Исследование пятна напыления и фигуры металлизации в условиях микроплазменного нанесения покрытия из диоксида титана

Проведен анализ накопленного опыта по применению газотермических технологий в производстве электропроводных, диэлектрических и резистивных покрытий для машиностроения, электротехники, приборостроения и других областей промышленности. Показано, что наиболее перспективным для формирования резистивных...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2014
Автори:	Борисов, Ю.С., Войнарович, С.Г., Кислица, А.Н., Калюжный, С.Н.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2014
Назва видання:	Автоматическая сварка
Теми:	Научно-технический раздел
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103546
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Исследование пятна напыления и фигуры металлизации в условиях микроплазменного нанесения покрытия из диоксида титана / Ю.С. Борисов, С.Г. Войнарович, А.Н. Кислица, С.Н. Калюжный // Автоматическая сварка. — 2014. — № 12 (738). — С. 19-22. — Бібліогр.: 19 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-103546
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1035462016-06-21T03:02:05Z Исследование пятна напыления и фигуры металлизации в условиях микроплазменного нанесения покрытия из диоксида титана Борисов, Ю.С. Войнарович, С.Г. Кислица, А.Н. Калюжный, С.Н. Научно-технический раздел Проведен анализ накопленного опыта по применению газотермических технологий в производстве электропроводных, диэлектрических и резистивных покрытий для машиностроения, электротехники, приборостроения и других областей промышленности. Показано, что наиболее перспективным для формирования резистивных покрытий при изготовлении нагревательных элементов является способ плазменно-дугового напыления. Установлено, что в процессе изготовления резистивных нагревательных элементов (РН Э) малых размеров (например, для радиоэлектроники) способом традиционного плазменно-дугового напыления увеличиваются потери напыляемого материала, связанные с геометрическим фактором. В связи с этим, с целью повышения степени использования напыляемых материалов перспективным является применение технологии микроплазменного напыления. Цель работы направлена на исследование формирования пятна напыления и фигуры металлизации в условиях микроплазменного напыления покрытия из диоксида титана. В процессе исследования было установлено, что пятно напыления из порошка TiO2 имеет форму эллипса с размером осей 6...9,2 мм, где меньшая ось направлена по горизонтали, а большая по вертикали. Соотношение осей составляет 1,01...1,47 и зависит от параметров режима напыления. Определены потери напыляемого материала, связанные с геометрическим фактором, которые составили 53 % при напылении дорожки шириной 1 мм и меньше 1 % при напылении дорожки 5 мм. Библиогр 2014 Article Исследование пятна напыления и фигуры металлизации в условиях микроплазменного нанесения покрытия из диоксида титана / Ю.С. Борисов, С.Г. Войнарович, А.Н. Кислица, С.Н. Калюжный // Автоматическая сварка. — 2014. — № 12 (738). — С. 19-22. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. 0005-111X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103546 621.793.7 ru Автоматическая сварка Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Борисов, Ю.С. Войнарович, С.Г. Кислица, А.Н. Калюжный, С.Н. Исследование пятна напыления и фигуры металлизации в условиях микроплазменного нанесения покрытия из диоксида титана Автоматическая сварка
description	Проведен анализ накопленного опыта по применению газотермических технологий в производстве электропроводных, диэлектрических и резистивных покрытий для машиностроения, электротехники, приборостроения и других областей промышленности. Показано, что наиболее перспективным для формирования резистивных покрытий при изготовлении нагревательных элементов является способ плазменно-дугового напыления. Установлено, что в процессе изготовления резистивных нагревательных элементов (РН Э) малых размеров (например, для радиоэлектроники) способом традиционного плазменно-дугового напыления увеличиваются потери напыляемого материала, связанные с геометрическим фактором. В связи с этим, с целью повышения степени использования напыляемых материалов перспективным является применение технологии микроплазменного напыления. Цель работы направлена на исследование формирования пятна напыления и фигуры металлизации в условиях микроплазменного напыления покрытия из диоксида титана. В процессе исследования было установлено, что пятно напыления из порошка TiO2 имеет форму эллипса с размером осей 6...9,2 мм, где меньшая ось направлена по горизонтали, а большая по вертикали. Соотношение осей составляет 1,01...1,47 и зависит от параметров режима напыления. Определены потери напыляемого материала, связанные с геометрическим фактором, которые составили 53 % при напылении дорожки шириной 1 мм и меньше 1 % при напылении дорожки 5 мм. Библиогр
format	Article
author	Борисов, Ю.С. Войнарович, С.Г. Кислица, А.Н. Калюжный, С.Н.
