Экспериментальное исследование взаимодействия капель металлических расплавов с основой тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

РГо ОД 2 9 АВГ да

На правах рукописи

СМИРНОВ АНДРЕИ ВЛАДИМИРОВИЧ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

КАПЕЛЬ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ С ОСНОВОЙ

01.04Л 4 - теплофизика и молекулярная физика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

НОВОСИБИРСК - 2000

Работа выполнена в Институте теоретической и прикладной механики Сибирского Отделения РАН (г. Новосибирск).

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор ОЛ. Солоненко

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

В.И. Терехов

Ведущая организация:

кандидат физико-математических наук, с.н.с В.Ю. Ульяницкий

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН (г. Томск)

Защита состоится </.2(» июля 2000 года в // час.00 мин, на заседании диссертационного совета К 002.65.01 по присуждению ученой степени кандидата наук в Институте теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН по адресу. 630090, Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института теплофизики СО РАН.

Автореферат разослан «ЛО» июня 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

-В.Н. Ярыгин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В последнее десятилетие о гм с чаете я неослабевающий интерес к проблеме сверхбыстрой закалки микрокапель расплавов различных материалов при их соударении с поверхностью. Данное явление лежит в основе многих технологий, таких как плазменное, детонационное, газопламенное напыление, электродуговая металлизация, микрораспыление порошков, получение микрокристаллических и аморфных материалов, а также представляет большой интерес для физического материаловедения (изучение неравновесных диаграмм состояний различных сплавов и композиционных материалов при экстремальных воздействиях) и т.д.

Характерные особенности данной системы - малые размеры частиц, широкий диапазон скоростей и температур их взаимодействия с несушим потоком и поверхностью и, как следствие, наличие факторов, существенно затрудняющих анализ протекающих при этом процессов.

В этой связи, постановка комплексных исследований, обеспечивающих проведение по возможности полностью контролируемых модельных физических экспериментов, корректную интерпретацию и критериальное обобщение получаемых опытных данных, а также прогнозирование более детальной картины явлений является чрезвычайно актуальной проблемой.

Решение перечисленных проблем во многом определяется возможностью постановки комплексных теоретических и экспериментальных исследований взаимодействия "'капля расплава - поверхность" при полном контроле ключевых физических параметров КФГ1 (скорость и1т, размер Dp, температура поверхности Тро частицы при ее соударении с подложкой, имеющей заданную температуру ТЬо и состояние поверхности).

В момент столкновения частицы с основой происходят как чисто гидродинамические процессы, так н теплофпзические и диффузионные, а также химические. Наши представления о закономерностях указанных процессов весьма отрывочны, а зачастую и противоречивы. Следствием этого является низкая адгезия и когезия, неповторяемость служебных характеристик покришй и дискредитация собственно метода плазменного напыления. Поэтому важнейшими проблемами при исследовании закономерностей формирования плашейных покрытий являются: 1) изучение механизма взаимодействия на границе частица - подложка, 2) установление корреляций между свойствами покрытий и режимными параметрами процесса напыления.

Сформулированная проблема является объектом интенсивных исследований не только в России, но и в ряде научных групп за рубежом: в Японии (Joining and Welding Research Institute, Osaka University; Tokyo Institute of Technology,

Department of Metallurgy), США (Sandia National Laboratories, Albuquerque, New Mexico), Франции (University of Limoges, Laboratory of Ceramic Materials and Surface Treatment, CNRS), Германии (University of Dortmund, Institute of Materials Technology), Канаде (National Research Council, Industrial Materials Institute).

При плазменном напылении, включающем практически все характерные особенности газотермического напыления (ГТН), покрытие формируется путем послойной укладки отдельных сплэтов, - растекшихся и затвердевших на подложке капель расплава. Длительное время построение теоретических моделей данного явления основывалось на предположении, что при соударении расплавленной частицы диаметром десятки микрон и более затвердевание расплава происходит после полного растекания капли на подложке [1]. Существующие эмпирические зависимости, применяемые для определения степени растекания капель расплава, основаны также на этом предположении.

В работе [2] с использованием единого методического подхода впервые рассмотрены основные сценарии взаимодействия капля расплава - подложка, реализующиеся в зависимости от температуры в контакте Тс между частицей и подложкой на стадии напорного растекания:

(1) - деформация и одновременное затвердевание капли на твердой подложке (ТЬт> Тс <ГР,„);

(2) - деформация, одновременное затвердевание капли и подплавление подложки в пятне контакта ее с частицей (7t„,< Тс <Трт), и последующее охлаждение и затвердевание подплавленного слоя;

(3) - полное растекание капли на твердой подложке (ТЬт>Тс >Тр„), последующее охлаждение и затвердевание жидкого слоя с одновременным его сворачиванием под действием сил поверхностного натяжения;

(4) - полное растекание капли с одновременным подплавленнем подложки в пятне контакта ее с частицей (ТЬ,„<ТС ~¿.Tpm)y последующее охлаждение и затвердевание растекшейся капли и приповерхностного слоя расплава основы.

Здесь Трт, Ть„ - температура плавления материалов капли и основы.

Обзор и анализ состояния исследований сформулированной проблемы показывает, что к настоящему времени известно большое количество публикаций, отвечающих лишь первому сценарию взаимодействия капля расплава - основа, и совершенно отсутствуют какие-либо систематические экспериментальные данные и критериальные теоретические описания и обобщения процессов для трех последних сценариев (2)-(4). В большинстве случаев имеющиеся опытные данные для всех перечисленных сценариев носят лишь качественный характер, поскольку для них не приводятся значения КФП, при которых получены сплэты частиц. Последнее делает невозможным адекватное критериальное обобщение

характеристик сплэтов. Кроме того, совершенно отсутствует системное теоретическое описание рассматриваемого явления, позволяющее создать обобщенную "карту формирования сплэтов в условиях, характерных лля ГТИ, в том числе плазменного напыления. I! связи с этим, представляется актуальным проведение систематических модельных экспериментов с целью получения представительного набора опытных данных при полном контроле КФП и их критериальное обобщение.

Цслыо работы является: модельное экспериментальное исследование взаимодействия капель металлических расплавов с поверхностью в условиях полного контроля КФП'. критериальное обобщение полученных экспериментальных данных, отвечающих сценарию !. наиболее распространенному в технологии ГТ11; тестирование известных теоретических и эмпирических зависимостей, характеризующих степень деформации капель металлических расплавов, представляющих как фундаментальный, так и практический интерес для оптимизации технологий ГТН; демонстрация возможности последовательного изменения сценариев формирования сплэтоп при целенаправленном изменении одного или нескольких КФП; выявление особенностей формирования сплэтов при интенсивном теплообмене капля расплава - подложка.

Научная новизна. 15 работе впервые получены следующие научные ре-зульт аты:

1. Создана модельная физическая установка, позволяющая осущесшлять нагрев и генерацию капель металлических расплавов с температурой 7"/к,<1250 К и обеспечивающая их свободное падение пли ускорение коаксиальным потоком газа с одновременным контролем температуры подложки.

2. Создана диагностическая аппаратура, обеспечивающая надежную одновременную регистрацию скорости и размера капель расплавов, основанная на комбинации врсмяпролстного метода и метода малых углов.

3. Впервые получен представительный набор экспериментальных сплэтов при полном контроле КФП для ряда модельных материалов частиц (1п, Эп, РЬ, Ъп, Ag) и подложек (1п, Бп, Си, нержавеющая сталь, кварц).

4. С использованием теоретического решения [2] проведено критериальное обобщение представительног о набора модельных опытных данных, полученных при полном контроле КФП для сценария 1, характеризующих толщину и диаметр сплэтов. когда не нарушается стабильное растекание капли, а окончательная форма сплэта незначительно отличается от диска.

5. Показано, что теоретическое решение [2], характеризующее деформацию и одновременное равновесное затвердевание капель металлических расплавов, удовлетворительно согласуется с экспериментом без введения какого-либо

эмпирического коэффициента, н то время как другие известные зависимости [3 - 7] сушественно (в несколько раз) расходятся с экспериментом.

Практическая ценность. Выполненный цикл комплексных исследований позволил впервые осуществить экспериментально-теоретическое доказательство одновременного протекания процессов деформации и затвердевания капель металлических расплавов при их соударении с подложкой в широком диапазоне режимных параметров.

Результаты выполненных систематических экспериментов по взаимодействию металлических капель с подложками положены в основу создания атласа модельных сплэтов и могут использоваться при тестировании различных моделей явления, интерпретации данных материаловедчсских экспериментов при изучении покрытий, а также при оптимизации конкретных технологии ГТН.

Автор защищает:

1. Модельную физическую установку, оснащенную диагностической аппаратурой для одновременного измерения скорости и размера капель расплавов, основанного на комбинации времяпролетного метода и метода малых углов, позволяющую осуществлять генерацию капель металлических расплавов с заданной температурой 7",,„<1250 К и проводить контроль КФП при свободном падении частиц или их ускорении коаксиальным потоком газа.

2. Модельные экспериментальные данные, полученные при полном контроле КФП, и результаты критериального обобщения основных характеристик сплэтов (степень растекания и толщина), когда не нарушается стабильное растекание капли, а окончательная форма сплэта незначительно отличается от диска.

3. Экспериментальное доказательство возможности последовательного изменения сценариев взаимодействия капля металлического расплава - основа при целенаправленном изменении КФП.

4. Основные закономерности, характеризующие результат взаимодействия капли металлического расплава с подложкой в условиях интенсивного теплообмена, приводящих к формированию сплэтов с нсидеальной границей раздела с основой.

Апробация работы. Основные положения работы представлялись на Международном рабочем семинаре "Plasma Jets in the Development of New Materials Technology" (Фрунзе, 1990), 3-ем Европейском конгрессе по процессам термической плазмы (Аахен, Германия, 1994), 14-й Международной конференции по термическому напылению (Кобе, Япония, 1995), 12, 13 и 14-ом Международных симпозиумах по плазмохпмин (Миннеаполис, США, 1995; Пекин, КНР, 1997; Прага, Чехия, 1999), 3-сй Азиатско-Тихоокеанской конференции rio

исследованию плазмы и технологиям (Токио, Япония, 1996), 3-м Междупарод-ном рабочем совещании "Плазмофоны термической плазмы и технологии" (Новосибирск. 1997), Международной научно-технической конференции "Научные основы высоких технологий" (Новосибирск. 1997) и др.

Работа выполнена при совместной финансовой поддержке Международного научного фонда и Российского правительства на 1995 год (грант ЛII 100: "Деформация и затвердевание микрокапли расплава, соударяющейся с подложкой. Теория и эксперимент"), а также при финансовой поддержке РФФИ (проект 98-02-17810 на 1998 - 2000 гг.: "Цикл модельных исследований плазма - микрочастица и мпкрокапля расплава - поверхность: 1сория, совместный физический и вычислительный эксперимент") и Сибирского отделения РАН (Интеграционная программа СО РАН на 1997-1999 гг., проект 28: "Физические процессы на границах раздела при получении гетерогенных материалов и покрытий'').

