Повышение производительности процесса плазменно-дугового нанесения покрытий на тела вращения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.10, кандидат технических наук Чуркин, Иван Сергеевич

• Чуркин, Иван Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Чуркин, Иван Сергеевич

Оглавление

Введение

1 .Анализ исследований в области создания плазмотронов для нанесения покрытий повышенной производительности.

1.1 Состояние исследований в области нанесения покрытий

1.2. Существующие способы плазменного нанесения покрытий.

1.2.1. Газопламенные методы нанесения покрытий

1.2.2. Технология холодного газодинамического напыления

1.2.4. Электродуговые методы нанесения покрытий

1.2.5. Плазменные методы нанесения покрытий

1.3. Выводы

2. Сравнительный анализ процессов в струе плазмы с вольтодобавкой.

2.1. Цели и задачи сравнительного анализа

2.2. Методики расчета температуры и скорости в струе плазмы

с вольтодобавкой

2.2.1. Двумерное уравнение баланса энергии (УБЭ)

2.2.2. Электромагнитная задача для дугового плазмотрона для напыления (ЭмЗ)

2.2.3. Уравнение движения (УД)

2.2.4. Уравнение неразрывности (УН)

2.3. Граничные условия для дуги в канале плазмотрона и во внешней области

2.3.1 Граничные условия для решения УБЭ

2.3.2. Граничные условия для решения ЭмЗ

2.3.3. Граничные условия для УД и УН

2.4. Метод контрольного объема (МКО)

2.4.1. Основные положения МКО

2.4.2. Неравномерная расчетная сетка

2.5. Дискретные аналоги (ДА) для математического моделирования

2.5.1. ДА для УБЭ

2.5.2. ДА для ЭмЗ

2.5.3. ДА для УД

2.5.4. ДА для УН

2.6. Уравнения поправки давления и скорости

2.7. Порядок расчета

2.8. Результаты теоретических исследований струи плазмы воздушно дугового плазмотрона при различных значениях вольтодобавки и режимах работы плазмотрона

2.9. Вычисление интегральных параметров плазмы

2.10. Расчет нагрева частиц порошка струи плазмы с вольтодобавкой, загруженной различными материалами

2.10.1. Влияние частиц на параметры и свойства плазменной струи, обратное влияние плазмы на частицы

2.10.2. Нагрев одиночной частицы в плазменной струе

2.10.3. Модель слоя частиц, «возникающих» в плазме

2.10.4. Весовая загрузка плазменной струи и концентрация частиц

2.10.5. Расчет скорости плазменной струи, загруженной большим количеством мелких твердых частиц

2.10.6. Расчет температуры плазменной струи, загруженной большим количеством мелких твердых частиц

2.11. Выводы

3. Методика проведения экспериментальных исследований

3.1. Методика исследований энергетических характеристик плазмотрона

3.2. Результаты измерения энергетических свойств плазмотрона

3.3. Методика исследования свойств воздушной плазменной струи

3.3.1. Методики измерения температуры плазмы

3.3.2. Методики измерения скорости плазмы

3.3.3. Результаты измерения температуры и скорости плазменной струи

3.3.4. Методика измерения скорости напыляемых частиц

3.3.5. Результаты измерения скорости напыляемых частиц

3.3.6. Методики измерения производительности процесса напыления

3.3.7. Методика исследования свойств плазменных покрытий,

3.3.8. Результаты исследования свойств плазменных покрытий

3.4. Выводы

Заключение

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение производительности процесса плазменно-дугового нанесения покрытий на тела вращения»

Введение.

Актуальность работы. Напыление представляет собой процесс нанесения покрытий на поверхность детали с помощью высокотемпературной скоростной струи, содержащей частицы порошка или капли расплавленного напыляемого материала, осаждающегося на подложке при ударном столкновении с его поверхностью. Существующие технологии напыления можно разделить на два основных вида в зависимости от источника тепловой энергии: газопламенное напыление, при котором используется теплота, выделяющаяся при сгорании смеси горючего газа с кислородом, и плазменное напыление, основанное на использовании теплоты, выделяющейся при горении электрической дуги. Технологии плазменного напыления широко применяются в промышленности с семидесятых годов ХХ-го века. Разработки последних нескольких десятилетий в области создания дуговых плазмотронов для нанесения покрытий основаны на уже существующих конструкциях, что ограничивает развитие технологий плазменного напыления с повышенной производительностью. В настоящее время производительность процесса плазменного напыления составляет примерно 3-8 кг/ч. Энергия, затрачиваемая на плавление и ускорение порошка, по отношению к энергии, подведенной к источнику питания, составляет всего 5-7%. Эта величина называется полным КПД процесса.

Для нанесения покрытий на некоторые изделия, такие как валы тяжелых машин, коленчатых валов судовых дизелей, шаровые клапаны вентилей, матрицы пресс-форм, гребни шнеков и других аналогичных деталей, а так же для восстановления изношенных деталей различных машин и механизмов данной производительности недостаточно. Повысить производительность процесса можно, добавив дополнительную мощность непосредственно в струю плазмы, где происходит нагрев и расплавление

порошка. С этой целью между соплом плазмотрона и деталью подключается дополнительный источник напряжения. Такой плазмотрон называется плазмотроном с вольтодобавкой на струю плазмы (ВДСП).

Различным аспектам решения задач исследования плазмы и разработки генерирующих ее дуговых плазмотронов для напыления посвящены работы: А. В. Донского, B.C. Клубникина, Н.М. Ожегова, О.П. Солоненко, В.Я. Фролова, H.A. Кархина, и др. В то же время значительный вклад в моделирование плазменных процессов внесли М.Ф. Жуков, C.B. Дресвин, Н.К. Ши и др.

Критический анализ научно-технической литературы, посвященной способам формирования и методам исследования струи плазмы, показал недостаточную изученность характеристик плазменной струи. Переходя к экспериментальным исследованиям, следует отметить, что плазма в дуговых плазмотронах является достаточно сложным объектом исследований и диагностики. Сложность проведения измерений параметров сжатой дуги в большей мере связана с интенсивностью процессов тепло - и массообмена и высокой степенью концентрации энергии. Это приводит к значительной погрешности при обработке экспериментальных результатов.