author_facet	Борисов, Ю.С. Войнарович, С.Г. Кислица, А.Н. Калюжный, С.Н.
author_sort	Борисов, Ю.С.
title	Исследование пятна напыления и фигуры металлизации в условиях микроплазменного нанесения покрытия из диоксида титана
title_short	Исследование пятна напыления и фигуры металлизации в условиях микроплазменного нанесения покрытия из диоксида титана
title_full	Исследование пятна напыления и фигуры металлизации в условиях микроплазменного нанесения покрытия из диоксида титана
title_fullStr	Исследование пятна напыления и фигуры металлизации в условиях микроплазменного нанесения покрытия из диоксида титана
title_full_unstemmed	Исследование пятна напыления и фигуры металлизации в условиях микроплазменного нанесения покрытия из диоксида титана
title_sort	исследование пятна напыления и фигуры металлизации в условиях микроплазменного нанесения покрытия из диоксида титана
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2014
topic_facet	Научно-технический раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103546
citation_txt	Исследование пятна напыления и фигуры металлизации в условиях микроплазменного нанесения покрытия из диоксида титана / Ю.С. Борисов, С.Г. Войнарович, А.Н. Кислица, С.Н. Калюжный // Автоматическая сварка. — 2014. — № 12 (738). — С. 19-22. — Бібліогр.: 19 назв. — рос.
series	Автоматическая сварка
work_keys_str_mv	AT borisovûs issledovaniepâtnanapyleniâifigurymetallizaciivusloviâhmikroplazmennogonaneseniâpokrytiâizdioksidatitana AT vojnarovičsg issledovaniepâtnanapyleniâifigurymetallizaciivusloviâhmikroplazmennogonaneseniâpokrytiâizdioksidatitana AT kislicaan issledovaniepâtnanapyleniâifigurymetallizaciivusloviâhmikroplazmennogonaneseniâpokrytiâizdioksidatitana AT kalûžnyjsn issledovaniepâtnanapyleniâifigurymetallizaciivusloviâhmikroplazmennogonaneseniâpokrytiâizdioksidatitana
first_indexed	2025-07-07T14:02:28Z
last_indexed	2025-07-07T14:02:28Z
_version_	1836997125687214080
fulltext	1912/2014 УДК 621.793.7 иССлеДОВАние пяТнА нАпыления и ФиГУры меТАллизАЦии В УСлОВиях миКрОплАзменнОГО нАнеСения пОКрыТия из ДиОКСиДА ТиТАнА Ю. С. БОРИСОВ, С. Г. ВОЙНАРОВИЧ, А. Н. КИСЛИЦА, С. Н. КАЛЮЖНЫЙ иЭС им. е. О. патона нАнУ. 03680, г. Киев, ул. боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua проведен анализ накопленного опыта по применению газотермических технологий в производстве электропроводных, диэлектрических и резистивных покрытий для машиностроения, электротехники, приборостроения и других областей промышленности. показано, что наиболее перспективным для формирования резистивных покрытий при изготовлении нагревательных элементов является способ плазменно-дугового напыления. Установлено, что в процессе изготовления резистивных нагревательных элементов (рнЭ) малых размеров (например, для радиоэлектроники) способом традицион- ного плазменно-дугового напыления увеличиваются потери напыляемого материала, связанные с геометрическим фактором. В связи с этим, с целью повышения степени использования напыляемых материалов перспективным является применение технологии микроплазменного напыления. Цель работы направлена на исследование формирования пятна напыления и фигуры металлизации в условиях микроплазменного напыления покрытия из диоксида титана. В процессе исследования было установлено, что пятно напыления из порошка TiO2 имеет форму эллипса с размером осей 6...9,2 мм, где меньшая ось направлена по горизонтали, а большая по вертикали. Соотношение осей составляет 1,01...1,47 и зависит от параме- тров режима напыления. Определены потери напыляемого материала, связанные с геометрическим фактором, которые составили 53 % при напылении дорожки шириной 1 мм и меньше 1 % при напылении дорожки 5 мм. библиогр. 