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из предисловия, трех глав, заключения, списка литературы и приложения. Полный объем ¿03 стр.. включая 34 рисунка, В таблиц и приложение на 76 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В введении дается общая характеристика работы, определяющая се актуальность, обосновывается выбор темы диссертационной работы, сформулирована ее цель, научная новизна, практическая ценность, а также основные положения. выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрено современное состояние исследуемой проблемы. Обсуждаются модели соударения капли с твердой поверхностью, проанализированы рсчульгагы эксперимент» но взаимодействию капель с поверхности) как на ударной стадии, гак и па стадии напорного растекания. Критически рассмотрены известные модельные эксперименты, а также причины, определяющие многообразие сплэтов и особенности их классификации мри плазменном напылении. Показано, что подавляющее большинство экспериментом проводилось при неполном кош рол с КФП. Обычно при анализе авторами используются температура и скорость частицы, рассчитанные теоретически (реже измеренные), а также данные о диапазоне изменения размеров напыляемых частиц или функции распределения их по размерам, что затрудняет достоверную интерпретацию полученных экспериментальных данных. Отмечается, что использование двухцветовой пирометрии для определения степени растекания по аналоговому сигналу, регистрируемому в реальных условиях напыления является проблематичным, особенно в случае разбрызгивания капли расплава. Вмян-

лено, что теории, определяющие степень растекания капли, основаны в большинстве своем на теории Мадежски [3] н подразумевают раздельное во времени протекание гидродинамических и теплофизических процессов. Отмечается, что для обеспечения удовлетворительного согласия с экспериментальными данными, авторы корректируют эмпирический коэффициент в зависимости Мадежски в сторону его уменьшения (до порядка величины). Анализируются работы из смежных областей, посвященные получению зависимостей, учитывающих лишь силы поверхностного натяжения. Авторы ряда публикаций предпринимают попытки учета влияния смачиваемости расплава поверхности подложки, но проблема определения динамического краевого угла при соударении кагши с основой остается открытой. Выполненный анализ работ, исследующих степень растекания расплавленных частиц, показывает необходимость учета теплофизических процессов во время деформации капли.

Авторы экспериментальных работ отмечают изменение режима формирования сплэтов при изменении теплофизических условий взаимодействия. Это уменьшение разбрызгивания при напылении на слаботеплопроводные, а также на подогреваемые теплопроводные подложки по сравнению с напылением на холодные теплопроводные основы. Однако при постановке известных модельных эксперимеетов диапазон режимных параметров, как правило, ограничен. Нередко грубое оценивание хотя бы одного из КФП, что приводит к неоднозначным выводам при анализе полученного набора сплэтов.

Приводятся основные положения теоретической модели [2], учитывающей четыре основных сценария взаимодействия капель металлических расплавов с основой, как наиболее приемлемой для анализа экспериментальных данных по степени растекания.

Обсуждаются причины отклонения теоретического решения [2], отвечающего сценарию I, от экспериментальных данных [1], характеризующих диаметр и толщину полученных сплэтов, полученных в условиях неполного контроля КФП.

Учитывая вышеизложенное, отмечается необходимость создания физической установки и проведения систематических модельных экспериментальных исследований взаимодействия капель металлических расплавов с основой при полном контроле КФП.

Во второй главе приводится описание модельной физической установки для изучения процессов взаимодействия капель металлических расплавов с подложками в условиях полного контроля скорости, температуры и размера капель, а также температуры подложки, а также разработанной диагностической аппаратуры для определения параметров кагши перед ударом (рис. 1). Установка по-

зволяет осуществлять генерацию капель металлических расплавов как в режиме свободного падения, так и путем их ускорения коаксиальным потоком горячего инертного газа.

Методическую основу разработанной диагностической аппаратуры составляет комбинация двух подходов: (а) определения размера частицы по интегральным характеристикам рассеянного света в области малых углов, (б) время-пролезною - для измерения ее скоросш.

Разработанная аппаратура позволяет измерять параметры сферической частицы с опюсителыюй погрешностью 0.5 %, обладает слабой чувствительностью к смещению частицы относительно фокуса (порядка I мм) и не зависит от показателя преломления материала капли. Принципиальная схема измерительной аппаратуры приведена на рисунке 2. Особенностью метода является то, что при обработке сигнала используется не отношение абсолютных значений его амплитуд, а анализируется временная последовательность отсчетов, получаемая при последовательном прохождении дифракционного образа частицы через двухщелевую диафрагму. При этом вид регистрируемого сигнала не зависит от случайных смещений и уширения перетяжки фокального пятна, что позволяет применять такую аппаратуру также для диагностики одиночных части и плазменной струе.

При обработке экспериментальных данных, в ряде случаев, проводился дополнительный контроль диаметра капли путем взвешивания сплэга и пересчета на эквивалентный диаметр с учетом разницы плотностей материала в твердом и жидком состоянии. Проводилось также сравнительное т естирование расчетной и экспериментально получаемой скорости капли.

Для определения температуры капли перед соударением с подложкой, с ччегом ее охлаждения в полете, рассчитывались уравнения движения и теплообмена частицы. Для коэффициентов сопротивления и теплообмена использовались зависимости Карлсона-Хоглунда и Ранца-Маршалла, хорошо зарекомендовавшие себя при исследованиях слабонеизотермических течений газ - частицы. Поскольку р. условиях экспериментов разница между температурами поверхно-сш частицы и окружающей ее атмосферы составляла менее тысячи градусов, обеспечивалась достаточно высокая точность расчета температуры капли перед ударом.

Для последующею анализа и установления корреляций между КФП перед соударением и формой частиц, закрепившихся на подложках, измерялся их диаметр, а для изучения их морфологии проводилось фотографирование с помощью прибора "ВЬсоп 1п^ерЬопе".

В третьей главе приводятся результаты экспериментальных исследований, выполненных на модельной физической установке при полном контроле КФП. Проводится их критериальное обобщение, тестируются наиболее известные зависимости, применяемые для анализа степени растекания частиц. Обсуждаются особенности формирования сплэтов в условиях интенсивного теплообмена капля - подложка, приводящего к нарушению идеальности контакта, а также показана возможность последовательного изменения сценариев формирования сплэтов путем целенаправленного изменения КФП.

В разделе 3.1 обосновывается выбор модельных материалов, в качестве которых были использованы легкоплавкие металлы (Гп, 5п, РЬ, 2п), которые, наряду с естественным требованием (плавление и возможность значительного перегрева выше температуры плавления), представляют также и практический интерес, поскольку могут быть использованы в качестве материалов подслоев при ГТН. В качестве модельного материала с относительно высокой температурой плавления выбрано серебро. Для изготовления подложек были отобраны пять модельных материалов с различными теплофизическими свойствами (1п, Бп, Си, нержавеющая сталь, кварц), которые позволили охватить широкий диапазон КФП. Все эксперименты проводились с полированными подложками, которые тщательно обезжиривались непосредственно перед проведением исследований. Диаметр и скорость капель перед их соударением с основой изменялись в следующих пределах: Пр е [0.3; 2.2] мм, и г„ е [ 0.7; 17] м/с. Эксперименты охватывали следующий критериальный диапазон:

2720<Яе<34449, 54<Ре<679, 11<\Уе<2102, 0.232<К, <6.469,0.261<Ки^< 0.471. Полученный представительный набор модельных сплэтов (более 600) приведен в приложении к диссертации.

В разделе 3.2 проведено критериальное обобщение результатов модельных экспериментов по взаимодействию капель металлических расплавов с полированными подложками, характеризующих толщину и диаметр сплэтов для сценария 1 в случае, когда не нарушается стабильное растекание капли, а окончательная форма сплэта незначительно отличается от диска. На рис. 3 представлены результаты выполненного критериального обобщения. В основу последнего положено приближенное теоретическое решение [2] задачи нестационарного сопряженного кондуктивно - конвективного теплообмена при деформации и равновесном затвердевании капли металлического расплава на поверхности твердой основы, согласно которому безразмерные толщина сплэта и его диаметр определяются как А, = 1 - Ре • Го *, О, = ,/2/(3Л,), где число Ро+ вычисляется в соответствии с формулой Ро* = [сД^! + 4Ре/с]. -1)/2Ре]2и отвечает моменту, когда ко-

ордината фронта затвердевания совпадает с координатой вершины растекающейся кал.чи. Коэффициент с . характеризующий скорость затвердевания, определяется КФП перед соударением капли с основой и ¡еплофизическими свойствами пары материалов

с, =/1^4<2//>Т-1]/2.

_ яДу^Ки;;' + 2(\ +а. Ж'""'^.-1) 2л'„;у(1 - Эы) Г (1 + я }(,9 „ - 1)1 р ' ' к^'77 ['"и-".ОС7'"]'

Соответствующая зависимость, характеризующая безразмерную температуру в контакте А, получена с учетом дополнительной теплоты, выделяющейся в результате затвердевания, и представляется следующим образом:

= (Л + ЩК^с. + Л^СЧ).

Здесь и ниже: р, с, X , а, Ь - плотность, теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность и теплота плавления материала, соответственно; индексы "У и "Г" характеризуют параметры, соответствующие твердому и жидкому состоянию \шериала; тогда как индексы "р" и "Ь" отвечают частице и основе. соответственно: дополнительный индекс "т" характеризует параметр при !смиературе плавления соответствующего материала: под функцией по-

нимается соотношение /*ТГ> - //с)//,""• где '> > е \р-Ь). а, А е (д./5;/: произвольная скалярная функция; ¿ = г/£) , = & = Т1Г , Уо-а^г!О1- критерий Фурье. Ки"' = 1т1{с^Тт)- критерий Стефана - Кутагсладзе. Рс = 0 и число Пекле, число Прандтля. К.'е"/') --(Я^'/Л1^)^"/^ - критерий тепловой активности материала подложки к материалу частицы;

= лД/р^ ■ , = М"» • коэффициент ао*0.26 характеризует вклад конвекции расплава в тепловой поток от расплава к фронту затвердевания, осред-ненный на интервале времени [0; О/ир0].

Как видно из рис. 3, решение [2] достаточно хорошо согласуется с экспериментом без введения какого-либо эмпирического коэффициента в широком диапазоне режимных параметров и для различных сочетаний используемых материалов с существенно различными тенлофизическими свойствами.

В разделе 3.3 с помощью полученного набора модельных ендэтов проведено тестирование известных зависимостей [3 - 7], применяемых при анализе степени растекания и толщины затвердевших частиц в условиях ГТН.

