Огляд методів плазмово-порошкового наплавлення у суднобудуванні та судноремонті

##plugins.themes.bootstrap3.article.main##

О.І. Стальніченко
Є.О. Науменко
К.О. Крейцер
Є.М. Козішкурт
Е.П. Богомолов

Анотація

Плазмово-порошкове наплавлення є високотехнологічним процесом, що використовується для нанесення захисних і відновлювальних покриттів на різні матеріали, найчастіше метали. Цей метод особливо цінується за високу точність, потужність і керованість плазмової дуги, що дає змогу досягати високоякісних покриттів із поліпшеними механічними властивостями та зносостійкістю. Сучасний стан технології плазмово-порошкового наплавлення характеризується постійним прагненням до оптимізації процесів з метою підвищення ефективності наплавлення, поліпшення адгезії покриттів і зниження пористості. Розвиток комп'ютерних технологій і автоматизації сприяв удосконаленню управління плазмовою дугою і точності подачі порошкових матеріалів. Однак проблеми в цій галузі залишаються актуальними. Однією з головних задач є управління тепловими режимами процесу, оскільки надлишковий тепловий вплив може призвести до деформації основного матеріалу і погіршення власти- востей покриття. Також значна увага приділяється розробці нових композиційних порошків, які забезпечували б поліпшені експлуатаційні характеристики та водночас були б сумісні з екологічними стандартами. Проблема забезпечення рівномірності розподілу порошку по плазмовому струменю, як і раніше, є актуальною, оскільки це безпосередньо впливає на якість і властивості покриттів. Вивчення взаємодії між плазмовим струменем і порошковим матеріалом залишається предметом наукових досліджень, включаючи динаміку частинок і теплообмін. Загалом, плазмово-порошкове наплавлення продовжує розвиватися як важливий інструментальний метод у матеріалознавстві, здатний задовольнити зростаючі вимоги промисловості до якості, довговічності та відновлення виробів.

##plugins.themes.bootstrap3.article.details##

Як цитувати
Стальніченко, О., Науменко, Є., Крейцер, К., Козішкурт, Є., & Богомолов, Е. (2023). Огляд методів плазмово-порошкового наплавлення у суднобудуванні та судноремонті. Вісник Одеського національного морського університету, (71), 152-171. https://doi.org/10.47049/2226-1893-2023-4-152-171
Розділ
Проблеми відновлення технічного стану суднових технічних засобів
Біографії авторів

О.І. Стальніченко, Одеський національний морський університет, Одеса, Україна

проф, зав. кафедри «Технологія матеріалів»

Є.О. Науменко, Одеський національний морський університет, Одеса, Україна

к.т.н., доцент кафедри «Технологія матеріалів»

К.О. Крейцер, Одеський національний морський університет, Одеса, Україна

к.т.н., ст. викладач кафедри «Технологія матеріалів»

Є.М. Козішкурт, Одеський національний морський університет, Одеса, Україна

д.філ.(PhD), ст. викладач кафедри «Технологія матеріалів»

Е.П. Богомолов, Одеський національний морський університет, Одеса, Україна

ст. викладач кафедри «Технологія матеріалів»

