Государственное задание, проект № 0748-2020-0013 

Руководитель: Зверовщиков А.Е., заведующий кафедрой «Технологии и оборудование машиностроения»
Коллектив исполнителей: Киреев С.Ю., Колмаков К.М., Соколов А.В., Альбеков И.Р.

Цель проекта:
Исследование механизма формирования гетерогенной структуры и сфероидальной формы частиц из металлических и твердосплавных материалов при термоцентробежном диспергировании, гальваническом осаждении, самораспространяющемся высокотемпературном синтезе, воздействии взрывной волны.

Задачи проекта:

1. Исследование взаимосвязей этапов формирования частиц заданной структуры, формы и размеров методами гальванического осаждения, высокотемпературного синтеза, ударно-волнового воздействия.
2. Экспериментальные исследования влияния технологических факторов процесса электродугового центробежного диспергирования, гальванического осаждения, высокотемпературного синтеза на технологические характеристики получаемого порошкового материала из твердосплавных и металлических сплавов (в том числе тяжелых).
3. Создание методик прогнозирования технологических свойств диспергируемых порошков.
4. Определение критериев формирования и разрушения гетерогенной структуры твердосплавных и металлических сплавов (в том числе тяжелых).
5. Разработка и изготовление экспериментального исследовательского оснащения для снижения себестоимости исследований.
6. Получение исходных данных для моделирования процессов межфазовых переходов твердосплавных и металлических сплавов (в том числе тяжелых).

Результаты проекта

1. Исследована динамика процессов, определяющих особенности фазовых состояний при центробежно-дуговом диспергировании расплава материалов. Установлено, что приоритетным направлением для получения гетерогенной структуры частиц высокой истинной плотности является объемная кристаллизация частицы.
2. Разработаны методики расчета для определения параметров динамики и кинематики факела распределения частиц при термоцентробежном диспергировании и сфероидизации. Установлено что оптимальные углы раствора для формирования требуемого фракционного состава не превышают 20 градусов.
3. Проведены теоретические исследования, получившие экспериментальное подтверждение, позволяющие установить влияние нестационарных режимов электролиза (гальваностатических и потенциостатических импульсов прямоугольной формы) и вибрации катодной штанги на морфологические особенности покрытий и оценить возможность интенсификации процессов гальванического формирования катодных осадков. Воздействие импульсного тока и вибрации катода, в первую очередь, направлено на изменение концентрационно-диффузионного режима в приэлектродном пространстве. Это, в свою очередь, влияет на перераспределение скоростей зародышеобразования и роста кристаллов, что объясняет морфологические изменения покрытий.
4. Экспериментально установлено, что режим электролиза влияет на морфологию катодных осадков. Так импульсный электролиз способствует формированию более мелкокристаллических и равномерных покрытий, как отдельными металлами, так и сплавами. Наиболее высокодисперсные катодные покрытия формируются при использовании потенциостатического режима импульсного электролиза. Применение вибрации катода в отличие от стационарного режима при большой толщине покрытий делает поверхность более рельефной.
5. Разработана методика количественной оценки степени сфероидальности дискретных частиц порошкового материала. Созданы предпосылки для создания моделей дискретных частиц, пригодных для моделирования поведения массивов частиц в CAE системах.
6. Определены баллистические характеристики траектории частиц факела распределения при центробежнодуговом диспергировании, для скорости отрыва капли расплава до 100-120 м/с, что позволило получить исходные данные для разработки ловушки-приемника частиц и в целом исследовательского стенда для центробежнодугового диспергирования.

Рисунок 1 – Силы, воздействующие на оторвавшуюся каплю

V0 = 250 м/с                                      V0 = 140 м/с

Рисунок 2 – Снижение скорости сферических частиц различного размера при начальной скорости

Рисунок 3 – Установка для диспергирования