Тестирование зависимости Мадежски [3], наиболее часто применяемой в технологии ГШ,показало, что она значительно завышает (в 4-5 раз) степень рас-

текания частиц и еще более (в 10-20 раз) занижает толщину сплэтов. Указанное расхождение тем выше, чем интенсивнее теплообмен частица - подложка. Аналогичная картина, но с несколько меньшей степенью расхождения, наблюдается при использовании других зависимостей, основанных на теории Мадежски, полученных путем корректировки в сторону уменьшения эмпирического коэффициента. Показано также, что теоретическая зависимость [4] существенно завышает диаметр сплэтов и занижает их толщину.

При тестировании зависимости [5] показано, что последняя удовлетворительно предсказывает степень растекания в правой части критериального диапазона Ре-Ро*>0.95, где гидродинамические процессы превалируют над теплообменом и затвердеванием на стадии напорного растекания расплава, однако значительно завышает степень растекания и занижает толщину сплэтов в области РеРо*<0.95.

Проведено также тестирование моделей, основывающихся на преобладающем влиянии сил поверхностного натяжения, использующих степенную зависимость от числа Вебера. В качестве последних были выбраны наиболее часто используемые при анализе зависимости [6, 7]. Зависимость [7] существенно завышает степень растекания сплэтов. В то же время, зависимость [6], так же как и зависимость [5], близка к экспериментальным данным при Ре-Ро*>0.95, где температура контакта приближается к температуре плавления материала частицы. При уменьшении комплекса Ре-Го* отличие становится значительным.

Таким образом, невозможно обеспечить удовлетворительное согласие теоретических решений и эмпирических зависимостей, основанных только на гидродинамическом подходе, с экспериментальными данными, характеризующими диаметр и толщину сплэтов в широком диапазоне режимных параметров.

В разделе 3.4 рассмотрен критерий стабильного формирования сплэтов, который получен по результатам дополнительного модельного исследования в интервале 0.92< Ре-Ро*<0.995. С этой целью был выполнен цикл экспериментов по соударению капель индия, олова и свинца с полированными подложками из меди, нержавеющей стали и кварца в области КФП, отвечающих указанному выше интервалу при изменении температуры капель и подложек в широких диапазонах (рис. 4).

Результаты эксперимента показали, что все опытные точки в координатах £>, = £>,(РеРо*) находятся около 5 - образной кривой с точкой перегиба при Ре Ро*~0.96 (рис. 4, а). Последнее означает, что данное значение определяет переходную область КФП, где закономерности растекания и затвердевания капель расплавов претерпевают значительные изменения. Указанное явление объясня-

ется тем, что по мере приближения контактов температуры ,9С к температуре плавления материала частицы (рис! 4."б)." т.е. при - ,9; > 9'-(.9' - некоторое поро- -говое значение, близкое к единице), гидродинамика растекания капли начинает превалировать над процессом охлаждения расплава подложкой, и его затвердевание резко замедляется. Таким образом, правая ветвь 5 - образной кривой, по-сушеству, определяется процессами, характерными для третьего сценария взаимодействия частицы с основой, т.е. полному растеканию капли с последующим одновременным сворачиванием, охлаждением и затвердеванием тонкого слоя расплава. Именно по этой причине в данной области критериального диапазона наблюдайся удовлетворительное согласие опытных данных с зависимостью [6]. Такая же закономерность имеет место и для других исследованных материалов частиц.

Для иллюстрации важности учета, при прочих равных условиях, теилофи-зических свойств материала подложки на конечный результат формирования сплэтов исследовано изменение морфологии сплэтов частиц олова на подложках из меди (рис. 5, а), нержавеющей стачи (рис. 5, б) и кварцевого стекла (рис. 5, в) для фиксированных параметров капель перед соударением при увеличении степени подогрева подложек (Тро- Тр„,.и„-4.35 м/с, Ор~ 1.55 мм).

Сделан вывод, что определение степени подтрева подложки, начиная с которого гарантируется формирование сп.пга стабильной дискообразной формы без нарушения е! о сплошности, предпринимаемое в ряде работ, должно проводи! ься с учетом не только теплофизических свойств рассматриваемой пары материалов. но и возможного диапазона изменения параметров частиц перед соударением с основой.

В разделе 3.5 рассмотрен другой предельный случай формирования сплэтов для сценария I. когда процесс охлаждения и затвердевания растекающейся капли осуществляется настолько бысфо, что нарушается стабильное радиальное течение расплава вследствие возникновения значительной шероховатости на поверхности фронта затвердевания, зарождающегося на поверхности основы. Представлены результаты модельных экспериментов с каплями серебра, соударяющимися с полированными подложками из меди и нержавеющей стали, которые показали превышение экспериментальных диаметров сплэтов над расчетными значениями (рис. 6, а), полученными с помощью зависимости [2], предполагающей идеальность контакта.

Сделано предположение, что данное явление может быть связано с интенсивным ростом дендритов, характерная высота которых Нл сравнима или превосходит толщину нестационарного вязкого слоя С использованием заимствованной из литературы эмпирической зависимости выполнен расчет расстояния

между первйчными и вторичными осями дендритов. В результате проведенных модельных экспериментов определены две характерные особенности формирования сплэтов.

При высоких скоростях охлаждения и затвердевания (пара А£-Си) скорость роста дендритов в направлении, перпендикулярном подложке, а в последующем - фронту затвердевания, настолько высока, что происходит значительное торможение радиального растекания расплава, вследствие нарастания развитой шероховатости, обусловленной высокой плотностью дендритов. Однако, несмотря на это, вследствие образования '"рыхлой" структуры затвердевшего слоя расплава и неидеальности его контакта с подложкой, появляется дополнительное термическое сопротивление, уменьшающее интенсивность охлаждения расплава, что в итоге приводит в формированию сплэтов большего диаметра. Это подтверждается как ходом теоретической кривой (рис. 6, а), так и фотографиями сплэтов (рис. 6, б\ 1-4).

При прочих равных условиях, но на менее теплопроводной подложке (пара медь - нержавеющая сталь), указанное торможение радиального течения расплава менее заметно, и его взаимодействие с элементами шероховатости, плотность которых меньше по сравнению с предыдущим случаем, приводит к возникновению многочисленных струйных выбросов материала, начинающихся с радиуса, примерно равного радиусу капли перед соударением с подложкой (рис. 6, б: 5-7). Скорость перемещения фронта затвердевания здесь также ниже, что подтверждается значением контактной температуры, при которой происходит формирование сплэтов.

Проанализирован общий вид стороны сплэтов со стороны границы раздела, полученных в модельных экспериментах для различных условий теплообмена. Отмечено увеличение количества радиальных потоков с увеличением интенсивности теплообмена, а при максимальной скорости тешюотвода - быстрое охлаждение и затвердевание не успевшего растечься радиального потока расплава.

В разделе 3.6 для демонстрации возможности целенаправленного управления сценариями формирования сплэтов для фиксированных материалов частица - подложка был выполнен цикл модельных экспериментов для пар индий -олово (рис. 7) и олово - индий (рис. 8). В первом случае (рис. 7) реализуется следующая последовательность сценариев (1)—>(2)—>-{4), а во втором (рис. 8), соответственно, (1)-»(3), что подтверждается фотографиями отдельных сплэтов, иллюстрирующими особенности их формирования.

В разделе 3.7 для выяснения границ применимости теоретической модели [2], не учитывающей поверхностное натяжение расплава, проведены дополнительные модельные эксперименты в широком диапазоне чисел Вебера

We = p DnUl~ja -, где сг';'^- коэффициент поверхностного натяжения расплава при температуре плавления.

Для различных нар материалов определена нижняя граница числа Вебера, когда можно пренебрегать поверхностным натяжением расплава при формировании сплэтов.

На рис. 9, в частности, выполнено сравнение экспериментальных данных, характеризующих безразмерный днамеф сплэтов, полученных при соударении капель свшша с подложками из меди и нержавеющей стали для различных значений числа Вебера. с теоретическим решением [2] и зависимостью [б]. Показано, что пороговые значения числа Вебера. ниже которых необходимо учитывать поверхностное натяжение, различаются в зависимости от материала подложки, находящейся при комнатной температуре, однако при WO100 влияние поверхностного натяжения расплава на формирование сплэта для указанных пар материалов несущественно.

В реальных же условиях ГТН диапазон чисел Вебера существенно выше, поэтому должно наблюдаться хорошее согласие между степенью растекания капель металлических расплавов при использовании теоретического решения [2].

В заключении сформулированы основные научные результаты, которые сводятся к следующему:

1. Создана модельная физическая установка, оснащенная диаиюстической аппаратурой для одновременного измерения скорости и размера капель расплавов, основанного на комбинации времяпролешого метода и метода малых углов, позволяющая осуществлять генерацию капель расплава с температурой Гр<,< 1250 К и проводить контроль КФП при их свободном падении или ускорении коаксиальным потоком газа.

2. Впервые получен представительный набор модельных экспериментальных данных при полном контроле скорости, размера и температуры капель металлических расплавов (In, Sn, Pb, Zn, Ag) при соударении с полированными подложками (In, Sn, Си, нержавеющая сталь, кварц) в условиях их контролируемого нагрева.

3. С использованием модели равновесного затвердевания капель металлических расплавов при их деформации на основе выполнено критериальное обобщение полученных экспериментальных данных, характеризующих степень растекания и толщину сплэтов, когда не нарушается стабильное растекание расплава, а окончательная форма затвердевших частиц незначительно отличается от диска.

4. Продемонстрирована возможность последовательного изменения сценариев взаимодействия капля металлического расплава - основа при целенаправленном изменении КФП.

5. Установлены основные закономерности формирования сгшэтов в условиях интенсивного теплообмена и затвердевания расплава, приводящих к образованию неидеальной границы раздела сплэт - подложка.

Список цитируемой литературы;

1. Кудинов В.В. Плазменные покрытия. М.: Наука, 1977. 184 с.

2. Solonenko О.Р. State-of-the art of thermophysical fundamental of plasma spraying/ In coll.: "Thermal Plasma and New Materials Technology"// Eds. O.P. Solonenko and M.F. Zhukov, Cambridge Interscience Publishing, England, 1995, Vol.2. P.7-96.

3. Madejski J. Solidification of droplets on a cold surface// J. Heat Mass Transfer, 1976, Vol.19. P.1009-I013.

4. Гасин Д.А., Урюков Б.А. Динамика взаимодействия жидкой частицы с поверхностью// Изв. СО АН СССР, Сер. техн. наук, 1986, Вып.З, №16. С. 95100.

5. Jones Н. Cooling, freezing and substrate impact of droplets formed by rotary at-omization// J. Phys. D: Appl. Phys., 1971, Vol.4. P. 1657-1660.

6. Cheng L. Dynamic spreading of drops impacting onto a solid surface// Ind. Eng. Chem., Process Des. Dev., 1977, Vol.16, No.2. P. 192-197.

7. Wachters L.H.J.. Westerling N.A.J. The heat transfer from a hot wall to impinging water drops in the spheroidal state// Chem. Eng. Sci., 1966, Vol.21. P. 1047-1056.

