Исследование процесса нанесения многокомпонентных покрытий методом холодного газодинамического напыления тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

На правах рукописи

□□3431349

СОВА АЛЕКСЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА НАНЕСЕНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ПОКРЫТИИ МЕТОДОМ ХОЛОДНОГО ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО НАПЫЛЕНИЯ

01.02.05 - механика жидкости, газа и плазмы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации па соискание ученой степени кандидата технических наук

- 4 ФЕВ 2010

Новосибирск 2009

003491349

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения РАН

Научные руководители: доктор физико-математических наук

Косарев Владимир Федорович

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Ульяницкий Владимир Юрьевич

доктор технических наук Михатулин Дмитрий Сергеевич

Ведущая организация: Институт физики прочности и материалове-

дения СО РАН

Защита состоится 26 февраля 2010 г. в II ч. 00 мин. на заседании Диссертационного совета Д 003.035.02 при Учреждении Российской академии наук Институте теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН по адресу: 630090, г. Новосибирск, ул. Институтская, 4/1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Института теоретической и прикладной механики СО РАН

Отзывы на автореферат, заверенные гербовой печатью организации, просьба направлять па имя ученого секретаря организации по указанному адресу в двух экземплярах не позднее, чем за две недели до защиты.

Автореферат разослан « 2А » ¡ТЩар^к_20/Л\

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук ""¡£-7 3 И.М. Засыпкин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Метод холодного газодинамического напыления (ХГН) является сравнительно новым способом нанесения порошковых покрытий. Формирование покрытия происходит при температурах, значительно ниже температуры напыляемого материала, что является основным отличием ХГН от методов газотермического напыления. Подавляющее большинство проведенных в области ХГН исследований посвящены напылению одмокомпонентных покрытий, то есть покрытий, состоящих из частиц одного материала (чистый металл или сплав). Однако в последнее время все больший интерес для исследователей и технологов представляет процесс холодного газодинамического напыления многокомпонентных покрытий. Такие покрытия обладают уникальными свойствами, существенно отличающимися от свойств однокомпонентных покрытий.

Многокомпонентные покрытия, получаемые методом ХГН, можно разделить на два типа. Покрытия первого типа наносят с помощью напыления порошков, состоящих из композитных частиц, имеющих сложную многокомпонентную структуру. Данный способ является сравнительно новым, и его появление связано, в первую очередь, с возникновением технологической возможности изготавливать сложные порошки с внутренней структурой в промышленных масштабах.

Второй тип составляют покрытия, получаемые путем напыления смесей микродисперсных порошков. Разработка научных основ нового способа ХГН-нанесения многокомпонентных покрытий второго типа и исследование основных закономерностей формирования покрытий таким способом является целью данной диссертации.

Обзор научной литературы показывает, что изучение процесса ХГН-нанесения многокомпонентных покрытий, полученных напылением микродисперсных смесей, в настоящее время затруднено. В основном это связано с технологической сложностью реализации процесса. Как правило, нанесение таких покрытий производится путем напыления заранее приготовленных механических смесей с их подачей в дозвуковую либо сверхзвуковую область газового потока. Однако известно, что для каждого напыляемого материала существуют оптимальные параметры газового потока, которые могут не совпадать с оптимальными параметрами для другого материала смеси. В этих случаях одновременное напыление всех компонентов смеси либо невозможно вообще, либо коэффициенты напыления компонентов отличаются друг от друга в разы, что приводит к различию между стехиометрией напыляемой смеси и получаемого покрытия. В связи с этим требуется разработать новый подход к холодному газодинамическому напылению смесей, позволяющий варьировать в широком диапазоне скорость и температуру частиц каждого напыляемого порошка, и тем самым осуществлять управление процессом напыления смеси. В настоящей работе впервые предлагается проводить управление температурой и скоростью частиц напыляемой смеси порошков не только путем варьирования параметров

газового потока, но и путем независимой инжекции каждого компонента напыляемой смеси в разные области потока газа.

Одним из направлений в нанесении ХГН-покрытий из смесей порошков является напыление металлокерамических покрытий. Напыление керамических порошков методом ХГН в подавляющем большинстве случаев невозможно вследствие непластичности керамических частиц. Однако напыление смесей металлического и керамического порошков возможно. В этом случае металлический компонент играет роль матрицы, удерживающей керамические частицы. Данные покрытия обладают рядом уникальных свойств, включая высокую адгезию и повышенную износостойкость. В настоящее время экспериментально показано, что процесс формирования металлокерамических покрытий имеет ряд особенностей, обусловленных взаимным влиянием керамических и металлических частиц на процесс напыления. Однако данные особенности в настоящий момент являются слабо изученными и требуют дальнейших экспериментальных и теоретических исследований. Цели работы

1. Исследование влияния типа подачи порошка в газовый поток (введение в дозвуковую область и сверхзвуковую область) на скорость и температуру частиц при вылете из сопла.

2. Разработка способа нанесения многокомпонентных покрытий путем раздельного ввода компонентов смеси в дозвуковую и сверхзвуковую области.

3. Применение разработанного способа для экспериментального исследования особенностей процесса формирования многокомпонентных металлических покрытий.

4. Экспериментальное исследование особенностей ХГН-нанесения металлокерамических покрытий, влияния параметров керамического порошка (размера, массового содержания в смеси и т.д.) на процесс формирования покрытий.

5. Разработка рекомендаций по дальнейшему развитию способа ХГН-нанесения многокомпонентных покрытий с помощью раздельной подачи напыляемых компонентов.

Научная новизна

Экспериментально и теоретически показано, что в условиях ХГН скорость и температура микродисперсных частиц перед соударением с преградой зависят от того, в какую область потока в сопле Лаваля - дозвуковую или сверхзвуковую - они инжектированы.

Впервые предложен способ холодного газодинамического напыления многокомпонентных металлических покрытий с раздельной инжекцией каждого напыляемого компонента в различные области сопла с целью оптимального нагрева и ускорения частиц каждого порошка.

Для реализации подачи компонентов напыляемой смеси в сверхзвуковую область впервые предложено использовать эффект эжекции.

Проведено теоретическое и экспериментальное обоснование эффективности разработанного способа холодного газодинамического напыления многокомпонентных покрытий с раздельной подачей напыляемых компонентов на примере различных материалов.

Впервые предложен способ холодного газодинамического напыления многокомпонентных металлокерамических покрытий с раздельной инжекцией каждого напыляемого компонента в различные области сопла с целью оптимального нагрева и ускорения частиц каждого порошка, а также исключения эрозии стенок сопла в критическом сечении керамическими частицами.

Экспериментально исследованы некоторые особенности процесса формирования металлокерамических покрытий, в частности влияние процентного содержания керамики и размера керамических частиц на коэффициент напыления смеси.

Практическая значимость

Разработанный способ нанесения многокомпонентных покрытий методом ХГН может быть успешно применен как для проведения дальнейших исследований, касающихся изучения явления ХГН, так и для промышленных приложений. На разработанный способ и устройства для его реализации получены два российских и один европейский патент. Достоверность результатов

Все исследования проведены с помощью известных и хорошо зарекомендовавших себя методов. Полученные результаты физически непротиворечивы, расчетные и экспериментальные данные удовлетворительно согласуются друг с другом. Важным свидетельством достоверности полученных в диссертации результатов является их апробация на национальных и международных симпозиумах и конференциях, а также обсуждение этих результатов со специалистами в данной области. На защиту выносятся

1. Результаты численного исследования влияния расположения точки ввода порошка в поток газа на скорость и температуру частиц в момент удара.

2. Способ нанесения многокомпонентных покрытий (металл + металл, металл + керамика) методом ХГН с раздельной подачей напыляемых компонентов смеси в различные области газового потока с целью оптимального нагрева и ускорения частиц каждого компонента напыляемой смеси, а также исключения эрозии керамическими частицами стенок сопла в критическом сечении.

3. Результаты расчетного и экспериментального исследования процесса нанесения многокомпонентных покрытий (металл + металл) предложенным способом на примере нескольких материалов.

4. Результаты экспериментального исследования влияния процентного содержания керамики в напыляемой смеси, а также размера керамических частиц на процесс формирования металлокерамического покрытия.

Апробация работы

Результаты работы докладывались на семинарах академика В.М. Фомина в ИТПМ СО РАН, на семинарах профессора И. Смурова в Национальной инженерной школе Сэнт-Этьена (Франция), а также на различных российских и международных конференциях: XLII Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2004); XII Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (Новосибирск, 2006); IX Всероссийском съезде по теоретической и прикладной механике (Нижний Новгород, 2006); Международной конференции по термическому напылению (Маастрихт, Нидерланды, 2008); 13-й и 14-й международных конференциях «Методы аэрофизических исследований (ICMAR)» (Новосибирск, Россия, 2007, 2008); 4-й и 5-й Европейских летних школах «Перспективные методы обработки поверхности и их перспективы в промышленности» (Сэнт-Этьен, Франция, 2007, 2009).

Кроме того, получены три патента: Патент РФ № 2353705. Способ газодинамического напыления порошковых материалов и устройство для его реализации, 2009; Патент РФ № 2334827. Устройство газодинамического напыления порошковых материалов, 2008; European Patent № 1 925 693 А2 Method and device for coating, 2008. Публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в 5 статьях в рецензируемых журналах и 9 материалах всероссийских и международных конференций, получено два российских и один европейский патент. Личный вклад автора

При выполнении работ по теме диссертации диссертант принимал активное участие в постановке задач, обсуждении результатов, подготовке печатных работ и докладов на конференциях. Основные результаты диссертации получены при непосредственном участии автора. Им проведены все эксперименты и расчеты, представленные в работе. Результаты совместных работ представлены в диссертации с согласия соавторов. Структура работы

Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы в 128 наименований. Объем диссертации составляет 120 страниц, в том числе 92 рисунка и 4 таблицы.

Во введении кратко анализируется состояние вопроса. Обосновывается актуальность темы, формулируется цель работы. Приводится краткое описание диссертации по главам, и формулируются основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава содержит обзор публикаций, посвященных ХГН, проводится анализ приоритетных направлений работы исследователей в области холодного газодинамического напыления. В пунктах 1.1 и 1.2 главы сформулированы направления работ в области исследования процесса ХГН, кратко представлены основные на сегодняшний день результаты по каждому из направлений. В

пункте 1.3 проанализированы работы, посвященные напылению многокомпонентных покрытий методом ХГН. Сформулированы основные векторы исследования в данном направлении, очерчен круг проблем, существенно затрудняющих исследования. В конце главы в виде тезисов сформулированы наиболее актуальные на сегодняшний день научные и технологические проблемы данного направления:

1) Известно, что для эффективного холодного напыления каждого материала требуется подобрать оптимальные именно для этого материала параметры газового потока. Зачастую оказывается невозможным подобрать температуру газового потока так, чтобы она обеспечивала напыление всех компонентов смеси. Важно также отметить, что чрезмерное повышение температуры газового потока ведет к налипанию порошка на внутренние стенки сопла, а также приводит к ухудшению качества напыляемого покрытия.

