Влияние силы тяжести на движение частиц титанового порошка в плазменном потоке

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Представлена попытка определить влияние направления распыления на движение частиц в плазменном потоке с целью оценить влияние силы тяжести. Выбраны три направления распыления: вниз, вверх и горизонтально. Рассматривался титановый порошок ПТМ-1 ТУ 14-22-57-92. Для каждого из рассматриваемых направлений распыления выполнен расчет движения частиц титанового порошка разной дисперсности в плазменном потоке методом конечных элементов с использованием программного пакета SolidWorks. В качестве распыляемого порошкового материала выбраны частицы размерами 1, 50 и 90 мкм. Изучено изменение температуры частиц порошка при движении в плазменном потоке в зависимости от направления распыления. Проведен сравнительный анализ для рассматриваемых направлений распыления, по результатам которого описаны достоинства и недостатки и даны рекомендации по ведению процессов получения порошка и нанесения покрытий. Представленные данные могут быть полезными при выборе положения подложки для нанесения функциональных покрытий. Продемонстрировано влияние силы тяжести на сепарацию получаемых порошков и на распределение температуры плазменного потока в исследуемой зоне. Для верификации результатов расчета проведен натурный эксперимент в плазменной установке, собранной на базе ИМЕТ УрО РАН, которая применяется для получения порошка и нанесения покрытий, с учетом ее конструктивных особенностей. Результаты имеют практическую пользу для разработчиков и потребителей технологического оборудования.

Об авторах

Р. А Окулов

Институт металлургии Уральского отделения РАН (ИМЕТ УрО РАН); ФГАОУ ВО Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина

Email: okulov.roman@gmail.com

В. А Крашанинин

Институт металлургии Уральского отделения РАН (ИМЕТ УрО РАН)

Email: okulov.roman@gmail.com

Б. Р Гельчинский

Институт металлургии Уральского отделения РАН (ИМЕТ УрО РАН)

Email: okulov.roman@gmail.com

А. А Ремпель

Институт металлургии Уральского отделения РАН (ИМЕТ УрО РАН)

