PhD in Transport, генеральный конструктор
PhD in Transport, General Designer
к.т.н., ведущий специалист научно-исследовательского отдела
Cand. of Tech. Sci. (Eng.), LeadingSpecialist of the Research Department
В работе предложена концепция комплексного моделирования плазменного напыления покрытий на основе порошковых полимерных материалов. Представлено физико-математическое описание процесса путем разбивки его на несколько основных стадий, комплексного моделирования всех стадий плазменного напыления со сквозной передачей данных с одной стадии на другую. Процесс плазменного напыления был разбит на следующие стадии: генерация плазменной струи; ввод распыляемого порошка в плазменную струю, его нагрев и ускорение; взаимодействие плазменной струи и расплавленных частиц порошка с основанием. Температурное распределение открытой плазменной струи получено аппроксимацией экспериментальных данных для различных типов плазменных установок, конструкций плазмотронов и режимов их работы. Скорость частиц порошка определялась с учетом закона Ньютона. Прогрев, плавление полимерных частиц при движении в высокотемпературной газовой струе было сведено к решению дифференциального уравнения теплопроводности Фурье-Кирхгофа в сферических координатах. Формирование полимерного слоя при плазменном осаждении представлено с помощью выражения Мадежски. Результатом моделирования плазменного процесса является информация о характере деформирования расплавленных частиц порошка при соударении с основанием, толщине осажденного покрытия, его пористости, прочности адгезионного соединения и др. Разработанная компьютерная модель позволяет проводить оптимизацию технологических режимов нанесения плазменных полимерных покрытий. Программно-математический комплекс применен для исследования и оптимизации процесса напыления эпоксидных покрытий. При сравнении расчетных и экспериментальных данных сделан вывод об адекватности разработанной математической модели. Технология плазменного напыления порошковых полимерных покрытий предлагается для окраски крупногабаритных транспортных средств, в том числе струнного транспорта (юнимобилей), что невозможно традиционными методами порошкового напыления.
The paper proposes the concept of complex modeling of plasma spraying of coatings based on powdered polymer materials. A physical and mathematical description of the process is presented by dividing it into several main stages, complex modeling of all stages of plasma spraying with end-to-end data transmission from one stage to another. The plasma spraying process was divided into the following stages: generation of a plasma jet; introduction of the sprayed powder into the plasma jet, its heating and acceleration; interaction of the plasma jet and molten powder particles with the base. The temperature distribution of the open plasma jet is obtained by approximating experimental data for various types of plasma installations, plasma torch designs and their operating modes. The velocity of the powder particles was determined taking into account Newton’s law. The heating and melting of polymer particles during movement in a high-temperature gas jet was reduced to solving the Fourier-Kirchhoff differential equation of thermal conductivity in spherical coordinates. The formation of a polymer layer during plasma deposition is represented using the Madezhsky expression. The result of modeling the plasma process is information about the nature of deformation of molten powder particles upon impact with the base, the thickness of the deposited coating, its porosity, the strength of the adhesive compound, etc. The developed computer model makes it possible to optimize the technological modes of applying plasma polymer coatings. The software and mathematical complex is used to study and optimize the spraying process of epoxy coatings. When comparing the calculated and experimental data, a conclusion is made about the adequacy of the developed mathematical model. The technology of plasma spraying of powder polymer coatings is proposed for painting large-sized vehicles, including SkyWay transport (unimobiles), which is impossible by traditional powder spraying methods.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.