Цель работы - разработка технологии напыления повышенной производительности с использованием дугового плазмотрона с вольтодобавкой на струю плазмы (ВДСП). Поставленная цель может быть достигнута путем решения следующих задач:

1. Анализ процессов, происходящих в струе плазмы в плазмотроне с ВДСП;

2. Разработка методики расчета параметров электрической дуги, горящей в канале и на струе плазмы плазмотрона с ВДСП;

3. Разработка методики проведения экспериментальных исследований, обеспечивающих установление режимов работы оборудования и

параметров струи плазмы, позволяющей оценить достоверность результатов, полученных при математическом моделировании;

4. Разработка методики расчета нагрева частиц порошка в струе плазмы;

5. Выбор оптимальных режимов работы оборудования для нанесения покрытий на тела вращения, соответствующих максимальной производительности и обеспечивающих сохранение качества покрытия.

Методы исследований. В работе использовались теоретические положения теплофизики плазменных сред, численный метод контрольного объема для решения уравнений баланса энергии электрической дуги и уравнений движения, зондовые методы измерения температуры и скорости плазмы и металлографические методы исследования структуры полученных покрытий.

Достоверность результатов работы обеспечивалась сопоставлением результатов расчета с экспериментальными данными и изучением характеристик полученных покрытий.

При проведении экспериментальных работ использовалось следующее оборудование: плазмотрон для напыления порошковых материалов типа ПН-В1, входящий в состав установки воздушно-плазменного напыления типа УВПН-40, лабораторный стенд для исследования плазмотронов, микроскоп Zeiss Optio с программой компьютерного анализа изображений Tixomet Pro, измеритель скорости светящихся объектов ИССО-1, цифровые и аналоговые электроизмерительные приборы.

Научная новизна работы. Основные научные результаты, полученные впервые и защищаемые автором, заключаются в следующем:

1. Разработана технология нанесения покрытий воздушно-дуговым плазмотроном с вольтодобавкой на струю плазмы.

2. Методика и алгоритм расчета струи плазмы с учетом влияния основной дуги и тока, возникающего за счет вольтодобавки.

3. Методика оценки температуры струи плазмы путем создания модернизированных измерительных зондов.

Практической значимостью работы является повышение эффективности работы плазмотрона: коэффициента полезного действия (с 5% до 9%) и производительности установки (на 30-40%) при нанесении покрытий за счет варьирования вольтодобавки, приложенной к струе плазмы. Полученные результаты применяются в учебных материалах кафедры «Электротехники и электротехнологии» ФГБОУ СПбГПУ и в 0*0 «-Дссоциаци. . полиплазма».

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Методика и алгоритм расчета параметров струи плазмы с учетом влияния тока основной дуги и тока, возникающего за счет вольтодобавки.

2. Результаты теоретических исследований параметров струи плазмы воздушно-дугового плазмотрона (распределение температуры и скорости плазмы в струе) при различных значениях вольтодобавки и режимах работы плазмотрона.

3. Методика проведения экспериментальных исследований, позволяющая установить параметры, оказывающие наибольшее влияние на нагрев частиц порошка: скорость и температуру струи плазмы.

Апробация работы. Основные результаты работы ' на конференциях: всероссийской конференции «Неделя науки СПбГПУ» (Россия, Санкт-Петербург, 2008-2010 гг.); Международной конференции «Пленки и покрытия» (Россия, Санкт-Петербург, 2009-2011гг.); Всероссийской конференции «Инновационная энергетика - 2010» (Россия, Новосибирск, 2010); Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации - 2010.» (Россия, Новосибирск, 2010);

Международной конференции «Symposium on physics of switching arc» (Чехия, Брно, 2009-2011 гг.)

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, основных результатов и выводов, списка использованной литературы. Полый объем диссертации 103 страницы, основного текста - 85 страниц, рисунков -45, таблиц-3.

1.Анализ исследований в области создания плазмотронов для нанесения покрытий повышенной производительности

1.1. Состояние исследований в области нанесения покрытий

Напыление представляет собой процесс нанесения покрытия на поверхность детали с помощью высокотемпературной скоростной струи, содержащей частицы порошка или капли расплавленного напыляемого материала, осаждающиеся на основном материале при ударном столкновении с его поверхностью.

Первоначально производилось напыление покрытий из расплавленного металла, с помощью струи воздуха или нагретого газа. Первая установка для напыления, созданная в 1910 г. Шоопом (Швейцария), была предназначена для нанесения на подготовленную поверхность покрытия из металла, имеющего низкую температуру плавления. Нанесение покрытия осуществлялось с помощью струи горячего сжатого воздуха [1]. Установка обладала большими габаритами и низкой производительностью.

Существующую, на сегодняшний день, технологию нанесения покрытий в зависимости от применяемого источника тепловой энергии можно разделить на два основных вида: газопламенное напыление, при котором используется теплота, выделяющаяся при сгорании смеси горючего газа с кислородом, и электрическое напыление, основанное на использовании теплоты, выделяющейся при горении электрической дуги.

Одним из специальных газопламенного напыления является напыление, при котором используется энергия взрыва (детонации) ацетиленокислородной смеси. Детонационный метод позволяет наносить покрытия из тугоплавких материалов [2].

Самой старой разновидностью электрического напыления является дуговая металлизация. Нанесение покрытий может осуществляться на

переменном и постоянном токе [3]. Данный метод обладает высокой производительностью, однако по качеству покрытия, нанесенные с помощью электродуговой металлизации, уступают покрытиям нанесенным другими методами электрического напыления. Одним из таких методов является плазменное напыление. Плазмотрон по своему смысловому значению определяется как генератор плазмы, то есть ионизированного газа, обладающего высокой температурой. В современной технике термин «плазмотрон» употребляется применительно к большой группе устройств, называемых также электродуговыми нагревателями газа. В устройствах такого типа рабочий газ подается в разрядную камеру, внутри которой горит мощная протяженная дуга; в результате теплообмена с дугой газ нагревается, ионизируется и истекает через выходное отверстие камеры (сопло) в виде плазменной струи, используемой в качестве источника нагрева. Их история начинается с 20-х годов прошлого столетия, то есть насчитывает уже более восьмидесяти лет. В 1921 г. Химес запатентовал дуговую горелку, предназначенную для синтеза химических веществ и являющуюся прообразом современных плазмотронов. В этот же период Гердиен и Лотц [5] в столбе дуги, стабилизированной водяным вихрем, получили температуру около 50 тысяч градусов. Первые плазменные горелки были созданы [6] на базе аргонодуговых и отличались от них тем, что вместо керамического защитного сопла к корпусу горелки крепилась водоохлаждаемая металлическая камера, полностью охватывающая вольфрамовый электрод и часть прилегающего к нему столба дуги; камера оканчивалась цилиндрическим отверстием (соплом), соосным с электродом и соизмеримым с диаметром столба дуги. Поступающий из камеры в сопло под давлением газ, образуя вокруг столба дуги аксиальный или вихревой поток, пространственно стабилизировал, охлаждал и сжимал столб, а также обеспечивал его тепловую и электрическую изоляцию от стенок сопла.

