Моделирование лазерно-оптических методов измерения параметров дисперсных частиц в запыленных плазменных струях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.02.05, кандидат физико-математических наук Картаев, Евгений Владимирович

• Картаев, Евгений Владимирович
• кандидат физико-математических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Картаев, Евгений Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР СОСТОЯНИЯ И ПРОБЛЕМЫ ДИАГНОСТИКИ ДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ В ПЛАЗМЕННЫХ СТРУЯХ

1.1. Анализ исследуемых процессов.

1.2. Обзор и сравнительный анализ методов измерения скорости, температуры и размера дисперсных частиц в потоках плазмы.

1.2.1. Методы измерения скорости частиц.

1.2.2. Методы измерения температуры частиц.

1.2.3. Методы измерения размера и счетной концентрации частиц.

1.3. Существующий уровень реализации диагностических комплексов для измерения основных параметров дисперсной компоненты, анализ погрешностей.

1.4. Выводы по обзору и постановка задачи исследования.

ГЛАВА 2. СКВОЗНОЕ КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВИРТУАЛЬНОЙ ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОДИНОЧНЫХ ЧАСТИЦ В ЗАПЫЛЕННОМ ПОТОКЕ ПЛАЗМЫ

2.1. Метод и аппаратура для одновременного измерения вектора скорости, размера и температуры одиночных частиц.

2.1.1. Описание оптической схемы.

2.1.2. Обработка экспериментальных данных.

2.1.3. Методики тестирования и тарировки диагностической аппаратуры.

2.2. Физико-математическая модель виртуального диагностического комплекса.

2.3. Структура программного комплекса и физические основы моделирования.

2.4. Применение программного комплекса для анализа погрешностей измерения параметров частиц.

2.5. Применение программного комплекса для анализа возможностей полихроматической пирометрии для измерения параметров частиц.

2.6. Выводы по главе 2. щ

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ СПЛЭТОВ

ОКСИДА АЛЮМИНИЯ И ДИОКСИДА ЦИРКОНИЯ ПРИ ПЛАЗМЕННОМ ф НАПЫЛЕНИИ

3.1. Описание модельной физической установки.

3.2. Анализ интегральных и пульсационных характеристик электрической дуги плазмотрона с межэлектродной вставкой мощностью 50 кВт.

3.3. Комплексное исследование формирования сплэтов из компактных частиц металлических оксидов.

3.3.1.Теоретические основы растекания и затвердевания микрокапли оксида металла при соударении с подложкой. щ 3.3.2. Анализ и обобщение полученных экспериментальных данных. ф 3.4. Экспериментальное исследование формирования сплэтов из полых частиц диоксида циркония при плазменном напылении.

3.5. Выводы по главе 3.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моделирование лазерно-оптических методов измерения параметров дисперсных частиц в запыленных плазменных струях»

Актуальность проблемы. Последнее десятилетие характеризуется растущим интересом к напылению покрытий из оксидов металлов (А1203, 2г02, ТЮ2, Сг203 и др.): термобарьерных, каталитических, электроизоляционных, износостойких и т.п. Это подтверждается большим числом публикаций и регулярностью конференций и симпозиумов, проводимых в данной области: например, Международных конференций по термическому напылению - Кобе, Япония, 1995; Ницца, Франция, 1998; Монреаль, Канада, 2000; Сингапур, 2001; Эссен, Германия, 2002; Флорида, США, 2003; Осака, Япония, 2004; Базель, Швейцария, 2005. Подчеркивается, что повышение качества и улучшение структуры напыляемых материалов во многом определяется степенью понимания гидродинамических и теплофизических процессов, происходящих при высокоскоростном соударении микрокапель тугоплавких оксидов с металлической подложкой или напыляемым покрытием.

Явление соударения капли металлического оксида лежит в основе многих технологий, таких как плазменное, высокочастотное, детонационное, газопламенное напыление, микрораспыление порошков, а также представляет большой интерес для физического материаловедения (изучение неравновесных диаграмм состояний различных систем при экстремальных воздействиях).

Характерные особенности данного явления - малые размеры частиц, возможность наличия температурного градиента внутри частиц, широкий диапазон скоростей и температур их взаимодействия с поверхностью при одновременном протекании процессов нестационарного сопряженного тепло- и массообмена и фазовых превращений и, как следствие, наличие многих факторов, существенно затрудняющих его экспериментальное исследование.

В этой связи, постановка комплексных исследований, обеспечивающих проведение по возможности полностью контролируемых модельных физических экспериментов, корректную интерпретацию получаемых опытных данных, а также прогнозирование на их основе более детальной картины указанного явления является актуальной проблемой. Ее решение во многом определяется возможностью постановки комплексных теоретических и экспериментальных исследований взаимодействия «капля оксида металла - поверхность» при полном контроле ключевых физических параметров (КФП): скорости иро, размера Dp, температуры Тр0 частицы при ее соударении с подложкой, имеющей заданную температуру 7¿0 и состояние поверхности.

При плазменном напылении, включающем практически все характерные особенности технологий газотермического напыления (ГТН), покрытие формируется путем послойной укладки отдельных сплэтов, - растекшихся и затвердевших на подложке капель расплава [1]. При этом в отличие от капель металлических расплавов (число Прандтля Рг«1: низкая вязкость - высокая теплопроводность), для которых имеет место одностадийное формирование сплэта (идеальное инерционное растекание с одновременным затвердеванием расплава), для капель оксидов металлов (Рг> 1 : высокая вязкость - низкая теплопроводность) процесс формирования сплэта происходит в две стадии (потенциальное, а затем вязкое инерционное растекание) с одновременным затвердеванием.

Указанная проблема является объектом постоянных и интенсивных исследований также и в ряде исследовательских групп за рубежом: в Японии (Т. Yoshida, The University of Tokyo, Tokyo), США (R. Neiser, Sandia National Laboratories, Albuquerque, New Mexico; S. Sampath, State University of New York at Stony Brook, New York), Франции (P. Fauchais, University of Limoges, Laboratory of Ceramic Materials and Surface Treatment, CNRS), Германии (University of Dortmund, Institute of Materials Technology), Канаде (С. Moreau, National Research Council, Industrial Materials Institute).

