Тань К. -. Розроблення надзвукових сопел для холодного газодинамічного напилювання

Дисертаційна робота присвячена створенню підходу до проєктування надзвукових сопел різної конфігурації для холодного газодинамічного напилювання та оптимізації параметрів напилювання при розробленні технологічних рекомендацій на основі чисельного моделювання процесів прискорення частинок порошку в газовому потоці та їх високошвидкісного зіткнення з поверхнею підкладки. Об’єктом дослідження є процес прискорення частинок порошку надзвуковим потоком в каналі сопла для холодного газодинамічного напилювання та високошвидкісної взаємодії при зіткненні частинок з підкладкою. Предметом дослідження є закономірності впливу геометрії сопла та параметрів процесу холодного газодинамічного напилювання на температуру та швидкість частинок порошку в потоці. Актуальність та необхідність проведення досліджень обумовлена розвитком технології холодного газодинамічного напилювання в області інженерії поверхні, а також використання технології для створення об’ємних адитивних матеріалів. Підвищення продуктивності процесу та забезпечення високих експлуатаційних показників якості покриттів може бути досягнуто шляхом вдосконалення елементів обладнання та оптимізації режимів напилювання для формування покриттів із заданих порошкових матеріалів. Окрім того, розширення технологічних можливостей обладнання для напилювання покриттів на внутрішні та важкодоступні поверхні деталей, відкриє нові напрямки практичного застосування технології в області напилювання захисних і відновлювальних покриттів. Наукова новизна отриманих результатів полягає в такому: 1) уперше запропоновано метод профілювання надзвукових одно- та багатоканальних поворотних сопел для холодного газодинамічного напилювання покриттів на внутрішні та важкодоступні поверхні, яке забезпечує необхідні значення швидкості частинок порошку на виході з сопла для їх зчеплення з підкладкою при повороті потоку на 90°. 2) Уперше за результатами чисельного моделювання одержано залежності температурно-швидкісних характеристик частинок порошку на виході з поворотного сопла від матеріалу частинок, їх розміру, температури та тиску газу на вході в сопло. 3) Уперше запропоновано підхід до призначення режимів холодного газодинамічного напилювання, заснований на плануванні багатофакторного експерименту, методології поверхні відгуку і GA+BPNN, який дозволяє призначати технологічні параметри напилювання покриттів, що забезпечують досягнення частинками порошку швидкості, необхідної для їх зчеплення з підкладкою. 4) Уперше на основі чисельного моделювання та методології планування багатофакторного експерименту отримано залежності пористості від швидкості частинки, її температури, та температури підкладки в досліджуваних діапазонах значень. Практична значущість отриманих результатів полягає в тому, що результати, отримані у дисертаційному дослідженні, можуть бути використані при розв’язуванні широкого класу практичних задач при розроблені технологій та технологічних рекомендацій з напилювання захисних і відновлювальних покриттів, зокрема: - запропонований метод профілювання поворотного надзвукового сопла для холодного газодинамічного напилювання дозволяє визначити геометричні параметри сопла за заданими характеристиками використаного порошкового матеріалу, тиску та температури газу на вході в сопло; - виявлені особливості впливу матеріалу частинок порошку, їх розміру, початкових значень температури та тиску газу на температуру та швидкість частинок на виході з сопла, розширюють уявлення про закономірності процесів газодинаміки двофазного потоку в надзвукових соплах для холодного газодинамічного напилювання; - результати дослідження процесів прискорення частинок порошку в надзвукових соплах та високошвидкісного зіткнення частинок з підкладкою створюють теоретичну базу для вдосконалення моделей цих процесів, проєктування та створення обладнання для холодного газодинамічного напилювання; - запропоновані в дисертаційній роботі підходи щодо призначення режимів напилювання можуть бути використані для оптимізації параметрів холодного газодинамічного напилювання з метою керування та забезпечення заданих характеристик покриттів.