2) Процесс напыления металлокерамических смесей существенно отличается от процесса нанесения напыления чистого металла. В частности, коэффициент напыления металлокерамической смеси значительно отличается от коэффициента напыления чистого металла. Это напрямую указывает на взаимное влияние компонентов смеси на процесс напыления. В связи с этим, исследование влияния параметров керамических частиц (тип, размер, массовая доля в смеси и т.д.) и параметров газа на процесс ХГН металлокерамических смесей является актуальным.

3) Напыление металлокерамических смесей сопровождается сильным износом сопла в области критического сечения из-за эрозионного воздействия керамических частиц. Это быстро приводит сопловой узел в негодность. Устранение эрозии стенок сопла в критическом сечении являлось бы актуальным технологическим усовершенствованием процесса ХГН.

Вторая глава посвящена задаче исследования влияния расположения точки ввода порошка в сопло на скорость и температуру частиц при вылете из сопла. С помощью модели расчета газового потока, основанного на одномерной изоэнтропической теории движения газа с учетом влияния пограничного слоя (расчет по уравнению Кармана) были проведены численные расчеты скорости и температуры частиц, введенных в различные точки сопла Лаваля. Расчет скорости частиц проводился по уравнению

(Н 2т Л

р

здесь у, V -скорости газа и частиц, тр- масса частицы, р- плотность газа,

5Р - площадь миделевого сечения частицы, I - время, Сс - коэффициент сопротивления. Температура частиц рассчитывалась согласно уравнению

с1Т в Л Р V с —-=- = N11 —(7*п ), р р ск с12 "

где /Зр, ур, ср, Т , с1г - плотность, скорость, теплоемкость, температура и размер частицы соответственно, N11 - число Нуссельта, г - координата по оси сопла, Л -теплопроводность Т0 - температура торможения газа на частице.

20 мм 115 мм

Е , &й--а- - й--*

^ Ж Ж Ж Ж Ж- - Ж Ж. Ж Ж Ж Ж

Е 5 ю ю

Р1 Рг Рз Р4 Рб Ре Рг Ре Рэ Рю Ри Рис. 1. Геометрические параметры сопла и схема расположения точек ипжекции порошка п сопло, использовавшиеся в численных расчетах.

Расчет проводился для частиц алюминия и меди размером 30 мкм, инжектированных в точки, отстоящие на расстояние от 0 до 100 мм от входа в сопло с шагом в 10 мм (рис. 1). Видно, что точки Р\ и Рг находятся в дозвуковой части сопла, точка Р3 в критическом сечении, а все последующие точки инжекции порошка находятся в сверхзвуковой области сопла.

Варьирование значений давления торможения и температуры торможения потока производилось в пределах р0 =1,6-3 МПа и Т0 = 500 - 900 К соот-_ ветственно. На рис. 2 представлены примеры эволюции скорости 11 температуры частиц, инжектированных в различные точки сопла, полученные в результате расчетов. Из рис. 2,а видно, что разгон частиц происходит в основном в сверхзвуковой части сопла и решаю-

ррррррррррр г.мм

' ' ' ' ....... " щую роль в значении

6 выходной скорости час-

Рис. 2. Эволюция скорости (а) и температуры (б) алюми- тиц НГрает дЛИНа сверх-

ниевых частиц, размером 30 мкм в зависимости от точки ЗВуКОВОГО участка В

ипжекции порошка в поток.

' ^ с„пи. данном случае частицы,

/;„ = 1,6 МПа, Г0 = 500 К.

I

Ч:.....-

-------------

введенные в сопло через точку 1 и точку 11, имеют отличие в выходной скорости около 100 м/с в случае алюминия и 150 м/с в случае меди. Рисунок также иллюстрирует, что варьирование координаты точки ввода в рассмотренных пределах изменяют скорость частиц при вылете из сопла не более чем на 15 %.

Совершенно иначе местоположение точки ввода порошка влияет на температуру частиц (см. рис. 2,6). Частицы, введенные в поток после критического сечения, то есть в сверхзвуковую область, не имеют участка интенсивного нагрева вследствие того, что теплообмен между газом и частицей в сверхзвуковой области значительно ниже, чем в дозвуковой области. Поэтому их температура на вылете из сопла заметно ниже, чем у частиц, введенных в дозвуковую область.

Таким образом, из результатов расчетов следует, что выбор точки ввода порошка (в форкамеру сопла или в сверхзвуковую область) оказывает значительное влияние на температуру частиц при вылете из сопла. Данный эффект можно использовать для напыления многокомпонентных покрытий из порошков с существенно различными температурно-скоростными требованиями для напыления (рис. 3).

Точка инжекции "легконапыляемого" компонента смеси

3 и*»® R<"'V<>mi u участок

Сверхзвуковой участок

Г

Точка инжекции "труднонапыляемого" компонента смеси

Дозатор 1

Дозатор 2

Рис. 3. Схема ХГН-нанесепия смесей металлических порошков методом раздельной

инжекции компонентов.

Для компонентов смеси, требующих интенсивного прогрева для реализации напыления, следует выбирать ввод в дозвуковую часть сопла. Более легконапыляемые компоненты (компоненты, требующие меньшего нагрева) следует вводить в сверхзвуковой части сопла. Подавая порошки различных материалов в разные точки сопла одновременно, можно добиться эффективного формирования многокомпонентного покрытия, поскольку частицы всех компонентов в момент вылета из сопла будут иметь оптимальные для напыления параметры. Так как смешение компонентов будет происходить непосредственно в газодинамическом тракте, то соотношения компонентов в покрытии следует задавать, меняя их расход. При наличии дозаторов порошка высокой точности и управляемости это позволяет получать т.н. градиентные покрытия, то есть покрытия с переменным составом по толщине.

Подачу порошка в сверхзвуковую область было предложено осуществлять с помощью принципа эжекции (рис. 4). В этом случае порошок подается из до-

Эжектируемый поток Рог

-

Мг =1

5 Р01

2 т 5 >, 101 а

£ СО

Р'Л- __

Тог

Эжектируемый поток

Роз

Поток смеси Тоз Мз

Сечение запирания!

Эжектируемый поток + "легкомнапыляемый" порошок

Эжектирующий поток

"Трудноналыляемый порошок

Эжектирующий поток

затора 2 (см. рис. 3), находящегося под атмосферным давлением, за счет эффекта эжекции, что существенно упрощает конструкцию дозатора и установки в целом. Расчет сверхзвукового эжектора с параметрами, необходимыми для реализации ХГН, производится с помощью одномерной теории эжекции.

Глава 3 по-

Эжектируемый поток + "легкомнапыляемый" порошок

Рис. 4. 11ринципиальная схема эжекторного сопла и схема его применения для реализации напыления смесей порошков.

священа экспериментальной и расчетной проверке предложенного способа напыления многокомпонентных покрытий. Было сконструировано сопло, позволяющее производить подачу порошка как в дозвуковую, так и в сверхзвуковую область потока.

Целью первых экспериментов являлась проверка полученных в Главе 2 расчетных данных, указывающих, что один и тот же порошок, поданный в дозвуковую область сопла, будет нагреваться до более высоких температур, чем порошок, введенный в сверхзвуковую область. Это должно непосредственно отразиться на процессе напыления. В частности, предполагалось, что порошок алюминия, поданный в дозвуковую область потока, будет напыляться при более низких температурах торможения газа, чем такой же порошок, введенный в сверхзвуковую область. Эксперименты показали, что напыление порошка алюминия с коэффициентом напыления (отношение массы покрытия к массе выброшенного порошка) около 0,5, введенного в дозвуковую область, реализуется при температуре торможения газа около 473 К. Увеличение температуры торможения газа приводит к слипанию частиц алюминия в потоке и налипанию на стеки сопла, что сигнализирует о перегрева порошка. В случае подачи порошка алюминия в сверхзвуковую область коэффициент напыления достигает 0,5 при температуре торможения не менее 673 К (рис. 5).

В случае подачи порошка в сверхзвуковую область потока при температуре торможения 473 К покрытие практически не напыляется. Увеличение температуры торможения приводит к закреплению частиц на подложке. Устойчивый процесс напыления данного алюминиевого порошка происходит при температуре торможения газа не менее 650 К.

350 400 450 500 550 600 650 к700

Рис. 5. Зависимость коэффициента напыления порошка алюминия, введенного в различные области сопла, от температуры торможения газа (азот). I - ввод в дозвуковую область; 2 - ввод в сверхзвуковую область; = 1,6 МПа.

Расчеты газового потока и параметров частиц (FLUENT), проведенные при входных параметрах газового потока идентичных экспериментальным, показывают, что разница между температурами частиц алюминия, введенных в дозвуковую и сверхзвуковую области разработанного сопла, может достигать 150 К.

Для верификации полученных расчетных данных было проведено экспериментальное измерение скорости частиц. Измерение производилось с помощью известного метода треков. Схема установки для измерения скорости частиц представлена на рис. 6.

Сравнение результатов расчетов и измерений показывает хорошее совпадение экспериментальных и расчетных данных.

Далее, на примере напыления покрытия медь + алюминий, были проведены эксперименты с целью проверки эффективности предложенного способа нанесения многокомпонентных покрытий. Подача порошка меди, как порошка, требующего более интенсивного прогрева, осуществлялась в дозвуковую область сопла, подача алюминия осуществлялась в сверхзвуковую область сопла. На рис. 7 представлена зависимость коэффициента напыления получаемой смеси. Видно, что коэффициент напыления достигает 0,5 при температуре торможения газа 650 - 700 К. Анализ микрошлифов (см. рис. 8) полученного покрытия показывает наличие обоих напыляемых компонентов в покрытии, причем исходный состав компонентов сохраняется.

Источник света

(ЯШ ¡1

Сопло

Поле измерений

Камера

Рис. 6. Схема установки для измерения скорости частиц методом треков.

0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0

350 400 450 500 550 600 650 700

Т. , К

Рис. 7. Зависимость коэффициента напыления смеси порошков алюминия и меди, введенного в дозвуковую (медь) и сверхзвуковую (алюминий) области сопла, от температуры торможения газа. р„ = 1,6 МПа.

ЩЪы. Шт ШШш*. ^^..-^т^ягш

-■-.-.г-Ж

тШт!Ш1ШШШШШЯ

• |

ШШцЛ

/

1---------А1 1

Рис. 9. Скорость (а) и температура (б) частиц меди и алюминия перед ударом в зависимости от размера частиц. Подача порошка меди в дозвуковую область, подача порошка алюминия в сверхзвуковую область.

Т„ = 673 К, р„ = 2 МПа.

Рис. 8. Микрофотографии шлифа двух-компонентного медно-алюмипиевого покрытия.