19, табл. 1, рис. 5. К л ю ч е в ы е с л о в а : микроплазменное напыление, диоксид титана, резистивный нагревательный элемент, фигура металлизации на сегодняшний день накоплен большой опыт в изготовлении способами газотермического напы- ления (ГТн) различного рода покрытий таких, как электропроводные, диэлектрические и резистив- ные, предназначенных для различных отраслей промышленности (машиностроения, электротех- ники, приборостроения и др.) [1–3]. большой практический интерес представляют резистивные покрытия, изготовленные способами ГТн. Анализ литературных источников о прово- димых исследованиях по применению способов ГТн для формирования резистивных покрытий в электротехнике неоднократно подтверждает пер- спективность данных технологий [4, 5]. С разви- тием и усовершенствованием технологии ГТн в последнее время в производстве резистивных по- крытий все более широкое применение находит способ плазменно-дугового напыления [6–9]. В частности, данный способ хорошо себя зареко- мендовал при изготовлении резистивных нагрева- тельных элементов (рнЭ) [10–12]. изготовленные способом плазменно-дугового напыления рнЭ ха- рактеризуются существенным уменьшением тем- пературы в токонесущих слоях и увеличенным сроком службы [13–15]. Однако в процессе из- готовления рнЭ малых размеров для радиоэлек- троники способом традиционного плазменно-ду- гового напыления возникают дополнительные затраты, вызванные увеличением потерь напыля- емого материала, которые характеризуются как потери, связанные с геометрическим фактором. Эти потери обусловлены тем, что диаметр пятна напыления для традиционного плазменно-дугово- го напыления составляет 20…25 мм, что превы- шает ширину дорожки (2…5 мм) рнЭ. С целью повышения степени использования напыляемого материала целесообразно применить технологию микроплазменного напыления (мпн) [16, 17]. Данная технология позволит наносить покрытия из разного рода материалов, значительно сокра- тит потери напыляемого материала благодаря не- большому диаметру пятна напыления (3…5 мм), оказывая при этом минимальное термическое вли- янием на подложку, что позволит получать покры- тия на тонкостенных деталях без их коробления. В работе проведено исследование формирова- ния пятна напыления и фигуры металлизации в условиях микроплазменного нанесения покрытия из диоксида титана, определены потери напыля- емого материала, связанные с геометрическим фактором в зависимости от ширины напыляемой дорожки. Для анализа потерь материала, связанных с ге- ометрическим фактором, был проведен ряд экс- © ю. С. борисов, С. Г. Войнарович, А. н. Кислица, С. н. Калюжный, 2014 20 12/2014 периментов по определению параметров фигуры металлизации, которая описывает распределение массы материала покрытия в пятне напыления. Фигуры металлизации получали в процессе напы- ления при неподвижном плазмотроне в точку на плоские образцы размером 20 мм в течение 10 с, а затем проводили измерения вертикальной (боль- шой) L и горизонтальной (малой) l осей пятна на- пыления, а также максимальной высоты напылен- ной горки h (рис. 1). при помощи цифрового фотоаппарата прово- дили макросъемку профилей фигуры металлиза- ции в направлениях, перпендикулярных ее осям (рис. 2). после этого была проведена обработка изобра- жения по определению координат профиля фигу- ры. по этим координатам с помощью программы MathCad строилась фигура металлизации и опре- делялась описывающая ее функция, по которой рассчитывалась площадь фигуры для большей и меньшей осей. имея данные о размерах фигуры металлизации, можно определить такой параметр, как угол раскрытия плазменной струи: 0,5arctg ,2 L Hβ = (1) где L — ширина валика; Н — дистанция напыле- ния. потери материала, связанные с геометриче- ским фактором, определялись как: пг.