Спосіб нанесення покриття

Спосіб нанесення покриття, при якому на оброблювану поверхню наносять матеріал для пок 3 15598 4 ванні кавітаційних пухирців і областей у рідкому цієнт корисної дії проникнення наночастинок в посередовищі в умовах розвиненої кавітації, викливерхню не перевершує 10%, оскільки мають місце каної потужними ультразвуковими коливаннями, і відсмоктування частинок, і кінематичне слабкий що дозволяє зменшити товщину покриття, яке наудар, і холосте захлопування пухирців, і тривалість носиться, до 0,5-1мкм, скоротити час його нанеїх захлопування становить 5 10-6с, тобто в одну сення до 10-15 хвилин, а також забезпечити нанесекунду роботу по проникненню наночастонок висення покриття без розігрівання оброблюваної конує близько 1010-1011 пухирців. поверхні. Пропонований спосіб передбачає "холодне" Поставлена задача розв'язується тим, що в нанесення частинок, тобто нанесення без нагріву способі нанесення покриття, при якому на обробповерхні виробу та без відповідного руйнування лювану поверхню наносять матеріал для покриття кристалічної структури приповерхневих шарів поу вигляді частинок, на які впливають таким чином, верхні, що обробляється. Удари наночастинок об що частинки деформують поверхню і налипають поверхню також її не розігріють, оскільки енергія на неї, згідно корисної моделі вплив тиском на "руйнування" перешкоди на глибину 0,05-0,1мкм, оброблювану поверхню здійснюють в рідкому сепорівняну з діаметром частинок, що наносяться, редовищі, наприклад, у воді, яке містить частинки звичайно в 5-10 разів менша, ніж теплота плавматеріалу для покриття нанорозміру, при цьому лення і, тим більше, ніж теплота випарювання цьогенерують в рідині ультразвукові коливання і ствого шару оброблюваної поверхні [7]. рюють високорозвинену кавітацію, а нанесення Запропоновано застосувати як покриття нанопокриття здійснюють тиском захлопування кавітадисперсні порошки оксидів металів, що одержані ційних пухирців. методом газодисперсного синтезу, який засноваТехнічний ефект передбачуваної корисної моний на спалюванні металевих частинок в ламінарделі пояснюється таким чином. ному двофазному факелі і забезпечує продукти Спосіб ультразвукового нанесення покриттів, згорання у вигляді порошків нанооксидів металів з який пропонується, на відміну від прототипу задіаметрами частинок 50-80нм. Для "холодного" безпечує нанесення надтонких покриттів, оскільки нанесення покриття частинкам, які напиляються, матеріалом для них є частинки нанорозміру (понеобхідно надати велику кінетичну енергію, щоб їх рядку 50-80нм), наприклад, оксиду алюмінію, які тиск на поверхню металу був достатній не тільки містяться в рідкому середовищі. Товщина декільдля налипання, але й для проникнення в поверхкох шарів, що наносяться звичайно для забезпеню, яка обробляється. чення суцільності покриття, не перевищує 1мкм. Відомо, що потужні ультразвукові поля, які виПри цьому товщина покриття варіюється концентникають при нелінійних режимах випромінювання, рацією наночастинок оксиду в рідкому середовищі, застосовуються для інтенсифікації багатьох фізитривалістю нанесення покриттів і частотою ультко-хімічних технологічних процесів: диспергування, развукових коливань. кристалізації, очищення тощо. Очевидно, це відТривалість нанесення покриттів в пропоновабувається завдяки енергії, яка виділяється кавітаному способі, на відміну від прототипу, мала і обційними пухирцями при їх захлопуванні у стадії числюється хвилинами, а не годинами. Сумарна стиснення. Це дає підставу вважати, що нанесентривалість нанесення покриттів визначається триня покриттів може бути здійснене без нагрівання валістю переміщення частинки, яка напиляється, з поверхні завдяки використанню лише енергії заоб'єму рідини до оброблюваної поверхні і триваліхлопування локалізованих кавітаційних областей і стю проникнення частинки в її приповерхневий кавітаційних пухирців, розташованих біля обробшар. Тривалість t переміщення частинки до поверлюваної поверхні, що знаходиться у рідкому серехні при концентрації наночастинок в рідині 1011довищі в умовах потужних акустичних полів. Пе1012см-3, яка використовується в пропонованому редача енергії пухирця, що захлопується, способі, можна визначити за допомогою формули наночастинці може значною мірою вплинути на її t=l/ , де l - відстань частинки до оброблюваної рух тільки завдяки її малим масі і розміру, істотно меншому ніж розмір кавітаційного пухирця. поверхні (звичайно 300-500мкм), - швидкість руГазорідинна маса, що викидається при захлоху частинки, яка приблизно дорівнює одній третині пуванні пухирця, має швидкість порядку сотень швидкості звуку у воді, тобто приблизно 500м/с. метрів у секунду і швидкісний