Registration Number
0824U003462, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
09-12-2024
popup.evolution
o
Title
Cold spraying of protective and restorative coatings on parts of aviation engineering made of titanium alloys
Author
Wenjie Hu,
popup.head Oleksandr V. Shorinov
popup.opponent Anatoliy Sanin
popup.opponent Ievgen V. Konoplianchenko
popup.review Andrii O. Breus
popup.review Yurii V. Shyrokyi
popup.rada
National Aerospace University "Kharkiv Aviation Institute"
Description
Дисертаційна робота присвячена удосконаленню технології холодного газодинамічного напилювання захисних і відновлювальних покриттів на титанові сплави шляхом встановлення оптимальної геометрії сопел для напилювання, закономірностей впливу параметрів газу на вході в сопло та характеристик порошку на швидкість частинок в момент зіткнення з підкладкою. Об’єктом дослідження є процес прискорення частинок порошку надзвуковим потоком в каналі сопла для холодного газодинамічного напилювання та високошвидкісного зіткнення частинки з титановою підкладкою. Предметом дослідження є закономірності впливу геометрії сопла, параметрів процесу холодного газодинамічного напилювання та характеристик порошку на швидкість частинок в потоці.
Актуальність та необхідність в проведенні досліджень обумовлена існуючою проблемою подовження ресурсу деталей авіаційної техніки, виготовлених з титанових сплавів. Одним з можливих напрямків підтримання працездатності таких деталей, забезпечення високих експлуатаційних показників та підвищення довговічності, є розвиток та удосконалення існуючих способів нанесення покриттів. У дисертаційній роботі представлено нові науково-обґрунтовані результати теоретичних розрахунків і чисельного моделювання, які узагальнюють і забезпечують вирішення найбільш важливої складової нанесення покриттів – забезпечення можливості зчеплення частинок порошку з поверхнею з достатньою адгезійною міцністю та подальшого зростання покриття.
В першому розділі розглянуто використання титанових сплавів в авіаційній та аерокосмічній галузях, експлуатаційних дефектів, причин їх виникнення та можливих шляхів попередження та усунення. Наведено методи нанесення покриттів та місце серед них холодного газодинамічного напилювання, його переваги та перспективи щодо можливостей використання для отримання покриттів на поверхнях з титанових сплавів.
В другому розділі наведено основні рівняння газодинаміки, які використовуються для опису потоку в звужувально-розширних соплах для холодного газодинамічного напилювання та розрахунку їх геометричних характеристик. Виконано аналіз моделей, які використовуються для знаходження температурно-швидкісних характеристик частинок порошку в газовому потоці в каналі сопла.
Третій розділ дисертаційної роботи присвячено чисельному моделюванню процесу високошвидкісного зіткнення частинок порошку з підкладкою в процесі холодного газодинамічного напилювання. Вперше запропоновано використання критерію Y (відношення глибини кратеру в поверхні, утворений в результаті зіткнення з нею частинки порошку, до висоти деформованої частинки), який може бути застосований для визначення критичної швидкості частинки в момент зіткнення, необхідної для її зчеплення з поверхнею та прогнозування можливості утворення між ними адгезійних зв’язків.
В четвертому розділі наведено рекомендації для практичного використання отриманих результатів дисертаційної роботи, зокрема геометрії каналів надзвукових сопел для холодного напилювання прямих та поворотних для напилювання покриттів на внутрішні поверхні деталей з титанових сплавів, розробленого пристрою для подачі порошку в розширну частину сопла при холодному напилюванні високого тиску, вибору параметрів напилювання (тиску та температури газу на вході в сопло, розміру частинок порошку), що забезпечують досягнення частинками значень швидкості, необхідної для їх зчеплення з поверхнею та формування покриття. Наведено рекомендації для подальших досліджень процесу холодного газодинамічного напилювання.
Наукова новизна отриманих результатів полягає в такому:
1) уперше за результатами чисельного моделювання отримано залежності швидкості частинки порошку на виході з спрофільованого одноканального сопла для напилювання від параметрів газу на вході в сопло (температура та тиск), характеристик порошку (матеріал і розмір частинок), та геометричних характеристик сопла (діаметр критичного перерізу, його довжина, кут повороту потоку в критичному перерізі, довжина розширної частини сопла, точки підводу порошку).
2) уперше встановлено особливості прискорення та траєкторії руху частинок порошку в спрофільованому поворотному соплі від температури та тиску основного газового потоку, тиску транспортуючого потоку, матеріалу порошку та розміру його частинок.
3) Уперше застосовано критерій Y, який є відношенням глибини кратеру в поверхні, утворений в результаті зіткнення з нею частинки порошку, до висоти деформованої частинки, для оцінювання можливості утворення між ними зв’язків при напилюванні гомо- та гетерогенних матеріалів.
4) Отримав подальший розвиток науково-обґрунтований комплексний підхід, який базується на використанні теоретичних розрахунків і результатів чисельного моделювання та дає можливість прогнозувати швидкість частинок різних порошкових матеріалів на виході з сопла, що дозволило отримати та узагальнити шляхи забезпечення утворення зв’язків між частинками порошку та підкладкою.
Registration Date
2024-12-05
popup.nrat_date
2024-12-05 / 2026-07-01