Однако аргон был и остается до нашего времени дефицитным и сравнительно дорогостоящим газом; кроме того, он обладает весьма низким теплосодержанием, и, как следствие низкой производительностью. В поисках более рациональных рабочих сред во ВНИИ автогенмаш и ВНИИТС в 1963—1964 гг. проведены работы по применению аргоно— водородных и азотно-водородных смесей, а во ВНИИЭСО - исследования резки металлов больших толщин в этих смесях. В сравнительно короткие сроки (1964-1966 гг.) разработаны новые модели плазмотронов, работающих на газовых смесях и предназначенной, не только для ручной, но и для механизированной резки с использованием газорезательных машин [7].

В установках, разработанных во ВНИИЭСО и НИКИМТ, были заложены новые конструктивные решения в выполнении плазмотронов и источников питания. Например, разработана формирующая система плазмотрона, обеспечивающая вихревую газовую стабилизацию, а в плазмотронах ВНИИЭСО типа Т-14 и Т-18 катодный узел выполнен в виде медной водоохлаждаемой обоймы с впаянным в него вольфрамовым стержнем-электродом, что позволило существенно повысить его стойкость при больших токовых нагрузках (700-1000 А). К установкам УГЭР и ОПР были разработаны специальные выпрямители, выполненные на дросселях насыщения и кремниевых вентилях, с крутопадающими внешними характеристиками и плавным регулированием тока.

Вплоть до восьмидесятых годов в СССР и за рубежом использовались плазмотроны для напыления с самоустанавливающейся длиной электрической дуги [8]. По этой конструктивной схеме были выполнены плазмотроны установок УПУ-ЗД и УМП-6, серийно выпускаемые в СССР, а также плазмотроны зарубежных фирм: «Кастолин» (Швейцария), «Метко» (США) и др. Такие плазмотроны имели ряд существенных

недостатков. В качестве плазмообразующих газов в этих плазмотронах используются аргон, азот, водород, гелий и их смеси. Указанные плазмотроны работают, как правило, в области больших токов дуги (более 300А), что обусловлено недостаточной длиной электрической дуги, которая в области токов менее ЗООА не успевает развиться, и ее малыми поперечными размерами. Последнее приводит к асимметрии горения дуги в канале и неравномерности нагрева плазмообразующего газа, т. е. к нестабильности нагрева частиц напыляемого материала в плазменной струе. Увеличением тока дуги до 300—1000А можно исключить это явление, однако в этом случае резко увеличивается тепловая нагрузка на катод и анод — сопло плазмотрона. Наблюдается их значительная эрозия. Это приводит к снижению свойств плазменных покрытий. Уменьшить эрозию электродов можно путем применения особо чистых плазмообразующих газов. Однако в этом случае значительно возрастает себестоимость плазменных покрытий. Кроме того, указанные газы дефицитны. Другие технические решения, повышающие ресурс работы электродов, в первую очередь анода-сопла (применение соленоидов, увеличение расхода газа), затрудняют ввод и нагрев порошкового материала в плазменной струе. Производительность плазмотронов для напыления с самоустанавливающейся длиной дуги не превышала 5 кг/ч. Мощность плазмотронов при этом достигала 80 кВт, но на расплавление напыляемого порошка расходовалось не более пяти - девяти процентов.

Для повышения производительности процесса были разработаны плазмотроны с дугой, фиксированной межэлектродными вставками (МЭВ)[9]. В качестве плазмообразующего газа использовался воздух. Использование воздуха при напылении покрытий вносит ряд особенностей, как в технологию напыления, так и в конструкции плазмотронов. Преимуществом этих плазмотронов является возможность достигать

значительных температур и мощностей плазменной струи в области малых токов дуги. Так например, плазмотроны с самоустанавливающейся длинной дуги обеспечивают получение среднемассовой температуры плазмы 6000 К при токе дуги 300 А, а плазмотрон с секционированной МЭВ при токе 80 А. Ресурс работы анода возрос благодаря этому с 4—6 ч. до 14—100 ч. Кроме того, стабилизация и увеличение длины электрической дуги обеспечивают высокую стабильность свойств плазменных покрытий.

1.2 Существующие способы плазменного нанесения покрытий 1.2.1 Газопламенные методы нанесения покрытий

Газопламенный метод нанесения покрытий позволяет осуществлять напыление большого разнообразия материалов (металлов, оксидов, композитов), достаточно прост в применении и мобилен [10].

При газопламенном напылении источником тепловой энергии является тепло, выделяющееся при реакции горения смеси кислород - горючий газ. В качестве горючего газа используют пропан-бутан, ацетилен, природный газ или пары керосина.

Общий характер изменения температуры ацетилен - кислородного пламени по его длине дан на рис. 1.1. Вначале наблюдается резкий подъем, а затем - спад температуры. Для окислительного пламени наблюдается более резкий подъем и далее более резкий спад, а для восстановительного пламени - более плавное изменение, роста и спада температуры. Максимум температуры соответствует средней зоне и смещается от окислительного через нормальное к восстановительному.

о

расстояние вдоль оси пламени

Рис.1.1. Изменение температуры по длине пламени: 1 - окислительное,

Из существующих конструкций газопламенных горелок для нанесения покрытий можно отметить следующие типы [11]:

- газопламенная горелка, работающая по принципу равного давления (рис. 1.2). В такой горелке смешение горючего газа с кислородом происходит на ее выходе. При неправильной регулировке редукторов может происходить перетекание кислорода в ацетиленовую магистраль, либо наоборот и вызывать обратные удары пламени.

Рис. 1.2. Горелка для газопламенного напыления, работающая по принципу равного давления: 1 - подача порошкового материала; 2 - подача горючего газа; 3 - поток пламени горючего газа; 4 - область смешения потоков пламени; 5 - напыленный слой; 6 - подложка (основа)

2 - нормальное, 3 - восстановительное

-инжекторная газопламенная горелка (рис. 1.3 ) позволяет исключить попадание кислорода в ацетилен и обратно, поэтому инжекторный тип газопламенной горелки чаще применяется в промышленности.

В России выпускаются серийно проволочные и порошковые аппараты: для металлизации проволокой - МГИ-2 (ручные) и МГИ-5 (стационарные), для нанесения покрытий из порошковых материалов с температурой плавления до 2200 °С - УПН-8 и ряд новых разработок.

