Завгородній О. В. Вдосконалення обладнання та технології плазмового ротаційного розпилення для виготовлення металевих порошків адитивного призначення

Мета роботи полягає в розробці технології отримання сферичних порошків з нікелевих та титанових сплавів, які застосовуються для адитивного вирощування деталей відповідального призначення, для підвищення їх якості та забезпечення необхідного рівня механічних властивостей. Об'єктом досліджень є процес плазмового ротаційного розпилення для виробництва сферичних порошків із титанових та нікелевих сплавів, процеси консолідації порошків із застосуванням адитивних технологій. Предметом дослідження є обладнання та технологічні режими плазмового ротаційного розпилення для виробництва сферичних порошків з титанових та нікелевих сплавів та параметри адитивних технологій виготовлення різних деталей з них. У роботі для вдосконалення виробництва сферичних порошків поставлені такі завдання: 1. Запропонувати зміни вузла підведення заготовки, що розпилюється, та її фіксації з метою збільшення швидкості обертання витратного електроду. 2. Відпрацювати оптимальні склади газового середовища при ротаційному розпиленні заготовок із титанових та нікелевих сплавів. 3. Визначити вплив технологічних параметрів розпилення (швидкості обертання заготовки та складу плазмоутворюючої газової суміші) на фракційний склад і якість порошків з жароміцних нікелевих і титанових сплавів. 4. Отримати сферичні порошки заданого фракційного складу для певних технологій консолідації порошків (для електронно-променевого та мікроплазмового наплавлення, лазерний 3D-друк). Наукова новизна роботи полягає в наступному: 1. Отримали подальший розвиток залежності впливу технологічного параметру ротаційного плазмового розпилення (швидкість обертання витратного електроду) на розмір порошків із жароміцних нікелевих сплавів Inconel 718, ВЖ98 та титанового сплаву Ti-6Al-4V. Удосконалено кінематичну схему системи обертання витратного електроду в обладнанні для ротаційного плазмового розпилення (PREP). Отримано максимальну кількість (d50) дрібнодисперсного (30…100 мкм) металевого порошку для виготовлення деталей ГТД адитивними технологіями. 2. Вперше встановлені регресійні залежності впливу складу плазмоутворюючих газів (аргон, гелій) в умовах надвисоких швидкостей обертання розпилюваної заготовки (20-30 тис. хв-1) на фракційний склад виготовлених металевих порошків зі сплавів Inconel 718, ВЖ98 та Ti-6Al-4V за технологією PREP. Встановлено оптимальні технологічні режими для виготовлення сферичних порошків розмірами 30…60 мкм нікелевих жароміцних сплавів Inconel 718 і ВЖ98 та із титанового сплаву Ti-6Al-4V дисперсністю 30…60 мкм. 3. Розвинуте наукове обґрунтування впливу фракційних складів розроблених порошків на технологічні характеристики адитивних методів виробництва (лазерний 3D-друк, мікроплазмове та електронно-променеве пошарове наплавлення). Встановлено оптимальні режими розпилення для одержання в дослідних і виробничих умовах металевих порошків різного призначення: для лазерного 3D-друку – 20…50 мкм; для мікроплазмового пошарового наплавлення – 100…120 мкм; для електронно-променевого вирощування виробів – 45…105 мкм. Виготовлені порошки, замовлені підприємством АТ «Мотор Січ», застосовувались для лазерного 3D-друку деталей камери згоряння – завихрювача зі сплаву Inconel 718. Виготовлені деталі пройшли випробування в складі двигуна та технологія лазерного друку рекомендована для серійного виробництва завихрювачів. В умовах Інституту електрозварювання ім. Є. О. Патона успішно проведене електронно-променеве та мікроплазмове пошарове вирощування заготовок та зразків із використанням сферичних порошків нікелевого сплаву ВЖ98 та титанового сплаву Ti-6Al-4V, що підтверджене відповідними актами впровадження.