Посилання

1. Cheng, J., Li, J., Li, X., & Zhang, Y. (2019). Microstructure and properties of Ni-based alloy coatings prepared by plasma-powder surfacing on a ship propeller. Surface and Coatings Technology, 359, 436-445.
2. Sun, Q., Tang, S., Liu, Q., & Feng, Z. (2020). Improvement of tribological performance of marine diesel engine cylinder liner by plasma spraying Ti- based alloy coatings. Journal of Materials Research and Technology, 9(1), 710-720.
3. Wang, X., Zhang, J., Zhao, X., Yang, Y., & Liu, C. (2021). Performance of TiB2 / Ti-composite coatings prepared by plasma-powder surfacing on a ship rudder. Surface and Coatings Technology, 417.
4. Gao, J., Wu, S., Yu, H., & Tang, X. (2019). The microstructure and properties of Ni-based alloy/SiC composite coatings prepared by plasma- powder surfacing on ship propeller. Surface and Coatings Technology, 357, 1069-1077.
5. Wu, S., Zhang, J., Yu, H., Gao, J., & Tang, X. (2020). Preparation and properties of Ni-based alloy/GO composite coatings by plasma-powder surfacing on ship valve. Surface and Coatings Technology, 399.
6. Yu, H., Gao, J., Wu, S., Tang, X., & Li, S. (2021). Effects of tungsten carbide on the microstructure and properties of plasma-powder surfacing Ni-based alloy coatings. Surface and Coatings Technology, 409.
7. Natarajan, S., Vijayaraghavan, L., Sivakumar, G., & Sundarajan, G. (2016). Tribological behaviour of plasma sprayed cobalt-based alloy coatings // Journal of Manufacturing Processes, 21, 86-93. DOI: 10.1016/j. jmapro. 2016.03.002
8. Alharbi, H. F., Alhazza, K. A., Alkahtani, A., & AlQahtani, N. (2021). Investigation of the tribological behaviour of HVOF-sprayed cobalt-based alloys in 3,5 % NaCl solution. Surface Engineering, 37(3), 196-206. DOI: 10.1080/02670844.2019.1693441
9. Manivasagam, G., Dhinakaran, G., Sivakumar, G., & Sundarajan, G. (2016). Effect of plasma spraying parameters on microstructure and mechanical properties of 316L stainless steel coatings. Surface and Coatings Technology, 299, 46-54. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2016.05.077
10. Abdulrahman, A. O., Abdulgader, H. A., Masoud, M. S., Sreekumar, P. A., & Manivasagam, G. (2020). Investigation of mechanical properties of plasma- sprayed AA7075 aluminum alloy coatings // Journal of Materials Engineering and Performance, 29(9), 5869-5879. DOI: 10.1007/s11665-020- 04972-1.
11. Huang, H., Zhang, W., Zhang, Y., Zhang, H., Huang, Y., & Hu, Z. (2019). Effects of graphene oxide addition on tribological properties of nickel-based alloy coatings by plasma spraying // Journal of Materials Engineering and Performance, 28(6), 3336-3345. DOI: 10.1007/s11665-019-03970-w.
12. Pawłowski A. Plasma spraying of metallic and ceramic materials // Surface and Coatings Technology. Vol. 54-55. P. 1-14. 1992.
13. Lotsch B.V. Plasma spraying of oxide ceramics - a review of mechanisms and applications // Journal of Materials Science. Vol. 23. № 12. P. 4175- 4196, 1988.
14. Yang C.Y., Zhang J., Huang X. and Li X. Microstructure and mechanical properties of WC-Co coatings prepared by high velocity oxygen fuel and plasma spraying // Surface and Coatings Technology. Vol. 206. № 6. P. 1415-1420. 2011.
15. Berndt C.C. Plasma spraying and the properties of plasma-sprayed coatings // Journal of Thermal Spray Technology. Vol. 8. № 4. P. 494-508. 1999.
16. Dorfman M., Bulavchenko A. and Gromov A. Effect of the plasma spray parameters on microstructure and properties of Al2O3 and Cr2O3 coatings // Journal of Thermal Spray Technology. Vol. 25. № 7. p. 1373-1385. 2016.
17. Sampath S. Thermal spray processing of advanced materials: promising technologies and applications // Journal of Materials Science. Vol. 42. № 4. P. 1055-1079. 2007.
18. Vaßen R., Stöver D. and Gadow R. Plasma spraying: a review of basic principles, high-temperature properties and new materials developments // Surface and Coatings Technology. Vol. 76-77. P. 485-498. 1995.
19. Tomašević H., Radović N., Gorgievski M., Rakin M. and Pavlović Z. The application of thermal spray coatings in marine engineering // Journal of Thermal Spray Technology. Vol. 22. №. 7. P. 1069-1076. 2013.
20. Smialek J.L. and Miller R.A. Thermal spray coatings in marine environ- ments // Journal of Thermal Spray Technology. Vol. 7. № 3. P. 369-380. 1998.
21. Al-Fadhalah H.K. M.K., Al-Qutub A.M. and Hussain T. Thermal spray coatings for marine applications: a review// Journal of Coatings. Vol. 2016. Article ID 4723852, 21 pages, 2016.