ф = (1 – Sx-x/Sобщ)100, %, (2) где Sобщ — общая площадь фигуры металлизации (рис. 3); Sx-x — площадь фигуры металлизации, ограниченная размером детали. напыление проводили на установке микро- плазменного напыления мпн-004. В качестве ма- териала для напыления был использован порошок диоксида титана (TiO2) фирмы «Metachim» c раз- мером частиц порошка 15...40 мкм. интервалы варьирования, значения исследу- емых режимных параметров и результаты экспе- римента по измерению геометрических размеров пятна напыления приведены в таблице. В процессе исследования было установле- но, что пятно напыления из порошка TiO2 име- ет форму эллипса с размером осей 6...9,2 мм, где меньшая ось направлена по горизонтали, а боль- шая по вертикали. Соотношение осей составля- ет 1,01...1,47 и зависит от параметров режима на- пыления. Вероятно, такая форма пятна напыления вызвана тем, что при подаче порошка с использованием дозатора мД- 004 на его частицы действует сила тяже- сти, направленная перпендикулярно оси струи. Так как частицы порошка отлича- ются размером, следовательно, массой и аэродинамическим сопротивлением, под воздействием силы тяжести они будут проникать в струю на разную глубину. при таких условиях получаемое пятно напыления будет иметь форму эллип- са, большая ось которого расположена в вертикальной плоскости, т. е. совпадает с рис. 1. Схема исследования фигуры металлизации Параметры фигуры металлизации в зависимости от режимов напы- ления TiO2 № режи- ма I, A Gпл, л/мин H, мм Pрасх. пор, г/мин Высота фигу- ры металли- зации, мм боль- шая ось, мм мень- шая ось, мм 1 45 120 200 1,8 2,21 9,2 7,5 2 45 120 100 0,6 1,04 6,3 4,7 3 45 60 200 0,6 0,53 8,2 7,4 4 45 60 100 1,8 2,31 7,2 5,6 5 35 20 200 0,6 0,35 8,8 6,2 6 35 120 100 1,8 2,27 8,6 6,6 7 35 60 200 1,8 0,81 7,2 7 8 35 60 100 0,6 1,34 7,6 5,4 рис. 2. профили фигуры металлизации из материала TiO2: а — большая ось; б — меньшая рис. 3. потери материала из-за геометрического фактора 2112/2014 направлением действия силы тяжести (см. рис. 1). Анализ характера кривых показал, что геометрия фигуры металлизации при мпн достаточно на- дежно описывается функцией Гаусса [18] 2 0 ,kxy y e−= (3) где y0 — толщина покрытия на оси валика; x — расстояние от оси валика; k — коэффициент со- средоточенности материала покрытия в пятне на- пыления. С использованием экспериментальных данных, полученных в результате измерения профиля фи- гур металлизации (измерения проводили по боль- шей L и меньшей l осям — см. рис. 1), были по- строены совпадающие с ними кривые Гаусса для различных режимов напыления (рис. 4). Коэф- фициент корреляции K составил 0,9849... 0,9992. значение k изменялось в диапазоне 0,12...0,97. В результате проведенных расчетов соглас- но формуле (1) установлено, что угол раскрытия микроплазменной струи находится в пределах 2...5,2°. полученные результаты соответствуют значениям, приводимым в литературе для лами- нарных плазменных струй [19]. проведенные для каждого опыта расчеты по- терь напыляемого материала, связанные с геоме- трическим фактором, в зависимости от размера резистивной дорожки, приведены в виде гисто- граммы (рис. 5). Анализ гистограммы позволил установить, что