Теплові режими катоду – мішені МРС, страница 2

Известно, что температура в системе покрытия – основа (изделия) – один из основных факторов влияющих на формирование физико – механических и эксплуатационных свойств покрытий. При нанесении покрытий плазма не только расплавляет и разгоняет до высокой скорости частицы напыляемого материала, но и подогревает поверхность основы в зоне напыления. Контролируемый подогрев детали улучшает свойства покрытий и позволяет регулировать физико – химическое взаимодействие материалов основы и покрытия в момент напыления. При плазменном напылении в вакууме температура поверхности конденсации оказывает решающее влияние на скорость поверхностной миграции атомов и определяет вероятность ряда процессов, протекающих при формировании покрытия. Вместе с тем перегрев системы ограничивает интенсификацию процессов роста покрытия в результате возрастающей роли реиспарения, а в ряде случаев приводит к ухудшению адгезии и изменению физико – механических свойств основы (отпуск, рекристаллизация).

Электрическая энергия, потребляемая дугой, превращаясь в тепловую, расходуется на нагрев плазмообразующего газа, нагрев порошка и плазмотрона, потери в окружающее пространство. Часть теплоты, полученная струей газа и частицами металла. Попадает в изделие, нагревая его. По данным доли участия в нагреве изделия плазмой и напыленным материалом близки и составляют не более 10% мощности дуги. Однако следует отметить различие в характере ввода теплоты в изделие и нагрева его поверхности частицами напыляемого материала и плазменной струей. Если плазма равномерно нагревает поверхность основы за счет теплообменных процессов, то проявление теплового фактора от напыляемого материала в рамках системного подхода осуществляется на двух структурных уровнях. Это, во-первых, при рассмотрении взаимодействия отдельно взятой частицы с основой и, во-вторых, при рассмотрении воздействия на поверхность основы усредненного двухфазного потока.

Проведенные к настоящему времени исследования по изучению влияния теплого фактора на физико-химические процессы на первом структурном уровне характеризуются достаточной полнотой [2,3]. Как показывают исследования второго структурного уровня, нагрев напыляемым материалом осуществляется суммарным воздействием ударяющихся, растекающихся, затвердевающих и охлаждающихся частиц, а также потоком плазмы. Процесс индивидуального взаимодействия частицы с напыляемой поверхностью, при котором она отдает свою энергию локальному участку, занимает промежуток времени не более с.

Истинную температуру поверхности можно оценить зная, что энергия, получаемая поверхностью от отдельной частицы не успевает рассеиваться до подлета следующей частицы, то температура данной поверхности будет резко возрастать и отличаться от температуры в объеме [3,4]. Релаксация процесса осаждения отдельной частицы осуществляется быстрее на 2…3 порядка подлета следующей частицы. Следовательно, для того чтобы осуществлялась накопление теплоты, необходимо настолько увеличить массовых расход напыляемого материала, что практически является неосуществимым на применяемом оборудовании. Поэтому при рассмотрении средней температуры поверхности основы в пятне напыления дискретность действия частиц может не учитываться и нагрев напыляемым материалом может быть принят как интегральный.

Для плазменного напыления в вакууме при взаимодействии потока высокоэнергетических частиц с поверхности конденсации также возникает необходимость рассмотрения процессов двух типов: процесса индивидуального взаимодействия частицы с поверхностью, при котором оно отдает свою энергию локальному участку, и процесса воздействия на поверхность усредненного потока тепловой энергии.