В установках такой конструкции транспортирующим газом, захватывающим порошок, является кислород, причем часть кислорода подается в бачок, а другая часть непосредственно в инжектор. Распределение газа осуществляется соответствующим клапаном, снабженным установочным диском со шкалой, позволяющей фиксировать оптимальный расход порошка.

Для напыления покрытий из порошков органических материалов (полиэтилена и др.) применяется установка УПН-6, работающая на пропан-бутановой смеси (рис. 1.4).

сличает 1е

Рис. 1.3. Инжекторная газопламенная горелка

напыляемый порошок

100-250 мм

.•оитгт гяг

Рис. 1.4. Газопламенная горелка УПН-6

Основными недостатками метода можно считать невысокую производительность и адгезию, а также, малую скорость расплавленных частиц в полете. Кроме того, использование горючих газов связано с повышенной взрыво- и огнеопасностью.

Одна из модификаций метода - НУОРБ - высокоскоростное топливно-кислородное напыление позволяет существенно улучшить характеристики получаемых покрытий, но представляет собой, по сути, миниатюрный реактивный двигатель, потребляющий большое количество горючей смеси и оказывающий достаточно большое термосиловое воздействие на обрабатываемую поверхность [13].

Одним из основных параметров процесса напыления является скорость частиц материала перед напыляемой поверхностью. Так, определенное расположение сопловых отверстий для вывода горючей смеси, и конструкция передней части соплового наконечника позволяет формировать нужную геометрию высокотемпературной струи и осуществлять эффективный нагрев и ускорение частиц порошка. Скорость полета частиц может достигать нескольких сотен метров в секунду [14].

Топливный газ (в качестве которого можно использовать пропилен, водород, пропан или другие горючие газы) либо керосин совместно с окислителем - кислородом непрерывно впрыскиваются под давлением в водоохлаждаемую камеру сгорания. Внутри камеры осуществляется

горение и газообразные продукты сгорания выходят через особым образом спрофилированное сопло наружу. Через специальные отверстия обеспечивается соосный ввод порошка с газом - носителем (азот, аргон или гелий) (рис. 1.5 ).

Рис. 1.5. Высокоскоростная горелка «Даймонд-джет»

1.2.2 Технология холодного газодинамического напыления (ХГН)

Сущность метода ХГН заключается в том, что напыление ведут ускоренными до больших скоростей, но слабо нагретыми частицами. Покрытие формируется за счет кинетической энергии частиц. В большинстве случаев метод применяется для напыления пластичных материалов, таких как медь и медные сплавы, алюминий и сплавы из него, свинец, олово, цинк и другие. Порошковый материал вводят в сверхзвуковую струю газа с помощью подогретого транспортирующего газа. Принципиальную роль в формировании этих покрытий играет именно большая скорость частиц, при подлете к поверхности обтекаемого тела скорость составляет Уч = 300 - 500 м/с [15].

Один из вариантов конструкции для реализации метода ХГН приведен на рис. 1.5. В сопло Лаваля с размером критического сечения 3x3

-л

мм, выходного сечения 3x10 мм и длиной 70 - 130 мм подается газ под давлением 5-15 атмосфер при температуре 300 - 600 °С. Порошок инжектируется в дозвуковую область сопла. Далее, двухфазный поток разгоняется в сопле, частицы при этом приобретают скорость и температуру, близкую скорости и температуре газа на срезе ее сопла.

18

Основа обычно устанавливается на расстоянии 10 - 20 мм от среза, что значительно меньше дистанций напыления, свойственных газотермическим методам - 100-300 мм [10].

Рис. 1.5. Схема установки для холодного газодинамического напыления. 1— подача газа, 2—дозатор порошка, 3—нагреватель газа, 4— блок контрольно-измерительной аппаратуры, 5 — форкамера сопла, б —-сверхзвуковое сопло, 7 — основа.

Газодинамическое напыление позволяет получать плотные, слабоокисленные слои из достаточно мягких и легкоплавких металлов и сплавов, но в случае использования компактных моделей установок имеет место невысокая производительность, а более производительные мощные установки оказывают существенное воздействие на подложку и, как правило, являются стационарными. Еще одним недостатком является тот фактор, что для получения высокоскоростных потоков газа необходимо использовать специально профилированные сопла достаточно большой длины.

1.2.3. Детонационные методы нанесения покрытий

В последние годы для ускорения и нагревания напыляемых частиц все чаще используют импульсные источники энергии, в частности энергию взрыва. Импульсные источники энергии характеризуются большими возможностями, простотой и экономичностью. Наиболее часто в качестве источника импульсного действия используют энергию взрыва газовых смесей - детонационное напыление [12]. Детонационное напыление является разновидностью процессов газо-термического напыления покрытий. Данный процесс основан на явлении детонации взрывчатых веществ (вданном случае - смеси горючих газов с кислородом). Под детонацией понимают процесс химического превращения взрывчатого вещества при распространении детонационной волны с максимальной возможной скоростью, превышающей скорость звука.

При детонационном методе напыления получаются прочные, плотные покрытия из широкого спектра материалов, но рабочий инструмент установки представляет собой своеобразный «пулемет» с длинным стволом и создает при работе высокий уровень шума. Обычно этим методом наносятся покрытия на изделия простой формы (цилиндрической, плоской), работы ведутся в звукоизоляционных камерах.

Устройство для напыления представляет собой канал круглого или прямоугольного сечения, закрытый с одного конца, с механизмами подачи газов и порошка и с источником для периодического воспламенения закрытого конца детонационного канала (рис. 1.6 )

\

Рис. 1.6. Схема процесса детонационного напыления: 1 - устройство поджига; 2 - ствол установки; 3 - импульсный дозатор порошка; 4 - фронт ударной волны; 5 - слой покрытия; 6 - подложка.

Скорость продуктов детонации достигает 800 -1000 м/с, а их температура может достигать 3000 °С Время нагрева порошковых частиц чрезвычайно мало и составляет, как правило, доли миллисекунд.

Скорость частиц достаточно высока, чтобы существенно повысить их температуру в момент соударения за счет перехода кинетической энергии в тепловую. С помощью детонационного напыления можно добиться расплавления частиц порошка из тугоплавких материалов, например, керамических. Однако этот метод имеет ограничения по нагреву частиц порошка в сравнении с плазменными методами и предназначен для обработки изделий достаточно простой конфигурации в стационарных условиях.