Создание теоретических основ данного явления представляется актуальным для корректной интерпретации экспериментальных данных, способствует развитию физико-математических моделей нестационарного сопряженного кондуктивно-конвективного теплообмена и фазовых превращений при соударении микрокапель расплавов с поверхностью.

Следует отметить, что до появления наших публикаций в литературе отсутствовало какое-либо теоретическое решение, позволяющее прогнозировать формирование сплэта при Рг>1 с учетом теплофизических свойств материалов частица - основа и значений КФП. Кроме того, отсутствовали надежные экспериментальные данные, характеризующие формирование сплэтов при Рг>1 при одновременной регистрации КФП.

В работе [2] предложена физическая модель и получено приближенное аналитическое решение, описывающее равновесное затвердевание капли расплава, при ее растекании на твердой подложке при числе Прандтля Рг>1. Последнее, прежде всего, относится к оксидам металлов, широко используемых в практике ГТН. При этом считается, что процесс формирования сплэта состоит их двух стадий:

• напорного идеального растекания расплава над поверхностью квазистационарного вязкого слоя, вытесняемого движущимся от подложки фронтом затвердевания, завершающегося выходом вершины частицы на внешнюю границу вязкого слоя;

• последующего вязкого инерционного растекания сформировавшегося тонкого слоя расплава, завершающегося встречей движущегося фронта затвердевания со свободной поверхностью.

В связи с этим, представляется актуальным проведение цикла модельных экспериментальных исследований взаимодействия микрокапель металлических оксидов (окись алюминия, диоксид циркония) с поверхностью в условиях полного контроля КФП, с целью верификации полученного теоретического решения, а также тестирования известных в литературе зависимостей, характеризующих толщину сплэтов и степень деформации капель оксидов металлов.

Целью работы являлось: создание модельной автоматизированной плазменной установки для экспериментального исследования процессов формирования сплэтов тугоплавких материалов, широко применяемых в технологии напыления, в условиях полного контроля КФП (скорость, температура, размер микрокапли расплава перед ее соударением с подложкой; температура основы и состояние ее поверхности); развитие и практическая реализация нового метода одновременной высокоскоростной регистрации т-эйи температуры, скорости и размера одиночных частиц в запыленной плазменной струе, основанного на комбинации стандартной двухцветовой, а также трехцветовой пирометрии и времяпролетного метода; получение с помощью созданной экспериментальной установки представительного набора модельных сплэтов оксида алюминия и диоксида циркония, осажденных на полированные металлические подложки нержавеющая сталь; подслой CoNiCrAlY, напыленный в динамическом вакууме на подложки из никелевого сплава) при полном контроле КФП; экспериментальная верификация развитых теоретических основ формирования сплэтов.

Научная новизна. В работе впервые получены следующие научные результаты:

1. Создана модельная физическая установка, с помощью которой осуществляется ускорение, нагрев, плавление и выделение из плазменного потока одиночных частиц тугоплавких оксидных керамик (окись алюминия, диоксид циркония) с одновременным контролем температуры подложки.

2. Реализован быстродействующий диагностический комплекс для измерения скорости, температуры и размера одиночной частицы непосредственно перед ее соударением с поверхностью подложки, работающий в режиме on-line с персональным компьютером.

3. Для нахождения параметров нагретой в плазменной струе одиночной частицы впервые применена трехцветовая пирометрия в комбинации с времяпролетным методом и специально разработанной вычислительной процедуры, основанной на взаимном корреляционном анализе реального и модельного пирометрических сигналов в сочетании с процедурами оценивания характеристик по методу наименьших квадратов.

4. Предложенный диагностический комплекс позволил расширить возможности и повысить точность определения температуры частиц, что особенно актуально при измерении параметров частиц полупрозрачных материалов (AI2O3, Zr02 и др.), для которых вынос излучения происходит из всего объема частицы, а сами измерения могут проводиться в условиях значительного градиента температуры внутри частицы, вследствие низкой теплопроводности материала.

5. Получен набор экспериментальных сплэтов указанных оксидов, осажденных при полном контроле КФП на полированные металлические подложки (нержавеющая сталь; подслой CoNiCrAlY), а также подложки из кварца.

6. На основе полученных модельных опытных данных проведена верификация указанного выше теоретического решения, характеризующего толщину и диаметр сплэтов при Рг>1 в условиях их стабильного формирования. Показано, что данное решение хорошо согласуется с экспериментом без введения дополнительного эмпирического коэффициента и может быть использовано при теоретическом обобщении данных.

Практическая ценность.

Выполненный цикл комплексных исследований позволил впервые осуществить экспериментально-теоретическое доказательство одновременного протекания процессов деформации и затвердевания капель металлических оксидов при их соударении с подложкой в широком диапазоне режимных параметров.

Результаты экспериментов по взаимодействию капель оксидов металлов (А1203, Zr02) с подложками положены в основу создания атласа модельных сплэтов и могут использоваться при тестировании различных моделей явления, интерпретации данных материаловедческих экспериментов при изучении покрытий, а также при оптимизации конкретных технологий ГТН.

Полученные результаты представляются полезными для проектирования и оптимизации процесса напыления термобарьерных, каталитических и других покрытий из оксидов металлов на различные подложки. Кроме того, они стимулировали развитие комплексного подхода при численном моделировании конкретных технологических процессов плазменного напыления.

Автор защищает:

1. Модельную физическую установку, с помощью которой осуществляется ускорение, нагрев, плавление и выделение из плазменного потока одиночных частиц тугоплавких оксидных керамик (окись алюминия, диоксид циркония) с одновременным контролем температуры подложки.

2. Быстродействующий диагностический комплекс для измерения скорости, температуры и размера одиночной частицы по ее собственному, а также рассеянному лазерному излучению непосредственно перед соударением с поверхностью подложки, работающий в режиме on-line с персональным компьютером. Измерение КФП частицы основано на комбинации времяпролетного метода, цветовой, а также трехцветовой пирометрии в приближении «серого» тела, что позволяет проводить перекрестную проверку погрешностей указанных методов в широком диапазоне режимных параметров.

