Пащенко Валерій Миколайович ГЕНЕРУВАННЯ ПОТОКІВ ПЛАЗМИ СКЛАДНИХ ГАЗОВИХ СИСТЕМ ТА КЕРУВАННЯ ЇХ ЕНЕРГЕТИЧНО-ПРОСТОРОВИМИ ПАРАМЕТРАМИ В ПРОЦЕСАХ НАНЕСЕННЯ ПОКРИТТЯ

Краткое содержание

У вступі обґрунтована актуальність теми дисертації, сформульована мета роботи і визначені основні задачі, вирішення яких сприятиме її досягненню. Описані об’єкт, предмет і методи дослідження, зазначено наукову новизну і практичне значення одержаних результатів.
У першому розділі дисертації проведений аналіз результатів відомих експериментальних та теоретичних досліджень дугової плазми і потоків низькотемпературної плазми технологічного призначення. Проаналізовані основні енергетичні параметри плазмових струменів, їх розподіл у просторі, проблеми взаємодії із навколишнім середовищем. Розглянуті сучасні технічні засоби генерації потоків дугової плазми технологічного призначення. Показано, що сучасні плазмові технології орієнтовані на застосування плазмоутворювальних

7

газових сумішей, в тому числі з молекулярними складовими. Їх використання в процесах нанесення покриття і модифікації поверхонь дозволяє підвищити енергетичний рівень впливу на оброблюваний матеріал, впливати на проходження процесів фізико-хімічної взаємодії матеріалів і взаємодії із навколишнім середовищем.
Зазначено, що задача ефективного застосування складних газових сумішей умовно поділяється на дві взаємопов’язані складові: забезпечення сталої роботи генераторів плазми із високим ступенем перетворення енергії та формування потоків низькотемпературної плазми із певним керованим розподілом енергетичних та концентраційних параметрів. Виходячи із аналізу відомих публікацій, основні зусилля дослідників досі були спрямовані на вирішення першої складової загальної задачі і практично не торкалися питань керування параметрами плазмових потоків, хоча, саме можливість оперативної зміни в широкому діапазоні рівня, розподілу і просторового розміщення потоку високотемпературного газу визначає технологічні можливості струменів плазми.
Результати досліджень плазми складних газових сумішей повітря і вуглеводневих газів, проведених в Інституті газу НАН України у 70-х – 80-х роках минулого сторіччя, доводять високі потенційні можливості плазмоутворювальних сумішей із горючим компонентом для проведення плазмохімічних процесів, підвищення загальної потужності плазмових пристроїв, керування окисно-відновним потенціалом робочого середовища. Проте наявні відомості про керованість струменів газоповітряної плазми, взаємозв’язок між режимними параметрами її генерації та розподілом температурних, швидкісних і концентраційних полів отриманих плазмових потоків носять несистемний, у ряді випадків декларативний характер. Відсутні комплексні дослідження впливу вуглеводневого компонента на енергетику процесу генерації плазми.
У процесі аналізу публікацій виявлено, що відомі способи формування двофазних потоків в технологіях плазмового нанесення покриття не забезпечують однаковості енергетичних умов нагрівання та прискорення матеріалу, із якого формується покриття. Особливо це характерне радіальному подаванню вихідного матеріалу – найбільш розповсюдженому у практиці плазмового напилення. Згадане обумовлює необхідність обґрунтування та розробки методів корекції взаємного просторового розміщення окремих фаз гетерогенного потоку, які на сьогодні практично відсутні.
У другому розділі наведені результати дослідження процесу генерації плазми у разі застосування як плазмоутворювальної речовини повітря та сумішей повітря із граничними вуглеводнями формули CnH2n+2.
Наявність горючого компонента у плазмоутворювальній суміші дозволяє класифікувати генератори плазми, що досліджуються, як пристрої із комбінованим підведенням двох видів енергії. Процеси перетворення потоків енергії на вході до плазмотрону у енергію плазмового струменя експериментально досліджувались на пристрої, що складається із плазмотрона та об’єднаного з ним в єдину конструкцію калориметра, який дозволяє зняти і виміряти енергію плазмового струменя без підсмоктування повітря із атмосфери і суттєвого теплообміну із навколишнім середовищем. Одночасно, для уточнення значень складових енергії плазмового потоку, відбирались проби газу вздовж дугового каналу та на вході у калориметр.