1.2.4 Электродуговые методы нанесения покрытий

Электродуговой метод нанесения покрытий заслуженно получил в промышленности достаточно широкое распространение, но, несмотря на высокую производительность (до 50 кг/ч), его применение ограничено - в связи с использованием исходного материала в виде проволоки и сложностью получения однородной мелкой структуры покрытия [16].

Кроме того, при обработке поверхностей сложной формы могут возникать проблемы, связанные с неудобством подачи токоведущих проволок с малым радиусом изгиба. Принципиальная схема процесса дуговой металлизации показана на рис. 1.7. Через каналы в горелке непрерывно подаются две проволоки, диаметр которых обычно составляет 1,0...3,0 мм, между концами которых возбуждается дуга и происходит плавление материала. Расплавленный металл подхватывается струей сжатого воздуха, истекающего из центрального сопла электрометаллизатора, и, в виде мелких частиц, переносится на поверхность основного материала.

Рис. 1.7. Схема процесса электродуговой металлизации: 1-дуга; 2-проволока; 3-сопло; 4-механизм подачи проволок; 5-контактное устройство; 6-двухфазная струя; 7- расплавленная проволока (участок диспергирования материала проволоки; Ь- расстояние до основы (дистанция напыления); и0 - напряжение питания; 1в - расстояние от контактного устройства до места плавления проволочного электрода; 1х -ширина скользящего контакта; ён - диаметр пятна нанесенного покрытия

газ

6

Распыление и транспортирование расплавленного металла обычно осуществляется сжатым воздухом, хотя при напылении коррозионностойкой сталью и алюминиевыми сплавами в ряде случаев используют азот. В последнее время для повышения эффективности процесса начинают применять для распыления продукты сгорания горючих смесей [17].

К факторам, препятствующим использование этого метода, следует отнести нестабильность фракционного состава частиц, из которых образуется покрытие, сложность управления окислением частиц и относительно невысокий диапазон эффективных дистанций напыления (50... 100мм), что осложняет нанесение покрытия на изделия сложной формы.

1.2.5. Плазменные методы нанесения покрытий

Классификация дуговых плазменных устройств по принципу работы, конструктивным признакам и назначению включает в себя дуговые устройства постоянного тока, переменного тока (однофазные, трехфазные), работающие в различных средах, импульсные, эрозионные и многие другие. В дальнейшем ограничимся рассмотрением только тех плазменных устройств, которые предназначены для получения покрытий.

Плазменные устройства, работающие на постоянном токе, подразделяются на плазмотроны прямого действия, когда струя плазмы является токоведущей и рабочий ток плазмотрона замыкается через изделие (эти плазмотроны используется для нагрева изделий, сварки, резки и наплавки), и плазмотроны косвенного действия - струйные плазменные устройства, у которых рабочий ток замыкается внутри плазмотрона и для нагрева используется вынесенная за пределы плазмотрона струя плазмы [18].

Рассмотрим три принципиальные схемы конструкций дуговых плазмотронов с продольно обдуваемой дугой, нашедшие практическое применение в промышленности [19]. Это плазмотрон с самоустанавливающейся длинной дуги, плазмотрон с уступом и плазмотрон с межэлектродными вставками.

К недостаткам первых двух схем стабилизации дуги следует отнести плохую воспроизводимость газо- и теплоэнергетических характеристик таких плазмотронов, что вызвано нестабильностью места привязки анодного пятна дуги, интенсивным износом сопла-анода (в связи с большими рабочими токами) и худшими возможностями регулирования режимов по сравнению с плазмотронами, имеющими межэлектродные вставки. Плазмотроны с МЭВ, имеющие пологую вольт-амперную характеристику, позволяют в широких пределах регулировать выходную мощность. Рабочий ток плазмотронов с МЭВ, при той же энергии плазменной струи, что и у плазмотронов выполненных по первым двум схемам, существенно (в 2-4 раза) меньше. Геометрические параметры плазменной струи можно существенно варьировать путем изменения количества секций МЭВ и величины отверстия дугового канала.

В большинстве случаев промышленного применения газотермических покрытий окисление частиц материала в процессе его нанесения является нежелательным процессом. Для получения минимального окисленного покрытия приходится применять специальные насадки или вести процесс в камерах с контролируемой атмосферой или динамическим вакуумом [20].

Известны работы [21], в которых рассматриваются процессы окисления частиц материала в процессе газотермического напыления. В ряде случаев окислению отводилась конструктивная роль - например, при отработке получения высокотемпературных сверхпроводниковых

материалов [22]. Другим примером может служить патент [23], в котором получаемый в результате напыления слой Си20 служит электрическим изолятором.

Тем не менее, большинство исследований [24] производилось с целью получения напыленных слоев с минимальной степенью окисленности.

На сегодняшний день существует множество видов плазменного нанесения покрытий: в инертных средах, в активных средах, в разреженных средах, плазмохимическое напыление, финишное плазменное напыление, плазменное модифицирование поверхности и различные методы комбинирующие наплавку и напыление.

Плазменное нанесение покрытий в инертных средах (ИПН) основано на использовании инертных газов, таких как аргон, гелий и их смеси с кислородом и азотом. Такое напыление обеспечивает высокое качество покрытий, особенно при использовании секционных плазмотронов [25]. Известны плазмотроны серии ПН [26], которые позволят получать покрытия сопоставимые по качеству с покрытиями полученными детонационными способами. К числу широко применяемых в промышленности плазмотронов можно отнести плазмотроны фирмы Би^ег-Ме1;со. Например, модель ¥4-МВ относится к плазмотронам с фиксацией дуги уступом [27]. Такие конструкции с малой длиной дуги работают при использовании в качестве плазмообразующего газа аргона с небольшими (порядка 30...40В) падениями напряжения на дуге и, для получения необходимой для проплавления порошка мощности, требуют использования рабочих токов вплоть до 1000А и более. Другой вариант повышения эффективности нагрева - добавление к аргону высокоэнтальпийных газов - водорода, гелия, аммиака и т.п. [28]. Существует так же секционированный плазмотрон АРв с подвижным

катодом (фирмы The Perkin-Elmer) [29]. По своим характеристикам он аналогичен плазмотронам серии ПН. Общим их недостатком является невысокая производительность и низкий суммарный КПД процесса (5-7%). Более производительным является плазмотрон фирмы Browning Engeeniring

[30] мощность которого достигает 200 кВт, что позволяет получить сверхзвуковые скорости плазмы и высокое качество покрытий. Суммарный КПД (отношение мощности идущей на нагрев частиц, к мощности источника питания) такого плазмотрона меньше чем у других плазмотронов для ИПН.

