МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПЛАЗМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ПОРОШКОВЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

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.

1. Нанесение покрытий плазмой / В.В. Кудинов, П.Ю. Пекшев, В.Е. Белащенко и др. Москва: Наука, 1990:408.

2. Лясников В.Н., Лясникова А.В., Дударева О.А.Плазменное напыление. Саратов: Изд-во СГТУ им. Гагарина Ю.А., 2016:620.

3. Пузряков А.Ф. Теоретические основы технологии плазменного напыления. Москва: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008:320.

4. Ильюшенко А.Ф., Шевцов А.И., Оковитый В.А., Громыко Г.Ф. Процессы формирования газотермических покрытий и их моделирование. Минск: Беларуская навука, 2011:357.

5. Meghwal A., Anupam A., Murty B.S., Berndt C.C., Kottada R.S., Fng A.S.M. Thermal spray highentropy alloy coatings: a review. Journal of Thermal Spray Technology. 2020;29:857–893.

6. Гильман А.Б. Воздействие низкотемпературной плазмы как эффективный метод модификации поверхности полимерных материалов. Химия высоких энергий. 2003;1:20–26.

7. Цырлин М.И., Родченко Д.А. Формирование сетчатой структуры термоотверждаемого полимера при плазменном осаждении. Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наук. 1998;4:132−136.

8. Цырлин М.И. Математическое моделирование процесса нагрева полимерных частиц при плазменном напылении покрытий. В кн.: Вклад вузовской науки в развитие приоритетных направлений производственно-хозяйственной деятельности, разработку экономичных и экологически чистых технологий: Тез. докл. 54 межд. научно-техн. конф. 21-24 ноября 2000. Минск: БГПA; 2000:136.

9. Жуков М.Ф., Коротеев А.С. Теория термической электродуговой плазмы. Ч. 1. Методы математического исследования плазмы. Новосибирск: Наука, 1987:278.

10. Цветков Ю.В., Панфилов С.А. Низкотемпературная плазма в процессах восстановления. Москва: Наука,1980:359.

11. Лыков А.В. Теория теплопроводности. Москва: Высшая школа, 1967:599.

12. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. Новосибирск: Наука, 1970:659.

13. Madejsky J. Solidification of droplets on a cold surface. Intern. J. Heat and Mass Transfer. 1976;19:1009–1013.

14. Grover E. Statistical methods for graphs. 2017:29.

15. Цырлин М.И, Юницкий А.Э. Отверждение термореактивных порошковых материалов с использованием низкотемпературной плазмы. В кн.: Современные методы и технологии создания и обработки материалов.

16. Сб. научных трудов. В 2 кн. Кн. 1. Материаловедение. Минск: ФТИ НАН Беларуси, 2022:268–275.

17. Spyrou E. Powder Coatings. Chemistry and Technology. Vincentz Network, 2012:380.

18. Kiil S. Anticorrosive Coatings. Coat. Technol. 2009;6:135–176.