наименьшие потери обеспечиваются при ис- пользовании режима № 6 (см. таблицу). Данный режим характеризуется минимальным значением силы тока и высоким расходом плазмообразую- щего газа, что снижает температуру плазменной струи и тем самим позволяет сократить дистан- цию напыления до подложки без риска ее пере- грева. Сокращение дистанции в свою очередь приводит к уменьшению пятна напыления. поте- ри при этом составили 53 % при напылении до- рожки шириной 1 мм и меньше 1 %. при напыле- нии дорожки 5 мм. Выводы 1. В результате исследования процесса формиро- вания покрытия из диоксида титана в условиях микроплазменного напыления установлено, что геометрические размеры пятна напыления зави- сят от параметров процесса напыления. пятно напыления имеет форму эллипса с размером осей 6...9,2 мм при соотношении осей 1,01...1,47, а фи- гура металлизации описывается распределением Гаусса. 2. показано, что подбором режимов микро- плазменного напыления резистивных дорожек из материала TiO2 возможно управлять потерями ма- териала, связанными с геометрическим фактором. минимальные потери достигаются при условии работы плазмотрона на режиме № 6, который ха- рактеризуется минимальным значением силы тока и высоким расходом плазмообразующего газа, что снижает температуру плазменной струи и тем са- рис. 4. поперечное сечение фигур металлизации по осям пятна напыления: а — сечение по большей оси 20,562, 21 xy e−= ⋅ ; б — сечение по меньшей о си 20,62, 21 xy e−= ⋅ ; 1 — график распределения Гаусса (расчет- ный); 2 — фактический профиль фигуры металлизации рис. 5. потери напыляемого материала, связанные с геоме- трическим фактором, в зависимости от размера резистив- ной дорожки: а — для большей диагонали; б — для меньшей диагонали 22 12/2014 мим позволяет сократить дистанцию напыления до подложки без риска ее перегрева с уменьшен- ным пятном напыления. Это позволяет получать минимальные потери напыляемого материала до- рожки шириной от 1 до 5 мм, которые составляют 53 % при напылении дорожки шириной в 1 мм и меньше 1 % при напылении дорожки шириной в 5 мм. 1. Вашкевич Ф. Ф., Спальник А. Я., Плужко И. А. Элек- тротермоизоляция индукторов для внутреннего нагрева трубных заготовок // Строительство, материаловедение, машиностроение. – Днепропетровск, пГАСА, 2009. – С. 4–6. 2. Борисов Ю. С., Кислица А. Н. микроплазменное напыле- ние с использованием проволочных материалов // Авто- мат. сварка. – 2002. – № 3. – С. 54–55. 3. Коваленко Г. Д.,Зомбжицкий А. П. Особенности плазмен- ного напыления электронагревательных покрытий с диэ- лектрическим наполнителем // Физика и химия обработ- ки материалов. – 1980. – № 4. – C. 86–89. 4. Лясников В. H., Перов В. В., Лаврова В. Н. применение плазменно-дугового напыления алунда при изготовлении катодно-подогревательного узла // Электронная техника. Сер. Электроника СВч. – 1977. – Вып. 4. – С. 85–87. 5. Пат. 2066514 рФ мКи н 05 В 3/12. Способ изготовле- ния резистивного нагревательного элемента / Д. и. ба- кланов, и. н. беляйков, А. м. Вирник и др. – Опубл. 10.09.96. 6. Scheitz S., Toma L., Berger L.-M. et al. Thermisch gespritzte keramische Schichtheizelemente // Thermal spray bulletin. – 2011. – 4. – S. 88–92. 7. Лясников B. K., Богатырев Г. Ф. плазменное напыление порошковых материалов на детали электронных прибо- ров // Обзор по электронной технике. Сер. Технология, организация производства и оборудование. – м.: Цнии «Электроника». – 1978. – Вып. 4. – C. 62. 8. Robson G. J. Applications of plasma spraying in Hard fac- ing // Public session and metals technology conf., Sydney. – 1976. – р. 6.5.1–6.5.12. 