Плазменное напыление в активных средах впервые появилось в 80-е годы ХХ-го века. В качестве плазмообразующей среды используются вода, воздух, природный газ и др. Так например фирма «Аквацентрум» разработала плазмотрон мощностью 200 кВт, работающий на воде, обеспечивающий высокопроизводительный процесс напыления керамики

[31]. Производительность такого плазмотрона достигает нескольких десятков кг/ч. К недостаткам стоит отнести сложность конструкции установки и ограниченную область применения.

Воздушно-дуговые плазмотроны на протяжении значительного времени исследовались и разрабатывались в НУТЦ «Электротехнология» (ранее - лаборатории «Электротехнологических установок») Санкт-Петербургского Государственного Политехнического университета. Можно, в частности, отметить плазмотрон типа ПН-В1, внедренный на ряде предприятий России [26]. ИЭС имени Е. О. Патона использовал в качестве плазмообразующей среды воздух с горючим газом [32]. НИИ Гипроникель -- углекислый газ с природным газом. Использование таких газовых смесей позволяет уменьшить окисление покрытия, увеличить энтальпию плазмы, и, как следствие, производительность процесса (до 10 кг/ч при напылении оксида алюминия). Недостатки этих методов состоят в необходимости

использования баллонов с газом, что повышает себестоимость покрытия, а, также, во взрывоопасности некоторых газовых смесей.

1.3. Выводы

Технология плазменного напыления является одной из наиболее перспективных технологий нанесения покрытий. Современный уровень технологии напыления позволяет осуществлять восстановление и упрочнение деталей машин и получать специальные покрытия, обладающие уникальными свойствами. Кроме того, плазменная технология позволяет гибко менять в соответствии с требованиями к покрытиям скорость наносимых частиц, мощность плазмотрона, температуру и свойства плазменной струи, в которую вводится напыляемый порошок.

Сдерживающим фактором для более широкого применения технологии плазменного напыления является относительно невысокая производительность процесса: 2-3 кг/ч при нанесении керамических покрытий. Методы напыления обладающие большей производительностью требуют использования более сложного и крупногабаритного оборудования, и использования взрывоопасных газовых смесей. Наряду с этим, параметры плазмотрона: мощность, геометрические размеры плазмотрона, расход воздуха и напыляемого порошка необходимо установить в соответствии с выполняемой задачей. С целью сокращения проводимых экспериментальных исследований необходимо разработать методику расчета параметров электрической дуги и плазменной струи, а также скорости и температуры напыляемых порошковых материалов с целью получения заданного покрытия.

К настоящему времени нет полного представления о процессах теплового взаимодействия между плазмой и напыляемым порошком при различной загрузке струи. Связывая определяемые параметры

электрической дуги с характеристиками формируемого покрытия, можно установить необходимые режимы работы технологического оборудования.

Критический анализ научно-технической литературы, посвященной способам формирования и методам исследования струи плазмы, показал недостаточную изученность характеристик плазменной струи. Переходя к экспериментальным исследованиям, следует отметить, что плазма в дуговых плазмотронах является достаточно сложным объектом исследований и диагностики. Сложность проведения измерений параметров сжатой дуги в большей мере связана с интенсивностью процессов тепло - и массообмена и высокой степенью концентрации энергии. Это приводит к значительной погрешности при обработке экспериментальных результатов.

Из проведенного анализа методов нанесения покрытий следует, что для повышения производительности технологического процесса необходимо решить следующие задачи:

1. Анализа процессов, происходящих в струе плазмы в плазмотроне с ВДСП;

2. Разработка методики расчета параметров электрической дуги, горящей в канале и на струе плазмы плазмотрона с ВДСП;

3. Разработка методики проведения экспериментальных исследований, обеспечивающих установление режимов работы оборудования и параметров струи плазмы, позволяющей оценить достоверность результатов, полученных при математическом моделировании;

4. Разработка методики расчета нагрева частиц порошка в струе плазмы;

5. Выбор оптимальных режимов работы оборудования для нанесения покрытий на тела вращения, соответствующих максимальной производительности и обеспечивающих сохранение качества покрытия.

2. Сравнительный анализ процессов в струе плазмы с вольтодобавкой.

2.1 Цели и задачи сравнительного анализа.

Производительность технологии плазменного напыления определяется максимальным количеством порошка, которое можно расплавить в струе за единицу времени. Наиболее важным параметром, влияющим на производительность, является температура струи плазмы, которую можно существенно увеличить, подключив дополнительный маломощный источник питания между соплом плазмотрона и деталью.(рис.2.1.).

Однако подключение дополнительного источника питания повлияет на все параметры плазмы. Кроме того на нагрев частиц порошка в плазме большое влияние оказывает так же и скорость плазмы. Так же ток, вызванный вольтодобавкой, будет дополнительно нагревать подложку и образующееся покрытие. В связи с выше сказанным необходимо провести расчет всех параметров струи плазмы с вольтодобавкой и оценить её влияние на процессы, происходящие в струе плазмы.

Плазмотрон

Деталь

Основной источник Дополнительный питания источник питания

- +

Рис.2.1 Структурная схема установки

2.2 Методики расчета температуры и скорости в струе плазмы

с вольтодобавкой

Для моделирования процессов и расчета параметров плазмы в таком плазмотроне необходимо разбить расчетную область на внешний и внутренний участок и рассчитывать их независимо. Это позволит более точно вычислить параметры факела плазмы, находящегося за пределами плазмотрона, и позволит учесть влияние вольтодобавки при задании граничных условий.

Схематическое изображение плазмотрона для математического моделирования приведено на рис. 2.2.

радиальная граница

деши*

СНП--шшы<-1|"-н;|

Т^лЬ расчетная оОаа^ь 1 '-"'11,1

р-кчснмч •■!■ п.:

ось

Рис. 2. 2. Схематическое изображение дугового плазмотрона для напыления

2. 2.1. Двумерное уравнение баланса энергии (УБЭ)

Уравнение баланса энергии (УБЭ) является основным уравнением описания энергообмена в канале плазмотронов.