3. Модельные экспериментальные данные, полученные при полном контроле КФП, положенные в основу создания атласа модельных дискообразных сплэтов капель оксидов металлов при их стабильном растекании на полированных подложках из нержавеющей стали, сплава Со№СгА1У и кварца.

4. Экспериментальную верификацию теоретического решения двухстадийной модели стабильного растекания и затвердевания в системе «компактная капля металлического оксида - основа», проведенную на основе анализа и обобщения полученных модельных экспериментальных данных.

Апробация работы. Основные положения работы представлялись на следующих конференциях и симпозиумах: 13, 14, 15, 16 и 17-ом Международных симпозиумах по плазмохимии (Пекин, Китай, 1997; Прага, Чешская республика, 1999; Орлеан, Франция, 2001; Таормина, Италия, 2003; Торонто, Канада, 2005), 3-м Международном рабочем совещании «Плазмотроны термической плазмы и технологии» (Новосибирск, 1997), 17-й Межреспубликанской конференции «Численные методы решения задач теории упругости и пластичности» (Новосибирск, 2001), Международной конференции по термическому напылению (Базель, Швейцария, 2005) и др.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 98-02-17810 на 1998-2000 гг.: «Цикл модельных исследований плазма - микрочастица и микрокапля расплава - поверхность: теория, совместный физический и вычислительный эксперимент»); Сибирского отделения РАН (междисциплинарные интеграционные проекты СО РАН на 1997-1999 гг., проект 28: «Физические процессы на границах раздела при получении гетерогенных материалов и покрытий»; на 2000-2002 гг., проект 45: «Разработка принципов мезомеханики и внутренних границ раздела и конструирование на их основе градиентных конструкционных материалов и многослойных тонкопленочных структур для электроники»; на 2003-2005 гг., проект 93: «Разработка принципов и технологий создания наноструктурных состояний в поверхностных слоях и на внутренних границах раздела высокоресурсных конструкционных и функциональных материалов»); Министерства высшего специального образования и РАН (Федеральная целевая программа «Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки на 1997-2000 годы" (ФЦП «Интеграция»), Федеральная целевая научно-техническая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения» (подпрограмма «Новые материалы», раздел: «Компьютерное конструирование высокоресурсных градиентных металлокерамических и композиционных порошковых покрытий конструкционного и функционального назначения, получаемых методами плазменного напыления»)); а также в рамках международного научного сотрудничества между Институтом теоретической и прикладной механики СО РАН и Институтами разрушении и надежности материалов Тохоку университета (г. Сендай, Япония).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю работы -доктору технических наук, профессору О.П. Солоненко за большую помощь и постоянное внимание к работе, кандидату технических наук A.A. Михальченко за совместную работу и постоянное обсуждение ее результатов, кандидату физико-математических наук A.B. Смирнову за помощь и полезные замечания, Гаврилову В.А. за техническую поддержку при проведении экспериментов.

Заключение диссертации по теме «Механика жидкости, газа и плазмы», Картаев, Евгений Владимирович

3.5. Выводы по главе 3

1. Создана модельная физическая установка для исследования взаимодействия одиночных расплавленных частиц с подложкой с применением перекрестных методов измерения размера частиц А1203 по рассеянному и собственному тепловому излучению. Проведена апробация метода трехцветовой пирометрии для измерения «эффективной» температуры одиночных частиц УЭг с целью учета их внутреннего градиента температур.

2. Проведено изучение частотных характеристик крупно- и мелкомасштабных пульсаций напряжения дуги плазмотрона с МЭВ, а также пульсаций его источника постоянного тока, влияющих на параметры дисперсных частиц в плазменной струе. С помощью быстрого преобразования Фурье показано, что спектр пульсаций напряжения практически содержит лишь гармоники, обусловленные пульсациями источника питания.

3. На основе разработанной установки получен представительный набор одиночных экспериментальных сплэтов частиц А1203 и УЭг, осажденных на металлические полированные подложки в условиях плазменного напыления в нормальной атмосфере при полном контроле КФП.

4. С помощью сканирующей электронной микроскопии, лазерной микроскопии и профилометрии проведено изучение морфологии отобранного множества регулярных сплэтов, на основе предположения о балансе масс произведена корректировка размера капель расплава перед их соударением с подложкой.

5. Сравнительный анализ предложенных в работе [143] теоретических основ растекания и затвердевания микрокапли оксида металла при соударении с подложкой и экспериментально измеренных толщин и диаметров сплэтов, полученных на полированных подложках, показал их хорошее согласие; тем самым показана применимость разработанной модели для описания процессов растекания и затвердевания сплэтов оксидных керамик на металлической основе.

Проведено напыление одиночных сплэтов на поверхность напыленного подслоя с целью изучения реальных условий формирования первого монослоя термобарьерного покрытия.

6. На основе оценок КФП, теплофизических и гидродинамических свойств расплава, а также диаметров сплэтов полых частиц, температуры и материала подложки, в рамках двухстадийного механизма растекания микрокапли керамики, предложенного в [143], проведен анализ степени растекания полых и компактных капель при формировании сплэтов в условиях газотермического напыления. Получено, что степень растекания компактных капель существенно превосходит аналогичный параметр, характеризующий полые частицы. Последнее, наряду с другими факторами - однородность агрегатного состояния и равномерность прогрева полых частиц порошка, возможность управления пористостью получаемого покрытия, указывает на предпочтительность применения порошков, состоящих из полых частиц, в технологиях газотермического напыления и необходимость дальнейшего развития теоретических моделей для компьютерного моделирования процессов, имеющих место при формировании сплэтов из полых частиц.