9. Хасуй А. Техника напыления: пер. с япон. / под ред. С. л. масленникова. – м.: машиностроение, 1975. – 228 с. 10. Достанко А. П., Витязь П. А. плазменные процессы в производстве изделий электронной техники. – минск: ФУ АинФОрм, 2001. – Т. 3. – 244 с. 11. Барановский Н. Д., Шаронов E. A., Ванновский В. В. Электрические свойства плазменных покрытий для пло- ских нагревательных элементов // матер. конф. «Газотер- мическое напыление в промышленности СССр и за ру- бежом». – ленинград, 27–29 мая 1991 г. – л.: лД нТп, 1991. – С. 60–61. 12. Гриффен Л. А., Дядечко А. Г. и др. нагревательные эле- менты для арматуры, получаемые способом газотерми- ческого напыления порошков // порошк. металлургия. – 1990. – № 5. – С. 102–104. 13. Плазменное нанесение резистивных слоев ленточного электронагревателя / А. А. ершов, Э. К. Урбах, В. А. Фа- леев, В. С. чередниченко // Физика низкотемпературной плазмы: материалы конф. – петрозаводск: пГУ, 1995. – ч. 3. – С. 409–411. 14. Аньшаков А. С., Казанов А. М., Урбах Э. К. Создание низ- котемпературного нагревателя способом плазменного напыления // Физика и химия обработки материалов. – 1998. – № 3. – С. 56–61. 15. Smyth R. T. Thermal’ spraying of fine powders // Proc. of 7th Inter. Metal Spray. Conf., London, 1973. – P. 89–95. 16. Нанесение узкополосных покрытий способом микро- плазменного напыления / ю. С. борисов, ю. н. перевер- зев, В. Г. бобрик, С. Г. Войнарович // Автомат. сварка. – 1999. – № 6. – С. 53–55. 17. Кислица А. Н., Кузьмич-Янчук Е. К., Кислица Н. Ю. полу- чение узких дорожек способом микроплазменного напы- ления из NiCr-проволоки // Сб. тез. Всеукр. науч.-техн. конф. молодых ученых и специалистов «Сварка и смеж- ные технологии». – Киев, 27–29 мая, 2009 г. – C. 94. 18. Войнарович С. Г. исследование формы и размера пятна напыления и фигуры металлизации в условиях микро- плазменного напыления покрытия из гидроксиапатита // Вест. нУК. – 2012. – № 3. – С. 81–84. 19. Анциферов В. Н., Бобров Г. В., Дружинин Л. К. порошко- вая металлургия и напыления покрытия / под ред. б. С. митина. – м.: металлургия, 1987. – 792 с. поступила в редакцию 21.10.2014 Направления экспозиций ► Материалы для сварки, наплавки и пайки ► Оборудование и технологии сварки, резки, наплавки, пайки и термообработки ► Источники питания и системы управления сварочным оборудованием ► Оборудование для орбитальной сварки и обработки труб ► Электронно-лучевая, лазерная, плазменная сварка и резка ► Автоматизированные комплексные системы и агрегаты для сварки и резки ► Автоматизация сварочных производственных и технологических процессов, программное обеспечение ► Приборы для неразрушающего контроля сварных соединений ► Научное и информационное обеспечение сварки ► Система подготовки, переподготовки и аттестации сварщиков ► Охрана труда и экологическая безопасность в сварочном производстве ► Сертификация сварочного оборудования. Выставка проводится одновременно с международными специализированными выставками «Металлообработка», «Порошковая металлургия» и международным специлизированным салоном «Защита от коррозии. Покрытия». Руководитель проекта: Федорова Елена Владимировна, тел.: +375 17 226 98 58, 226 90 83 факс: +375 17 226 98 58, 226 99 36; e-mail: e_fedorova@solo.by 7.04 – 10.04 2015 г. Место проведения: Беларусь, Минск, проспект Победителей, 20/2 Организатор: ЗАО «МинскЭкспо»

Исследование пятна напыления и фигуры металлизации в условиях микроплазменного нанесения покрытия из диоксида титана

Репозитарії

Схожі ресурси