В УБЭ объединены все основополагающие процессы, происходящие в плазме (нагрев плазмы, преобразование электрической энергии в тепловую, все механизмы потерь энергии и ее использования). Решение УБЭ позволяет проследить, как внешние параметры плазмотрона влияют на физические параметры плазмы (температуру и скорость движения плазмы, и ее плотность, теплоемкость, электропроводность и т.д.). Поскольку большинство конструкций плазмотронов имеют цилиндрическую конструкцию, то УБЭ удобно решать в цилиндрической системе координат (ЦСК). УБЭ выражает закон сохранения энергии, записанный в ЦСК, и позволяет определить изменение температуры плазмы в канале плазмотрона по двум направлениям ъ и г:

ат ат . 2 т т а

í ятЛ

дх

1 д

+--

г дг

с

, ат

г А— дг

(2.1)

где р - плотность плазмы, кг/м3; ср - теплоемкость плазмы, Дж/(кг-К); Т - температура плазмы, К; X - теплопроводность плазмы Вт/(м-К), а -электропроводность плазмы, 1/Ом-м; Е - напряженность электрического поля, В/м; игаС1 - излучение плазмы; и2, г>г -составляющие скорости плазмы по г и по г соответственно, м/с.

Левая часть УБЭ выражает количество энергии, передаваемое из одной области в другую область за счет движения плазменного потока, поэтому эта группа называется группой конвективных членов:

/

РСг

ат атЛ

от дг

группа конвективных членов.

Существует два конвективных потока, обусловленных движением плазменного потока по двум направлениям, с двумя составляющими скорости: ог(г).

Вторая группа - группа теплопроводности, определяет количество энергии, переходящей из одной области в другую область за счет механизма теплопроводности, который обусловлен градиентом температуры плазмы в канале плазмотрона:

д_ дъ

(

дъ

1 д

+--

г дг

Г

гзД'

дг

группа членов, отвечающая за потери на

V ^У

теплопроводность.

стЕ2 - является источником выделения энергии в виде джоулева нагрева, игаё - потери мощности на излучение.

2.2.2. Электромагнитная задача для дугового плазмотрона для

напыления (ЭмЗ)

В основе расчета электромагнитных процессов в электрической дуге лежит система электромагнитных уравнений Максвелла (2.2).

сИУВ = О

Заключение диссертации по теме «Электротехнология», Чуркин, Иван Сергеевич

3.4. Выводы

Приведенные в данной главе методы исследования, как характеристик плазменных струй, так и образцов получаемых покрытий, позволяют осуществить комплексный анализ предлагаемой технологии, включая используемое оборудования, материалы и само покрытие при изменении ряда технологических параметров. К таким параметрам можно отнести расход газа и рабочий ток плазмотрона, варианты подготовки напыляемого материала, дистанцию напыления и т.п. Так, например, введение в струю добавочного тока до 10 А, не оказывает существенного влияния на свойства получаемого покрытия. В то же время это позволяет повысить производительность процесса на 30% - 40 %. В тех случаях, когда максимальная производительность не требуется, вольтодобавка позволяет соответственно снизить мощность установки на 30 - 40 %.

Заключение

В диссертации, представляющей собой научно-квалификационную работу, разработана электротехнология воздушно-плазменного нанесения покрытий плазмотроном с ВДСП.

1. Разработана методика расчета параметров струи плазмы с ВДСП.

2. В результате математического моделирования получены пространственные распределения температуры струи плазмы, аксиальной и радиальной составляющих скорости плазмы, давления плазменного потока и другие параметры плазмы в широких диапазонах тока основной дуги (110250 А), различных расходах плазмообразующего газа (0.5-1.5 г/с) и различных значениях тока, вызванного влиянием вольтодобавки (0- 10 А)

3. Разработана методика расчета нагрева частиц порошка в струе плазмы, позволяющая учесть тепловые потери плазменной струи.

4. Определен диапазон значений (напряжение и ток) вольтодобавки, при которых происходит повышение производительности нанесения покрытий без ухудшения качества и свойств покрытий (значения пористости, микротвердости и содержание кислорода в нанесенном покрытии изменились в пределах 10%).

5. Разработана методика проведения экспериментальных исследований, позволяющая измерять наиболее важные параметры струи плазмы распределения температуры и аксиальной составляющей скорости струи плазмы.

6. Разработана методика, позволяющая повысить точность измерения температуры струи плазмы, при значительных градиентах температурного поля (до тысячи К на миллиметр) и относительно малых размерах струи плазмы (~15 мм), путем создания более точных измерительных зондов. Расхождение экспериментальных и расчетных результатов с учетом систематической погрешности не превышает 25%.

7. Повышена эффективность работы плазмотронов для нанесения покрытий на тела вращения за счет увеличения производительности процесса (на 30-40%) при фиксированом коэффициенте использования порошка и мощности плазмотрона. При сохранении производительности процесса вольтодобавка позволяет соответственно снизить мощность установки на 30 - 40 %.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Чуркин, Иван Сергеевич, 2012 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Хасуи А. Наплавка и напыление / Хасуи А., Моригаки О. - М.: Машиностроение, 1985.-240 с.

2. . С.С. Бартенев. Детонационные покрытия в машиностроении / С.С. Бартенев, Ю.В. Федько, А.И. Григоров. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1982.-215 с.

3. // Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций. Материалы 3 Всероссийской практической конференции-выставки, НПФ «Плазмацентр», 27 -29 марта 2001 г., СПб, Изд-во Политехнического университета, с. 56-60.

4. Дресвин С.В. Генераторы низкотемпературной плазмы // Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Вводный том II / Под ред. В.Е. Фортова - М.: Наука, 2000. - с. 280-328

5. Gerdien Н., Lötz А. - Wiss. verÖft, Siemens Konzern, 1922, 2, S. 489-506.

6. Петров Г.К. Некоторые аспекты практического применения технологии воздушно-плазменного напыления покрытий / Петров Г.К., Юшин Б.А., Тополянский П.А. Газотермическое напыление в промышленности. - Л.: ЛДНТП 1991.-34-36 с.

7. . Жуков М.Ф. Плазмотроны. Исследования. Проблемы / Жуков М.Ф., Тимошевский А.Н., Ващенко С.П., Засыпкин И.М., Лукашов В.П., Перегудов B.C., Михайлов Б.И., Мельникова Т.С., Поздняков Б.А.- Рос. акад. наук, Сиб. отд-ние, Ин-ттеплофизики-Новосибирск: Наука, 1995. -203 с.

8. H.A. Соснин, С.А. Ермаков, П.А. Тополянский. Плазменные технологии. Сварка, нанесение покрытий, упрочнение. СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2006. 406 с.

9. Карасев М.В. Исследование эрозии гафниевого катода воздушного плазмотрона / Карасев М.В., Клубникин В.С, Черных Ю.К. // Сварочное производство, 1988, №10, с. 35-40.