Основное содержание диссертации отражено в публикациях:

1. Solonenko О.Р., Fedorchenko A.I., Lyagushkin V.P., Mihalchenko A.A., Smirnov A. V., Chraska P., Kolman B. Experimental studies of A12Oj plasma-sprayed particles under their parameters control/ In coll.: Plasma Jets in the Development of New Materials Technology// Eds. by O.P.Solonenko and A.I.Fedorchenko. VSP, Utrecht, the Netherlands, 1990. P. 299- 310.

2. Solonenko O.P., Smirnov A.V. Conjugate heat transfer and phase transitions during metallic drops flattening and solidification on a substrate// Proc. of 3rd Europ. Congress on Thermal Plasma Processes, Aachen, Germany, 1995. P. 504-517.

3. Solonenko O.P., Smirnov A.V. Comparative analysis and testing of a different theories characterizing a diameter and thickness of plasma sprayed splats// Proc. of 12th Intern. Symp. on Plasma Chemistry, Minneapolis, Minnesota, USA, 1995. P. 921-926.

4. Solonenko О.P., Ohmori Л., Matsuno S., Smirnov A.V. Deformation and solidification of melt microdroplets impinging on substrate: Theory and experiment// Proc. of 14th Intern. Thermal Spray Conf., 22-26 May 1995, Kobe. Japan. P. 359364.

5. Solonenko O.P., Smirnov A.V. Generalized map of the plasma sprayed splats formation// Proc. of 3rd Asian-Pacific Conf. on Plasma Science and Technology, Tokyo, Japan, 15-17 July 1996. P. 247-252.

6. Солоненко О.П., Смирнов A.B. Равновесное затвердевание металлических капель при их деформации на основе. Теория и эксперимент// Тез. докл. Всероссийской научно - иракт. копф. "Создание защитных и упрочняющих покрытий с использованием концентрированных потоков энергии", Барнаул, АГРУ, 10-12 сентября 1996. С. 71-73.

7. Solonenko О.P., Smirnov A.V. Criterion of stable formation of plasma sprayed splats on a smooth substrate// Proc. of 13th Int. Symp. on Plasma Chemistry, Beijing, China, 18-22 August, 1997, Vol.3. P. 1422-1427.

8. Солоненко П.П.. Михальченко А.А., Смирнов А.В. и др. Интеллектуальная плазменная лаборатория для изучения процессов сверхбыстром закалки из жидкого состояния: состояние и перспективы'' В сб. научн. тр.: Новые материалы и технологии защитник покрытий'/ Барнаул: Алт.ГТУ- Bill - СО РАН, 1997. С. 14-26.

9. Солоненко 0.11., Михальченко А.А.. Смирнов А.В., Kapiaes F.B., Лягушкин В.П., Гаврилок В.А. Учебно-исследовательский диагностический комплекс для изучения процессов сверхбыстрой закалки из жидкого состояния// Труды международной научно-технической конференции "Научные основы высоких технологий", Новосибирск, НГТУ, 1997, том 4. С. 188-191.

10. Солоненко О.П.. Смирнов A.I3. Соударение капли расплава с поверхностью. Теория и модельный эксперимент// ДАМ РАН. 1998, Т.363, №1. С. 46-49.

11.Solonenko О.P., Smirnov A.V. Physical modeling different scenarios of metallic splats formation under plasma spraying// Proc. of 14th Intern. Symp. on Plasma Chemistrv, 2-6 August 1999, Prague, Czech Republic, Vol.4. P. 2121-2126.

12.Solonenko O.P., Smirnov A.V., Klimenov V.A., Butov V.G., Ivanov Yu.F. Role of interfaces in splat and coatings structure formation, Physical Mesomeehanics. 1999, Vol.2, No. 1-2. P. 113-129.

Солоненко О. П., Смирнов А. В., Клименов В. А., Бутов В.Г., Иванов Ю.Ф. Роль границ раздела при формировании силэтов и структуры покрытий // Физическая мезомеханика, 1999, № 2. С. 123-140.

11 13 14

1? _о_

Рис. 1. Принципиальная схема экспериментальной установки. 1 - омический нагреватель; 2 - кварцевая трубка; 3 - центрирующее устройство; 4 - теплоизолирующая асбестоцементная шайба; 5 - сильфон; 6 - клапаны; 7, 10 -блоки контроля температуры; 8, 9 - термопары; 11 - блок формирования зондирующего луча; 12 - терморегулируемая подложка; 13 - блок регистрации сигналов; 14 - цифровой осциллограф С9-8.

Рис. 2. Принципиальная схема диагностического комплекса для измерения скорости и размера капли перед ударом. 1 - блок формирования зондирующего луча, 2 - капля, Ь| - приемный объектив, Ьг, Ь3 - проекционная система, Ь4 - собирающая линза, 3 - формирующая диаграмма, 4 - двухщелевая диафрагма, 5 - фотоприемник.

.о,

РеРо*

о -) I | I | I | I | I !

0.80 0.84 0 88 0.92 0.96 1 00

0.25-. -

0.20

0.15-

0.10 -

0 05 -

0 00

Iп Зп РЬ ¿п Ад

Бп - - - -

Си ■ • ♦ А ★

35 а о ♦ А *

Рис. 3. Сравнение теоретических (сплошная кривая) и экспериментальных (фигуры) безразмерных диаметров (а) и толщин (б) сплэтов.

2

О,

• Зп-Си(1) -) Эп-Си (2) Эп-Си (3) Бп-ЗЭ (1)

' аа

~г

РеЯо*

Т

0 90 0 92 0 94 0 96 0 98

i

1 ос

О.

0 8 10 б

I

1 2

Рис. 4. Изменение режима формирования сплэтов в зависимости от Ре-Го* (а) и температуры в контакте (б). Пунктирная линия отвечает теоретическому решению, полученному в работе [2], а фигуры - экспериментальным диаметрам сплэтов капель олова.

5

/

5

4 -

3

п„=370 К Гл„=405 К Гл,=430 К Г*, =450 К 7^=485 К

Рис. 5. Фотографии сплэтов олова (вид сверху) на подложках меди (а), нержавеющей стали (б) и кварцевого стекла (в) при фиксированных параметрах частиц перед ударом и контролируемом подогреве полир'ованной подложки.

а б

Рис. 6. Безразмерный диаметр сплэтов в зависимости от Ре-Ро* (а); фотографии сплэтов частиц серебра (вид сверху) (б) на медных подложках (1-4) и подложках из нержавеющей стали (5-8). Пунктирная кривая отвечает теоретическому решению, полученному в приближении идеальности контакта "расплав - основа".

Iп -Яп

51 №. 0„ т,„, т^ к к

1 65 450 293 1 70 455 323 1 70 455 343 1 65 455 413

5 1.70 455 415

6 1 55 685 29:

I -

! 2 | 3 I 4

©

Рис.7. I (оеледователыюе изменение сценариев формирования сплэтов индия на подложках из олова при их подогреве и различных начальных температурах капель расплава перед соударением (»^,=4,32 м/с).

06

Рис. 8. Последовательное изменение сценариев формирования сплэтов олова на подложках из индия при постепенном повышении температуры капель перед соударением (¡^=4,32 м/с, Тъо~293 К).

бп

з ..--

О _ _ -О

We

—I— 500

I 1 I 1 I 1 I 1000 1500 2000 2500

Рис. 9. Результаты модельных экспериментов с каплями свинца переменной скорости и размеров, соударяющихся с полированными подложками из меди и нержавеющей стали; 1,2- теоретические значения, согласно [2], для подложек из меди и нержавеющей стали, соответственно; 3 - зависимость [6]; фигуры - экспериментальные значения диаметров сплэтов (черные - для медной подложки, серые - для нержавеющей стали).

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КАПЕЛЬ РАСПЛАВОВ с поверхностью.:.' .::.io

ГЛАВА 2. МОДЕЛЬНАЯ ФИЗИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КАПЛЯ МЕТАЛЛА - ОСНОВА ПРИ ПОЛНОМ КОНТРОЛЕ РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ

2.1. Описание модельной физической установки.

2.2. Измерение скорости и размера капель перед соударением с основой.

2.2. Определение температуры капель перед соударением с основой.

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ: АНАЛИЗ И КРИТЕРИАЛЬНОЕ ОБОБЩЕНИЕ

3.1. Выбор модельных материалов.

3.2. Результаты модельных экспериментов и их критериальное обобщение.

3.3. Тестирование известных зависимостей.

3.4. Критерий стабильного образования сплэтов.

3.5. Особенности формирования сплэтов при интенсивном теплообмене.

3.6. Реализация последовательного изменения вариантов взаимодействия.

3.7. Формирование сплэтов при малых числах Вебера.

Актуальность проблемы. В последнее десятилетие отмечается неослабевающий интерес к проблеме сверхбыстрой закалки микрокапель расплавов различных материалов при их соударении с поверхностью. Данное явление лежит в основе многих технологий, таких как плазменное, детонационное, газопламенное напыление, электродуговая металлизация, микрораспыление порошков, получение микрокристаллических и аморфных материалов, а также представляет большой интерес для физического материаловедения (изучение неравновесных диаграмм состояний различных сплавов и композиционных материалов при экстремальных воздействиях) и т.д.

Характерные особенности данной системы - малые размеры частиц, широкий диапазон скоростей и температур их взаимодействия с несущим потоком и поверхностью и, как следствие, наличие факторов, существенно затрудняющих анализ протекающих при этом процессов.

В этой связи, постановка комплексных исследований, обеспечивающих проведение по возможности полностью контролируемых модельных физических экспериментов, корректную интерпретацию и критериальное обобщение получаемых опытных данных, а также прогнозирование более детальной картины явлений является чрезвычайно актуальной проблемой.

Решение перечисленных проблем во многом определяется возможностью постановки комплексных теоретических и экспериментальных исследований взаимодействия "капля расплава - поверхность" при полном контроле ключевых физических параметров КФП (скорость ир0, размер Вр, температура поверхности Тр0 частицы при ее соударении с подложкой, имеющей заданную температуру Ть0 и состояние поверхности).

В момент столкновения частицы с основой происходят как чисто гидродинамические процессы, так и теплофизические и диффузионные, а также химические. Наши представления о закономерностях указанных процессов весьма отрывочны, а зачастую и противоречивы. Следствием этого является низкая адгезия и когезия,- неповторяемость служебных характеристик покрытий и дискредитация собственно метода плазменного напыления. Поэтому важнейшими проблемами при исследовании закономерностей формирования плазменных покрытий являются: 1) изучение механизма взаимодействия на границе частица - подложка, 2) установление корреляций между свойствами покрытий и режимными параметрами процесса напыления.

Сформулированная проблема является объектом интенсивных исследований не только в России, но и в ряде научных групп за рубежом: в Японии (Joining and Welding Research Institute, Osaka University; Tokyo Institute of Technology," Department of Metallurgy), США (Sandia National Laboratories, Albuquerque, New Mexico), Франции (University of Limoges, Laboratory of Ceramic Materials and Surface Treatment, CNRS), Германии (University of Dortmund, Institute of Materials Technology), Канаде (National Research Council, Industrial Materials Institute).