Заключение

Исходя из результатов проведенного цикла модельных экспериментов, сформулируем выводы, которые сводятся к следующему:

1. Исходя из анализа состояния и перспектив диагностики дисперсной компоненты в высокотемпературных струях, разработана физико-математическая модель и программный комплекс виртуальной диагностической аппаратуры, обеспечивающие сквозное компьютерное моделирование перекрестных лазерно-оптических методов измерения скорости, температуры и размера одиночных частиц оксидов металлов в запыленных потоках плазмы. Для измерения параметров одиночной частицы были использованы следующие методы: скорость - времяпролетный метод; температура - пирометрия спектрального отношения и трехцветовая пирометрия в приближении "серого" тела; размер - по ее температуре, а также путем регистрации рассеянного на частице излучения лазера (для частиц А1203).

2. Использование разработанных вычислительных средств, применительно к обработке в плазменной струе узких фракций порошка А120з, позволило получить локальные статистические распределения частиц по размеру, скорости, цветовым температурам, а также трехцветовой температуре в струе плазмы. Установлено, что наряду с тем, что получаемые оценки для трех температур дают дополнительную информацию о характере излучения частиц, метод трехцветовой пирометрии при одинаковой методической ошибке имеет меньшую инструментальную погрешность в сравнении с пирометрией спектрального отношения.

3. Создана автоматизированная физическая установка для исследования взаимодействия одиночных расплавленных частиц с подложкой при полном контроле КФП, обеспечивающая применение перекрестных методов измерения размера частиц А1203 по рассеянному и собственному тепловому излучению, а также использование метода трехцветовой пирометрии для измерения эффективной» температуры одиночных частиц диоксида циркония, что позволяет учесть внутренний градиент температуры.

С помощью созданной установки получен представительный набор одиночных сплэтов частиц А1203 и YSZ, осажденных на полированные подложки (нержавеющая сталь, сплав Со№СгА1У, кварц) при полном контроле КФП в условиях, характерных для плазменного напыления в воздушной атмосфере. С помощью сканирующей электронной и лазерной микроскопии, а также профилометрии проведено изучение морфологии сплэтов, что позволило провести корректировку размера капель диоксида циркония перед их соударением с подложкой.

Сравнение теоретически предсказанных и экспериментально измеренных толщин и диаметров сплэтов, полученных при соударении плотных микрокапель оксидов металлов с полированными подложками показало их достаточно хорошее согласие; тем самым подтверждена работоспособность предложенной модели формирования сплэтов оксидных керамик на металлической основе. Впервые получены сплэты полых частиц диоксида циркония в условиях газотермического напыления при полном контроле КФП. Показано, что степень растекания плотных частиц существенно превосходит аналогичный параметр, характеризующий полые частицы, что наряду с другими факторами (однородность агрегатного состояния, равномерность прогрева, возможность управления пористостью получаемого покрытия) указывает на перспективность применения данного класса порошков в технологиях ГТН.

Сквозное моделирование метода четырехцветовой пирометрии при диагностике частиц в плазменной струе показало, что данный метод обеспечивает статистически наиболее близкое значение температуры «несерых» частиц, обладая при этом достаточно приемлемым стандартным тройным разбросом и позволяет при низком уровне шумов определять коэффициент наклона зависимости е(Х).

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Картаев, Евгений Владимирович, 2005 год

1.. Жуков М.Ф., Солоненко О.П. Высокотемпературные запыленные струи в процессах обработки порошковых материалов.Новосибирск: Ин-т теплофизики СО АН СССР,1990.-515 с.

2. Кудинов В.В., Пекшев П.Ю., Белащенко В.Е., Солоненко О.П., Сафиулин В.А. Нанесение покрытий плазмой. М.: Наука, 1990. - 406 с.

3. Zhukov M.F., Solonenko О.Р. Joint physical and computational experiment and research problems of high-temperature dust-laden jets// ISPC-7, July 1985, Eindhoven, Holland.

4. Solonenko O.P. Complex investigation of the thermophysical processes in plasmajet spraying// Pure and Appl. Chem. 1990, Vol.62, No.9.-p. 1783-1800.

5. Высокоэнергетические процессы обработки материалов (Низкотемпературная плазма. Т. 18) /Солоненко О.П., Алхимов А.П., Марусин В.В. и др. Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 2000. -425 с.

6. Solonenko, О.Р., Thermal Plasma Torches and Technologies, Vol.2. Thermal Plasma and Allied Technologies: Research and Development, Ed. by O.P. Solonenko, Cambridge International Science Publishing, Cambridge, England, 78-98 (2001).

7. Fauchais P., Vardelle A. Thermal plasmas//IEEE Trans.Plasma Sci., 1997, Vol.25, No.6. p.1258-1280.

8. Fauchais P., Vardelle A. Pending problems in thermal plasmas and actual development// Plasma Phys. Control Fusion, 2000, Vol.42. B365-B383.

9. Vardelle M., Fauchais P. Plasma spray processes: diagnostic and control?// Pure Appl. Chem., 1999, Vol.71, No.10. p. 1909-1918.

10. Fauchais P. Understanding plasma spraying // J. Phys. D: Appl. Phys., Vol.34, 2004. p.86-108.

11. Bisson J., Moreau C. Effect of DC plasma fluctuations on in-flight particle parameters Part II// Proc. of ITSC'02, March 2002, Essen, Germany.

12. Fincke J.R., Swank W.D., Bewley R.L., Haggard D.C., et al. Feedback control of Subsonic Plasma Spray Process: System Model// Proc. 8th National Thermal Spray Conf., 11-15 September, 1995, Houston, Texas, USA. p.l 17-122.

13. Fincke J.R., Swank W.D., Bewley R.L., Haggard D.C., et al. Diagnostics and control in the thermal spray process// Surface and Coatings Technology, 2001. p.537-543.

14. Жуков М.Ф., Лягушкин В.П., Солоненко О.П. Автоматизированный экспериментальный стенд для комплексного исследования высокотемпературных гетерогенных струй (состояние и перспективы). Новосибирск, 1986. 70 с. (Препринт/ИТФ СО АН СССР №145-86).

15. Кудинов В.В. Плазменные покрытия. М.: Наука, 1977. 183 с.

16. Обмен импульсом и теплом между частицами и плазменной струей при напылении/ Ж.Ф.Кудер, М.Вардель, А.Вардель, П.Фоше// Генерация потоков электродуговой плазмы. Новосибирск: Ин-т теплофизики, СО АН СССР, 1987.-с.397-427.