22. Li D., Li L., Gao Y. and Li X. Marine anticorrosive coatings based on thermal spray technology: a review // Journal of Thermal Spray Technology. Vol. 26. № 1-2. P. 87-98. 2017.
23. McCartney D.G. Thermal spray coatings for marine applications // Surface and Coatings Technology. Vol. 116-119. P. 763-771. 1999.
24. Ozbilen M.E. Use of thermal spray coatings for corrosion protection in marine environments: a review // Materials and Corrosion. Vol. 68. № 1. P. 3-13. 2017.
25. Lima R.S., Lima R.S., Fonseca R.B. and Cavaleiro A.J.A. // Thermal spray coatings for marine environments: a review. Coatings. Vol. 8. № 12. P. 440. 2018.
26. Plahotnyk V.A., Konskaya A.A. (2013) Determination of the temperature field in the surface layer of the workpiece during thermofriction cutting. Bulletin of the East Ukrainian National University named after V. Dalya, 4, 150-152 [in Russian].
27. Chichko A.N., Kukui D.M., Sobolev V.F., Lykhouzov S.G., Sachek O.A. (2012) Modeling of the heating and cooling processes of parts based on the three-dimensional equation of heat conduction in Proterm-1 SAE. Casting and metallurgy. 1. 65-70 [in Russian].
28. Zhuravchak L., Kruk O. (2013) Mathematical modeling of the heat field distribution in a parallelepiped taking into account complex heat exchange at its boundary and internal sources. Bulletin of the National University of Lviv Polytechnic. Computer science and information technology, 771, 291-302 [in Ukrainian].
29. Nikolskyi, O.I., Sheremeta O.P. (2017). Modeling of thermal processes in REA: training manual. Vinnytsia: VNTU, P. 116.
30. Weman K. 1 - Arc welding – an overview. Welding Processes Handbook, Woodhead Publishing. 2003. P. 1-25.
31. Vural M. Welding Processes and Technologies. Comprehensive Materials Processing, edited by Saleem Hashmi, Gilmar Ferreira Batalha, Chester J. Van Tyne and Bekir Yilbas, Elsevier, Oxford. 2014. P. 3-48.
32. Guimaraes P.B. Et al. Obtaining Temperature Fields as a Function of Efficiency in TIG Welding by Numerical Modeling. Thermal Engineering. 2011. 10. P. 50-54.
33. Kopylov V.Y., Smirnov I.V., Seliverstov I.A., Davydov A.A. (2008) Investigations of parameters of plasma flows of a vacuum arc discharge during plating of powders. Probl. Techniques, 1, 63-78 [in Russian].
34. Kotelnikov V.A., Kotelnikov M.V. (2008) Cylindrical probe in a flow of slowly moving collisional plasma. TVT, 3, 342—346 [in Russian].
35. Paton B.E. (2005) Modern achievements in the area of conflict and related processes. Automatic conflict, 8, 3-19 [in Russian].
36. Restoration of machine parts: reference book / Panteleenko F.I., Lyalyakin V.L., Ivanov V.P.,Konstantinov V.M. // editor. Ivanov V.P. Moscow: Mashinostroenie, 2003. 672 p. [in Russian].
37. Hladkyi P.V. Plasma coating / P.V. Hladkyi, E.F. Perepletchikov, I.A. Ryabtsev. K.: Ekotehnologiya, 2007. 292 p. [in Russian].
38. Kamel G.I. Technological processes and complexes of restoration and strengthening of parts: lecture notes / G.I. Kamel, V.M. Milyutin. Dniprodzerzhynsk: DDTU, 2014, 167 p. [in Ukrainian].
39. Zusyn V.Ya. Welding and surfacing of aluminum and ego alloys / V.Ya. Zusyn, V.A. Serenko. Mariupol: Renata Publishing House, 2004,468 p. [in Russian].
40. Korzh V.M. (2005) Application of coating : educational guide. K.: Aristei, 204 p. [in Russian].
41. Kuskov, Yu.M., Skorokhodov V.N., Ryabtsev I.A., Sarychev I.S. (2001) Electroslag coating. M.: Nauka i tekhnologiya, 180 p. [in Russian].
42. Ryabtsev I.A. (2004) Coating of machine and mechanism parts. K.: Ecotechnology, 160 p. [in Russian].
43. Burennikov, Yu.A. B91 New materials and composites: a study guide. Yu.A. Burennikov, I.O. Sivak, S.I. Sukhorukov, Vinnytsia: VNTU, 2013, 161p. [in Ukrainian].
44. Kopan V. Composite materials [scientific manual]. K.: Pulsary, 2004, 193 p. [in Ukrainian].
45. Gogaev K.A., Ulshin V.I. Powder metallurgy of tool steels. Donetsk: Knowledge, 2012 [in Russian].
46. Ulshin V.I., Gogaev K.O., Ulshin S.V. (2009) Effect of high cooling rates on structure formation and mechanical properties of tool materials. Powder metallurgy, 9/10, 72-80 [In Ukrainian].
47. Gogaev K.A., Voloshchenko S.M., Podrezov Y.N. (2016) Technological principles of obtaining composite modifiers by rolling powder mixtures. Powder modifying mixtures. Composition, structure, properties. Powder metallurgy, 5/6, 27-36 [in Russian].