При плазменном напылении, включающем практически все характерные особенности газотермического напыления (ГТН), покрытие формируется путем послойной укладки отдельных сплэтов, - растекшихся и затвердевших на подложке капель расплава. Длительное время построение теоретических моделей данного явления основывалось на предположении, что при соударении расплавленной частицы диаметром десятки микрон и более затвердевание расплава происходит после полного растекания капли на подложке (Кудинов В.В. Плазменные покрытия. М.: Наука, 1977. 184 с.) Существующие эмпирические зависимости, применяемые для определения степени растекания капель расплава, основаны также на этом предположении.

В работе: Solonenko O.P. State-of-the art of thermophysical fundamental of plasma spraying/ In coll.: "Thermal Plasma and New Materials Technology"// Eds. O.P. Solonenko and M.F. Zhukov, Cambridge Interscience Publishing, England, 1995, Vol.2. P.7-96., с использованием единого методического подхода впервые рассмотрены основные сценарии взаимодействия капля расплава - подложка, реализующиеся в зависимости от температуры в контакте Тс между частицей и подложкой на стадии напорного растекания:

1) - деформация и одновременное затвердевание капли на твердой подложке (Tbm>Tc<Tpm);

2) - деформация, одновременное затвердевание капли и подплавление подложки в пятне контакта ее с частицей (Tbm< Тс <Трт), и последующее охлаждение и затвердевание подплавленного слоя;

3) - полное растекание капли на твердой подложке (7¿m> Гс >Трт), последующее охлаждение и затвердевание жидкого слоя с одновременным его сворачиванием под действием сил поверхностного натяжения;

4) - полное растекание капли с одновременным подплавлением подложки в пятне контакта ее с частицей (7¿m<Tc >Трт), последующее охлаждение и затвердевание растекшейся капли и приповерхностного слоя расплава основы.

Здесь Трт, Тьт ~ температура плавления материалов капли и основы. Обзор и анализ состояния исследований сформулированной проблемы показывает, что к настоящему времени известно большое количество публикаций, отвечающих лишь первому сценарию взаимодействия капля расплава - основа^ и совершенно отсутствуют какие-либо систематические экспериментальные данные и критериальные теоретические описания и обобщения процессов для трех последних сценариев (2)-(4). В большинстве случаев имеющиеся опытные данные для всех перечисленных сценариев носят лишь качественный характер, поскольку для них не приводятся значения

КФП, при которых получены сплэты частиц. Последнее делает невозможным адекватное критериальное обобщение характеристик сплэтов. Кроме того, совершенно отсутствует системное теоретическое описание рассматриваемого явления, позволяющее создать обобщенную карту формирования сплэтов в условиях, характерных для ГТН, в том числе плазменного напыления. В связи с этим, представляется актуальным проведение систематических модельных экспериментов с целью получения представительного набора опытных данных при полном контроле КФП и их критериальное обобщение.

Целью работы является: модельное экспериментальное исследование взаимодействия капель металлических расплавов с поверхностью в условиях полного контроля КФП; критериальное обобщение полученных экспериментальных данных, отвечающих сценарию 1, наиболее распространенному в технологии ГТН; тестирование известных теоретических и эмпирических зависимостей, характеризующих степень деформации капель металлических расплавов, представляющих как фундаментальный, так и практический интерес для оптимизации технологий ГТН; демонстрация возможности последовательного изменения сценариев формирования сплэтов при целенаправленном изменении одного или нескольких КФП; выявление особенностей формирования сплэтов при интенсивном теплообмене капля расплава - подложка.

Научная новизна. В работе впервые получены следующие научные результаты: -1. Создана модельная физическая установка, позволяющая осуществлять нагрев и генерацию капель металлических расплавов с температурой Гро<1250 К и обеспечивающая их свободное падение или ускорение коаксиальным потоком газа с одно- . временным контролем температуры подложки.

2. Создана диагностическая аппаратура, обеспечивающая надежную одновременную регистрацию скорости и размера капель расплавов, основанная на комбинации вре-мяпролетного метода и метода малых углов.

3. Впервые получен представительный набор экспериментальных сплэтов при полном контроле КФП для ряда модельных материалов частиц (1п, Бп, РЬ, Ъа., Ag) и подложек (1п, Эп, Си, нержавеющая сталь, кварц).

4. С использованием теоретического решения, характеризующего деформацию и одновременное равновесное затвердевание капель металлических расплавов, проведено критериальное обобщение представительного набора модельных опытных данных, полученных при полном контроле КФП для сценария 1, характеризующих толщину и диаметр сплэтов, когда не нарушается стабильное растекание капли, а окончательная форма сплэта незначительно отличается от диска.

5. Показано, что данное теоретическое решение удовлетворительно согласуется с экспериментом без введения какого-либо эмпирического коэффициента, в то время как другие известные зависимости существенно (в несколько раз) расходятся с экспериментом.

Практическая ценность. Выполненный цикл комплексных исследований позволил впервые осуществить экспериментально-теоретическое доказательство одновременного протекания процессов деформации и затвердевания капель металлических расплавов при их соударении с подложкой в широком диапазоне режимных параметров.

Результаты выполненных систематических экспериментов по взаимодействию металлических капель с подложками положены в основу создания атласа модельных сплэтов и могут использоваться при тестировании различных моделей явления, интерпретации данных материаловедческих экспериментов при изучении покрытий, а также при оптимизации конкретных технологий ГТН.

Автор защищает:

1. Модельную физическую установку, оснащенную диагностической аппаратурой для одновременного измерения скорости и размера капель расплавов, основанного на комбинации времяпролетного метода и метода малых углов, позволяющую осуществлять генерацию капель металлических расплавов с заданной температурой Тро<1250 К и проводить контроль КФП при свободном падении частиц или их ускорении коаксиальным потоком газа.

2. Модельные экспериментальные данные, полученные при полном контроле КФП, и результаты критериального обобщения основных характеристик сплэтов (степень растекания и толщина), когда не нарушается стабильное растекание капли, а окончательная форма сплэта незначительно отличается от диска.

3. Экспериментальное доказательство возможности последовательного изменения сценариев взаимодействия капля металлического расплава - основа при целенаправленном изменении КФП.

4. Основные закономерности, характеризующие результат взаимодействия капли металлического расплава с подложкой в условиях интенсивного теплообмена, приводящих к формированию сплэтов с неидеальной границей раздела с основой.

Апробация работы. Основные положения работы представлялись на Международном рабочем семинаре "Plasma Jets in the Development of New Materials Technology" (Фрунзе, 1990), 3-ем Европейском конгрессе по процессам термической плазмы (Аахен, Германия, 1994), 14-й Международной конференции по термическому напылению (Кобе, Япония, 1995), 12, 13 и 14-ом Международных симпозиумах по плазмохимии (Миннеаполис, США, 1995; Пекин, КНР, 1997; Прага, Чехия, 1999), 3-ей Азиатско-Тихоокеанской конференции по исследованию плазмы и технологиям (Токио, Япония, 1996), 3-м Международном рабочем совещании "Плазмотроны термической плазмы и технологии" (Новосибирск, 1997), Международной научно-технической конференции "Научные основы высоких технологий" (Новосибирск, 1997) и др.

Работа выполнена при совместной финансовой поддержке Международного научного фонда и Российского правительства на 1995 год (грант Ш1 100: "Деформация и затвердевание микрокапли расплава, соударяющейся с подложкой. Теория и эксперимент"), а также при финансовой поддержке РФФИ (проект 98-02-17810 на 1998 - 2000 гг.: "Цикл модельных исследований плазма - микрочастица и микрокапля расплава -поверхность: теория, совместный физический и вычислительный эксперимент") и Сибирского отделения РАН (Интеграционная программа СО РАН на 1997-1999 гг., проект 28: "Физические процессы на границах раздела при получении гетерогенных материалов и покрытий").

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю работы -доктору технических наук, профессору О.П. Солоненко за большую помощь и постоянное внимание к работе, а также сотрудникам: лаборатории плазмодинамики дисперсных систем за ряд полезных замечаний при ее обсуждении.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исходя из результатов проведенных модельных экспериментов можно сформулировать основные выводы, которые сводятся к следующему:

1. Создана модельная физическая установка, оснащенная диагностической аппаратурой для одновременного измерения скорости и размера капель расплавов, основанного на комбинации времяпролетного метода и метода малых углов, позволяющая осуществлять генерацию капель расплава с температурой Тро<1250 К и проводить контроль КФП при их свободном падении или ускорении коаксиальным потоком газа.

2. Впервые получен представительный набор модельных экспериментальных данных при полном контроле скорости, размера и температуры капель металлических расплавов (1п, Эп, РЬ, 2п, Ag) при соударении с полированными подложками (1п, Бп, Си, нержавеющая сталь, кварц) в условиях их контролируемого нагрева.

3. С использованием модели равновесного затвердевания капель металлических расплавов при их деформации на основе выполнено критериальное обобщение полученных экспериментальных данных, характеризующих степень растекания и толщину сплэтов, когда не нарушается стабильное растекание расплава, а окончательная форма затвердевших частиц незначительно отличается от диска.

4. Продемонстрирована возможность последовательного изменения сценариев Взаимодействия капля металлического расплава - основа при целенаправленном изменении КФП.

5. Установлены основные закономерности формирования сплэтов в условиях интенсивного теплообмена и затвердевания расплава, приводящих к образованию неидеальной границы раздела сплэт - подложка.

1. Гусельников С.М. Лазерно-оптическая диагностика дисперсной фазы в плазменных струях// Автореферат дисс. канд. техн. наук. Барнаул. АГТУ. 1994. 22 с.

2. Moreau С., Cielo P., Lamontage М., Dallaire S., Vardelle М. Impacting particle temperature monitoring during plasma spray deposition// Meas. Sci. Technol. 1990. Vol.1. P. 807814.

3. Жуков М.Ф., Солоненко О.П. Высокотемпературные запыленные струи в процессах обработки порошковых материалов. Новосибирск: ИТФ СО АН СССР. 1991. 516 с.

4. Кудер Ж.Ф., Вардель М., Вардель А., Фоше П. Обмен импульсом и теплом между частицами и плазменной струей при напылении// Генерация потоков электродуговой плазмы. Новосибирск: Ин-т теплофизики СО АН СССР. 1987. С. 397-427.

5. Михальченко А.А. Диагностика дисперсной компоненты в гетерогенных плазменных струях//Автореферат дисс. . канд. техн. наук. Новосибирск. ИТФ СО РАН. 1994. 18 с.

6. Fauchais Р, Coudert J.F., Vardelle М., and Vardelle М. Diagnostics of thermal spraying plasma jets// Thermal Plasma Applications in Materials and Metallurgical Processing/ Ed. by N.El-Kaddah. Pennsylvania: TMS Publication. 1992. P. 31 -54.

