Соударение частиц с поверхностью основы. Виды удара и стадии его развития, страница 3

Разбрызгивание материала при ударе может быть вызвано фазовыми превращениями, происходящими в объеме деформируемой частицы. На рис. 2 схематично изображена модель такого процесса.

На первом этапе - до достижения критического времени t_кр (рис. 2, а), как говорилось выше, происходит сжатие материала, но не образуется радиальный поток. Вследствие наличия зависимости температуры плавления от давления Т_пл = f(Р) на этом этапе возможно затвердевание материала (заштрихованная область на рис. 2, а).

Рис. 2. Схема соударения полностью расплавленной частицы материала с образованием коронарного разбрызгивания вследствие первичного затвердевания части материала при сжатии

Не заштрихованная область - материал частицы, оставшийся жидким; заштрихованная область - материал, затвердевший при ударном сжатии

а - начальная фаза удара t < t_кр; б - фаза растекания материала t > t_кр; в - общая схема процесса при t > t_кр; г - форма кратера, остающегося в основе после протекания процесса по схеме, приведенной на рис. 2, б

1 - деформировавшаяся часть материала, которая затвердела на начальной стадии удара; 2 - материал частицы, который затвердел на начальной стадии ударного сжатия, а затем вновь расплавился на стадии релаксационного разгружения в результате теплообмена с расплавом; 3 - материал, затвердевший на стадии t > t_кр; 4 - частички расплава, выброшенные из области 2

На втором этапе (рис. 2, б) за фронтом ударной волны образуется область, где возможно радиальное течение материала относительно точки удара 0. Развивающийся радиальный поток расплава как бы выдавливает затвердевший материал (рис. 2, б, в). При этом в области точки удара 0 может образовываться кратер эрозии (рис 2, г). По мере развития радиального течения и разгрузки первоначально затвердевший при сжатии материал может вновь частично расплавиться. Выдавливаясь из зазора между твердой поверхностью и куполом материала, оставшегося твердым, этот расплав образует коронарное разбрызгивание материала частицы и может приводить к образованию кратера в основе.

Совершенно иной класс явлений, не соответствующих стабильному радиальному растеканию материала при ударе, связан с частицами, не полностью расплавленными в потоке. Это могут быть частицы, имеющие:

- твердое нерасплавленное ядро и жидкую оболочку, или твердую оболочку и жидкое ядро;

- твердую оболочку, жидкую прослойку, твердое ядро; оплавление по микронеровностям поверхности;

- внутренние газовые полости.

Как было показано в экспериментах, существование таких частиц характерно для плазменного напыления, особенно в случае распыления тугоплавких оксидов, металлов и композиций на их основе.

При ударе таких сложных частиц о твердую поверхность характерны следующие процессы:

- устойчивое или нестабильное стекание жидкой оболочки с твердого ядра;

- разрушение твердой оболочки с истеканием материала из нее;

- растекание расплава, содержащего растворенный или свободный газ.

В последнем случае существенное нарушение стабильного радиального характера растекания связано со взрывным характером разрушения частиц-пузырей или интенсивным выделением газа из расплава с выходом его в газовую среду.

Выделенный класс явлений в настоящее время еще мало изучен. [18 С. 208-212]

Форма и строение напыленных частиц

[18 С. 242-259] В результате деформации, растекания и затвердевания материала при ударе частицы о твердую поверхность на ней образуется та элементарная дискретная частичка, из множества которых при их последовательном закреплении в слое и формируется плазменно-напыленный материал. Несмотря на то, что обычно используемая модель соударения относится непосредственно к случаю деформации сферической расплавленной частицы в диск, она позволяет объяснить возможность образования нескольких видов структурных элементов, представляющих результат такого взаимодействия.