Численный расчет (FLUENT) параметров частиц алюминия и меди, введенных в различные точки подачи порошка показывают, что их температуры и скорости на срезе сопла существенно отличаются. На рис. 9 приведены расчетные значения температуры и скорости перед ударом частиц алюминия и меди в зависимости от их размера.

Были также проведены эксперименты с нанесением покрытия титан-алюминий. Подача порошка титана, как порошка требующего нагрева до более высокой температуры, производилась в дозвуковую область сопла, подача алюминия - в сверхзвуковую. В процессе напыления состав смеси варьировался в пределах от 0 до 100 % массового содержания алюминия. В ка-

-, - г, 1 ММ

рррг . ' .74» " ' - | -у - "V—' "Л,.;/■,. . • - фщ 1 ММ ; • д.;- •• • ' 0.5 мм

Рис. 10. Микрофотографии шлифа двухкомионептпого покрытия титан-алюминий с градиентом состава по толщине.

Рис. II. Эволюция температуры медных частиц, размером 25 мкм в зависимости от температуры порошка перед вводом в дозвуковую (а) и сверхзвуковую область (о) потока.

р0= 3 МПа, Т0 = 700 К.

честве наглядного примера на рис. 10 представлены микрофотографии шлифов полученных покрытий. Видно, что варьирование процентного содержания смеси непосредственным образом отражается на составе (слои разного оттенка имеют различное процентное соотношение между компонентами).

В качестве развития разработанного способа холодного напыления многокомпонентных покрытий с раздельным вводом компонентов напыляемой смеси предложено проводить предварительный прогрев порошка каждого напыляемого компонента с целью независимого контроля температуры частиц каждого компонента при вылете из сопла.

Расчеты показывают, что наиболее эффективным предварительный прогрев является в случае введения порошков в сверхзвуковую область потока. В качестве примера результатов расчет на рис. 11 приведены графики эволюции температуры предварительно нагретых частиц меди, введенных в дозвуковую и сверхзвуковую области сопла.

Порошок 2 Порошок 3 Порошок 4 Порошок 5

Рис. 12. Схема ХГН-нанесения смесей металлических порошков методом раздельной инжекции компонентов с независимым предварительным нагревом каждого

компонента.

Видно, что в случае подачи порошка в сверхзвуковую область потока управление его входной температурой позволяет управлять температурой частиц на выходе в значительно более широком диапазоне, чем в случае подачи в дозвуковую область. В связи с этим перспективным выглядит способ холодного напыления многокомпонентных покрытий с независимым предварительным нагревом каждого компонента, подающегося в сверхзвуковую область (см. рис. 11).

Глава 4 диссертации посвящена разработке способа с раздельной подачей порошков в поток для реализации ХГН-нанесения металлокерамических покрытий и исследованию особенностей процесса их формирования.

Известно, что керамические порошки в чистом виде не могут быть напылены методом ХГН в связи с отсутствием пластичности. Обработка поверхности высокоскоростным потоком керамических частиц приводит только к ее эрозии. Однако в смеси с металлом часть керамических частиц остается в покрытии вследствие механического «заклинивания» и последующего «заклепывания» напыляющимися металлическими частицами. В связи с этим, для керамических частиц определяющим параметром, влияющим на процесс взаимодействия с подложкой, является скорость удара. Поэтому в предложенном способе подача керамического порошка осуществляется в сверхзвуковую область сопла. Это позволяет избежать эрозии стенок сопла в критическом сечении и при этом разогнать керамические частицы до высоких скоростей. Подача металлического порошка осуществляется в

Г 4

Ш Щ. 1 - 5/С -1 * - ->

ЯМс «1м-

У&- ¿ййгйЗ <*'

Рис. 13. Микрофотографии шлифа покрытия медь - карбид кремния.

дозвуковую область потока с целью эффективного прогрева частиц и последующего их ускорения. На примере смесей алюминий - карбид кремния, алюминий -оксид алюминия, медь - карбид кремния, медь - оксид алюминия было проведено экспериментальное исследование, доказывающее эффективность применения данного метода для нанесения металлокерамических покрытий. В качестве типичного примера микроструктуры полученных металлокерамических покрытий на рис. 13 представлен микрошлиф покрытия медь - карбид кремния.

При реализации экспериментов с напылением металлокерамических покрытий был выявлен эффект «активирующего» воздействия керамического порошка на процесс напыления смесей. То есть коэффициент напыления металлокерамиче-ской смеси может быть выше, чем коэффициент напыления чистого металла (рис. 14).

С физической точки зрения активационное влияние керамического порошка объясняется, во-первых, тем, что удар керамической частицы вызывает очистку поверхности.

Это улучшает условия для образования связей между частицей и подложкой при последующем ударе в эту же поверхность металлической частицы. Соответственно вероятность закрепления металлической частицы на подобной «активированной» поверхности увеличивается. Во-вторых, удары керамических частиц создают развитую шероховатость на поверхности преграды, что увеличивает площадь контакта между ударяющейся металлической частицей и подложкой, и, следовательно, вероятность закрепления металлической частицы на подложке возрастает.

Эксперименты продемонстрировали также зависимость уровня акти-вационного воздействия от размеров керамических частиц. В частности, показано, что по мере увеличения размера керамических частиц коэффициент напыления смеси падает и может оказываться ниже, чем коэффициент напыления чистого металла. То есть по мере увеличения размера керамических частиц их эрозионное воздействие начинает превалировать над акти-вационным.

Кроме того, предложено рассмотреть еще один возможный механизм активирующего воздействия керамических частиц на процесс напыления. Данный механизм заключается в активации металлических частиц за счет столкновения их с керамическими частицами в потоке. Это приводит к очистке поверхностного слоя металлических частиц от оксидных слоев, что увеличивает вероятность их закрепления на подложке.

Рис. 14. Зависимость коэффициента напыления смеси меди и карбида кремния от процентного состава смеси.

Была разработана модель, позволяющая проводить оценки вероятности столкновения металлических частиц с керамическими непосредственно в газовом потоке. Согласно этой модели, вероятность столкновения металлической частицы с керамической рассчитывается по соотношению

dN'

_in

N

- 1-ехр

G nid +d )2 \ул V рш рл / Г \

1 1 dz

4/71 V V 1"" Ч

Среднее число соударений можно оценить как / =

{ G n{d + d j1 'J 1 1 N dz

12 in V p" V V рл |>in S-J

(Л/*, - число активированных металлических частиц, Nт - общее число металлических частиц, N. - число абразивных частиц, v - скорость металлических частиц, V —скорость абразивных частиц, а-число столкновений, G -массовый расход керамических частиц, d - размер металлических частиц, (I - размер керамических частиц, Sex - площадь сечения, L, - Lq - расстояние

между точкой инжекции абразивного порошка и выходом сопла, г - осевая координата сопла).

На основе этой модели были проведены расчеты вероятности столкновения металлических и керамических частиц в зависимости от их размера и от расположения точки ввода керамического порошка в поток. Параметры сопла и газа, использовавшиеся в расчетах приведены ниже.

Геометрические параметры сопла, используемые в расчете

Диаметр критического сечения, мм 3

Выходной диаметр, мм 6

Дистанция иапылеиия, мм 30

Длина сужающейся части, мм 100

Длина расширяющейся части, мм 20

Металл инжектировался в дозвуковую область сопла, а абразив - в различные области, находящиеся на оси и отстоящие от входа в сопло на расстояние по 0, 20, 40, 70 и 100 мм Расчеты показывают, что разность скоростей между керамическими и металлическими частицами может достигать нескольких сотен метров в секунду. В качестве примера результатов расчетов на рис. 15 и 16 представлены разность скорости между частицами алюминия 25 мкм и карбида кремния различных размеров, а также вероятности их соударения в зависимости от координаты ввода порошка карбида кремния в поток. При расчете учитывались только высокоскоростные соударения (урга-у > 50 м/с), которые предположительно могут приводить к очистке поверхности металлической частицы.

Оценка среднего числа соударений каждой металлической частицы с керамическими частицами показывает, что при использовании мелких порошков

абразива с типичными для ХГН расходами, число соударений может достигать десяти и более (рис. 17). Из рис. 15 - 17 видно, что наиболее выгодным с точки зрения столкновительной активации является инжекция мелкого порошка абразива размером сразу за критическим сечением

200-1

0,00 0,02 0.04 0.06 0,08 0,10 0,12 0,14 0.16 J. м

Рис. 15. Скорость движения частиц карбида кремния относительно частиц алюминия по оси газодинамического тракта. Размеры частиц карбида кремния: 5(1), 15 (2), 45(3), 135 (4) мкм; р0= 2,1 МПа, 7; =500 К.

Uo- |!

0,00 0.02 0,04 0.06 0,08 0,10

Рис. 16. Вероятность соударения частицы

алюминия с абразивом. Размеры частиц карбида кремния: 5(1), 45 (2), 135 (4) мкм:/;0 = 2,1 МПа, Г0=500К.

Рис. 17. Зависимость числа соударения от координаты инжекции абразива в сопло. 1 - частиц карбида кремния 5 мкм и частицами меди, р0 = 2,1 МПа, Т0 = 700 К; 2 -частиц карбида кремния 5 мкм и частицами алюминия, />0=2,1 МПа, Т0= 500 К.

В заключении приводятся основные результаты диссертации, которые состоят из следующих положений

1. Экспериментально и теоретически показано, что в условиях ХГН скорость и температура микродисперсных

частиц перед соударением с преградой в значительной степени зависят от того, в какую область потока в сопле Лава-ля - дозвуковую или сверхзвуковую -они инжектированы.

2. Впервые предложен способ холодного газодинамического напыления многокомпонентных металлических

покрытии с раздельной инжекциеи каждого напыляемого компонента в различные области сопла с целью оптимального нагрева и ускорения частиц каждого порошка. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволяют говорить об эффективности разработанного способа холодного газодинамического напыления многокомпонентных покрытий.

3. Перспективным направлением развития разработанного способа холодного газодинамического напыления смесей металлических порошков является применение независимого предварительного прогрева каждого напыляемого компонента с помощью дополнительных нагревателей.

4. Впервые предложен способ холодного газодинамического напыления многокомпонентных металлокерамических покрытий с инжекцией металлических порошков в дозвуковую, а керамических в сверхзвуковую области сопла.

5. С помощью разработанного метода экспериментально исследованы некоторые особенности процесса формирования металлокерамических покрытий. Выявлен эффект активирующего влияния керамического порошка на процесс напыления металлического порошка, напыляемого в смеси с керамическим порошком. Экспериментально определено влияние процентного содержания керамики и размера керамических частиц на коэффициент напыления смеси.

Основное содержание диссертации отражено в работах:

1. Косарев В.Ф., Клинков С.В., Сова Л.А. Исследование эжекторной схемы формирования гетерогенных потоков в условиях холодного газодинамического напыления // Теплофизика и аэромеханика. 2006. Т. 13, № 3. С. 359-368.