натиск порядку Таким чином, тривалість переміщення частинки 108Па [8], температура її досягає 107К [9], тобто складає мікросекунди. Тривалість проникнення експериментальне підтверджено факт виникнення частинки при непружному ударі її об поверхню високих температур у момент захлопування пухивизначається часом розповсюдження звукового рців і виділення величезних кінетичних енергій в сигналу в матеріалі поверхні (швидкість звуку в мікрооб'ємах рідини. Вплив ультразвукових колиметалі перевищує 5000м/с). Можна показати, що і вань на наночастинку відбувається протягом приця складова сумарної тривалості визначається близно однієї десятої періоду коливань Т, а сила мікросекундами. При концентрації кавітаційних бульбашок 106впливу оцінюється як F 10m f, де m - маса части7 -3 10 см [6] для нанесення моношару наночастинок нки, - швидкість її руху, f - частота діючих колина занурену в рідину оброблювану поверхню потвань. Розрахунки показали, що, наприклад, при рібно 15-20с у зв'язку з тим, що по нормалі до потемпературі 1000°С [10] ударна дія частинок діаверхні розповсюджується тільки 1/6 частина потометрами 100 і 1000нм на поверхню, яка обробляку наночастинок з прилягаючого шару рідини; для ється, складає приблизно 19 105 та 180 105Па відстворення моношару на одному квадратному санповідно. На основі уявлень класичної фізики тиметрі потрібно приблизно 1010 частинок; коефізалежність густини пари від температури визнача 5 15598 6 -0,0013t нію, що за товщиною не перевищував один мікроється виразом =0,5467 e , де t - температура метр. При цьому нанесення покриття відбувалося в градусах Цельсія. Виходячи з цього були одерна "холодну" оброблювану поверхню, а тривалість жані залежності тиску Р частинок в зоні кавітації на процесу складала 10-15хв. оброблювану поверхню від температури (Фіг.1). Джерела Інформації Розрахунки показали, що для температури 7000°С 1. Порошковая металлургия и напыленные потиск частинок діаметрами 50, 80 і 100нм на обробкрытия. Под ред. Митина Б.С. - М.: Металлургия, лювану поверхню дорівнює відповідно 460 105, 1987. - 792с. 750 105 і 940 105Па. 2. Коломыцев П.Т. Высокотемпературные заПропонований спосіб може бути реалізовано, щитные покрытия для никелевых сплавов. - М.: наприклад, на спеціально розробленій установці Металлургия, 1991. - 237с. (Фіг.2). Вона складається з ультразвукового гене3. Кудинов В.В., Пекшев П.Ю., Белащенко В.Е. ратора 1, магнітострикційного випромінювача 2, и др. Нанесение покрытий плазмой. - М.: Наука, хвилеводу-концентратора 3 з системою 4 його 1990. кріплення у вузлових точках і монолітною пласти4. Окисление металлов. T.I. Металлургия. Теною 5 на його кінці, а також ємністю 6, заповненою оретические основы. Под ред. Бенара Ж. - М.: Меводою 7, яка містить матеріал напилення у вигляді таллургия, 1968. - С.82. наночастинок. 5. Жданов Г. С. Физика твердого тела. - М.: Ультразвуковий генератор 1 потужністю 1,5кВт Изд. МГУ, 1962. - 501с. з магнітострикційним випромінювачем 2 через 6. Сиротюк М.Г. Экспериментальные исследохвилевід-концентратор 3 з системою 4 його кріпвания ультразвуковой кавитации // мощные ультлення і пластиною 5, зануреній в ємності 6, яка развуковые поля / АН СССР. - М.: Наука, 1968 заповнена рідким середовищем, наприклад, воС.167 -220. дою з введеним матеріалом напилення у вигляді 7. Михатулин Х.С., Полежаев Ю.В. Особеннонаночастинок, генерував потужні ультразвукові сти профилирования сверхзвуковых сопел для коливання в рідкому середовищі 7. Оброблялися разгона частиц в гетерогенных систем. 2nd поверхні хвилеводу-концентратора 3 і металеві International Seminar, June 30 - Jule 5, 1997, Sпластинки, встановлені на дні ємності 6. Peterburg, Russia. V.I. P. 139. Потужні ультразвукові коливання генерували8. Красильников В.А., Крылов В.В. Введение в ся в нелінійному режимі з частотою понад 20кГц. физическую акустику. - М.: Наука, 1984.-400с. Це викликало розвинену кавітацію, за якої в рідко9. Тесленко B.C., Санкин Г.Н., Дрожжин А.П. му середовищі зароджувалися і захлопувалися Свечение в глицерине в поле сферически фокусикавітаційні пухирці, внаслідок чого навколо них руемых и плоских ударно-акустических волн // Фивипромінювалася енергія величезної локальної зика горения и взрыва. - 1999. Т. 35, вып. 6. - С. густини. Енергія кавітації, в свою чергу, створюва120 -123. ла надзвичайно високий тиск на наночастинки, 10. Вукалович М.И. Теплофизические свойстзавдяки чому частинки налипали і проникали в ва воды и водяного пара. - М.: Машиностроение, приповерхневий шар оброблюваної поверхні. На1967. – 159с. приклад, наносився суцільний шар оксиду алюмі Комп’ютерна верстка М. Ломалова Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601