Введение
ГЛАВА 1. Аналитический обзор и обоснование выбора направления исследований 17
1.1. Способ центробежного распыления вращающегося электрода плазменным потоком 18
1.2. Способ центробежного распыления с вращающимся тиглем 24
1.3. Способ распыления расплава в охлаждаемом инертном газе 25
1.4. Современные технологии послойного синтеза изделий 27
1.5. Технология послойного синтеза изделий электронным лучом 33
1.5.1. Формирование изделия из порошка различного химического состава 44
1.5.2. Структурно-параметрическая оптимизация процесса послойного синтеза изделий 49
1.6. Способы упаковки частиц шаровидной формы 54
1.7. Цель и задачи исследования 65
ГЛАВА 2. Моделирование процесса получения порошка тугоплавких металлов и сплавов методом плазменного распыления вращающегося электрода 69
2.1. Вывод аналитических зависимостей теплофизических свойств газов и материала частицы от температуры 70
2.2. Аэродинамическая модель полёта частицы 77
2.2.1. Определение зависимости между частотой вращения электрода и диаметром частицы 77
2.2.2. Расчёт параметров динамики частицы при движении вверх 79
2.2.3. Расчёт параметров динамики частицы при движении вниз 84
2.2.4. Анализ полученных результатов
2.2.5. Расчёт динамики полёта на примере частиц из титановых сплавов 89
2.3. Исследование напряжённого деформированного состояния частицы при ударе об стенку камеры 92
2.4. Моделирование процесса охлаждения частиц распыленного металла в газовой смеси 102
2.4.1. Аэротермодинамическая математическая модель процесса охлаждения частицы 105
2.4.2. Моделирование процесса охлаждения частицы из сплава ВТ6
в газовой смеси аргона и гелия 107
2.4.3. Моделирование процесса охлаждения частицы из сплава ВТ6 в среде гелия и в среде аргона 115
2.4.4. Исследование образования частицы при слёте с венца под различным углом 122
2.5. Анализ технологических режимов получения порошка на базе аппарата параметрической оптимизации 123
2.5.1. Исследование образования частиц при различных частотах вращения электрода 123
2.5.2. Исследование влияния состава газовой смеси на охлаждение частиц 126
2.5.3. Влияние коэффициента турбулентности на охлаждение частиц 128
2.5.4. Исследование влияния рабочего давления на охлаждение частиц 131
2.6. Особенности моделирования охлаждения частиц в процессе получения порошка металлов и сплавов 135
2.7. Моделирование процесса получения порошка на специализированной технологической установке 140
2.8. Выводы по второй главе 144
ГЛАВА 3. Моделирование процесса электронно-лучевого синтеза изделий 147
3.1. Математическая модель взаимодействия сканирующего электронного луча с изделием 148
3.1.1. Распределение мощности электронного луча по поверхности порошка 150
3.1.2. Учёт пористости верхнего слоя порошка 159
3.2. Математическое моделирование процесса послойного спекания/плавления изделий электронным лучом в вакууме с учётом сопряжённых процессов тепло - и массопереноса, гидродинамики расплава 160
3.3. Моделирование процесса синтеза изделий электронным лучом из порошка титанового сплава ВТ6 168
3.3.1. Определение температурного поля при сканировании поверхности электронным лучом 169
3.3.2. Расчёт температурного поля при плавлении порошка с учётом теплоты фазового перехода (двухфазная задача Стефана) 175
3.3.3. Растекание расплавленного порошка по поверхности синтезируемого изделия 189
3.3.4. Параметрическая оптимизация процесса синтеза изделий электронным лучом 202
3.4. Выводы по третьей главе 205
ГЛАВА 4. Исследование порошковых и композиционных изделий, полученных по технологии послойного синтеза 207
4.1. Получение заготовки из титанового сплава ВТ6 требуемого химического состава 207
4.2. Распыление исходного электрода 213
4.2.1. Получение порошка из титанового сплава ВТ6 215 4.2.2. Статистический анализ фракционного состава порошка титанового сплава ВТ6 при различных частотах вращения электрода 219
4.2.3. Получение порошка из молибдена 223
4.3. Синтез изделий из порошка титанового сплава ВТ6
электронным лучом 224
4.4. Высокотемпературная газостатическая обработка титановых образцов, полученных по технологии послойного синтеза 230
4.5. Исследование механических и эксплуатационных свойств опытных образцов, полученных по технологии синтеза электронным лучом 231
4.5.1. Измерение твёрдости 232
4.5.2. Исследование прочностных свойств 233
4.5.3. Испытание на ударную вязкость 235
4.5.4. Испытания на изнашивание образцов, полученных по технологиям электронно-лучевого синтеза и газостатической обработки 236
4.6. Получение порошковых и композиционных изделий методами электронно-лучевого синтеза, вакуумной пайки, плазменного напыления 240
4.7. Получение композиционных образцов методами электронно-лучевого синтеза и электронно-лучевого напыления 248
4.8. Выводы по четвёртой главе 251
ГЛАВА 5. Специализированное технологическое оборудование для реализации технологии послойного синтеза изделий 254
5.1. Вакуумная установка «СИЭЛ-3» для получения изделий с программируемой структурой из порошка различного химического состава методом послойного электронно-лучевого синтеза 255
5.2. Технологическая установка для получения композиционных изделий методами послойного электронно-лучевого синтеза и напыления 267
5.3. Специализированная установка типа «УИП-3» для послойного синтеза изделий ионным пучком 279 5.4. Специализированная установка типа «УТ-1» для ионной химико-термической обработки порошка 286
5.5. Технологическая однокамерная установка «СИЭЛ-5» для реализации гибридной технологии по получению порошковых изделий 291
5.6. Выводы по пятой главе 299
Общие выводы 301
Условные обозначения и сокращения 306
Список использованной литературы