Автор, ответственный за переписку.
Email: okulov.roman@gmail.com

Список литературы

  1. Ноздрин, И.В. Разработка научных основ и технологий плазмометаллургического производства нанопорошков борида и карбида хрома: дис. … докт. техн. наук: 05.16.06 / Ноздрин Игорь Васильевич; Сиб. федер. ун-т. - Красноярск, 2015. 323 с.
  2. Sneha, S. Thermal plasma technology: the prospective future in material processing / S. Sneha //j. Cleaner Production. 2017. V.142. №4. P.3131-3150.
  3. Струков, Н.Н. Разработка технологии плазменного распыления прутковых материалов в камере с противотоком: дис. … канд. техн. наук: 05.02.10 / Струков Николай Николаевич; Пермский нац. исследоват. политех. ун-т. Пермь, 2012. 126 с.
  4. Sunpreet, S. Material issues in additive manufacturing: a review / S. Sunpreet, R. Seeram, S.Rupinder //j. Manufact. Proc. 2017. V.25. P.185-200.
  5. Фролов, В.А. Технологические особенности методов свеpхзвукового газотеpмического напыления (обзоp) / В.А. Фpолов, В.А. Поклад, Б.В. Pябенко, Д.В. Виктоpенков // Сварочное производство. 2006. №11. С.38-47.
  6. Денисова, Ю.А. Эволюция структуры поверхностного слоя стали, подвергнутой электронно-ионно-плазменным методам обработки / Ю.А. Денисова, Ю.Ф. Иванов, О.В. Иванова [и др.]. - Томск: Изд-во научно-технической литературы, 2016. 303 с.
  7. Neikov, O. Non-ferrous powder production: manufacturing methods and properties of copper, aluminium, titanium and nickel powders / O. Neikov // Powder Metallurgy Review. 2014. Summer. P.65-87.
  8. Leyens, C. Titanium and titanium alloys: fundamentals and applications / C. Leyens, M. Peters. - Weinheim: WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2003. 513 р.
  9. Anakhov, S.V. Gas vortex stabilization in plasma torches: new solutions / S.V. Anakhov, Yu.A. Pykin, A.V. Matushkin // Welding International. 2016. V.30. Is.5. P.408-412.
  10. Bora, B. Numerical investigation of nanoparticle synthesis in supersonic thermal plasma expansion / B. Bora, B.J. Saikia, C. Borgohain, M. Kakati, A.K. Das // Vacuum. 2010. V.85. Is.2. P.283-289.
  11. Masaya, S. Effect of precursor fraction on silicide nanopowder growth under thermal plasma conditions: a computational study / S. Masaya, W. Takayuki // Powder Technology. 2016. V.288. P.191-201.
  12. Клименко, А.А. Конструкции электродуговых плазмотронов / А.А. Клименко, Г.К. Ляпин. - М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2010. 56 с.
  13. Матушкин, А.В. Совершенствование системы газовихревой стабилизации электродуговых плазмотронов для резки металлов: дис. … канд. техн. наук: 05.02.10 / Матушкин Анатолий Владимирович; Ур. федер. ун-т им. первого Президента России Б.Н. Ельцина. - Екатеринбург, 2017. 132 с.
  14. Gelchinski, B.R. High-entropy alloys: properties and prospects of application as protective coatings / B.R. Gelchinski, I.A. Balyakin, A.A. Yuryev, A.A. Rempel // Russian Chemical Rev. 2022. V.91. Is.6. Art.RCR5023.
  15. Hong, F. Synthesis and characterization of silicon oxide nanoparticles using an atmospheric DC plasma torch / F. Chau-Nan Hong, C.-J. Yan // Advanced Powder Technol. 2018. V.29. P.220-229.
  16. He, J. Simulation and experimental observation of silicon particles vaporization in RF thermal plasma reactor for preparing Si nano-powder /j. He, L. Bai, H. Jin, Z. Jia, G. Hou, F. Yuan // Powder Technology. 2017. V.313. P.27-35.
  17. Quesnel, F. Nanowires and nanostructures of lithium titanate synthesized in a continuous thermal plasma reactor / F. Quesnel, G. Soucy, J. Veilleux, P. Hovington, W. Zhu, K. Zaghib // Chem. Eng. J. 2016. V.306. P.640-645.
  18. Hou, H. Spheroidizing mechanisms and simulation of spherical silica in oxygen-acetylene flame / H. Hou, Z. Ji, Z. Xie, H. Jin // Advanced Powder Technol. 2018. V.29. P.789-795.
  19. Anupam, A. Understanding the microstructural evolution of high entropy alloy coatings manufactured by atmospheric plasma spray processing / A. Anupam, R.S. Kottada, S. Kashyap, A. Meghwal, B.S. Murty, C.C. Berndt, A.S.M. Ang // Applied Surface Science. 2020. V.505. Art.144117.
  20. Dalir, E. Modeling of suspension plasma spraying process including arc movement inside the torch / E. Dalir, A. Dolatabadi, J. Mostaghimi //j. Thermal Spray Technol. 2019. V.28. P.1105-1125.
  21. Subbiah, R. Experimental study of wear behaviour on Al-2014 alloy coated with thermal spray HVOF (high velocity oxy-fuel) and plasma spray process: a review / R. Subbiah, A. Arun, A. A. Lakshmi, A.N.S. Harika, N. Ram, N. Sateesh // Materials Today: Proceedings. 2019. V.18. P.5151-5157.
  22. Li, S.Q. Flame aerosol synthesis of nanostructured materials and functional devices: Processing, modeling, and diagnostics / S.Q. Li, Y. Ren, P. Biswas, S.D. Tse // Progress in Energy and Combustion Science. 2016. V.55. P.1-59.
  23. Torabmostaedi, H. Process control for the synthesis of ZrO2 nanoparticles using FSP at high production rate / H. Torabmostaedi, T. Zhang, P. Foot, S. Dembele, C. Fernandez // Powder Technology. 2013. V.246. P.419-433.
  24. Okulov, R.A. Influence of the plasmatron anode length in the processes of powder production and coating / R.A. Okulov, V.A. Krashaninin, E.V. Popov // AIP Conf. Proceed. 2022. V.2456. Art.020035.
  25. Волф, У. Справочник по инфракрасной технике / У. Волф, Б. Герман, Э. Ла Рокка, Г. Сьюте, Р. Тернер. Р. Хуфнагел. - М.: Мир, 1995. 606 с.
  26. Солонин, И.С. Математическая статистика в технологии машиностроения / И.С. Солонин. - М.: Машиностроение, 1972. 215 с.
  27. Кравченко, Н.С. Методы обработки результатов измерений и оценки погрешностей в учебном лабораторном практикуме: учеб. пособие / Н.С. Кравченко, О.Г. Ревинская. - Томск: Изд-во Томского политех. ун-та, 2011. 88 с.
  28. Okulov, R.A. Effect of the plasma-forming gas consumption on processes of plasma spray coating and metal powder production / R.A. Okulov, K.I. Sarsadskikh, S.A. Ilinykh, M.N. Zakharov //j. Physics: Conf. Ser. 2019. V.1281. Art.012058.
  29. Okulov, R.A. Development of the computer model of the plasma installation / R.A. Okulov, E.V. Popov, B.R. Gelchinsky, A.A. Rempel //j. Physics: Conf. Ser. 2021. V.2064. Art.012044.
  30. Okulov, R.A. Plasma jet stream simulation for formation coating and powder manufacturing processes / R.A. Okulov, V.A. Krashaninin, E.V. Popov //j. Physics: Conf. Ser. 2021. V.1954. Art.012033.
  31. Madler, L. Controlled synthesis of nanostructured particles by flame spray pyrolysis / L. Madler, H.K. Kammler, R. Mueller, S.E. Pratsinis // Aerosol Science. 2002. V.33. P.369-389.
  32. He, J. Optimization of tungsten particles spheroidization with different size in thermal plasma reactor based on numerical simulation /j. He, L. Bai, H. Jin, F. Yuan // Powder Technology. 2016. V. 302. P.288-297.
  33. Neikov, O.D. Nanopowders / O.D. Neikov, N.A. Yefimov // Handbook of Non-Ferrous Metal Powders. - [S.l.]: Elsevier, 2019. Chapter 9. P.271-311.
  34. Zhu, H. Study on behaviors of tungsten powders in radio frequency thermal plasma / H. Zhu, H. Tong, C. Cheng, N. Liu // Intern. J. Refractory Metals and Hard Materials. 2017. V.66. P.76-82.
  35. Chazelas, C. Synthesis of nanometer alumina particles by plasma transferred arc alternative / C. Chazelas, J.F. Coudert, J. Jarrige, P. Fauchais //j. European Ceramic Soc. 2007. V.27. P.947-950.

© Российская академия наук, 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах