ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Экспериментальные результаты из "Научные основы технологии холодного газодинамического напыления(хгн) и свойства напыленных материалов " Одна из важных задач эксперимента - это определение температуры поверхности образца. Анализ различных способов показал эффективность использования для этого фотодиода ФД-3, максимум спектральной чувствительности которого располагается в инфракрасной области (Я,п,ах 1,5 мкм). К тому же он имеет малые размеры и поэтому может быть размещен вблизи от пятна напыления на небольшом расстоянии от поверхности образца. Включенный по схеме генератора тока совместно с запоминающим осциллографом С8-17 напрямую без дополнительного усилителя фотодиод позволял получать устойчивый сигнал от образцов, нагретых до температур выше 800 К. Напряжение, снимаемое с фотодиода, зависит от расстояния до поверхности образца, температуры поверхности и ее состояния, характеризуемого наличием или отсутствием оксидного слоя, что, в свою очередь, приводит к изменению коэффициента серости. Однако поскольку в наших экспериментах нагрев тела происходил на воздухе длительное время (до 20. .. 40 мин), при той температуре, когда начинал работать фотодиод ( 800 К), на поверхности тела непременно появлялась оксидная пленка, таким образом, коэффициент серости вдоль образца можно было считать одинаковым. С помощью тарировочных измерений были построены распределения температуры вдоль образца в отсутствие охлаждающего потока воздуха. О температуре менее 800 К можно было визуально судить по областям цветов побежалости, которые видны на поверхности образца, имеющего температуру 500. .. 600К. Затем определялась скорость движения образца, время бралось из осциллограммы, а пройденная за это время длина измерялась расстоянием от цветов побежалости до конца образца. [c.154] Было проведено две серии экспериментов, при этом концентрация частиц задавалась меньше критической [71]. В первой серии использовался воздух с температурой торможения 300 К, в другой - 400 К. Образцы в обоих случаях нагревались до температуры в центре печи 900, 1000, 1100 и 1200 К. На полученных образцах с помощью микроскопа измерялась толщина оксидной пленки и покрытия. Схематическое изображение такого образца с нанесенным покрытием и с различными областями, характеризующими изменение температуры образца вдоль его длины, показано на рис. 3.27. [c.155] Эксперименты первой серии показали, что при 0) 600 К образования покрытия не происходит. При визуальном осмотре отмечается матовость поверхности, что свидетельствует о протекании процесса эрозии и деформации поверхности. При Т,,(х, 0) SS 600. .. 700 К наблюдается закрепление одиночных частиц. При Т (х, 0) 700 К частицы закрепляются на оксидной пленке, причем прочность сцепления к последней достаточно высокая, так как при удалении частиц на ней остаются следы алюминия. Это позволяет предполагать необязательность пробивания оксидной пленки при закреплении частиц на поверхности металла. Очевидно, в тех случаях, когда оксид не разрушается, покрытие формируется на его поверхности. При Tw(x, 0)= 1100. .. 1200 К когезия оксидной пленки настолько слаба, что ее частичное разрушение происходит под действием двухфазной струи. Таким образом, при Тц, х, 0) = = 1100. .. 1200 К реализуется процесс эрозии, выраженный в потере массы и разрушении поверхности образца. Прочность сцепления покрытия и оксидной пленки при 7 ,(x, 0) = 700. .. 1000 К достаточно высока, так как при резании полос для изготовления микрошлифов отслоения не наблюдается. При 7] (х, 0) = 1100. .. 1200 К те части оксида с покрытием, которые не были разрушены двухфазной струей, могут отслаиваться в процессе обработки, что требует специальных мер предосторожности при изготовлении микрошлифов. [c.156] По микрофотографиям (рис. 3.28) измерялась толщина покрытия и окалины. На рис. 3.28,а представлена микрофотография шлифа в области поверхности образца с Т (х, 0) = 700 Кис температурой горячего конца ГДО, 0) = 1000 К, на рис. 3.28,6 микрофотография шлифа в области Т (х, 0) = 1200 К. Отчетливо виден слой окалины с покрытием на его поверхности. На основании изучения подобных микроснимков были получены зависимости от температуры, измеряемой фотодиодом на расстоянии 20-10 м, от пятна напыления толщины покрытия в области максимальной температуры образца при напылении холодной струей и струей, подогретой до 400 К (рис. 3.29). Видно, что с ростом температуры происходит увеличение толщины покрытия (от 40 до 170 мкм), причем интенсивнее при использовании подогретого газа. Это можно объяснить более благоприятными условиями образования покрытия при использовании струи, подогретой до 400 К во-первых, с ростом температуры струи коэффициент напыления увеличивается [72], во-вторых, более сильное охлаждение поверхности подложки неподогретой струей газа приводит к снижению температуры в контакте частица-подлохска и соответственно к уменьшению коэффициента напыления в этом режиме. [c.157] На рис. 3.29 для иллюстрации эффекта охлаждения поверхности показаны зависимости толщины покрытия от температуры поверхности в пятне напыления, оцененной по (3.38). Видно, что поверхность успевает охладиться при движении образца от фотодиода до сопла на 100. .. 200 К, и различие в толщине в основном определяется более сильным охлаждением поверхности подложки неподогретой струей газа. [c.158] В ходе экспериментов прояснилась роль оксццной пленки на поверхности металла. Установлено, что при больших температурах (1100... 1200 К) появляется очень толстая оксидная пленка (до 50. .. 60 мкм), которая затем под действием холодной газопорошковой струи срывается с металла, унося с собой те частицы, которые успели на ней закрепиться. Такой процесс не позволяет получать качественное покрьггие, и необходимо принимать дополнительные меры либо по очищению уже нагретой поверхности от окалины, либо по уменьшению ее путем снижения времени нагрева или нагревом в инертной среде. Следует отметить, что в наших экспериментах на толщину оксидной пленки влияют и температура, до которой нагревается образец, и время, в течение которого происходит этот нагрев, так как для прогрева до более высоких температур требуется большее время нахождения образца в печи ( 20 мин при ТДО, 0) = 900 К и 40 мин при Т х, 0) = 1200 К). [c.158] Таким образом, проведенные эксперименты показали, что температура подложки оказывает существенное влияние на закрепление частиц при их напылении. Нагрев преграды позволяет снизить критическую скорость частиц перехода от эрозии к напылению и выявить наиболее значимые параметры при закреплении частиц. Так при подогреве струи увеличивается скорость частицы и одновременно повьг-шается ее температура, которая может влиять на твердость и химическую активность. Однако эксперимент с холодной струей (когда скорость и температура частицы ниже) показывает, что и в этом случае происходит закрепление, но при более высокой температуре подложки. Это позволяет заключить, что температура влияет в основном на химическую активность при контакте пары частица - подложка. [c.159] Вернуться к основной статье