Ключ. слова: плазмогенератор, дуговой разряд, ионно-плазменная обработка, азотирование, модификация поверхности, газомагнетрон, полый катод
Індекс рубрикатора НБУВ: К557

Рубрики:

Обробка металів з використанням плазмового струменя (плазмова обробка)

Шифр НБУВ: Ж28350 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Описано методи плазмової модифікації поверхні металів, що застосовуються у машинобудуванні. Виконано аналіз переваг перспективних іонно-плазмових покриттів. Наведено результати досліджень об'ємного дугового розряду з плазмовим джерелом електронів, виконаним на основі порожнистого катода з газомагнетронним розігріванням. Розглянуто переваги та недоліки, а також перспективи розвитку енергоефективних плазмово-дифузійних технологій азотування на основі жевріючого та об'ємного дугового розрядів.

Рассмотрено изменение структуры материала электродов под воздействием различных технологических параметров в процессе эксплуатации. Определено влияние тока, продолжительности работы и формы электрода на характеристику микроструктуры электродного материала. Полученные результаты имеют важное практическое значение для создания дуговых нагревателей с высоким ресурсом работы электродов.

Оцінено вплив шорсткості поверхні та тонкої структури на конструкційну міцність виробів після шліфування, полірування, іонно-плазмової обробки (ІПО). Показано, що за ІПО головну роль у підвищенні конструкційної міцності грає іонне бомбардування, за рахунок якого тимчасовий опір збільшується на 20 %, межа плинності - на 37 % без зниження пластичності. Запропоновано пояснення встановленого явища.

Показано, що іонно-плазмова обробка не тільки змінює властивості поверхні, але й значно (до 40 %) збільшує показники міцності всього виробу без втрати пластичності. У цьому випадку вирішальне значення має операція іонного бомбардування, яка забезпечує 80 - 88 % загального зміцнення. Подальше нанесення покриття може підвищити міцність не більше, ніж на 4 %. Це пояснюється заліковуванням поверхневих дефектів у разі іонного бомбардирування, формуванням тонкого шару з дисперсною структурою і реалізацією механізму надпластичності за деформації.

Приведены результаты исследований по созданию электродугового плазмотрона и управляющего вычислительного комплекса для плазменно-механической обработки материалов.

Вдосконалено та запатентовано плазмотрон побічної дії з конічною ділянкою внутрішнього каналу. Проведено багатофакторний аналіз впливу технологічних параметрів плазмової обробки на властивості та розміри модифікованих шарів. Здійснено дослідження структури та фазового складу модифікованих шарів в низьколегованих і швидкорізальних інструментальних сталях за поверхневого плазмового оплавлення. Досліджено вплив плазмової поверхневої модифікації механізми утворення залишкової напруги в оплавлених шарах інструментальних сталей, ударну в'язкість інструментальних сталей. Встановлено рекомендації та технологічні прийоми одержання бездефектних модифікованих шарів з ультратонкою литою структурою. Розроблено технологічні процеси плазмової поверхневої модифікації.

Представлен анализ использования плазмотронов с жидким катодом для различных технологических операций. Рассмотрен механизм действия слаботочных разрядов между жидким электродом и металлической поверхностью. Обоснована целесообразность использования плазмотронов с жидким электродом.

Рассмотрена возможность получения наноструктур в поверхностном слое детали при действии потоков плазмы. Рассчитаны поля температур в зоне действия, плазмы, поля температурных напряжений и, с учетом критериев: достижения достаточных температур, скоростей роста температур и давлений (величин температурных напряжений). Показана возможность получения наноструктур.

Приведен анализ основных проблем ионно-плазменных технологий, в которых плазма генерируется вакуумно-дуговым разрядом с интегрально холодным катодом. Эти проблемы разделены на группы по выделенным основным зонам, характерным для рассматриваемых технологий. Охарактеризованы известные методы и оборудование, позволяющие решить некоторые из существующих проблем, а также предложены новые решения, позволяющие повысить эффективность применяемых в промышленности технологий. Разработанное оборудование является незаменимым при создании нового поколения сложнокомпозиционных покрытий, в состав которых входят как металлы, так и несколько реакционных газов, а также при автоматизации процессов ионно-плазменной обработки.

Показана возможность значительного повышения абразивной износостойкости высокопрочного чугуна при плазменной поверхностной обработке с нанесением упрочненного слоя дискретного строения. При этом степень повышения износостойкости зависит от режима обработки, направления перемещения плазмотрона и относительной площади упрочненной поверхности.

The mechanism of saturation under the treatment of aluminum and its alloys in electrolytic plasma is considered. The calculations of the Maxwell - Boltzmann distribution of particles in the layer around a cathode, activation energy determined by the internal energy of plasma, and boron diffusivity are carried out. The zone of thermal influence of a discharge, where borid aluminum is formed, is determined.

Представлены результаты исследований по изменению микроструктуры стали при поверхностной обработке деталей в плазмотроне с жидким катодом. Проведен анализ изменения твердости поверхности образцов стали 45. Полученные данные превосходят показатели твердости при использовании метода термической закалки на 10 %. Показаны перспективы использования предложенного метода.

Описан метод улучшения характеристик изделий из стали при использовании неравновесной плазмы. Показано, что разряд между металлическим анодом и электролитическим катодом приводит к экстремальным условиям нагрева путем создания мощного кратковременного теплового потока в изделие, с последующим быстрым охлаждением. В результате такого воздействия происходят фазовые изменения в поверхностном слое стали, приводящие к изменению ее механических или химических свойств.