2. Kosarev V., Klinkov S., Sova A. Recently patented facilities and applications in cold spray engineering // Recent Patents on Engineering. 2007. Vol 1. P. 35-42.

3. Klinkov S.V., Kosarev V.F., Sova A.A., Smurov 1. Deposition of cold spray multicom-ponent coatings // Surface and Coatings Technology. 2008. Vol. 202. P. 5858 - 5862.

4. Klinkov S.V., Kosarev V.F., Sova A.A., Smurov I. Calculation of particle parameters for cold spraying of metal-ceramic mixtures // Journal of Thermal Spray Technology.2009. Vol. 18. P. 944-956.

5. Sova A., Papyrin A., Smurov I. Influence of ceramic powder size on process of cermet coating formation by Cold Spray // Journal of Thermal Spray Technology. 2009. Vol. 18. P. 633-641.

6. Патент РФ № 2353705. Способ газодинамического напыления порошковых материалов и устройство для его реализации / Алхимов А.П., Косарев В.Ф., Клинков С.В., Лаврушин В.В., Сова А.А., Лаже Б., Бертран Ф., Смуров И // БИПМ. 2009. № 12.

7. Патент РФ № 2334827. Устройство газодинамического напыления порошковых материалов / Косарев В.Ф., Клинков С.В., Лаврушин В.В., Сова А.А. // БИПМ. 2008. № 27.

8. European Patent № 1 925 693 А2. Method and device for coating / Alkhimov A.P., Kosarev V.F., Klinkov S.V., Lavrushin V.V., Sova A.A., Laget В., Bertrand P., Smurov I. // European Patent Bulletin. 2008. № 22.

9. Сова А.А. Применение эжекторного сопла для холодного газодинамического напыления // XLI1 Международная научная студенческая конференция: тезисы докладов. Новосибирск: НГУ, 2004. С. 33.

10. Сова А. Эжекторная схема формирования гетерогенных сверхзвуковых потоков в условиях ХГН // 12-я Всероссийская научная конференция студентов-физиков: тезисы докладов, 2006, Новосибирск. Новосибирск: НГУ, 2006. С. 687.

П.Косарев В.Ф., Клинков С.В., Сова A.A., Эжекториая схема формирования гетерогенных сверхзвуковых потоков в условиях ХГН // IX Всероссийский съезд по теоретической и прикладной механике: тезисы докладов, Нижний Новгород, 22 - 28 августа 2006, Нижний Новгород: НИЦМ, 2006. С. 105.

12.Klinkov S.V., Kosarev V.F., Sova A.A. Abrasive admixture activation of erosion-adhesion transition at cold spray // Intern. Conf. on the Methods of Aerophys. Research: Proc. Pt 4. Novosibirsk: Parallel, 2007. P. 55 - 59.

13.Klinkov S.V., Kosarev V.F., Sova A.A. The features of ejector cold spray nozzle design and application // Intern. Conf. on the Methods of aerophys. Research: Proc. Pt 4. Novosibirsk: Parallel, 2008. P. 60 - 65.

14.Papyrin A., Kosarev V., Klinkov S., Sova A., Smurov I. and Bertrand P. Investigation of composites: metal - ceramics and metal - metal coatings produced with cold spray equipment with ejector // 2008 Thermal Spray Conf.: Proc., Maastricht [Netherlands], June 2-4, 2008. Maastricht: ASM International, 2008. P. 611 - 615.

15. Kosarev V.F., Klinkov S.V., Sova A.A. Composite cold spray coatings of metal-abrasive mixture: particle concentration and size influence // Intern. Conf. on the Methods of Aerophys. Research: Abstracts. Pt II. Novosibirsk: Parallel, 2008. P. 98 - 99.

16. Kosarev V.F., Klinkov S.V., Sova A.A. Composite cold spray coatings of metal-abrasive mixture: particle velocity and temperature estimation // Intern. Conf. on the Methods of aerophys. Research: Abstracts Pt II. Novosibirsk: Parallel, 2008. P. 100 - 101.

17. Kosarev V.F., Klinkov S.V., Sova A.A. Helium carried particle velocity and temperature Ccalculation in microchannel of uniform cross section // Intern. Conf. on the Methods of Aerophys. Research: Abstracts. Pt II. Novosibirsk: Parallel, 2008. P. 233 - 234.

Ответственный за выпуск A.A. Сова

Подписано в печать 14.01.2010 Формат бумаги 60x84/16, Усл. печ. л. 1.0, Уч.-изд. л. 1.0, Тираж 100 экз., Заказ №2

Отпечатано в типографии ООО «Нонпарель» 630090, Новосибирск, Институтская, 4/1

Введение

Глава 1 Краткий анализ современного состояния исследований в области ХГН

1.1 История ХГН

1.2 Направления исследований ХГН

1.2.1 Газодинамика ХГН

1.2.2 Взаимодействие частиц с подложкой

1.2.3 Свойства покрытий

1.2.4 Разработка оборудования для реализации ХГН

1.3 Нанесение многокомпонентных покрытий 29 Выводы к главе

Глава 2 Влияние точки ввода порошка на параметры частиц при вылете. Эжекторная схема формирования двухфазных потоков в условиях ХГН

2.1 Влияние точки ввода на параметры частиц при вылете из сопла

2.2 Новый способ напыления многокомпонентных покрытий

2.3 Эжекторные схемы формирования двухфазных потоков

2.3.1 Классический эжектор

2.3.2 Эжектор с центральным телом

Выводы к главе

Глава 3 Экспериментальное применение разработанного способа нанесения многокомпонентных покрытий из смесей порошков методом холодного напыления

3.1 Схема сопла с классическим эжектором

3.2 Исследование влияния точки ввода порошка в поток на параметры частиц и на процесс формирования покрытия

3.2.1 Экспериментальное исследование влияния точки ввода порошка на процесс формирования покрытия

3.2.2 Численный расчет

3.2.3 Экспериментальная верификация численного расчета

3.2.4 Анализ параметров удара частиц алюминия, введенных в дозвуковую и сверхзвуковую области эжекторного сопла

3.3 Экспериментальное нанесение многокомпонентных покрытий

3.3.1 Нанесение покрытия медь - алюминий

3.3.2 Нанесение покрытия титан - алюминий

3.4 Эжектор с центральным телом

3.5 Перспективы развития предложенного способа напыления: предварительный нагрев частиц

Выводы к главе

Глава 4 Особенности нанесения металлокерамических покрытий методом

4.1 Проблемы напыления металлокерамических покрытий

4.2 Экспериментальное исследование влияния керамических частиц на процесс формирования покрытия

4.2.1 Зависимость коэффициента напыления металлокерамической смеси от содержания керамики

4.2.2 Зависимость коэффициента напыления металлокерамической смеси от содержания керамики

4.3 Расчет вероятности высокоскоростного соударения керамических и металлических частиц в потоке

Выводы по главе

Метод холодного газодинамического напыления (ХГН) является сравнительно новым способом напыления порошковых покрытий. Формирование покрытия происходит при температурах, значительно ниже температуры напыляемого материала, что является основным отличием ХГН от других методов термического напыления.

Явление ХГН впервые было обнаружено в Институте Теоретической и Прикладной Механике. В первых исследованиях (Алхимов А.П., Косарев В.Ф., Папырин А.Н.) была показана возможность соединения с подложкой мелких частиц в твердом состоянии, выявлены некоторые особенности их ударного взаимодействия с преградой, определены условия формирования покрытий для ряда порошковых материалов, позволяющие разрабатывать физические и математические модели. Практика использования метода ХГН поставила ряд проблем и привела к необходимости детального исследования основных физических процессов, ответственных за конечные свойства получаемых материалов и покрытий. Таким образом, возникли задачи по определению связи параметров взаимодействующих объектов с характеристиками, получаемых в результате этого материалов и покрытий

В настоящее время исследованием процесса ХГН заняты десятки научных коллективов по всему миру. По результатам работы этих коллективов опубликованы сотни статей, получено более ста пятидесяти патентов. Обзор опубликованных работ показывает, что за последние десять лет произошел существенный прогресс в понимании и описании физических явлений, происходящих при ХГН, существенно усовершенствована технология напыления покрытий, разработано новое оборудование. Также широко ведется работа по внедрению метода ХГН в производство, созданы центры по разработке и изготовлению оборудования, удовлетворяющего требованиям современной промышленности.

Важно отметить, что подавляющее большинство проведенных исследований посвящены напылению однокомпонентных покрытий, то есть покрытий, состоящих из порошка одного материала (чистый металл или сплав). Однако в последнее время все больший интерес для исследователей и технологов представляет процесс напыления многокомпонентных покрытий. Напыление такого рода покрытий осуществляется двумя способами.

Первый способ заключается в напылении частиц, имеющих сложную многокомпонентную внутреннюю структуру (в том числе наноразмерную структуру). Напыление такого рода порошков позволяет получать покрытия с уникальными свойствами, которые невозможно получить с помощью напыления однокомпонентных частиц. Данный способ является сравнительно новым и его появление связано в первую очередь с возникновением технологической возможности изготавливать сложные порошки с внутренней структурой в промышленных масштабах. Однако, применение данного способа и исследование происходящих при его реализации процессов в настоящее время ограничено в связи с высокой стоимостью порошков, имеющих сложную многокомпонентную структуру.

Второй способ, значительно более простой и дешевый, заключается в напылении покрытий, состоящих из смесей микродисперсных однокомпонентных порошков. Такие покрытия также могут обеспечить уникальные свойства с возможностью их варьирования в широком диапазоне путем изменения состава напыляемой смеси по толщине покрытия. Обзор научной литературы, посвященной проблематике нанесения многокомпонентных ХГН-покрытий методом напыления микродисперсных смесей, показывает, что изучение процесса холодного газодинамического напыления многокомпонентных покрытий таким способом в настоящее время также затруднено. В основном это связано с технологической сложностью реализации процесса. Как правило, такой способ холодного газодинамического напыления многокомпонентных покрытий реализуется путем напыления заранее приготовленных механических смесей с подачей порошка в дозвуковую либо сверхзвуковую область газового потока. Однако известно, что для эффективного напыления каждого материала требуются свои собственные значения температуры и скорости частиц. Следовательно, для каждого материала необходимо подбирать индивидуальные параметры газового потока. Поэтому, при напылении заранее приготовленных смесей из порошков металлов чрезвычайно сложной является проблема поиска оптимальных параметров газового потока, обеспечивающих эффективное напыление каждого компонента. Например, нанесение смесей алюминий-титан, алюминий-железо затруднено, так как компоненты этих смесей имеют существенно различающиеся критические параметры и соответственно они эффективно напыляются при разных параметрах газового потока. Вследствие этого, зачастую оказывается невозможным подобрать параметры газового потока так, чтобы они обеспечивали эффективное напыление обоих компонентов смеси. В этой связи требуется разработать новый подход к реализации холодного газодинамического напыления многокомпонентных покрытий, состоящих из смесей микродисперсных порошков. В настоящей работе впервые предлагается проводить управление температурой и скоростью частиц напыляемой смеси порошков не только путем варьирования параметров газового потока, но и путем независимой инжекции каждого компонента напыляемой смеси в разные области потока газа. В этом случае формирование напыляемой смеси происходит непосредственно внутри сопла в процессе напыления, что позволит избавиться также от процесса предварительного замешивания компонентов перед напылением. Таким образом, проводя инжекцию каждого компонента напыляемой смеси в наиболее оптимальные, с точки зрения эффективного напыления, области газового потока, можно добиться эффективного напыления многокомпонентного покрытия в целом.