7. Fincke J.R., Swank W.D., Jeffery C.L. Simultaneous measurement of particle size, velocity and temperature in thermal plasmas// IEEE Transactions on Plasma Science. 1990. Vol.18. N 6. P. 948-957.

8. Gouesbet G.A. A review on measurements of particle velocities and diameters by laser techniques, with emphasis on thermal plasmas// Plasma Chemistry and Plasma Processing. 1985. Vol. 5. N2. P. 91-117.

9. Mannik L., Brown S.K., Chu F.Y. Measurement of particle velocity in plasma torch using direct frequence detection of scattered laser light// Proc. 7th Intern. Symp. on Plasma Chem-istiy. Eindhoven. 1985. Vol. 2. P. 704-709.

10. Sakuta Т., Boulos M.I. Simultaneous in flight measurements of particle velocity, size and surface temperature under plasma conditions// Proc. 8th Intern. Symp. on Plasma Chemistry. Tokyo, Japan. 1987. Vol. 1. P. 371-376.

11. Solter H.J., Muller U., Lugscheider E. High-speed temperature measurement for on-line process control and quality assurance during plasma spraying// Thermal Spraying. 1992, Pmi. Vol. 24, N3. P. 169-174.

12. Vardelle M., Vardelle A., Fauchais P. Study of the trajectories and temperature of powders in D.C. plasma jet-correlation with aluminia sprayed coatings// Proc. 10th Intern. Thermal Spraying Conf., Essen, 1983. P. 89-92.

13. Кудинов В.В. Нанесение покрытий распылением// Плазменные процессы в металлургии и технологии неорганических материалов. М.: Наука, 1973. С. 159-187.

14. Галкин Ю.А., Кудинов В.В., Шоршоров М.Х. О кинетике химического взаимодействия между расплавленными частицами и поверхностью твердого тела// ФХОМ. 1969. № 1.С. 95-100.

15. Дубасов A.M., Кудинов В.В., Шоршоров М.Х. Термическое взаимодействие частиц с подложкой при нанесении покрытий напылением// ФХОМ. 1971. № 6. С. 29-34.

16. Кудинов В.В., Рыкалин Н.Н., Шоршоров М.Х. К оценке энергетических условий образования соединения между расплавленными частицами и поверхностью твердого тела// ФХОМ. 1968. № 4. С. 51-58.

17. Рыкалин Н.Н., Кулагин ИД., Шоршоров М.Х. и др. Теплофизика плазменного напыления, наплавки, резки и сфероидизации// Плазменные процессы в металлургии и технологии неорганических материалов. М.: Наука, 1973. С. 66-84.

18. Кудинов В.В. Плазменные покрытия. М.: Наука, 1977. 184 с.2Ь Кудинов В.В., Иванов В.М. Нанесение плазмой тугоплавких покрытий. М.: Машиностроение, 1981. 192 с.

19. Кречмар Э. Напыление металлов, керамики и пластмасс. М.: Машиностроение, 1966.432 с.

20. Хасуи А. Техника напыления. М.: Машиностроение, 1975. 288 с.

21. Amada S., Hirose Т., Tomoyasu К., Introduction of fractal dimension to evaluation of adhesive strength// Proc. of the 14th Intern. Thermal Spray Conf., 22-26 May 1995. Kobe, Japan. P. 885-890.

22. Siegmann S.D., Brown C.A. Investigation of substrate roughness in thermal spraying by a scale-sensitive 3-D fractal analysis method// Proc. 15th Intern. Thermal Spraying Conf., 25-29 May 1998, Nice, France. Vol. 1, P. 831-836.

23. Нанесение покрытий плазмой/ B.B. Кудинов, П.Ю. Пекшев, В.Е. Белащенко, О.П. Солоненко, В.А. Сафиуллин. М.: Наука, 1990. 408с.

24. Девятов В.М., Солоненко О.П., Федорченко А.И. Метод аналитического исследования сопряженной задачи контактного теплообмена// Изв. СО АН СССР. Сер. техн. наук. 1987. Вып. 5, № 18. С. 88-94.

25. Жуков М.Ф., Солоненко О.П., Федорченко А.И., Равновесная кристаллизация расплавленных частиц на поверхности при плазменном напылении// Докл. АН СССР. 1990. Т. 314, №2. С. 369-374.

26. Махорин Б.И., Гревцев Н.В., Золотухин В.Д. О взаимодействии жидких капель металла с преградой// ФХОМ. 1976. № 1. С. 45-51.

27. ChangJiu Li, Ohmori A., Harada Y. Experimental investigation of the morphology of plasma-sprayed copper splats// Proc. of the 14th Intern. Thermal Spray Conf., 22-26 May 1995. Kobe, Japan. P. 333-339.

28. Fukumoto M., Katoh S., Okane I. Splat behavior of plasma sprayed particles on flat substrate surface// Proc. of the 14th Intern. Thermal Spray Conf., 22-26 May 1995. Kobe, Japan. P.353-358.

29. Fukumoto M., Huang Y., Ohwatari M. Flattening mechanism in thermal sprayed particle impinging on flat surface// Proc. 15th Intern. Thermal Spraying Conf., 25-29 May 1998, Nice, France. Vol. 1, P. 401-406.

30. Kharlamov Y.A., Hassan M.S., Anderson R.N. Effect of substrate surface conditions and impact velocity of sprayed particles on coatings produced by plasma spraying// Thin Solid Films. l979. Vol. 63. P. 111-118.

31. Li C.J., Li J.-L., Wang W.-B., Ohmori A., Tani K. Effect of particle-substrate materials combinations on morphology of plasma sprayed splats// Proc. 15th Intern. Thermal Spraying Conf., 25-29 May 1998. Nice, France. Vol. 1. P. 481 -487.

32. Jones H. Cooling, freezing and substrate impact of droplets formed by rotary atomization// J. Phys. D: Appl. Phys. 1971. Vol. 4. P. 1657-1660.

33. Vardelle A., Vardelle M., Fauchais P. Diagnostics for particulate vaporization and interactions with surfaces// J. Pure and Appl. Chem. 1992. P. 637-644.

34. Leger A.C., Vardelle M., Vardelle A., Dussoubs В., Fauchais P. Splat formation: ceramic particles on ceramic substrate// Proc. of the 8th National Thermal Spray Conf., 11-15 September 1995. Houston. Texas. P. 169-174.

35. Калинин Г.М., Кудинов В.В., Иванов В.М. и др. Влияние перегрева напыляемых частиц и окисных пленок на поверхности металлических подложек на тепловые процессы между частицей и подложкой при напылении// ФХОМ. 1979. № 6. С. 44-47.

36. Montavon G., Sampath S., Berndt С.С., Herman Н., Coddet С. Effects of the substrate nature on the splat morphology of vacuum plasma sprayed deposits// Proc. of the 14th Intern. Thermal Spray Conf., 22-26 May 1995. Kobe, Japan. P. 365-370.

37. Gawne D.T., Griffiths B.J, Dong G. Splat morphology and adhesion of thermally sprayed coatings// Proc. of the 14th Intern. Thermal Spray Conf., 22-26 May 1995. Kobe, Japan. P.779-784.

38. Maruo H., Hirata Y., Matsumoto Y. Deformation and solidification of a molten droplet by impact on a planar substrate// Proc. of the 14th Intern. Thermal Spray Conf., 22-26 May 1995. Kobe, Japan. P. 341-346.

39. Montavon G., Coddet C. Heuristic modelling of thermally sprayed powder splat characteristics// Proc. of the 8th National Thermal Spray Conf., 11-15 September 1995. Houston, Texas. P. 225-230.

40. Montavon G., Coddet C. 3-D profilometries of vacuum plasma sprayed nickel-based alloy splats using scanning mechanical microscopy// Proc. of the 8th National Thermal Spray Conf., 11-15 September 1995. Houston, Texas. P. 285-289.

41. Bianchi L., Lucchese P., Denoirjean A., Fauchais P. Microstructural investigation of plasma-sprayed alumina splats// Proc. of the 8th National Thermal Spray Conf., 11-15 September 1995. Houston, Texas. P. 255-260.

42. Moreau С., Gougeon P., Lamontagne M. Diagnostics of thermal sprayed particle upon impact// Proc. of the 14th Intern. Thermal Spray Conf., 22-26 May 1995. Kobe, Japan. P. 347352.

43. Bianchi L., Lucchese P., Denoirjean A., Fauchais P. Zirconia splat formation and resulting coating properties// Proc. of the 8th National Thermal Spray Conf. 11-15 September 1995. Houston, Texas. P. 261-266.

44. Fantassi S., Vardelle M., Vardelle A. and Fauchais P., Influence of the velocity of plasma-sprayed particles on splat formation// J. Therm. Spr. Techn., 1993. Vol. 2, N 4. P. 379-384.

45. Fantassi S., Vardelle A., Vardelle M. and Fauchais P. Study of the splat formation under plasma spraying conditions// J. of High-Temperature Chemical Processes. 1992. Vol. 1, N 3. P. 283-290.

46. Коротеев B.H. Высокоскоростной ЭОП регистратор слабосветящихся процессов с автоматическим регулированием яркости изображения. Иркутск, 1977. 20 с. (Препринт/ АН СССР. Сиб. отд-ние. СибИЗМИР; № 15).

47. Урюков Б.А. Проблемы взаимодействия частиц с поверхностью// Теоретические и экспериментальные проблемы взаимодействия частиц с поверхностью. Киев: Ин-т сверхтвердых материалов, 1988. С. 4-14.

48. Bennett Т. and Poulikakos D. Heat transfer aspects of splat-quench solidification: modelling and experiment// J. Mat. Sci. 1994. Vol. 29. P. 2025-2039.

49. Watanabe Т., Kuribayashi I., Honda Т., Kanzawa A. Deformation and solidification of a droplet on a cold substrate// Chem. Eng. Sci. 1992. Vol. 47, N 12.P. 3059-3065.

50. Перельман Р.Г. О расчете-давлений при соударении капли с плоскостью// Изв. вузов. Сер. Машиностроение, 1968. № 7. С. 84-90.

51. Хмельник М.И. Оценка импульсных давлений, возникающих при ударе капли о твердую поверхность// Изв. АН СССР. Сер. МЖГ. 1962. № 1. С. 179-182.

52. Bowden F.P., Field J.E. The brittle fracture of solids by liquid impact, by solid impact and by shock// Proc. R. Soc. London. 1964. Vol. A282. P. 331-352.

53. Engel O.G. Damade produced by high-speed liquid drop impact// J. Appl. Phys. 1973. Vol. 44. N 2. P. 692-704.

54. Engel O.G. Resistance of white sapphire and hot-pressed aluminia to collision with liquid drops// J. Res. Nat. Bur. Stand. 1960. Vol. 64A. N 6. P. 499-512.

55. Лебедев А.Д., Урюков Б.А. Импульсные ускорители плазмы высокого давления/ Новосибирск: Институт теплофизики СО АН СССР, 1990. 290 с.

