Temperature Distribution During Powder Coatings Applying Using Plasma Stream Within Their Contact With the Substrate Layer

Abstract

УДК 537.5 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРИ НАНЕСЕНИИ ПЛАЗМЕННОЙ СТРУЕЙ ПОРОШКОВЫХ ПОКРЫТИЙ В ИХ КОНТАКТЕ С ПОДЛОЖКОЙ © 2015А.А. Хафизов, старший преподаватель кафедры «Электроэнергетика и электротехника» Ю.И. Шакиров, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Электроэнергетика и электротехника» С.Н. Тимергалиев, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой «Математика» В.И. Ильин, кандидат технических наук, доцент кафедры «Электроэнергетика и электротехника» Набережночелнинский институт Казанского (Приволжского) Федерального университета, Набережные Челны (Россия) Ключевые слова: математическая модель; плазменная струя; электрический разряд; жидкий катод; подложка; подслой; тепловой поток.Аннотация: В данной работе приводятся результаты математического моделирования температурного состоя-ния системы «подложка -подслой» при нанесении защитных покрытий из ферромагнитного порошка на стальные образцы. Рассматриваются вопросы распределения температуры и температурных градиентов в подложке и под-слое и в области их контакта. Подробно описывается процесс нанесения покрытия плазменной струей, получен-ной в электрическом разряде с жидким катодом, а также плазменная установка, с помощью которой производили напыление ферромагнитного порошка. В работе также рассматривается способ получения ферромагнитного по-рошка. При решении задачи использовали метод Фурье. Приводятся исходные данные для реализации вычисли-тельной схемы. Результаты численных расчетов приведены в виде зависимостей изменения во времени темпера-туры на контакте подслоя с подложкой и временной зависимости величины Q=q-φ; где q -плотность теплового потока, падающего на свободную поверхность подслоя; φ -плотность теплового потока на контакте подслоя с подложкой. Анализ приведенных данных показывает, что в системах контактного теплообмена «подслой -под-ложка» с близкими значениями теплофизических характеристик материалов составляющих наблюдается медленный рост во времени температуры контакта. В таких системах плотность теплового потока в области контакта подслоя с подложкой незначительно отличается от плотности потока, вызывающего разогрев свободной поверхности под-слоя, причем с течением времени они стремятся к выравниванию. Указанные временные зависимости t 1 (τ) и Q(τ) обусловлены тем, что в данном случае толщина подложки значительно превосходит толщину подслоя. ВВЕДЕНИЕПрочность защитного покрытия и поверхностное упрочнение наносимого с помощью плазменной струи, полученного в электрическом разряде с жидким като-дом [1; 2], и его сцепление с подложкой в значительной степени зависит от наличия остаточных напряжений [3; 4] в системе «покрытие -подложка». Изучению роли остаточных напряжений в сварных соединениях по-священо значительное количество как зарубежных, так и отечественных исследований [5][6][7]. Снизить уровень остаточных напряжений можно путем нанесения на подложку дополнительного подслоя [8]. Поскольку подложка и подслой обладают различными теплофизи-ческими свойствами, то при тепловом воздействии на систему «подло...