10. Ю.С.Борисов. Газотермические покрытия из порошковых материалов / Ю.С.Борисов, Ю.А.Харламов, С.Л.Сидоренко, Е.Н.Ардатовская..- Киев, Наукова думка, 1987. - 544 с

11. Карасев M .В. Пути и перспективы развития конструкций воздушно-дуговых плазмотронов для напыления // Газотермическое напыление в промышленности. -JI.: ЛДНТП 1991.- 36-37 с.

12. В.Я.Фролов. Техника и технологии нанесения покрытий / В.Я.Фролов,

B.С.Клубникин, Г.К.Петров, Б.А.Юшин- СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2008.-387 с.

13. Полак Л.С. Химия плазмы / Полак Л.С., Синярев Г.Б., Словецкий Д.И.-(Низкотемпературная плазма. Т.З).-Новосибирск: Наука, 1991. - 328с.

14. Пат. № 2100474 РФ МКИ6 С 23 С 4/00 Устройство для газодинамического нанесения покрытий из порошковых материалов / Каширин А.И., Клюев О.Ф., Буздыгар Т.В.- опубл. 27.12.97. Бюл.№ 36.

15. Алхимов А.П. Метод "холодного" газодинамического напыления / Алхимов А.П., Косарев В.Ф., Папырин А.Н.// ДАН СССР, т.315, 1990, с. 10621065.

16. Коробов Ю.С. Активированная дуговая металлизация -эффективный метод нанесения защитных покрытий / Коробов Ю.С. -Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций // Материалы 7 Всероссийской практической конференции-выставки, НПФ «Плазмацентр», 12-15 апреля 2005 г., СПб, Изд-во Политехнического университета, - с. 167-173.

17. Черняев В.Н. Физико-химические процессы в технологии РЭА /Черняев В

18. Левитский С. М. Плазма и новые технологии. - Киев: Знание 1988. - 16 с.

19. Карасев М.В. Воздушно-плазменное нанесение покрытий / Дисс. докт. техн. наук, С-Петербург, 1996. - 307с.

20. Физика и техника низкотемпературной плазмы / Под общей редакцией

C.B. Дресвина. - М., Атомиздат, 1972. - 352 с.

21. Говорин Е.В. Газопламенное напыление из порошков. - М.: ЦИНТИХХИМНЕФТЕМАШ 1981. - 48 с.

22. Применение прогрессивных процессов газотермического напыления в промышленности. Под ред. Клубникина В. С. - Л.: ЛДНТП, 1989.-44 с.

23. Першин В. А. Влияние плазмообразующей среды на окисление покрытий. // Газотермическое напыление в промышленности. - Л.: ЛДНТП 1991.- 40 с.

24. Шоек П.А. Исследование баланса энергии в аноде сильноточных дуг, горящих в атмосфере аргона // Современные проблемы теплообмена. М.: Энергия, 1966, с. 110-139.

25. Энгелыпт B.C. Теория столба электрической дуги / Энгельшт B.C., Гунович В.Ц., Десятков Г.А. и др.- Новосибирск: Наука, 1990-(Низкотемпературная плазма. Т. 1). - 376 с.

26. Пузряков А.Ф. Теоретические основы технологии плазменного напыления / Пузряков А.Ф.- М.: Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. - 360 с.

27. П.А.Витязь. Теория и практика нанесения защитных покрытий / П.А.Витязь, В.С.Ивашко, А.Ф.Ильюшенко и др. - Мн., Беларуская навука, 1998.-583 с.

28. Кудинов В.В. Нанесение покрытий напылением: Теория, технология и оборудование / Кудинов В.В.-М.: Машиностроение, 1993. - 488 с.

29. Жуков М.Ф. Электродуговые генераторы термической плазмы / Жуков М.Ф., Засыпкин И.М., Тимошевский А.Н., Михайлов Б.И., Десятков Г.А.; Рос. акад. наук, Сиб. отд-ние, Ин-т теплофизики - Новосибирск: Наука, 1999. - (Низкотемпературная плазма; Т. 17). - 712 с.

30. Донской А. В. Электроплазменные процессы и установки в машиностроении / Донской А. В., Клубникин В. С. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд - ние, 1979. - 221 с.

31. М.Хокинг. Металлические и керамические покрытия / М.Хокинг, В.Васантасри, П.Сидки..-М.: Мир, 2000.-518 с.

32. Нысанбаев Г. Плазменное напыление порошковых материалов. - Алма-Ата: Каз.НИИНТИ 1987. - 76 с.

33. Дресвин С. В. Основы математического моделирования плазмотронов. Ч. 3: Уравнение движения плазмы. Методика расчета скорости плазмы в плазмотронах: Учеб. Пособие / Дресвин С. В., Нгуен Куок Ши, Иванов Д. В.. СПб: Изд-во Политехи, ун-та, 2006. - 132 с.

34. Диагностика низкотемпературной плазмы / A.A. Овсянников, B.C. Энгелыпт, Ю.А. Лебедев и др. - Новосибирск: ВО «Наука». Сибирская издательская фирма, 1994. - 485 с. - (Низкотемпературная плазма. Т.9).

35. Жиркевич Л. П. Измеритель скоростей светящихся и освещенных объектов ИССО-1 / Жиркевич Л. П., Шиманович В. Д., Шипай А. К.// Приборы и техника эксперимента, 1975, № 3. - с. 268 - 270.

36. . Дроздов, ЮН. Магнетронное распыление Y-Ba-Cu-O мишени: эффекты изменения напряжения разряда и скорости осаждения пленок / Ю.Н. Дроздов, Д.В. Мастеров, С.А. Павлов, А.Е. Парафин //Журнал технической физики.- 2009. - Т.79. - Вып.1. - с. 125-128.

37. . Вудраф Д. Современные методы исследования поверхности / Вудраф Д., Делчар Т.. -М.: Мир, 1989. - 564 с.

38. И. Броудай. Физические основы микротехнологии / И. Броудай, Дж. Мерей.-М.: Мир, 1985. - 496с.

39. Дресвин C.B. Основы математического моделирования плазмотронов. Ч. 1: Уравнение баланса энергии. Метод контрольного объема. Расчет температуры плазмы: Учеб. Пособие / Дресвин C.B., Иванов Д.В. - СПб: Изд-во Политехи, ун-та, 2004. - 227 с.

40. Дресвин C.B. Теплообмен в плазме. Учеб. пособие / Дресвин C.B., Зверев С.Г. СПб: Изд-во Политехи, ун-та, 2008. - 212 с.