56. Heymann F.J. High-speed impact between a liquid drop and a solid surface// J. Phys. D: Appl. Phys. 1969. Vol. 40. N 13. P. 5113-5122.

57. Lesser M.B. Analytic solutions of liquid-drop impact problems// Proc. R. Soc. Lond. 1981. A377. P. 289-308.

58. Lesser M.B. The impact of compressible liquids// Ann. Rev. Fluid Mech. 1983. N 15. P.97-122.

59. Гонор А.Л., Яковлев В.Я. Динамика удара капли по твердой поверхности // Изв. АН СССР. Сер. МЖГ. 1978. № 1. С. 36-43.

60. Хуанг Я., Хэммит Ф. Высокоскоростное соударение жидкости, ограниченное искривленной поверхностью с жесткой плоской поверхностью// Теоретические расчеты инженерных расчетов. Тр. амер. общ-ва инж.-механиков, Сер. Д, 1977. Т. 99. № 2. С.226-235.

61. ХуангЯ., Хэммит Ф., Янг В.-Д. Гидродинамические явления при высокоскоростном соударении капли жидкости с жёсткой поверхностью// Теоретические расчеты инженерных расчетов. Тр. амер. общ-ва инж.-механиков, Сер. Д. 1973. Т. 95, № 2. С. 183-202.

62. Гонор А.Л., Рйвкинд В.Я. Динамика капли// Сборник: Итоги науки и техники. Сер. МЖГ. М.: ВИНИТИ. 1982. т. 17. С. 86-159.

63. Суров, Агеев. Двумерные расчеты соударения капель сжимаемой жидкости// Изв СО АН СССР. Сер. техн. наук. 1989. Вып. 4. С. 66-71.

64. Harlow F.H. and Shannon J.P. The splash of a liquid droplet// J. Appl. Phys. 1967. Vol.38, N 10. P. 3855-3866.

65. Cheng L. Dynamic spreading of drops impacting onto a solid surface// Ind. Eng. Chem., Process Des. Dev. 1977. Vol. 16. N 2. P. 192-197.

66. Engel O.G. Waterdrop collisions with solid surfaces// J. Res. Nat. Bur. Stand. 1955. Vol.54, N5. P. 281-298.

67. Bowden F.P., Branton J.H. The behavior of materials in a high speed environment// High temperature Structures & Materials. 1964. P. 214-244.

68. Worginton A.M. On the forms assumed by drops of liquid falling vertically on a horisontal plate// Proc. R. Soc. Lond. 1877. Vol. 25. P. 261-271.

69. Worginton A.M., A second paper on the forms assumed by drops of liquid falling vertically on a horisontal plate// Proc. R. Soc. Lond. 1877. Vol. 25. P. 498-503.

70. Stow C.D., Hadfield. An experimental investigation of fluid flow resulting from the impact of a water drop with an unyielding dry surface// Proc. R. Soc. London. Ser. A373. 1981. p. 414-441.

71. Поваров О.А. Образование агрессивных сред в паре и проблемы эрозии-коррозии металла. Новосибирск, 1988. 40 с. ( Препринт/ АН СССР. Сиб. отд-ние. Ин-т теплофизики; №145)^

72. Стебновский С.В. Особенности начальной стадии растекания капли на твердой поверхности// ПМТФ. 1979. № 1. С. 89-92.

73. Эрозия/ Под ред. К. Прис. М.: Мир, 1982. 464 с.84.79. Федорченко А.И. Гидродинамика и теплообмен при взаимодействии частица расплава поверхность// Автореферат дисс. . канд. физ.-мат. наук. Новосибирск: ИТФ СО АН СССР, 1989. 16 с.

74. Баллистические установки и их применение в экспериментальных исследованиях/ Н.А. Златин, А.П. Красильщиков, Г.И, Мишин, Н.Н. Попов. М.: Наука, 1974. 344 с.

75. Wilson M.P.W., Brunton J.H. Wave formation between impacting liquids in explosive welding and erosion// Nature. 1970. N 226. P. 538-541.

76. Гегузин Я.Е. Капля. M.: Наука. 1973. 218 с.

77. Li C.J., Li J.-L., Wang W.-B. Effect of substrate preheating and surface organic covering on splat formation// Proc. 15th Intern. Thermal Spraying Conf., 25-29 May 1998, Nice, France. Vol. 1. P. 473-480.

78. Bernardin J.D., Stebbins J.C., Mudawar I. Effects of surface roughness on water droplet impact history and heat transfer regimes// Int. J. Heat Mass Transfer. 1997. Vol. 40. N 1. P.73-88.

79. Bernardin J.D., Stebbins J.C., Mudawar I. Mapping of impact and heat transfer regimes of water drops impinging on a polished surface// Int. J. Heat Mass Transfer. 1997. Vol. 40, N 2. P. 247-267.

80. Houben J.M. Relation of the adhesion of plasma sprayed coatings to the process parameters size, velocity and heat content of the spray particles: Diss. Eindhoven, 1988. 227 p.

81. Madejski J. Solidification of droplets on a cold surface// J. Heat Mass Transfer. 1976. Vol.19. P. 1009-1013.

82. Chandra S., Avedisian C.T. On the collision of a droplet with a solid surface// Proc. R. Soc. London. Ser.A. 1991. Vol. 432. P. 13.

83. Collings E.W., Markworth A .J., McCoy J.K., and Saunder J.H. Splat-quench solidification of freely falling liquid-metal drops by impact on a planar substrate// J. Mat. Sci. 1990. Vol. 25. P. 3677-3682.

84. Pasandideh-Fard M., Qiao Y.M., Chandra S., Mostaghimi -J. Capillary effects during droplet impact on a solid surface// Phys. Fluids. 1996. Vol. 8. N 3. P. 650-659.

85. Pasandideh-Fard M., Bhola R., Chandra S., Mostaghimi J. Deposition of tin droplet on a steel plate: simulations and experiments// Int. J. Heat Mass Transfer. 1998. Vol. 41. P. 22292945!

86. Bennett T. and Poulikakos D. Splat-quench solidification: Estimating the maximum spreading of a droplet impacting a solid surface// J. Mat. Sci. 1993. Vol. 28. P. 963-970.

87. Akao F., Araki K., Mori S., Moriyama A. Deformation behaviors of a liquid droplet impinging onto hot metal surface// Trans. Int. Steel Inst. Japan. 1980. Vol. 20. P. 737-743.

88. Kurokawa M., Toda S. Heat transfer of an impacted single droplet on the wall// Proc. ASME/JSME Therm. Eng. Joint Conf., 1991. Vol. 2. P. 141-146.

89. Wachters L.H.J., Westerling N.A.J. The heat transfer from a hot wall to impinging water drops in the spheroidal state// Chem. Eng. Sci., 1966, Vol. 21. P. 1047-1056.

90. Zhao Z., Poulikakos D., Fukai J. Heat transfer and fluid dynamics during the collision of a liquid droplet on a substrate-2. Experiments// Int. J. Heat Mass Transfer. 1996. Vol. 39. N 13. P.2791-2802.

91. Вахалин В.А., Кудинов B.B., Белащенко B.E., Скидан Е.И. Исследование зависимости температуры напыляемых частиц и свойств покрытий от режимов электродуговой металлизации// ФХОМ. 1979. № 6. С. 52-59.

92. Ковренистый Ю.К., Болотина Н.П, Раваев А.А. и др. Об определении скорости охлаждения при закалке из жидкого состояния// Изв. АН СССР. Металлы. 1983. No. 4. С. 76-79.

93. Вейник А.И. Теория затвердевания отливки. М.: Машиностроение, 1960. 340 с.

94. Дейнеко В.В., Солоненко О.П. Исследование процесса взаимодействия частицы с подложкой при газотермическом напылении// 9 Всесоюз. конф. по генераторам низкотемпературной плазмы: Тез. докл. Фрунзе: Илим, 1983. С. 288-289.

95. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел/ Пер. с англ. М.: Наука, 1964. 487 с.

96. Solonenko О.P., Ushio М., Ohmori A. Some problems of plasma sprayed materials formation// Proc. of 11th Intern. Symp. on Plasma Chemistry, 22-27 August 1993. Loughborough, England. Vol. 1. P. 207-212.

97. Bertagnolli M., Marchese M., Jacucci G., Doltsinis I. St., Noelting S. Thermomechani-cal simulation of the splashing of ceramic droplets on a rigid substrate// J. Computational physics. 1997. Vol. 133. P. 205-221.

98. Liu H., Lavernia E.J., and Rangel R.H. Numerical simulation of impingement of molten Ti, Ni and W droplets on flat substrate// J. Therm. Spr. Tech. 1993. Vol. 2. P. 369-378.

99. Trapaga G. and Szekely J. Mathematical modeling of the isothermal impingement of liquid droplets in spray processes// Metall. Trans. 1991. Vol. B22. P. 901-914.

100. Markworth A.J. and Saunders J.H. An improved velocity field for the Madejski splat-quench solidification model// Int. J. Heat Mass Transfer, 1992, Vol. 35, N 7. P. 1836-1837.

101. Солоненко О.П, Шурина Э.П., Головин А.А. Моделирование динамики и фазовых превращений при соударении капли расплава с твердой подложкой// Новосибирск, 2000. 43с. (Препринт/ Ин-т теор. и прикл. механики СО РАН, № 5-2000).

102. Гасин Д.А., Урюков Б.А. Динамика взаимодействия жидкой частицы с поверхностью// Изв. СО АН СССР. Сер. техн. наук. 1986. Вып. 3. № 16. С. 95-100.

103. Pershin V., Thompson I., Chandra S., Mostaghimi J. Nickel splat formation during plasma spraying// Proc. of the 14th Intern. Symp. on Plasma Chemistry, 2-6 August 1999. Prague, Czech Republic. Vol. 4. P. 2089-2094.

104. Tomoyasu K., Amada S., Haruyama M. Study on solidifying process of molten droplets// 13th Int. Symp. on Plasma Chemistry. Vol. 3. P. 1416-1421.

105. Amada S., Ohyagi Т., Haruyama M. Flattening Process and Splat Profile of Molten Metal Droplets: Simulation of Plasma Spraying// Proc. of the 14th Intern. Symp. on Plasma Chemistry, 2-6 August 1999. Prague, Czech Republic, Vol. 4. P. 2013-2018.

106. San Marchi C., Liu H., Lavernia E.J., Rangel R.H., Sickinger A., and Muchlberger E. Numerical analysis of the deformation and solidification of a single droplet impinging onto a flat substrate// J. Mat. Sci. 1993. Vol. 28. P. 3313-3321.

107. Liu H., Lavernia E.J., and Rangel R.H. Numerical simulation of substrate impact and freezing of droplets in plasma spray processes// J. Phys. D: Appl. Phys. 1993. Vol. 26,1. P. 1900-1908.