Новым направлением в нанесении многокомпонентных покрытий является напыление металлокерамических покрытий. Напыление керамических порошков методом ХГН затруднено вследствие непластичности керамических частиц. Добавка металлических частиц в керамический порошок позволяет наносить смесевые металлокерамические покрытия, в которых металлическая компонента играет роль матрицы, удерживающей керамические частицы. В настоящее время экспериментально получено, что процесс формирования металлокерамических покрытий имеет ряд особенностей, обусловленных взаимным влиянием керамических и металлических частиц на процесс напыления. Однако данные особенности в настоящий момент являются слабо изученными и требуют дальнейших экспериментальных и теоретических исследований.

Постановка задачи, таки образом, включала в себя исследование влияния точки ввода порошка в газовый поток на параметры частиц при вылете из сопла и разработку нового способа нанесения многокомпонентных покрытий методом ХГН, основанного на раздельном вводе компонентов напыляемого покрытия в поток.

Важно отметить, что ввод частиц в сверхзвуковую область потока, в отличие от ввода частиц в дозвуковую область, может осуществляться за счет эффекта эжекции. Это позволяет использовать дозаторы, работающие при малых давлениях, что существенно упрощает техническую реализацию процесса ввода порошка. Однако в настоящее время в литературе слабо представлены данные по расчету и описанию эжекторных сопел, работающих в условиях холодного газодинамического напыления. В этой связи актуальным является изучение режимов работы эжекторного сопла в контексте его эффективности для реализации процесса ХГН.

Также важной задачей являлось исследование особенностей формирования метаплокерамических покрытий в зависимости от типа напыляемых смесей (различные типа металла и керамики), процентного соотношения металла и керамики в смеси, размера частиц в смеси.

Цели работы

1. Исследование влияния типа подачи порошка в газовый поток (введение в дозвуковую область и сверхзвуковую область) на параметры порошка (скорость и температура) при вылете из сопла.

2. Разработка способа нанесения многокомпонентных покрытий путем раздельного ввода компонентов смеси в дозвуковую область и сверхзвуковую области.

3. Применение разработанного способа для экспериментального исследования особенностей процесса формирования многокомпонентных металлических покрытий.

4. Экспериментальное исследование особенностей ХГН-нанесения метаплокерамических покрытий, влияния параметров керамического порошка (размера, массового содержания в смеси и т.д.) на процесс формирования покрытий.

5. Разработка рекомендаций по дальнейшему развитию способа напыления многокомпонентных ХГН покрытий с помощью раздельной подачи напыляемых компонентов.

Научная новизна

Экспериментально и теоретически показано, что в условиях ХГН скорость и температура микродисперсных частиц перед соударением с преградой существенным образом зависят от того, в какую область потока в сопле Лаваля - дозвуковую или сверхзвуковую - они инжектированы.

Впервые предложен способ холодного газодинамического напыления многокомпонентных металлических покрытий с раздельной инжекцией каждого напыляемого компонента в различные области сопла с целью оптимального нагрева и ускорения частиц каждого порошка.

Для реализации подачи компонент напыляемой смеси в сверхзвуковую область впервые предложено использовать эффект эжекции.

Проведено теоретическое и экспериментальное обоснование эффективности разработанного способа холодного газодинамического напыления многокомпонентных покрытий с раздельной подачей напыляемых компонент на примере различных материалов.

Впервые предложен способ холодного газодинамического напыления многокомпонентных металлокерамических покрытий с раздельной инжекцией каждого напыляемого компонента в различные области сопла с целью оптимального нагрева и ускорения частиц каждого порошка, а также исключения эрозии стенок сопла в критическом сечении керамическими частицами.

Экспериментально исследованы некоторые особенности процесса формирования металлокерамических покрытий, в частности влияние процентного содержания керамики и размера керамических частиц на коэффициент напыления смеси.

Практическая значимость

Разработанный способ ХГН нанесения многокомпонентных покрытий может быть успешно применен как для проведения дальнейших исследований касающихся изучения явления ХГН, так и для промышленных приложений. На разработанный способ и устройства для его реализации получены два российских и один европейский патент.

Достоверность результатов обусловлена применением известных и хорошо зарекомендовавших себя методик; полученные результаты физически непротиворечивы, расчетные и экспериментальные результаты удовлетворительно согласуются друг с другом. Важным свидетельством достоверности полученных в диссертации результатов является их апробация на национальных и международных симпозиумах и конференциях, а также обсуждение этих результатов со специалистами в данной области. На защиту выносятся

1. Результаты численного исследования влияния расположения точки ввода порошка в поток газа на скорость и температуру частиц в момент удара.

2. Способ нанесения многокомпонентных покрытий (металл + металл, металл + керамика) методом ХГН с раздельной подачей напыляемых компонент смеси в различные области газового потока с целью оптимального нагрева и ускорения частиц каждого компонента напыляемой смеси, а также исключения эрозии стенок сопла в критическом сечении керамическими частицами.

3. Результаты расчетного и экспериментального исследования процесса нанесения многокомпонентных покрытий (металл + металл) предложенным способом на примере нескольких материалов.

4. Результаты экспериментального исследования влияния процентного содержания керамики в напыляемой смеси, а также размера керамических частиц на процесс формирования металлокерамического покрытия.

Апробация работы

Результаты работы докладывались на семинарах академика В.М. Фомина в ИТПМ СО РАН, на семинарах профессора И. Смурова в Национальной Инженерной Школе Сэнт-Этьена (Франция), а также на различных российских и международных конференциях

• ХЫ1 Международная научная студенческая конференция «Студент и научно-технический прогресс», Новосибирск, 2004;

• XII Всероссийская научная Конференция Студентов-Физиков и молодых ученых, 2006; г

• IX Всероссийский съезд по теоретической и прикладной механике, Нижний Новгород, 2006;

• Международная конференция по термическому напылению (Маастрихт, Нидерланды, 2008);

• 13-ая и 14-ая Международная конференция «Методы аэрофизических исследований» (Новосибирск, Россия, 2007, 2008);

• 4-я и 5-я Европейская летняя школа «Перспективные методы обработки поверхности и их перспективы в промышленности» (Сэнт-Этьен, Франция, 2007, 2009).

Публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в 5 статьях в рецензируемых журналах и 10 материалах всероссийских и международных конференций, получено два российских и один европейский патент.

Личный вклад автора

При выполнении работ по теме диссертации диссертант принимал активное участие в постановке задач, обсуждении результатов, подготовке печатных работ и докладов на конференциях. Основные результаты диссертации получены при непосредственном участии автора. Им проведены все эксперименты и расчеты, представленные в работе. Результаты совместных работ представлены в диссертации с согласия соавторов. Автор выражает всем соавторам благодарность.

Краткое содерэ/саниеработы по главам

Первая глава содержит в себе обзор публикаций, посвященных ХГН, проводится анализ приоритетных направлений работы исследователей в области холодного газодинамического напыления. В первой части главы сформулированы четыре основных направления работ в области исследования процесса ХГН, кратко представлены основные на сегодняшний день результаты по каждому из направлений. Во второй части главы проанализированы работы, посвященные напылению многокомпонентных покрытий методом ХГН. Сформулированы основные векторы исследования в данном направлении, очерчен круг проблем, существенно затрудняющих исследования. В конце главы в виде тезисов сформулированы наиболее актуальные на сегодняшний день научные и технологические проблемы данного направления.

Вторая глава посвящена задаче исследования влияния точки ввода порошка в сопло на параметры частиц (скорость и температура) при вылете из сопла. На основе одномерной изоэнтропической теории движения газа были проведены численные расчеты параметров частиц алюминия, введенных в различные точки сопла Лаваля. В результате моделирования получено, что частицы порошка введенные в сверхзвуковую область сопла имеют существенно более низкую температуру при вылете из сопла, чем частицы введенные в дозвуковую область сопла, при этом разница в скорости оказывается сравнительно небольшой. Варьирование точки ввода порошка в поток предложено использовать как независимое средство управления параметрами частиц напыляемого материала. Предложен новый способ холодного газодинамического напыления смесей порошков, заключающийся в том, что компоненты смеси вводятся в сопло независимо друг от друга в различные области сопла с целью оптимального нагрева и ускорения частиц каждого компонента. Для ввода порошка в сверхзвуковую область предложено использовать эффект эжекции. Рассмотрены основные методики расчета эжекторных сопел, предложены различные возможные конфигурации эжекторного сопла для раздельной подачи напыляемых компонент в дозвуковую и сверхзвуковую области газового потока.

В третьей главе описаны проектировка и изготовление соплового узла с эжектором, позволяющего проводить подачу компонентов напыляемой смеси, как в сверхзвуковую, так и дозвуковую области потока газа.

На примере порошка алюминия экспериментально доказано, что расположение точки ввода существенным образом влияет на температуру частиц перед ударом и соответственно на процесс напыления этих частиц. В частности получено, что в случае подачи в дозвуковую область порошок алюминия эффективно напыляется при существенно меньшей температуре торможения газа, чем в случае его подачи в сверхзвуковую область. Проведенные расчеты и измерения скорости частиц при вылете из сопла, а также расчеты температуры частиц перед ударом в зависимости от типа ввода порошка в поток доказывают возможность использования управления местоположением точки ввода порошка в поток как независимое средство контроля за температурой и скоростью частиц перед ударом.

С помощью изготовленного соплового узла произведено напыление покрытий медь - алюминий и титан - алюминий, что подтверждает эффективность предложенного способа напыления смесей с раздельным вводом компонентов в поток.

Также рассмотрена возможность применения соплового узла с центральным телом, рассмотрены некоторые особенности газового течения в такого рода соплах.

В качестве перспективы дальнейшего развития предложенного способа напыления многокомпонентных металлических покрытий, предложено применять предварительный прогрев порошка. Произведены расчеты, подтверждающие эффективность предварительного нагрева порошка для управления температурами удара частиц напыляемых компонентов смеси в случае ввода напыляемых компонентов в сверхзвуковую область потока.