17. Boulos M.I. Visualization and Diagnostics of Thermal Plasma Flows// Journal of Visualization, 2001, Vol.4, No.l. p. 19-28.

18. Гольдфарб B.M. Некоторые новые возможности диагностики однофазных и двухфазных плазменных струй// Изв. СО АН СССР, 1979, No.3, С ер .техн. наук, Вып.1.-с.80-95.

19. Barrault M.R. The measurements of velocity in hot media// Pure and Appl. Chem., 1980, Vol.52.-p.l829-1835.

20. Дубнищев Ю.Н., Ринкевичюс Б.С. Методы лазерной доплеровской анемометрии. М.: Наука, 1982.-303с.

21. Gouesbet G.A. A Review on Measurements of Particle Velocities and Diameters by Laser Techniques, with Emphasis on Thermal Plasmas // Plasma Chemistry and Plasma Processing, 1985, Vol.5, No.2.-p.91-l 17.

22. Tichenor D.A., et.al. Simultaneous in situ measurement of the size, temperature and velocity of particles in combustion enviroment// Sandia Report, January 1984, SAND 84-8628, UC-96.

23. Fincke J.R., Swank W.D., Jeffery C.L. Simultaneous measurement of particle size, velocity and temperature in thermal plasmas// IEEE Transactions on plasmato science. 1990, Vol.18, No.6.-p.948-957.

24. Fincke J.R., Swank W.D., Jeffery C.L., Mancuso C.A. Simultaneous• measurement of particle size, velocity, and temperature // Meas. Sci. Technol., 1993, Vol.4.-p.559-565.

25. Coulombe S., Boulos M.J. In-flight particles diagnostics in induction plasma processing // Plasma Chemistry and Plasma Processing, 1995, Vol.15, No.4.-p.653-674.

26. Solonenko O.P., Guselnikov S.M., Mikhalchenko A.A. Method for simultaneous measurement of single particles temperature, size and velocity vector into a plasma flows// Proc. of 8-th National Thermal Spray Conference, 11-15 September, 1995,

27. Houston, Texas, USA.-p.163-168.

28. Hoffman T.T. Real-Time Video Imaging for High-Luminosity Processes// Practice&Management, 1993, Vol.25, No.2. p.86-90.

29. Knight R., Smith R.W., Xiao Z., Hoffman T.T. Particle Velocity Measurements in HVOF and APS Systems// Thermal Spray Industrial Applications Conference Proc., ASM International, Materials Park, Ohio, USA, 1994. p.331-336.

30. Roman W.C., Winter M., Rotunno A.A. et al. Plasma spray gun particle distribution measurements using laser/2-D imaging techniques// Proc. of the 3-rd Thermal Spray Conference, 20-25 May, 1990, Long Beach, CA, USA. p.49-58.

31. Cedelle J., Vardelle M., Pateyron B., Fauchais P. Experimental investigation of the splashing processes at impact in plasma sprayed coating formation// Proc. of ITSC'04, May 2004, Osaka, Japan.

32. Ignatiev M., Senchenko V., Dozhdikov V., Smurov I., Bertrand P. Digital diagnostic system based on advanced CCD image sensor for thermal spraying monitoring// Proceed, of ITSC'02, March 2002, Essen, Germany.

33. Bertrand P., Smurov I., Ignatiev M. Low cost industrial type diagnostic system & for powder jet visualisation, particle-substrate interaction and coating growth // Proc.0 of ITSC'02, March 2002, Essen, Germany.

34. Malmberg S., Leung K., Heberlein J., Pfender E. Particle Trajectory Control for DC Plasma Spraying//Proc. of ITSC'95, 1995, Kobe, Japan, Vol.l.-p.371-375.

35. Old S., Gohda S., Furukubo K. Measurement of Spraying Particle Behaviors by High Speed Video Camera System// Proc. of ITSC'95, 1995, Kobe, Japan, Vol.l.-p.441-444.

36. Landes K.D., Streibl T.V., Zierhut J. Particle flux imaging (PFI) and particle ® shape imaging (PSI) two innovative diagnostics for thermal coating// Proc. of

37. Fauchais P., Vardelle M. How to improve the Reliability and Reproducibility of Plasma Sprayed Coatings// Thermal Spray 2003: Advancing the Science & Applying the Technology, ASM International, Materials Park, Ohio, USA, 2003.

38. Nylen P., Lemaitre J., Wigren J. Sensitivity Study of Four On-Line Diagnostic ^ Systems for Plasma Spraying// Thermal Spray 2003: Advancing the Science &

39. Applying the Technology, ASM International, Materials Park, Ohio, USA, 2003. ф 48. Durst F., Melling A., Whitelaw J.H. Principles and Practice of Laser Doppler Anemometry / 2-ed. London etc., New-York, 1980.

40. Алхимов А.П., Бойко Б.М., Папырин A.H. Развитие лазерио-доплеровских и стробоскопических анемометров для исследования быстропротекающих процессов// Автометрия, 1982, No.3.-c.21-27.

41. Forder P.W. A novel approach to laser doppler velocimetry and anemometry// J. Phys. E : Sci. Instrum., 1981, Vol.l4.-p.l014-1018.

42. Cetegen B.M., Yu W. In-Situ Particle Temperature, Velocity and Size Measurements in DC Arc Plasma Thermal Sprays// J. of Thermal Spray Techn.,1999, Vol.8, No. l.-p.57-67.

43. Zierhut J., Hartmann R., Landes K., Eritt U., Lugscheider E. Characterization of an atmospheric plasma spray system: numerical modeling and laser-doppler-anemometry of plasma flow field and particle distributions/ Proc.of 14-th Intern.

44. Symp. on Plasma Chem., August 2-6 1999, Prague, 1999, v.4, p.2149-2154.

45. Craig J.E., Parker R.A., Lee D.Y., Wakeman T. Particle Temperature and Velocity Measurements by Two-Wavelength Streak Imaging// Thermal Spray 2003: Advancing the Science & Applying the Technology, ASM International, Materials Park, Ohio, USA, 2003.

