Защита состоится 22 Декабря 2010г. в 10:00 на заседании специализированного ученого совета Д 26.182.01 при Институте электросварки им. Е.О.Патона НАН Украины о адресу: 03680, г. Киев – 150, МСП, ул. Боженко, 11.

Загрузить автореферат

АННОТАЦИЯ

Кислица А. Н. Микроплазменное напыление с использованием проволочных материалов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.06 "Сварка и родственные процессы и технологии". - Институт электросварки им. Е.О. Патона НАНУ, Киев, 2010 г.

Диссертация посвящена разработке технологии микроплазменного напыления покрытий с использованием проволочных материалов.

Установлены основные технологические особенности процесса микроплазменного напыления из проволочных материалов и определены факторы, оказывающие наибольшее влияние на процесс напыления и свойства покрытий.

Расчетно-теоретический анализ процесса диспергирования расплава материала нейтральной проволоки в условиях микроплазменного напыления показал, что условием отрыва капли расплава с торца нейтральной проволоки является необходимая скорость микроплазменной струи, которая зависит от свойств материала проволоки, главным образом от величины поверхностного натяжения ее расплава и для σ = 0,914...2,3 Дж/м² составляет 270...430 м/с. Это соответствует устанавливаемому расходу плазмообразующего газа в пределах 100...300 л/ч. Данные величины расхода плазмообразующего газа приводят к турбулентному характеру истечения плазменной струи (Re =3000...9000).

Величина диаметра проволоки и скорость её подачи в зону дуги при МПН зависит от теплофизических свойств её материала, которые определяют её стабильное плавление в зоне дуги. В случае применения проволок W, NiCr, Ti диаметр проволоки составляет 0,2...0,4 мм, а скорость подачи - 3...6 м/мин.

Определены ВАХ микроплазмотрона с выносным анодом и защитным соплом для условий микроплазменного напыления из проволочных материалов. Исследовано влияние технологических параметров на КПД плазмотрона который достигает 73%, температура плазмы при этом достигает 17700К.

Степень влияния различных факторов процесса распыления проволоки на величину среднего размера частиц для различных материалов при диспергировании расплава проволоки плазменной струей, а также на КИМ определена с применением метода планирования многофакторного эксперимента. Математическая обработка полученных данных позволила получить линейные регрессионные модели, показывающие влияние наиболее существенных параметров процесса (силы тока, расхода плазмообразующего газа, дистанции напыления, скорости подачи проволоки) на формирование струи частиц напыляемого материала и комплекса характеристик покрытий из W, NiCr и Ti. в условиях микроплазменного напыления с использованием проволочных материалов.

Для условий микроплазменного напыления из проволочных материалов определены скорость частиц напыляемого материала, которая зависит от силы тока и расхода плазмообразующего газа и обратно пропорциональна удельному весу распыляемого материала. Скорость достигает для Ti-частиц - 75 м/сек, частиц NiCr - 70 м/сек, W-частиц - 45 м/сек.

Проведено исследование фигуры металлизации для МПН с использованием NiCr-проволоки. Установлено, что профиль фигуры металлизации описывается распределением Гаусса. Диаметр пятна напыления составляет 5...10 мм, угол раскрытия струи находится в пределах 4,6°...9,4°, что сравнимо с данными для ламинарных плазменных струй, и вероятно связано с наличием обжимающей струи защитного газа.

Показано, что в связи с возможностью сокращения дистанции напыления при проволочном МПН до 40...60 мм достигается пониженное содержание в покрытиях оксидных и нитридных фаз. Так для Ti-покрытия минимальные значения составили О2 - 0,88%, N2 - 0,57%.

В результате установления возможности управления макропористостью Ti-покрытий при проволочном МПН, соответствия величины их сцепления с основой из Ti-сплава на отрыв (25,6±4,6МПа) и на сдвиг (24,2±3,5 МПа) требованиям ASTM С633, а также данным испытаний этих покрытий «in-vivo», показана эффективность их применения при изготовлении эндопротезов различного назначения (тазобедренных, дентальных и др.).

Ключевые слова: микроплазменное напыление, проволочные материалы, характеристики плазмотрона, структура, свойства покрытий, биосовместимые Ti-покрытия.