В четвертой главе рассматривается возможность применения способа с напыления смесей с раздельной подачей компонентов в поток для реализации холодного напыления металлокерамических покрытий. С применением данного способа произведены исследования некоторых аспектов процесса формирования металлокерамических покрытий. Экспериментально показано, что добавление керамических частиц в металлический порошок (алюминий и медь) существенно влияет на процесс холодного напыления металлического порошка. Добавка мелких керамических частиц (20 - 30 мкм) приводит к существенному увеличению коэффициента напыления металлического порошка (эффект активации). Добавка крупных керамических частиц приводит к уменьшению коэффициента напыления металлического порошка и существенной эрозии поверхности. Выявлено, что наибольшим коэффициентом напыления имеют смеси с 25 - 30 % содержанием керамического порошка, при этом процентное содержание керамики в покрытиях не превышает 10-15%. Предложена гипотеза, связывающая активирующее влияние керамического порошка на процесс напыления металлического порошка с воздействием керамического порошка на напыляемую поверхность (очистка поверхности от окисленного слоя вследствие высокоскоростного удара), а также с высокоскоростным соударением металлических и керамических частиц в потоке (очистка поверхности металлических частиц от окисленного слоя). Произведен численный анализ, показывающий, что в определенных условиях вероятности высокоскоростного соударения металлических и керамических частиц в газовом потоке могут достигать высоких значений.

В заключении диссертации приводятся основные результаты и выводы.

Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю В.Ф. Косареву, а также C.B. Клинкову за поддержку в выполнении работы, помощь при постановке задач и обсуждении полученных результатов.

Автор особо благодарит профессора И. Смурова за всестороннюю организационную и финансовую поддержку проведенных исследований.

Неоценимую помощь в проведении экспериментов и анализе их результатов оказал профессор А.Н. Папырин. Автор выражает ему глубокую признательность.

Также автор благодарит A.A. Смирнова, Ю.А. Чивиля, В.В. Лаврушина, P.A. Макова за совместно выполняемы работы, дискуссии и советы.

Основные результаты, полученные в диссертационной работе, состоят из следующих положений:

Экспериментально и теоретически показано, что в условиях ХГН скорость и температура микродисперсных частиц перед соударением с преградой существенным образом зависят от того, в какую область потока в сопле Лаваля - дозвуковую или сверхзвуковую - они инжектированы.

Впервые предложен способ холодного газодинамического напыления многокомпонентных металлических покрытий с раздельной инжекцией каждого напыляемого компонента в различные области сопла с целью оптимального нагрева и ускорения частиц каждого порошка. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволяют говорить об эффективности разработанного способа холодного газодинамического напыления многокомпонентных покрытий.

Перспективным направлением развития разработанного способа холодного газодинамического напыления смесей металлических порошков, является применение независимого предварительного прогрева каждого напыляемого компонента с помощью дополнительных нагревателей.

Впервые предложен способ холодного газодинамического напыления многокомпонентных металлокерамических покрытий с раздельной инжекцией каждого напыляемого компонента в различные области сопла, с его помощью экспериментально исследованы некоторые особенности процесса формирования металлокерамических покрытий, в частности влияние процентного содержания керамики и размера керамических частиц на коэффициент напыления смеси. Выявленный в ходе экспериментов активационный эффект воздействия керамических частиц на процесс напыления металлических частиц демонстрирует сложность происходящих при напылении металлокерамических покрытий процессов, поэтому необходимым является дальнейшее изучение процессов происходящих при ХГН - нанесении покрытий из смеси ультрадисперсных металлических и керамических порошков.

Условные обозначения

V - скорость газа Vр - скорость частицы t - время ti - время индукции

Cd - коэффициент сопротивления частицы dp - размер частицы р— плотность газа

Tldl

S = —— — миделево сечение частицы р 4

Рр — плотность материала частицы срр - теплоемкость газа при постоянном давлении Nu - число Нуссельта Л — коэффициент теплопроводности газа Хр - коэффициенты теплопроводности частицы Тр - температура частицы Т0р - температура торможения газа на частице То - температура торможения газа в форкамере сопла Tot - температура торможения эжектирующего потока Т02 - температура эжектируемого потока на входе в эжектор Гоз - температура торможения потока смеси ср- теплоемкость газа при постоянном давлении М— число Маха газа Мз - число Маха смеси и —и

М =-— - число Маха частицы р а jts - предел прочности на разрыв

TR - относительная температура, равная 273 К

Трт - температура плавления частиц

Tpimpact ~ температура частицы перед ударом

Vera ~ критическая скорость Veri — первая критическая скорость vCr2~ вторая критическая скорость z - координата по оси сопла

Vp impact - скорость частицы перед ударом Тр impact - температура частицы перед ударом Тр initiai - температура частицы перед вводом в сопло п - коэффициент эжекции

3 - величина относительно теплоотвода в эжекторе \ - коэффициент скорости эжектирующего потока ¿2- коэффициент скорости эжектируемого потока /Ц - коэффициент скорости смеси в эжекторе ро - давление торможение потока в форкамере сопла poi - давление торможение эжектирующего потока Р2- давление эжектируемого потока на входе в эжектор роз - давление торможения потока смеси S] — сечение эжектирующего потока S2- сечение эжектируемого потока Scr- сечение потока смеси dp av - средний размер частицы crdp - среднеквадратичное отклонение

DE - коэффициент напыления

HV- твердость по Виккерсу

Xcoating - толщина покрытия zrei- нормированная длина камеры смешения г - радиальная координата

N*m - число активированных металлических частиц

Nm - Общее число металлических частиц

Na- Число абразивных частиц vpm - скорость металлических частиц vam- скорость абразивных частиц а — число столкновений

Gра - массовый расход керамических частиц dpm - размер металлических частиц dpa - размер керамических частиц /- среднее число соударений Р - вероятность соударения

Заключение

Процесс нанесения многокомпонентных покрытий путем ХГН - сравнительно новая и, безусловно, перспективная ветвь развития ХГН. В последние несколько лет появились работы, посвященные экспериментальным исследованиям процесса напыления многокомпонентных покрытий и изучению его свойств. Исследователями отмечается, что данное направление представляет еще большую сложность для экспериментального и теоретического изучения, чем напыление монокомпонентных покрытий. Представленный в диссертации способ нанесения многокомпонентных покрытий с помощью холодного газодинамического напыления смесей с раздельной инжекцией напыляемых компонентов в поток позволяет расширить возможности ХГН в области напыления многокомпонентных покрытий.

1. Cold Spray Technology / A. Papyrin et al. Amsterdam : Elsevier Science, 2007.- 321 p.

2. Алхимов А.П., Косарев В.Ф., Папырин A.H. Метод "холодного" газодинамического напыления//ДАН СССР. 1990. Т. 315. С. 1062-1065.

3. Патент РФ №1618778. / Способ получения покрытия / Алхимов А.П., Косарев В.Ф., Нестерович Н.И., Папырин А.Н. //БИ. 1991. № 1. С. 77.

4. Патент РФ №1773072. Способ нанесения металопорошковых покрытий / Алхимов А.П., Косарев В.Ф., Нестерович Н.И., Папырин А.Н. // БИ. 1995. № 7. С. 262.

5. European Patent № 0 484 533 Al. Method and device for coating / Alkhimov A.P., Kosarev V.F., NesterovichN.I., Papyrin A.N., Shushpanov M.M. // Europian Patent Bullitin. 1992. No 20.

6. United States Patent №5,302,414. Gas-dynamic spraying method for applying coating / Alkhimov A.P., Kosarev V.F., NesterovichN.I., Papyrin A.N., Shushpanov M.M. // Official Gazette. 1994. Vol. 1161, No 2.

7. Champagne, V. Fundamentals of Cold-Gas Dynamics Spray / V. Champagne, Helfritch, D.-Cavbridge: Woodhead Publishing, 2007.- 427p.

8. Maev, R. Introduction to Low Pressure Gas Dynamis Spray/ Maev, R. V. Leshchynsky., WILEY-VCH. 2007.

9. Kosarev V.F. Recently Patented Facilities and Applications in Cold Spray Engineering / V.F. Kosarev, S.V. Klinkov, A.A. Sova // Recent Patents on Engineering. 2007. - №1. - P. 35- 42.

10. Huang, R.Z. Study on the influences of DPV-2000 software parameters on the measured results in cold spray / R.Z. Huang, B. Sun, N. Ohno, H. Fukanuma // Proc. Int. Therm. Spray Conf. Washington, USA: ASM Int. 2006.

11. Fukanuma, H. The influence of particle moiphology on in-flight particle velocity in cold spray / H. Fukanuma, N. Ohno, B. Sun, R. Huang // Proc. Int. Therm. Spray Conf. Washington, USA: ASM Int.-2006.

12. Fukanuma, H. In-flight particle velocity measurements with DPV-2000 in cold spray / H. Fukanuma, N. Ohno, B. Sun, R. Huang // Surface & Coatings Technology. 2006. - Vol.201. -P.1935-1941.

13. Raietz, F. Critical particle velocity under cold spray conditions / F. Raletz, M. Vardelle, G. Ezo'o // Surface & Coatings Technology. 2006. - Vol 201. - P. 1942-1947.

14. Sun, B. Effect of spraying parameters on stainless steel particle velocity and deposition efficiency in cold spraying / B. Sun, R.Z. Huang, N. Ohno, H. Fukanuma // Proc. Int. Therm. Spray Conf. Washington, USA: ASM Int. 2006.

15. Karimi, M. Numerical simulation of the cold gas dynamic spray process / M. Karimi, A. Fartaj, G.W. Rankin, D. Vanderzwet, J. Villafuerte, W. Birtch // Proc. Int. Therm. Spray Conf. Washington, USA: ASM Int. 2006. - P. 316 - 322

16. Irissou, E. Investigation of AI-AI2O3 cold spray coating formation and properties / E. Irissou, J.G. Legoux, B. Arsenault, C. Moreau. // Proc. Int. Therm. Spray Conf. Ohio, USA: ASM Int. 2007. -P.210-216

17. Legoux, J.G. Effect of substrate temperature on the formation mechanism of cold sprayed aluminum, zinc, and tin coatings / J.G. Legoux, E. Irissou, C. Moreau // Proc. Int. Therm. Spray Conf. Ohio, USA: ASM Int. 2007. - P.222-228

18. Wu, J. Measurement of particle velocity and characterization of deposition in aluminum alloy kinetic spraying process / J. Wu, H. Fang, S. Yoon, H. J. Kim, Ch. Lee // Applied Surface Science.2005. Vol. 252, Issue 5 - P. 1368-1377.

19. Dykhuizen, R.C. Gas dynamic principles of Cold Spray / R.C. Dykhuizen, M.F. Smith // Journal of Thermal Spray Technology. 1998. - Vol. 7, № 2. - P. 205-212.

20. Sakaki, K. Effect of nozzle geometry on Cold Spray process / K. Sakaki, N. Huruhashi, K. Tamaki, Y. Shimizu // Tagungsband Conference Proceedings, Düsseldorf Germany: Deutscher Verband Für Schweißen 2002. - P. 385-389.