46. Fincke J.R., Haggard D.C., Swank W.D. Particle Temperature Measurements in the Thermal Spray Process // J. Of Thermal Spray Techn., 2001, Vol.10, No.2.-p.255w,q 266.

47. Kowalsky K.A., Marantz D.R., Neiser R., Smith M.F. Diagnostic behavior of the wire-arc-plasma spray process// Proc. of the Intern. Thermal Spray Conf., Florida, USA, 28 May-5 June, 1992.-p.337-342.

48. Smith M.F. Laser measurement of particle velocities in vacuum plasma spray deposition//1-st Plasma-Technik-Symposium, Lucerne/Switzerland, 18-20 May, 1988, p.77-85.

49. Steffens H.-D., Busse K.-H., Schneider M. Spray particle behavior in a low pressure plasma jet// Proc. of the Intern. Thermal Spray Conf., Montreal, Canada, September, 1986.-p.49-59.

50. Lyagushkin V.P., Solonenko O.P. A method to simultaneously measure the velocity and temperature of disperse particles in high temperature flows// Proc.7-th Intern. Symp. on Plasma Chemistry, Eindhoven, Netherlands, 1985, Vol.3.-p.730-735.

51. Михальченко А.А. Диагностика дисперсной компоненты в гетерогенных плазменных струях/Диссертация на соискание ученой степени кандидата техн. наук.- Новосибирск, Ин-т теплофизики СО РАН, 1994.

52. Смирнов А.В. Экспериментальное исследование взаимодействия капель металлических расплавов с основой// Диссертация на соискание ученой степени кандидата физ.-мат. наук.- Новосибирск, Ин-т теор. и прикл. механики СО РАН, 2000.

53. Fantassi S., Vardelle М., Vardelle A., Fauchais P. Influence of the Velocity of Plasma-Sprayed Particles on Splat Formation// J. of Thermal Spray Techn.,1993, Vol.2,No.4. -p.379-383.

54. Shinoda K., Yamada A., Koselci Т., Yoshida T. In situ measurement of sprayed ceramics particles and supercooling effects on splat morphology// Proc. of ITSC'04, May 2004, Osaka, Japan.

55. Moreau C., Gougeon P., Burgess A., Ross D. Characterization of particle flow in an axial injection plasma torch// Proc. of National Thermal Spray Conference, 11-15 September 1995, Houston, Texas, 1995.-p. 141-147.

56. Gougeon P., Moreau C., Richard F. On-line control of plasma sprayed particles in the aerospace industry// Proceed, of the 8-th National Thermal Spray Conference, 11-15 September 1995, Houston, Texas, 1995.-p.l49-155.

57. Coulombe S., Boulos M.J., Sakuta T. Simultaneous particle surface temperature and velocity measurements under plasma conditions// Meas. Sci. Technol., 1995,Vol.6.-p.383-390.

58. Schutz M., Barbezat G., Fluck E. Measurement technology for in-flight particle diagnosis in plasma spraying//Proc. of 15th Intern. Thermal Spray Conf., Nice, France, 25-29 May, 1998. p.761-766.

59. Fan X., Gitzhofer F., Boulos M. Investigation of Alumina Splats Formed in the Induction Plasma Process// J. of Thermal Spray Techn.,1998, Vol.7,No.2. -p.197-204.

60. Leblanc L., Moreau C. In-flight particle characteristics of plasma-sprayed densethyttria stabilized zirconia//Proc. of 15- Intern. Thermal Spray Conf., Nice, France, 2529 May, 1998. p.773-778.

61. Planche M.P., Bolot R., Landemarre O., Coddet C. Comparison between experimental and numerical results obtained on in-flight particles characteristics// Proc. of 15th Intern. Thermal Spray Conf., Nice, France, 25-29 May, 1998. p.355-360.

62. Branland N., Meillot E., Fauchais P., Vardelle A., Boulos M., Gitzhofer F., Drouin D., Magny P. Relationships between induction plasma spraying parameters and Ti02 particle characteristics at impact// Proc. of ISPC-16, 22-27 June 2003, Taormina, Italy.

63. Fischer A., Seeman K., Lugscheider E. Investigation of atmospheric spray process by inflight-particle pyrometry and thermography// Proc. of ITSC'02, March 2002, Essen, Germany.

64. Fauchais P., Baronnet J.M. State of the art of plasma chemical synthesis of homogeneous and heterogeneous product// Pure and Appl. Chem., 1980, Vol.52,-p.1669-1705.

65. Vardelle A. Measurements of the plasma and condensed particles parameters in a DC plasma jet// IEEE Trans, on Plasma Sci., 1980, Vol.4, No.4.-p.417-424.

66. Свет Д.Я. Пирометрия по собственному излучению веществ с изменяющейся излучательной способностью. В кн.: Объективные методы пирометрии излучения металлов/ Под.ред. Д.Я.Света. М.: Наука, 1976.-135с.

67. Свет Д.Я.Оптические методы измерения истинных температур. М.: Наука, 1982.-295с.

68. Jorgensen F.R.A., Zuiderwylc М. Two-colour pyrometer measurement of the temperature of individual combusting particles// J. Phys. E.: Sci. Instrum., 1985, Vol.18.-p.215-219.

69. Mishin J., Vardelle M., Lesinslci J., Fauchais P. Two-color pyrometer for the statistical measurement of the surface temperature of particles under thermal plasma conditions// J. Phys E: Sci. Instrum., 1987, Vol.20, -p.620-625.

70. Swank W.D., Finclce J.R., Haggard D.C. A particle temperature sensor for monitoring and control of the thermal spray process// Proceed, of the 8-th National Thermal Spray Conference, 11-15 September 1995, Houston, Texas, 1995 .-p. 111-116.

71. Mates S.P., Basak D., Biancaniello F.S., Ridder S.D., Geist J. Calibration of a Two-Color Imaging Pyrometer and Its Use for Particle Measurements in Controlled Air Plasma Spray Experiments// J. Thermal Spray Technol., 2002, Vol.11, No.2. -p.195-204.