Изучено влияние модифицирования поверхности реакторных материалов (урана, циркония и их сплавов) ионной имплантацией (ИИ) на их коррозионную стойкость (КС) и механические характеристики. Приведены результаты анализа поверхности изучаемых материалов после ИИ различными методами исследования: ядерно-физическим, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, электронной микроскопии, экзоэлектронной эмиссии, термодесорбции, весовым, ускоренных коррозионных испытаний в атмосфере и автоклаве, наноиндентирования и потенциостатических измерений. Показано, что ИИ способствует повышению КС урана и циркониевых сплавов. Предложены механизмы, объясняющие замедление коррозии материалов в случаях имплантации ионов инертных газов и металлов. Показано положительное воздействие ИИ на такие механические характеристики образцов из циркониевых сплавов, как нанотвердость, модуль упругости, скорость ползучести под давлением, пластичность, стойкость при испытаниях на разрыв.

Низькоенергетичне іонне бомбардування поверхні надає можливість усувати дефекти й одержувати нанокристалічну структуру в поверхневому шарі, що впливає на деформаційну поведінку виробу та підвищення його конструктивної міцності (поєднання високої міцності і пластичності). Міцність матеріалу забезпечується бездефектною структурою в середині зерен, а пластичність - станом меж з великою кількістю точкових дефектів. У них пластична деформація здійснюється за ротаційним механізмом - шляхом проковзування і повороту зерен. У цьому випадку є неможливим утворення концентраторів напружень і пов'язане з ним окрихчування металу.

Сформулирована необходимость решения новых задач в нанометровом и "протонном" масштабах, связанных с проблемой разрушения твердого тела в условиях обратимого (адсорбционного) взаимодействия тела со средой. Показано, что в основу представлений о физической природе возникновения физико-механических свойств твердого тела под влиянием среды положены общие термодинамические представления о стремлении свободной энергии системы к уменьшению вследствие адсорбции среды. Такие макроскопические представления, построенные без учета микроскопических явлений, вызывают неадекватное понимание и толкование механизма влияния среды. Обсуждена решающая роль трещины как фактора, инициирующего в момент разрушения различные физические процессы и явления, имеющие квантовую природу, которые инициируют не только многоэтапные химические превращения исходной поверхностно-активной среды вплоть до образования водородной плазмы, но и обеспечивают своевременное поступление протонов в область пластической деформации перед острием трещины. Выявлены условия, способствующие инициированию и самоускорению химических превращений среды в зоне разрушения, а также проявлению положительной обратной связи между механическими и химическими процессами. Предложен новый способ формообразования деталей путем механоплазменной обработки (МПО) металла.

Індекс рубрикатора НБУВ: К663.054-18 + К557-1

Рубрики:

Електрохімічні покриття металів. Гальванотехніка

Обробка металів з використанням плазмового струменя (плазмова обробка)

Шифр НБУВ: Ж100357 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Глибинна плазмова обробка сплавів дає можливість об'єднати перемішування розплаву високотемпературним газом з регульованим нагрівом. Використання глибинної обробки сплавів плазмою дозволяє перевести матричний розплав до рівноважного мікрооднорідного стану з подальшим перетворенням його компонентів та добавок у пар, що підвищує інтенсивність фізико-хімічних процесів та міжфазних взаємодій у розплаві з конденсацією пароподібних фаз і створенням значних концентраційних та температурних градієнтів у матричному охолоджувачі. Визначено розподіл температур та напрямок переміщення рідкого алюмінієвого сплаву АК6 в реакційній зоні плазмового струменя. Дослідження проведено з використанням обчислювального експерименту, математичного та комп'ютерного моделювання. В основу математичної моделі покладено фундаментальні рівняння тепломасопереносуз відповідними граничними умовами. Плазмовий нагрів моделювали у вигляді концентрованого джерела, яке має постійну температуру. Джерело розташовано в реакційній зоні зануреного в метал плазмового струменя.

Мета роботи - вдосконалення технології обробки деталей з важкооброблюваних матеріалів, а саме - дослідження й наукове обгрунтування параметрів процесу плазмово-механічної обробки поверхонь деталей з легованих сталей для підвищення продуктивності обробки, забезпечення необхідної якості поверхневих шарів обробленої деталі. Результати роботи з плазмово-механічної обробки отримані шляхом теоретичних і експериментальних досліджень. Теоретичні дослідження полягають у визначенні параметрів теплового поля заготовки при плазмовому нагріванні в умовах плазмово-механічного точіння й фрезерування. Експериментальні дослідження засновані на комплексному вивченні взаємозв'язку основних показників механічної обробки з факторами попереднього плазмового нагрівання припуску. Одержано дані про стан параметрів якості обробленої поверхні заготовки при нагріванні плазмовою дугою. Виявлено залежність виду мікроструктури від глибини поверхневого шару заготовки, установлений розподіл залишкових напруг по глибині поверхневого шару. Вивчено особливості схем розташування зон зі зміненою мікроструктурою і їх взаємозв'язок з режимами нагрівання й різання в конкретних умовах плазмово-механічної обробки. Розроблений процес плазмово-механічного точіння, фрезерування та рекомендації з вибору параметрів нагрівання та різання дозволяють збільшити продуктивність обробки заготовок із середньо легованих сталей при забезпеченні заданих параметрів якості обробленої поверхні. Встановлено, що попереднє плазмове нагрівання при механічної обробки забезпечує протікання специфічного термічного циклу в матеріалі припуску, у результаті чого змінюються твердість і пластичність оброблюваного матеріалу. Зміна механічних властивостей припуску приводить до зниження питомих навантажень на ріжучий клин, до зниження інтенсивності його адгезійного зношування й тендітного руйнування, до стабілізації його округлення, що позитивно позначається в цілому на висоті мікронерівностей і ступені наклепу обробленої поверхні.