21. Sakaki, K. Effects of gun nozzle geometry on high velocity oxygen-fuel (HVOF) thermal spraying process / K. Sakaki, Y. Shimizu , Y. Guoda // Thermal Spray: Meeting the Challenges of 21st Century, OH, USA: ASM International. 1998. - P. 445-450.

22. Alkhimov, A.P. The features of Cold Spray nozzle design / A.P. Alkhimov, V.F. Kosarev, S.V. Klinkov // Journal of Thermal Spray Technology. 2001. - Vol. 10. - № 2. - P. 375-381.

23. Fluent, Inc. Lebanon, NH, USA. - 1999.

24. Li, W.Y. Optimal design of a convergent-barrel cold spray nozzle by numerical method / W.Y. Li, H. Liao, H.T. Wang, C.J. Li, G. Zhang and C. Coddet // Applied Surface Science. 2006. -Volume 253, Issue 15. - P. 708-713.

25. Jen, T.C. Numerical investigations on cold gas dynamic spray process with nano- and microsize particles / T.C. Jen, L. Li, W. Cui, Q. Chen, X. Zhang // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2005. - Volume 48. - P. 4384-4396.

26. Schmidt, T. New developments in cold spray based on higher gas and particle temperatures, T. / Schmidt, F. Gaertner, H. Kreye // Proc. Int. Therm. Spray Conf. Washington, USA: ASM Int.2006.

27. Schmidt, T. Correlation of particle impact conditions and coating properties in cold spraying / T.Schmidt, F. Gartner, H. Kreye, T. Klassen // Proc. Int. Therm. Spray Conf., Maastricht, Netherlands: E. Lugscheider. 2008. - P. 724-731.

28. Vlcek, J. Melting upon particle impact in the Cold Spray process / J. Vlcek, H. Huber, H. Voggenreiter, E. Lugscheider // Materials Week 2002, Int. Congress on Advanced Materials, their Processes and Applications. 2002. - P. 122 - 128

29. Stoltenhoff, T. Cold Spraying state of the art and applicability / T. Stoltenhoff, J. Voyer, H. Kreye // Tagungsband Conference Proceedings Deutscher, Dusseldorf, Germany: Verband Für Schweiße. - 2002. - P. 366-374.

30. Stoltenhoff, T. Cold Spraying from thermal spraying to high kinetic energy spraying / T. Stoltenhoff, H. Kreye, W. Kroemmer, H.J. Richter // HVOF Colloquium 2000: Gemeinschaft thermisches Spritzene. - 2000. - P. 29-38.

31. Stoltenhoff, T. Optimization of the Cold Spray process / T. Stoltenhoff, H. Kreye, H.J. Richter, H Assadi // Thermal Spray 2001: New Surfaces For A New Millennium OH, USA: ASM International. 2001. - P. 409-416.

32. Jodoin, B. Cold spray modeling and validation using an optical diagnostic method / B. Jodoin, F. Raletz, M. Vardelle // Surface and Coatings Technology. 2006. - Volume 200, Issues 14-15, P. 4424-4432.

33. Vlcek, J. Characteristics of kinetic powder compaction with the Cold Spray process / Vlcek, J. // Materials Week 2001, Int. Congress on Advanced Materials, their Processes and Applications. -2001.-P.93-101.

34. McCune, R.C. An exploration of the cold gas dynamic spray method for several material systems / R.C. McCune, A.N. Papyrin, J.N. Hall, W.L.Riggs, P.H. Zajchowski // Thermal Spray Science and Technology: ASM International. 1995. - P. 1-5.

35. Alkhimov, A.P. Specific features of microparticle deformation upon impact on a rigid barrier / A.P. Alkhimov, A.I. Gulidov, V.F. Kosarev, N.I. Nesterovich // J. of Applied Mechanics and Technical Physics. 2000. - Vol. 41, № 1. - P. 188-192.

36. Vlcek, J. Where are the limits of Cold Spray? Ceramic Deposition / J. Vlcek // Cold Spray Horisons in Surfacing Technology, Albuquerque, New Mexico. - 2002. — P.74 - 84

37. Zhang, D. Particle-substrate interactions in cold gas dynamic spraying / D. Zhang, P.H. Shipway, D.G. McCartney // Thermal Spray 2003 Advancing the Science and Applying the Technology, OH, USA: ASM international. 2003.- P. 45-52.

38. Papyrin, A.N. On the interaction of high speed particles with a substrate under the Cold Spraying / A.N. Papyrin, V.F. Kosarev, S.V. Klinkov, A.P. Alkhimov // Tagungsband Conference Proceedings, Dusseldorf, Germany. 2002. - P. 380-384.

39. Van Steenkiste, T.H. Kinetic spray coatings / T.H. Steenkiste, J.R. Smith, R.E. Teets , J.J. Molrski // Surf. Coat. Technol. 1999. - Vol. 111, № 1. - p. 107-115.

40. Van Steenkiste, T.H. Aluminum coating via kinetic spray with relatively large powder particles / T.H. Van Steenkiste, J.R. Smith, R.E. Teets, J.J. Moleski, // Surf. Coat. Technol. 2002. - Vol. 154, №2-3.-P. 237-252.

41. Bolesta, A.V. Investigation of interface boundary occurring during cold gas-dynamic spraying of metallic particles / A.V. Bolesta, V.M.Fomin, M.R. Sharafutdinov, B.P. Tolochko // Nuclear Inst. And Methods in Phys. Res. A. 2001 - Vol.470 - P. 249-252.

42. Tokarev, A.O. Structure of aluminium powder coatings prepared by cold gas dynamic spraying / A.O. Tokarev //Metal Sci. and Heat Treatment. 1996. - Vol. 38. - P. 136-139.

43. Grujicic, M. Adiabatic shear instability based mechanism for particle/substrate bonding in the cold -gas dynamic-spray process / M. Grujicic, C.L. Zhao, W.S. DeRosset, D. Helfricht // Materials and Design. 2004. - Vol. 25, Issue 8. - P. 681-688.

44. Stoltenhoff, T. An analysis of the Cold Spray process and its coatings / T. Stoltenhoff, H. Kreye, H.J. Richter// Journal of Thermal Spray Technology. 2002. - Vol. 11. - P. 1-9.

45. Assadi, H. Bonding mechanism in cold spraying / H. Assadi, F. Gaertner, T. Stoltenhoff, H. Kreye // Acta Materials 2003. - Vol. 51, Issues 15. - P. 4379-4394.

46. Borchers, C. Deformation microstructure of Cold Sprayed coatings studied by electron microscopy / C. Borchers, T. Stoltenhoff, F. Gaertner, H. Kreye, H. Assadi // Mat. Res. Soc. Symp. Proc. -2001.-P.7-10.

47. Schmidt, T. Development of a generalized parameter window for cold spray deposition / T. Schmidt, F. Gaertner, H. Assadi, H. Kreye // Acta Materialia. 2006. - Vol. 54 - P. 729-742.

48. Wright, T.W. Shear band susceptibility:work hardening materials / T.W. Wright // Int J Plasticity. -1992. Vol 8(2). - P. 583-602.

49. Wright, T.W. Toward a defect invariant basis for susceptibility to adiabatic shear bands / T.W. Wright//Mech Mater. 1994. - 17(1). - P. 215-222.

50. Zhao, Z.B. Coating deposition by the kinetic spray process / Z.B. Zhao, B.A. Gillispie, J.R. Smith // Surface and Coatings Technology. 2006. - Vol. 200, Issues 16-17. - P. 4746-4754.

51. Papyrin, A.N. On the interaction of high speed particles with a substrate under the Cold Spraying /

52. A.N. Papyrin, V.F. Kosarev, S.V. Klinkov, A.P. Alkhimov // Tagungsband Conference Proceedings, Düsseldorf, Germany: Verband Für Schweißen. 2002. - P. 380-384.

53. Hall, P. Preparation and mechanical properties of cold spray nanocrystalline aluminum / P. Hall, L. Yang, T. Brewer, T. Buchheit, // Proc. Int. Therm. Spray Conf., Maastricht, Netherlands: E. Lugscheider. 2008. - P. 479-480.

54. Sansoucy, E. Effect of spraying parameters on the microstructure and bond strength of cold spray aluminum alloy coatings / E. Sansoucy, B. Jodoin, P. Richer, L. Ajdelsztajn // Proc. Int. Therm. Spray Conf. Washington, USA: ASM Int. 2006.

55. Sansoucy, E. Mechanical characteristics of Al-Co-Ce coatings produced by the cold spray process / E. Sansoucy, B. Jodoin, G.E. Kim // Proc. Int. Therm. Spray Conf. Ohio, USA: ASM Int. 2007.

56. Haynes, J. Cold sprayed discontinuously reinforced aluminum (DRA) / J. Haynes, A. Padley, J. Karthikeyan, A. Kay// Proc. Int. Therm. Spray Conf. Washington, USA: ASM Int. 2006.

57. Ajdelsztajn, L. Cold spray of Al-Cu-Mg-Fe-Ni alloy with Sc addition / L. Ajdelsztajn, A. Zuniga,

58. B. Jodoin, E.J. Lavernia // Proc. Of Thermal spray conf. Thermal spray connects: Explore its surfacing potential, Basel, Swizerland. 2005. - P. 245-250.

59. Jodoin, B. Cold spray deposition of metastable alloys / B. Jodoin, L. Adjelsztajn, G. Berube, J. Villafuerte // Proc. Int. Therm. Spray Conf. Washington, USA: ASM Int. 2006.

60. Sansoucy, E. Properties of SiC-reinforced aluminum alloy coatings produced by the cold spray deposition precess / E. Sansoucy, L. Ajdelsztajn, B. Jodoin, P. Marcoux // Proc. Int. Therm. Spray Conf. Ohio, USA: ASM Int. 2007.

61. Li, W.-Y. Deposition characteristics of Al-12Si alloy coating fabricated by cold spraying with relatively large powder particles / W.-Y. Li, C. Zhang, X.P. Guo, H.L. Liao, C. Coddet // Proc. Int. Therm. Spray Conf. Ohio, USA: ASM Int. 2007.

62. Yoon, S.H. Process development of brazed aluminum heat exchanger using a kinetic process / S.H. Yoon, C. Lee, H.J. Kim // Proc. Int. Thenn. Spray Conf. Ohio, USA: ASM Int. 2007.

63. Lugscheider, E. Study on cold spraying of Al-based brazing alloys / E. Lugscheider, K. Bobzin, L. Zhao, F. Ernst, J. Zwick// Proc. Int. Therm. Spray Conf. Ohio, USA: ASM Int. 2007.

64. Shkodkin, A. Substrate properties influence on the coating deposition by DYMET technology / A. Shkodkin, A. Kashirin, O. Klyuev // Proc. Int. Therm. Spray Conf, Maastricht, Netherlands. 2008. - P. 479-480.

65. Haynes, J. Cold Spray copper application for upper stage rocket engine design / HaynesJ., Karthikeyan J. // Thermal Spray 2003 Advancing the Science and Applying the Technology, OH, USA,: ASM International. 2003. - P. 45-52.