72. Геда Я.М., Снопко B.H. Измерение температуры по распределению интенсивности в спектре излучения нагретого тела// ТВТ, 1981, т. 19, No.2.-c.381-385.

73. Coates Р.В. The least-squares approach to multi-wavelength pyrometry// High Temp.-High Press, 1988, Vol.20.-p.433-444.

74. Gardner J.L. Computer modeling of a multi-wavelength pyrometer for measuring true surface temperature// High Temp.-High Press., 1980, Vol.12, No.6.-p.699-706.

75. Снопко В.Н. Методы оптимальной полихроматической пирометрии// ТВТ, 1987, т.25, No.5.-c.980-986.

76. Khan М.А., Allemand Ch., Eagar T.W. Noncontact temperature measurement. 2.Least squares based techniques// Rev. Sci. Instrum., 1991, Vol.62, No.2.-p.403-409.

77. Fincke J.R., Jeffery C.L., Spjut R.E. Measurement of the emissivity of small particles at elevated temperatures// Optic. Engineering. 1988, Vol.27, No.8.-p.684-690.

78. Свет Д.Я., Пырков Ю.Н., Плотниченко В.Г. Определение температуры и спектральной излучательной способности веществ, недоступных для непосредственного контакта//ДАН, 1998, т.361, No.5. с.626-629.

79. Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами. М.: Мир, 1986.-660с.

80. Голобородько В.Т., Каштаньер В.Л., Шульман Е.С. Применение метода спектрального отношения для измерения температуры частиц// ТВТ, 1982, т.20, No.5.-c.958-962.

81. Пинчук В.П., Романов Н.П. Сечение поглощения сферических частиц произвольного размера с умеренным поглощением// ЖПС, 1977, т.27, No.l.-с.109-114.

82. Домбровский J1.A. Тепловое излучение сферической частицы из полупрозрачного материала// ТВТ, 1999, т.37, No.2.-c.284-293.

83. Домбровский JI.A. Приближенный расчет теплового излучения неизотермических полупрозрачных частиц// ТВТ, 2000, т.38, No.4.-c.686-688.

84. Домбровский J1.A, Игнатьев М.Б. Учет неизотермичности частиц в расчете и при диагностике двухфазных струй, применяемых для напыления покрытий// ТВТ, 2001, т.39, No.l.-c.l38-145.

85. Zhang Н., Xiong Н.В., Zheng L.L., Vaidya A., Li L. Partially Melted Particle and Its Splat Morphology// Thermal Spray 2003: Advancing the Science & Applying the Technology, ASM International, Materials Park, Ohio, USA, 2003.

86. Рубцов H.A., Аверков Е.И., Емельянов А.А. Свойства теплового излучения материалов в конденсированном состоянии. Новосибирск: Ин-т теплофизики СО АН СССР, 1988.-349 с.

87. Dantec Measurement Technology A/S (1999): "Particle Dynamics Analyser, Installation & User's Guide", Publication no.: 9040U1101, A/S, P.O. Box 121, Tonsbakken 18, DK-2740 Skovlunde, Denmark.

88. Israel F., Taylor A.M.K.P., Whitelaw J.H. Simultaneous measurement of droplet velocity and size and flame mantle temperature by phase Doppler anemometry and two-color pyrometry//Meas. Sci. Technol., 1995, Vol.6.-p.727-741.

89. Fincke J.R., Swank W.D. Simultaneous measurement of Ni-Al particle size, velocity and temperature in atmospheric thermal plasmas/ZProc.of the Third National Thermal Spray Conf., Long Beach, CA, USA, 20-25 May, 1990.-p.39-43.

90. Holve D.J., Annen K.D. Optical particle counting, sizing and velocimetry using intensity deconvolution // Opt. Eng., 1984, Vol.23, No.5.-p.591-603.

91. Fincke J.R., Jeffery C.L., Englert S.B. In-flight measurement of particle size and temperature// J. Phys. E: Sci. Instrum., 1988, Vol.21.-p.367-370.

92. Goldberg I.L., Meculloch A.W. Annular aperture diffracted energy distribution for an extended source// Applied Optics, 1969, Vol.8, No.7.-p.1451-1458.

93. Joutsenoja Т., Hernberg R. Pyrometric sizing of high-temperature particle in flow reactors// Applied Optics, 1998, Vol.37, No.l6.-p.3487-3493.

94. Moreau C., Cielo P., Lamontague M., Dallaire S., Vardelle M. Impacting particle temperature monitoring during plasma spray deposition// Meas. Sci. Technol., 1990, Vol.l.-p.807-814.

95. Григорьев В.В. Одновременное измерение температуры поверхности и скорости одиночных частиц// ФГВ, 1990, №1, С.129-135.

96. Grigoryev V.V., Prokhorov Ye.S. Velocity and temperature of particles accelerated by gas detonation// Proc. of 10th Intern. Conf. on High Energy Rate Fabrication (HERF), Sept. 18-22, 1989, Ljubljana, Yugoslavia.-P.867-871.

97. Vaidya A., Streibl Т., Sampath S., Zhang H. A comparative analysis of Morphologically Different YSZ powders// Proc. of ITSC'04, May 2004, Osaka, Japan.

98. Doring J.-E., Marques J.-L., et al. The influence of plasma characteristics on particle properties during plasma-spraying of yttria stabilized zirconia using a Triplex torch// Proc. of ITSC'04, May 2004, Osaka, Japan.

99. Леонов А.С., Русин С.П. О решении обратной задачи определения температуры по спектру теплового излучения нагретых тел// Теплофизика и аэромеханика, 2001, т.8, №3, с.475-486.

100. J.A.Lock, G.Gousbet. Rigorous justification of the localized approximation to the beam-shape coefficients in generalized Lorenz-Mie theory. 1. On-axis beams// J. Opt. Soc. Am. A, 1994, Vol.1 l.-p.2503-2515.

101. J.A.Lock. Contribution of high-order rainbows to the scattering of a Gaussian laser beam by a spherical particle// J. Opt. Soc. Am. A., 1993, Vol.l0.-p.693-706.

