Рост глобальной экономики и активное развитие промышленности ограничены среди прочего возможностями существующей техники. При этом потенциал улучшения функциональных характеристик классических материалов практически исчерпан, а широкое применение новых композиционных материалов и высокоэнтальпийных сплавов ограничено высокой стоимостью и сложностью технологического процесса их изготовления и обработки. Таким образом, актуален вопрос разработки технологий и оборудования для модификации поверхностного слоя и создания многокомпонентных покрытий специального назначения, в том числе нанокомпозитных. В статье приводятся результаты исследования, посвященного созданию установки для нанесения подобных покрытий методом плазменного напыления. Одним из ключевых элементов конструкции установки является вакуумная камера, корпус которой в процессе эксплуатации подвергается интенсивному термическому нагружению. Для сокращения затрат материальных и временных ресурсы на этапе проектирования и экспериментальной отработки было проведено моделирование температурного состояния корпуса камеры, за счет которого удалось исключить из рассмотрения нерелевантные варианты системы охлаждения. Результаты моделирования подтверждают работоспособность системы охлаждения корпуса вакуумной камеры в условиях эксплуатации. Определены следующие рабочие параметры системы: давление на входе составляет 0,6 МПа, расход воды – 2 л/с, а среднемассовая температура воды на выходе – около 40°C.

Ключевые слова: плазменное напыление, моделирование температурного состояния, вакуумная камера, система охлаждения

01.04.15 - Физика и технология наноструктур, атомная и молекулярная физика , 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

В связи с постоянным развитием сферы производства, появлением новых конструкционных материалов и нарастающими темпами потребления невозобновляемых ресурсов актуальной является задача разработки средств повышения ресурса техники. Одним из приоритетных направлений в данном ключе становится разработка и внедрение технологий создания покрытий специального назначения, улучшающих функциональные характеристики изделий, в частности, ударную прочность, микротвердость, стойкость износу, коррозии и другим факторам внешней среды за счет модификации структурно-фазового состояния поверхностного слоя. В работе рассматриваются вопросы создания установки по нанесению многокомпонентных нанокомпозитных покрытий. Проектирование и отработка подобной техники требует значительных затрат временных и материальных ресурсов. В связи с этим целесообразным представляется применение современных программно-вычислительных комплексов, позволяющих проводить моделирование мультифизических процессов, имеющих место при работе установки. Проведено моделирование катодно-анодного узла, на основе результатов которого показана необходимость учета при проектировании блока плазменного напыления физических процессов в межэлектродной области, поскольку ресурс катодно-электродного узла и производительность процесса напыления напрямую зависят от параметров разряда и образующейся плазменной струи. Так, высокие температура и плотность тока, а также скачкообразный характер перемещения пятна дуги приводят к повышенному износу и выходу из строя медных сопел.

Ключевые слова: плазменное напыление, многокомпонентные нанокомпозитные покрытия, мультифизические процессы, математическое моделирование