66. Cooley, C. Hot firing of a full scale copper tubular combastion chamber / Cooley C., Fentress S., Jennings T // AAAF 2002-S.18.02, 6th Int. Symp. Propulsion for Space Transportation of the XXIst Century, Versailles, France. 2002.

67. Smith, M.F. Cold Spray direct fabrication high rate, solid state, material consolidation / M.F. Smith, J.E. Brockmann, R.C. Dykhuizen, D.L. Gilmore, R.A. Neiser, T.J. Roemer // Materials Research Society Proc. -1999. - Vol. 542. - P. 65-76.

68. Karthikeyan, J. Cold Spray processing of metals, alloys, and composites / Karthikeyan, J. // ASM Thermal spray Society Workshop on Cold Spray. 2002.

69. Study of aluminum bronze coating by Cold Spray process / T. Xiong et al. // Thermal Spray Solutions. Advances in Technology and Application, Düsseldorf, Germany. 2004.

70. Fukanuma, H. A study of adhesive strength of Cold Spray coatings / H. Fukanuma, N. Ohno // Thermal Spray Solutions. Advances in Technology and Application, Düsseldorf, Germany. 2004.

71. Effect of spray angle on deposition characteristics in Cold Spraying / C.-J Li et al. // Thermal Spray 2003 Advancing the Science and Applying the Technology, OH, USA: ASM Imternational. -2003. P. 91-96.

72. Influence of substrate conditions and traverse speed on Cold Sprayed coatings / K. Sakaki et al. // Thermal Spray Solutions. Advances in Technology and Application, Düsseldorf, Germany. 2004.

73. Study on cold-sprayed copper coating's properties and optimizing parameters for the spraying process / T. Xiong et al. // Proc. Of Thermal spray conf. Thermal spray connects: Explore its surfacing potential, Basel, Swizerland. 2005 - P. 178-184.

74. High strain, high strain rate deformation of copper. Shock-wave and high-strain-rate phenomenon in materials / M.A. Meyers. New York. -1992. - P.529-542.

75. Lagerbom, J. Effect of heat treatment on properties of cold sprayed coatings / J. Lagerbom, H. Makinen, P. Vuoristo // Proc. Of Thermal spray conf. Thermal spray connects: Explore its surfacing potential!, Basel, Swizerland. 2005. - P. 240-244.

76. Particle loading effect in cold spray / K.Taylor et al. // Proc. Of Thermal spray conf. Thermal spray connects: Explore its surfacing potential, Basel, Swizerland. 2005. - P. 186-190.

77. Li, C.-J. Examination of the critical velocity for deposition of particles in cold spraying / C.-J. Li, W.-Y. Li // Proc. Of Thermal spray conf. Thermal spray connects: Explore its surfacing potential, Basel, Swizerland. -2005. P. 217-224.

78. Microstructural and macroscopic properties of cold sprayed copper coatings / C. Borchers et al. // J. of Appl. Phys. 2003. - Vol. 93, N 12. - P. 10064-10070.

79. Application of laser shock adhesion testing to the study of the interlamellar strength and coating-substrate adhesion in cold-sprayed copper coating of aluminum / S. Barradas et al. // Surf and Coat Techn. 2005. - Vol.197. -P. 18-27.

80. McCune, R.C. Post-processing of Cold Spray deposits of copper and iron / R.C. McCune, R.P. Cooper, O.O. Popoola // Thermal Spray: surface Engineering via Applied research: ASM International 2000. - P. 905-908.

81. A microstructural study of cold sprayed Cu coatings on 2017 Al alloy / Triantou, K.I. // Proc. Int. Therm. Spray Conf., Maastricht, The Netherlands. 2008. - P. 479-480.

82. Kairet, T. Influence of the powder size distribution on the microstructure of cold sprayed copper coatings studied by X-ray diffraction / T. Kairet, M. Degrez, F. Campana, J.-P. Janssen // Proc. ITSC 2007, Ohio, USA: ASM Int. 2007.

83. Comparison between coatings from two different copper powders: mechanical properties, hardness and bond strength / T. Kairet et al. // Proc. Int. Therm. Spray Conf. Washington, USA: ASM Int. -2006.

84. McCune, R.C. Potential aplications of cold-spray technology in automative manufacturing // Thermal Spray 2003 Advancing the Science and Applying the Technology, OH, USA: ASM International. 2003. - P. 63-70.

85. Nakagawa, P.M. Trends in automative applications of thermal spray technology in Japan, in thermal spray industrial applications / P.M. Nakagawa, F. Kawakami, T. Kudoh // Thermal Spray Industrial Application: ASM Int. 1994. - P. 1-4.

86. McCune R.C. Thermal spraying: an enabling technology in automobile manufacturing // Proc. Int. Conf on advances in welding technology: the joining of high-performance materials, Edison Welding Institute, Columbus. 1996. - P. 181-189.

87. Decker, M.K. Mechanical properties of cold gas-dynamic spray nickel / M.K. Decker, H.D. Tran, Y.-L. Shen // Sandia National Laboratories Report SAND2000-2679, Sandia National Laboratories, Albuquerque, NM. 2000.

88. Chalmers R.E. Rapid tooling technology from Ford Country // Manufacturing Engineering. 2001. -Vol. 127, №5.-P. 36-41.

89. Microstructure and Properties of Cold Spray nickel / Decker M.K. et al. // Thermal Spray 2001: New Surfaces For A New Millennium: ASM International, Meterials Park, OH. 2001. - P. 433439.

90. Davis J.R. Metals handbook, Desk Edition, Second Edition, // ASM International, Materials Park, OH.- 1998.-P. 118.

91. Decker M.K. Mechanical properties of cold gas-dynamic spray nickel // Master's thesis, University of New Mexico, Albuquerque, NM. 2000. - P.121

92. Characterization of cold-sprayed nickel-base coatings / Raietz, F. et al. // Thermal Spray Solutions. Advances in Technology and Application, Düsseldorf, Germany. 2004.

93. Kroemmer, W. Cold Spraying Equipment and Application Trends / W. Kroemmer, P. Heinrich, and P. Richter, // Proceedings of ITSC 2003, Orlando, USA. - 2003.

94. Maev, R.Gr. Air Gas Dynamic Spraying of Powder Mixtures: Theory and Application / R.Gr. Maev, V. Leshchynsky // J Thermal Spray Technol. 2006. - Vol. 15, No. 2. - P.62-73

95. Li, Ch.-J., Characterization of microstructure of nanostructured Fe-Si coating deposited by Cold Spraying / Li Ch.-J., Li W.-Y., Ma W.-H // Thermal Spray Solutions. Advances in Technology and Application, Düsseldorf, Germany. 2004.

96. Deposition mechanism of cold sprayed MCrAlY coatings focused on nanostructure / Y. Ichikawa et al. //Proc. Int. Therm. Spray Conf., Maastricht, The Netherlands. 2008. - P. 479-480

97. Microstructural characterization of cold sprayed nanostructured FeAl intermetallic compound coating and its ball-milled feedstock powder H.-T. Wang et al. // Proc. ITSC: ASM Int., Materials Park, Ohio, USA. 2007.

98. Formation of Fe-Al intermetallic compound coating through cold spraying / H.T. Wang et al., Proc. Int. Therm. Spray Conf., Washington, USA: ASM Int. 2006.

99. Kinetic Spray of Aluminum Metal Matrix Composites For Thermal Management Applications / Morelli, D. T. et al. // Thermal Spray: Advancing the Science & Applying the Technology, Ohio, USA: ASM Int. 2003.

100. Metal particle deposition stimulation by surface abrasive treatment in gas dynamic spraying / A. Shkodkin et al. // Journal of Thermal Spray Technology. 2006. - Vol. 15. - P. 382-340

101. Investigation of A1-A1203 Cold Spray Coating Formation and Properties / E. Irissou et al. // Journal of Thermal Spray Technology. 2007. - Vol.16. - P. 661-673

102. Maev, R. Structure formation of Ni-based composite coatings during Low Pressure Gas Dynamic Spraying / R. Maev, V. Leshchinsky, A. Papyrin // Proc. Int. Therm. Spray Conf., Washington, USA: ASM Int. 2006.

103. Van Stenkeeste, T. Kinetic sprayed rare earth iron alloy composite coating // Proc. Int. Therm. Spray Conf., Washington, USA: ASM Int. 2006.

104. Beneteau, M.gas dynamics spray composite coatings for iron and steel castings / M. Beneteau, W. Britch, J. Villafuerte, // Proc. Int. Therm. Spray Conf., Washington, USA: ASM Int. 2006.

105. Assessment of Metal/Diamond Composite Coatings by Cold Spray Deposition / Kim, H.J et al. // Proc. Int. Therm. Spray Conf., Washington, USA: ASM Int. 2006.

106. CGS sprayed filler coatings for brazing of light weight alloys / Wielage, T // Proc. Of Thermal spray conf. Thermal spray connects: Explore its surfacing potential, Basel, Swizerland. 2005. -P. 1245-1249.

107. Calculation of particle parameters for cold spraying of metal-ceramic mixtures / S.V. Klinkov et al. // Journal of Thermal Spray Technology. 2009. - in press, available on-line since 17.06.09

108. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика/ Г.Н. Абрамович. М. Наука. - 1969. - ст. 723.

109. Аркадов Ю.К. Новые, газовые эжекторы и эжекционные процессы. / Ю.К Аркадов. -М.Изд-во физико-математической литературы. 2001. — ст. 323.

110. Sriveerakul, T. Performance prediction of steam ejector using computational fluid dynamics: Part 2. / T. Sriveerakul, S. Aphornratana, K. Chunnanond // International Journal of Thermal Sciences. 2007. - Vol. 46, Issue 8. - P. 823-833.

111. Launder, В. E. Lectures in Mathematical Models of Turbulence / В. E. Launder, D. B. Spalding // Academic Press, London, England; 1972. - P. 374

112. Косарев В.Ф. Исследование эжекторной схемы формирования гетерогенных потоков в условиях холодного газодинамического напыления / Косарев В.Ф., Клинков С.В., Сова А.А. // Теплофизика и Аэромеханика. 2006. - т. 13, № 3. - ст. 359-368

113. Deposition of Cold Spray multicomponent coatings S.V. Klinkov et al. // Surface & Coatings Technology. 2008. - Vol. 202. - p. 5858-5862.

114. Sova, A. Influence of Ceramic Powder Size on Process of Cermet Coating Formation by Cold Spray / A. Sova, A. Papyrin, and I. Smurov // Journal of Thermal Spray Technology. 2009. -published online 21 july 2009

115. Полежаев, Ю.В. Теплообмен в гетерогенных потоках / Полежаев Ю.В., Михатулин Д.С. // Машиностроение: Энциклопедия в 40 т. Москва. 1999. - Т. 1-2.