении представлены физические основы газотермического напыления и отмечена необходимость определения параметров процесса на получаемые покрытия. Анализ формирования пленки из капли расплава является важной задачей, обуславливающей формирование эксплуатационных свойств получаемого покрытия. Цель исследования - определение толщины пленки покрытия единичной капли при газотермическом напылении на поверхности вращающейся заготовки. Научная новизна работы заключена в установлении зависимости для нахождения конечных размеров растекающейся по поверхности вращающейся заготовки капли расплава, т.е. пленки затвердевшего металла. В основной части показано, что процесс растекания капель расплава по твердой поверхности делится на три последовательные стадии: на начальной стадии капля под воздействием капиллярных сил и силы тяжести превращается в плоскую «лужицу», затем происходит дальнейшее растекание жидкости со степенной зависимостью расстояния от времени, на последней стадии скорость растекания быстро уменьшается и растекание прекращается. Выведена зависимость для определения толщины образуемой единичной каплей расплава с учетом ее кинетической энергии, сил трения при растекании и без учета изменения температуры при кристаллизации. Результаты исследования представлены на рисунке 1 в виде графиков. В заключении изложены результаты анализа зависимости конечных размеров растекающейся по поверхности вращающейся заготовки капли расплава от исходных размеров капли при различных скоростях ее полета. Установлено, что для получения наименьшей толщины единичного элемента покрытия необходимо, чтобы исходные размеры капель, попадающих на поверхность вращающейся заготовки, были минимальными, а скорость их полета - максимальной, причем с увеличением размера капли влияние скорости на толщину покрытия увеличивается. Область применения полученных результатов работы - восстановление и упрочнение поверхностей деталей машин при газотермическим напылении.

The introduction presents the physical foundations of gas thermal spraying and indicates the need to determine the process parameters for the resulting coatings. Analysis of film formation from a melt drop is an important task that determines the formation of the operational properties of the resulting coating. The purpose of the work is to determine the thickness of the coating film of a single drop during gas thermal spraying on the surface of a rotating workpiece. The scientific novelty of the work lies in the establishment of a relationship for finding the final dimensions of a melt droplet spreading over the surface of a rotating workpiece, i.e. a film of solidified metal. The main part shows that the process of melt droplets spreading over a solid surface is divided into three consecutive stages: at the initial stage, the droplet turns into a flat “puddle” under the influence of capillary forces and gravity, then further spreading of the liquid occurs with a power dependence of distance on time, at the last stage the spreading rate quickly decreases and the spreading stops. Conclusion of dependence is presented for determination of thickness of melt formed by single drop with consideration of its kinetic energy, friction forces at spreading and without consideration of temperature change at crystallization. The results of the study are presented in the form of graphs (figure 1). In conclusion, the results of the analysis of the dependence of the final dimensions of the melt droplet spreading over the surface of the rotating workpiece on the initial dimensions of the droplet at different flight speeds are presented. It has been found that in order to obtain the smallest thicknesses of a single coating element, it is necessary that the initial dimensions of the droplets falling on the surface of the rotating preform have minimum dimensions and their flight speed should be maximum, and with increasing droplet size, the influence of speed on the thickness of the coating increases. The field of application is the restoration and strengthening of the surfaces of machine parts during gas thermal spraying.