102. Solonenko O.P., Mikchalchenko A.A., Kartaev E.V., Bondar' M.P., Ogawa K., Shoji Т., Tanno M. Theoretical Modeling and Experimental Study of Thermal Barrier Coatings// Materials Transactions, 2003, Vol.44,No. 11. -p.2311-2321.

103. Жуков М.Ф., Девятов Б.Н., Новиков О .Я. и др. Теория термической электродуговой плазмы. 4.2. Нестационарные процессы и радиационный теплообмен в термической плазме. Новосибирск: Наука, 1987.-285с.

104. Методы исследования плазмы/ Под.ред. В.Лохте-Хольтгревена. М.: Мир, 1971.- 552с.

105. Авилова И.В., Биберман Л.М., Воробьева B.C. и др. Оптические свойства горячего воздуха. М.: Наука, 1970.-345с.

106. Домбровский Л.А. Приближенные соотношения для расчета основных радиационных характеристик сферических частиц в области рассеяния Ми// ТВТ, 1990, т.28, No.6.-c.l442-1445.

107. Домбровский Л. А., Ивенских Н.Н. Излучение однородного плоскопараллельного слоя сферических частиц// ТВТ, 1973, т.11, No.4.-c.818-822.

108. Рубцов Н.А., Емельянов А.А., Пономарев Н.Н. Исследование показателя поглощения плавленой окиси алюминия при высоких температурах// ТВТ, 1984, т.22, No.2.-c.294-298.

109. Mularz E.J., Yuen M.C. An experimental investigation of radiative properties of aluminum oxide particles // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, 1972, Vol.12, No.ll.-p.1553-1568.

110. Бахир Л.П., Левашенко Г.И., Таманович B.B. Уточнение мнимой части комплексного показателя преломления жидкой окиси алюминия// ЖПС, 1977, т.26, No.3.-c.514-520.

111. G.Gouesbet, J.A.Lock. Rigorous justification of the localized approximation to the beam-chape coefficients in generalized Lorenz-Mie theory.2. Off-axis beams// J. Opt. Soc. Am. A., 1994, Vol.1 l.-p.2516-2525.

112. L.D.Davis. Theory of electromagnetic beams. Phys.Rev.A., 1979, 19, p.l 1771179.

113. J.A.Lock. Improved Gaussian beam-scattering algorithm// Appl. Opt., 1995, Vol.34, No.3.-p.559-570.

114. Ишанин Г.Г., Панков Э.Д., Андреев А.Л., Полыциков Г.В. Источники и приемники излучения. Санкт-Петербург: Политехника, 1991.- 240с.

115. М.Гарбуни. Физика оптических явлений. М.: Энергия, 1967.-495с.

116. Ж.Макс. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях. М.: Мир, 1983, т.1.-311с.

117. Таблицы по светорассеянию:Ч.2. Л.: Гидрометеоиздат, 1968.

118. Домбровский Л.А. О возможности определения дисперсного состава двухфазного потока по рассеянию света под малыми углами/ ТВТ, т.20, №3, 1982. с.549-557.

119. Шигапов А.Б. Оптические свойства окиси алюминия при высоких температурах/ ТВТ, т.36., №1, 1998. с.39-43.

120. O.P. Solonenko, A.A. Mikhalchenko, E.V. Kartaev, K. Ogawa and T. Shoji// Proc. of the 5th JSME-KSME Fluids Engineering Conf., 17-22 November 2002, Nagoya, Japan 6 p. (electronic publication).

121. Солоненко О.П. Теплофизические основы формирования плазменных покрытий из порошков оксидов, Физическая мезомеханика, 2001, Том 4, № 6. -С.45-56.

122. Генерация низкотемпературной плазмы и плазменные технологии: Проблемы и перспективы (Низкотемпературная плазма. Т.20) /Г.Ю. Даутов, А.Н. Тимошевский, Б.А. Урюков и др. Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 2004. - 464 с.

123. Solonenko O.P., Mikhalchenko A.A., Lyagushkin V.P., Kartaev E.V. The method and the apparatus for measuring the velocity vector, surface temperature in dust-laden flows/ Thermophysics and Aeromechanics, 1998, Vol.5, No.4, p.523-531.

124. B.A. Неронов, Д.А. Сибриков. Препринт «Диоксид циркония: общие сведения, фазовые равновесия в системах Zr02 CaO, Zr02 - MgO, Zr02 - Y203, свойства». - Препринт, Новосибирск: ИТПМ СО РАН, 2002, 48 с.

125. Плазмотроны. Исследования. Проблемы. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1995.

126. Жуков М.Ф., Смоляков В.Я., Урюков Б.А. Электродуговые нагреватели газа (плазмотроны). М.: Наука, 1973.

127. Coudert J.F., Fauchais P. The influence of the arc fluctuations on the temperature measurements in DC plasma jets/ Thermal Plasma Applications in Materials and Metallurgical Processing, The Minerals, Metals & Materials Soc., 1992, p.75-83.

128. Leblanc L., Moreau C. Study on the Long-term Stability of Plasma Spraying// Proc. of ITSC'OO, May 2000, Montreal, Canada.

129. Vysohlid M., Heberlein J. Investigation of Arc Voltage Fluctuations in a Plasma Torch SG-100 operated with Ar/H2 // Proc. of ITSC'04, May 10-12, Osaka, Japan.

130. Solonenko O.P., Fundamental problems of plasma spraying, In coll.: Thermal Spray: International Advances in Coating Technology, Orlando, Florida, USA, ASM International, 1992.-P.787-792.

131. Solonenko O.P., Mikhalchenko A.A., Kartaev E.V., Splat formation under YSZ hollow droplet impact onto substrate// Proc. of ITSC'05, May 2005, Bazel, Switzerland 6 p. (electronic publication).

132. Roy, P., Bertrand, G. and Coddet, C.: Thermal Spray 2003: Advancing the Science & Applying the Technology, (Ed.) C. Moreau and B. Marple, ASM International, Materials Park, Ohio, USA (2003), pp. 1617-1623.

133. Madejski J., Solidification of droplets on a cold surface// J. Heat Mass Transfer, 1976, Vol.19. P.1009-1013.