МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ СФЕРОЇДИЗАЦІЇ ЧАСТИНОК ПОРОШКУ ПЛАЗМОВО-ДУГОВИМ МЕТОДОМ
DOI:
https://doi.org/10.32782/KNTU2618-0340/2021.4.2.2.2Ключові слова:
сфероїдизація, плазмово-дуговий метод, плазмовий потік, тепловий баланс, рівняння теплопровідностіАнотація
Багато сучасних технологічних процесів вимагають використання металевих, керамічних та метало-керамічних порошків, частинки яких мають ідеальну сферичну форму. Отже, виникає задача ефективної сфероїдизації порошків, що використовуються. Найбільш ефективним способом сфероїдизації є обробка порошку в потоці низькотемпературної плазми. Для отримання частинок ідеальної сферичної форми необхідно, щоб до кінця дистанції частинка мала мінімальну швидкість і температуру, щоб уникнути деформації під час удару об поверхню для збору порошку. Крім того, в процесі польоту частинка повинна повністю розплавитись, але не досягати температури випаровування, а потім затвердіти. Задача моделювання процесу сфероїдизації частинок порошку плазмово-дуговим методом зводиться до визначення швидкості і температури частинки в потоці низькотемпературної плазми з урахуванням зміни її агрегатного стану. Визначення швидкості частинки проведено з урахуванням того, що єдиною силою, що діє на неї, є сила аеродинамічного опору. Швидкість плазмового потоку апроксимуємо експоненціальною функцією. В результаті, отримуємо неявний розв’язок диференціального рівняння для визначення швидкості частинки вздовж дистанції. Для дослідження температурного режиму розглядаємо п'ять ділянок дистанції. На першій з них (розігрів частинки до температури плавлення) використовуємо для визначення температури рівняння теплового балансу. Друга ділянка – процес плавлення частинки. Тут ми визначаємо час плавлення частинки, виходячи з рівняння теплового балансу, за умови відсутності теплового потоку на межі фазового переходу. Третя ділянка – політ частинки в розплавленому стані. Для моделювання процесу розв’язуємо крайову задачу для одновимірного рівняння теплопровідності для сферичного тіла, апроксимуючи температуру плазми кубічними сплайнами. Для четвертої ділянки (затвердіння частки) використана та ж модель, що і для другого. А на п'ятому (охолодження частки) - такий самий підхід, що й на третьому. На завершення наведені результати для частинок титану діаметром 10 мкм.
Посилання
Vert R., Pontone R., Dolbec R.,. Dionne L., Boulos M.I. Induction plasma technology applied to powder manufacturing: Example of titanium-based materials. Key Engineering Materials. 2016. Vol. 704. P. 282–286.
Pfender E. Advances in Modeling of the Thermal Spray Process. Journal of Thermal Spray Technology. 1997. Vol. 6(2). Р. 126–128.
Remesh K., Yu S.C.M., Ng H.W., Berndt C.C. Computational Study and Experimental Comparison of the In-Flight Particle Behavior for an External Injection Plasma Spray Process . Journal of Thermal Spray Technology. 2003. Vol. 12(4). Р. 508–522.
Boulos M. Plasma power can make better powders . Metal Powder Report. 2004. Vol. 59. iss. 5. P. 16–21.
Андрейцев А.Ю., Смирнов И.В., Чорний А.В. Аналіз динаміки руху дрібнодисперсних частинок при плазмовому напилюванні. Збірник наукових праць ДЕТУТ. 2009. №11. С 100–103.
Смирнов И.В., Андрейцев А.Ю., Черный А.В. Аналитическое определение скорости и температуры частиц оксидной керамики в процессе плазменного напыления. Вестник ХНТУ. 2009. №2(35). С. 403–410.
Андрейцев А.Ю., Смирнов І.В., Чорний А.В. Нагрів та плавлення частинок порошку в плазмовому струмені. Математичне та комп'ютерне моделювання Серія: Технічні науки. зб. наук. праць Кам'янець-Подільський національний університет, Інститут кібернетики ім. В.М.Глушкова, 2011. Вип.5. С. 3–10.
Андрейцев А.Ю., Крюков Н.Н., Смирнов И.В. , Защепкина Н.Н. Численно-аналитическое определение температуры частицы при плазменном напылении (уточненная модель). Вестник ХНТУ. 2015. №3(54). С.326–331.