48. Yermolaev, G.V. Strength of welded joints. Mykolaiv: NUK, 2007, 220 p. [in Ukrainian].
49. Makhnenko, V.I. Resource of safe operation of welded joints and nodes of modern structures. K.: Naukova dumka, 2006. 620 p. [in Russian].
50. Makhnenko V.I., Yermolaev G.V., Kvasnytskyi V.V., Labartkava A.V. Stresses and deformations during welding. Mykolaiv: NUK, 2011, 240 p. [in Ukrainian].
51. Sigova V.I. Methods of local surface treatment of machine parts: Training manual. Sigova V.I., Rudenko P.V. Sumy: Publishing House of Sumy State University, 2008, 218 p. [in Ukrainian].
52. Korytov M.S. Physico-chemical processes in the processing of metals: Methodological instructions and control tasks for the discipline «Physico- chemical processes in the processing of metals». Omsk: SybADI, 2011, 12 p. [in Russian].
53. Bakan, E. Ceramic Top Coats of Plasma-Sprayed Thermal Barrier Coatings: Materials, Processes, and Properties / E. Bakan, R. Vaßen // Journal of Thermal Spray Technology. 2017. Vol. 26.– P. 992-1010.
54. Thermal Plasma Spraying Applied on Solid Oxide Fuel Cells / D. Soysal, J. Arnold, P. Szabo [et al.] // Journal of Thermal Spray Technology. 2013. Vol. 22 (5). P. 588-598.
55. Demands, Potentials, and Economic Aspects of Thermal Spraying with Suspensions: A Critical Review / F.-L. Toma, A. Potthoff, L.-M. Berger, C. Leyens // Journal of Thermal Spray Technology. 2015. Vol. 24 (7). P. 1143-1152.
56. Liquid Feedstock Plasma Spraying: An Emerging Process for Advanced Thermal Barrier Coatings / N. Markocsan, M. Gupta, S. Joshi [et al.] // Journal of Thermal Spray Technology. 2017. Vol. 26 (7). P. 1104-1114.
57. Jordan, E. The Solution Precursor Plasma Spray (SPPS) Process: A Review with Energy Considerations / E. Jordan, C. Jiang, M. Gell // Journal Thermal Spray Technology. 2015. Vol. 24 (7). P. 1153-1165.
58. The key process parameters influencing formation of columnar micro- structure in suspen-sion plasma sprayed zirconia coatings / P. Sokołowski, S. Kozerski, L. Pawłowski, A. Ambroziak // Surface & Coatings Technology. 2014. Vol. 260. P. 97-106.
59. Characterization of Microstructure and Thermal Properties of YSZ Coatings Obtained by Axial Suspension Plasma Spraying (ASPS) / A. Ganvir, N. Curry, S. Björklund [et al.] // Journal Thermal Spray Technology. 2015. Vol. 24 (7). P. 1195-1204.
60. Three-Dimensional Analysis of the Suspension Plasma Spray Impinging on a Flat Sub-strate / M. Jadidi, M. Mousavi, S. Moghtadernejad, A.A. Dolata- badi // Journal Thermal Spray Technology. 2015. Vol. 24 (1-2). P. 11-23.
61. Thermal-barrier coatings for more efficient gas-turbine engines: special issue MRS Bulletin. 2012. Vol. 37 (10). 273 p.
62. Application of Suspension Plasma Spraying (SPS) for Manufacture of Ceramic Coatings / H. Kassner, R. Siegert, D. Hathiramani [et al.] // Journal Thermal Spray Technology. 2008. Vol. 17 (1). P. 115-123.
63. Belyaev V.V., Gulyaev I.P. (2018) Verification of a numerical model of gas dynamics of supersonic air-air plasma flow. High-performance computing systems and technologies, 2(9), 47-53. [in Russian].
64. Gulyaev, P.Yu., Gulyaev I.P. (2009) Modeling of technological processes of plasma sputtering covered with nano-sized thickness. Control systems and information technologies, Vol. 35, 1-1, 144-148. [in Russian].
65. Boronenko, M.P., Gulyaev, P.Yu., Trifonov A.L. (2012) Determination of the fundamental flow diagram of a laminar plasmatron with constant powder supply. Bulletin of the Yugorsk State University, 2(25), 16-20. [in Russian].
66. Boronenko, M.P., Gulyaev, P.Yu., Seregin A.E. (2014) Measurement of the velocity and temperature of particles in the flow of low-temperature plasma. Bulletins of higher educational institutions. Physics, Vol. 57, 3-2, 70-73. [in Russian].
67. Thermal analysis of reaction producing KXTiO2 / K. Borodina, S. Sorokina, N. Blinova [et al.] // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2018. Vol. 131. P. 561-566.
68. Khennane, A. (2013) Introduction to Finite Element Analysis Using MATLAB® and Abaqus. CRC Press. Taylor & Francis Group.
69. Pryor, R.W. (2011) Multiphysics modeling using COMSOL: a first principles approach. Jones and Bartlett Publishers.
70. Xiaolin Chen, Yijun Liu (2019) Finite Element Modeling and Simulation with ANSYS Workbench. Second Edition. CRC Press Taylor & Francis Group.