108. Шестопалов В.Ю. Разработка технологических процессов плазменного напыления с повышенной прочностью сцепления// Автореферат дисс. . канд. техн. наук. Минск. 1989.16 с.

109. Никифоров Г.Д., Приведенцев В.Н. Формирование слоя при напылении тугоплавких материалов// ФХОМ. 1969. № 1. С. 86-94.

110. Remmington J.С. Bonding studies of liquid metal at low velocity impact// J. Mater. Sci. 1969. Vol. 4. P. 704-712.

111. Pherson R:Mc. The relationship between the mechanism of formation, microstructure and properties of plasma-sprayed coatings// Thin Solid Films. 1981. Vol. 83. P. 297-310.

112. Pherson R.Mc. On formation of termally sprayed alumina coatings// J. Mater. Sci. 1980. Vol. 15. P. 3114-3149.

113. Pherson R.Mc., Shafer B.V. Interlamellar contact within plasma-sprayed coatings// Thin Solid Films. 1982. Vol. 97. P. 201-204.

114. Ohmori A., Li C.J. The structure of plasma-sprayed alumina coatings revealed be copper electroplating// Proc. Fourth Nat. Therm. Spr. Conf., 4-10 May, 1991. Pittsburgh, PA, USA. P. 105-113.

115. Thoroddsen S.T., Sakakibara J. Evolution of fingering pattern of an impacting drop// Physics of Fluids. A, Fluid Dynamics. 1998. Vol. 10, N 6. P. 1359-1374.

116. Pozdrikis C. The deformation of a liquid drop moving normal to a plane wall// J. Fluid Mech. 1990. Vol. 215. P. 331-363.129.128. Углов А.А. Состояние и перспективы лазерной технологии// ФХОМ. 1992. № 4. С.32-42.

117. Углов А.А., Иванов Е.М. Контактные температуры в области малых времен для задач с плавлением и кристаллизацией// ФХОМ. 1988. № 4. С. 50-55.

118. Loulou T., Artyuhin Е.А., and Bardon J.P. Solidification of molten tin drop on a nickel substrate// Proc. of the 10th Intern. Heat Transfer Conf. "Heat Transfer 1994", 14-18 August 1994. Brighton, UK. Vol. 4. P. 73-78.

119. Wang G.-X. and Matthys E.F. Interfacial thermal contact during solidification on a substrate// Proc. of the 10th Intern. Heat Transfer Conf. "Heat Transfer 1994", 14-18 August 1994. Brighton, UK. Vol. 4. P. 169-174.

120. Wang G.-X. and Matthys E.F. Experimental investigation of interfacial thermal conductance for molten metal solidification on a substrate// Tr. ASME. J. Heat Transfer. 1996. Vol.118. P. 157-163.

121. Inada Sh., Yang W.-J. Solidification of molten metal droplets impinging on a cold surface// Experimental Heat Transfer. 1994. Vol. 7, N 2. P. 93-100.

122. Solonenko O.P. Advanced thermophysical fundamentals of melt microdroplet flattening and solidification on a substrate// Proc. of the 8th National Thermal Spray Conf., 11-15 September 1995. Houston, Texas. P. 237-242.

123. Rangel R.H., Bian X. Metall-droplet deposition model including liquid deformation and substrate remelting// Int. J. Heat Mass Transfer. 1997. Vol. 40, N 11. P. 2549-2564.

124. Сверхбыстрая закалка жидких сплавов/ Под ред. Г. Германа, М.: Металлургия. 1986.374 с.

125. Zhao Z., Poulikakos D., Fukai J. Heat transfer and fluid dynamics during the collision of a liquid droplet on a substrate-1. Modeling// Int. J. Heat Mass Transfer. 1996. Vol. 39, N 13. P. 2771-2789.

126. Fukai J., Zhao Z., Poulikakos D., Megaridis C.M., and Miyatake O. Modeling of the deformation of a liquid droplet impinging upon a flat surface// Physics of Fluids A, Fluid Dynamics. 1993. Vol. 5, N 11. P. 2588-2599.

127. Fukai J., Shiiba Y., Uamamoto Т., Miyatake O., Poulikakos D., Megaridis C.M. and Zhao Z. Wetting effects on the spreading of a liquid droplet colliding with a flat surface. Experiment and modeling// Physics of Fluids. 1995. Vol. 7. N 2. P. 236-247.

128. Rnotek O., Elsing R. Monte Carlo simulation of the lamellar structure of thermally sprayed coatings// Surface and Coatings Technology. 1987. N 32. P. 261-271.

129. Solonenko O.P. Fundamental problems of plasma-spraying. Thermal Spray: International Advances in Coating Technology/ Proc. of 13th Intern. Thermal Spray Conference, 28 May -5 June 1992. Orlando, Florida, USA. ASM International, 1992. P. 787-792.

130. Solonenko O.P. State-of-the-art of thermophysical fundamental plasma spraying/ In coll.: "Thermal Plasma and New Materials Technology"// Eds. O.P. Solonenko and M.F.Zhukov. Cambridge Interscience Publishing. England. 1995. Vol. 2. P. 7-96.

131. Солоненко О.П., Алхимов А.П., Марусин В.В. и др. Высокоэнергетические процессы обработки материалов. Новосибирск: Наука, Сиб. изд. фирма РАН, 2000. 421 с.

132. Зиновьев В.Е. Кинетические свойства металлов при высоких температурах. М.: Металлургия, 1984. 200 с.

133. Регель А.Р., Глазов В.М. Физические свойства электронных расплавов. М.: Наука. 1980. 135 с.

134. Убеллоде А.Р. Расплавленное состояние вещества. М.: Металлургия. 1982. 375 с.

135. Hultgren R., Desai P.D., Hawkins D.T. et al. Selected values of the thermodynamic properties of elements. Ohio, Amer. Soc. Met. 1973. 636 p.

136. Durst F., Melling A., Whitelaw J.H. Principles and Practice of Laser Doppler Anemometry / 2-ed. London etc. New York. 1980.

137. Buchalo W.D, Houser M.J. Phase/Doppler spray analiser for simultaneous measurements of drop size and velocity distributions// Opt. Eng. 1984. Vol. 25, N 5. P. 205-213.

138. Jyle A. et al. Particle size and velocity measurement by laser anemometry// J. Energy. 1977. Vol. 1. P. 220-225.

139. Mizutani Y., Kadama H., Nivasoka K. Doppler-Mie Combination Technique for Determination of Size-Velocity Correlation of Spray Droplets// Combustion and Flame. 1982. Vol. 44. P. 85-95.

140. Holve D.J., Annen K.D. Optical particle counting, sizing and velocimetry using intensity deconvolution // Opt. Eng. 1984. Vol. 23, N 5. P. 591-603.

141. Валеев P.С., Гизатуллин P.H., Голубев А.Г., Ягодкин В.И. Оптический метод локального определения дисперсности аэрозоля по интегральным характеристика рассеянного света// Измерит, техника. 1983. № 5. С. 71-74.

142. Goldberg I.L., Meculloch A.W. Annular aperture diffracted energy distribution for an extended source// Applied Optics. 1969. Vol. 8, N 7. P. 1451-1458. '

143. Ranz W.E. and Marshall W.R. Evaporation from drops// Chem. Eng. Prog. 1952, Vol.48, N3. P. 141-146.

144. Карлсон Д., Хоглунд P. Сопротивление и теплоотдача частиц в соплах ракетных двигателей// Ракетная техника и космонавтика. 1964. № 11. С. 104-109.

145. Solonenko О.P., Smirnov A.V. Conjugate heat transfer and phase transitions during a metallic drops flattening and solidification on a substrate// Proc. of 3rd Europ. Congress on Thermal Plasma Processes. Aachen, Germany. 1995. P. 504-517.

146. Solonenko O.P., Smirnov A.V. Comparative analysis and testing of a different theories characterizing a diameter and thickness of plasma sprayed splats// Proc. of 12th Intern. Symp. on Plasma Chemistry. Minneapolis, USA. 1995. P. 921-926.

147. Solonenko O.P., Ohmori A., Matsuno S., Smirnov A.V. Deformation and solidification of melt microdroplets impinging on substrate: Theory and experiment// Proc. of 14th Intern.

148. Thermal Spray Conf., 22-26 May 1995. Kobe, Japan. P. 359-364.

149. Solonenko O.P., Smirnov A.V. Generalized map of the plasma sprayed splats formation// Proc. of 3rd Asian-Pacific Conf. on Plasma Science and Technology, 15-17 July 1996. Tokyo, Japan. P. 247-252.

150. Solonenko О.P., Smirnov A.V. Criterion of stable formation of plasma sprayed splats on a smooth substrate// 13th Int. Symp. on Plasma Chemistry, 18-22 August 1997, Beijing, China. Vol. 3. P. 1422-1427.

151. Солоненко О.П., Смирнов A.B. Соударение капли расплава с поверхностью. Теория и модельный эксперимент// Докл. РАН. 1998. Т. 363. № 1. С. 46-49.

152. Solonenko О.Р., Smirnov A.V. Physical modeling different scenarios of metallic splats formation under plasma spraying// Proc. of the 14th Intern. Symp. on Plasma Chemistry. 2-6 August 1999. Prague, Czech Republic. Vol.4. P. 2121-2126.

153. Solonenko O.P., Smirnov A.V., Klimenov V.A., Butov V.G., Ivanov Yu.F. Role of interfaces in splat and coatings structure formation// Physical Mesomechanics. 1999. Vol. 2. N 1-2. P. 113-129.

154. Солоненко О. П., Смирнов А. В., Клименов В. А., Бутов В.Г, Иванов Ю.Ф. Роль границ раздела при формировании сплэтов и структуры покрытий // Физическая мезомеханика. 1999. №2. С. 123-140.

155. Куприянов И.JI., Геллер М.А. Газотермические покрытия с повышенной прочностью сцепления. Минск: Наука и техника, 1990. 176 с.

156. Allen R.F. The role of surface tension in splashing//J. Colloid Interface Sci. Vol. 51, N2, 1975. P. 350-351.

157. Marmanis H., Thoroddsen S.T. Scaling of the fingering pattern of an impacting drop// Phys. Fluids. 1997. Vol. 8. N 6. P. 1344-1346.

158. Федорченко А.И., Чернов А.А. Образование лепестковой структуры на фронте осе-симметричной пленки жидкости, индуцированной ударом капли о плоскую поверхность// ПМТФ. 1999. Т. 40. № 6. С. 91-96.

159. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1969.742 с.

160. Jakobi Н., Schwerdtfeger К. Dendrite morphology of steady state undirectionally solidified steel// Met. Trans. 1976, Vol.7A. N 6. P. 8111-8120.

161. Matejicek J., Sampath S., Herman H. Processing effects on splat formation, microstructure and quenching stress in plasma sprayed coatings// Proc. 15th Intern. Thermal Spraying Conf. 25-29 May 1998. Nice, France. Vol. 1. P. 419-424.