Содержание
1.1 Расчёт ионного тока насыщения 4
1.2 Расчёт потоков ионов металла и атомов молекулярного газа в произвольной точке на единицу площади в единицу времени ni, nг 5
1.3 Расчёт толщины двойного слоя, определяемой дебаевским радиусом экранирования лD 6
1.4 Расчёт энергии, выделяемой на поверхности конденсации за единицу времени Дq 6
1.5 Расчёт количества газа, вступившего в реакцию с металлом nx 7
1.6 Расчёт порогового значения потенциала подложки Uпкр 9
1.7 Расчёт содержания неметалла Cx в соединении NbC 9
1.8 Вывод 9
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ 11
2.1. Расчёт электрохимического эквивалента обрабатываемого 12
материала 12
2.2. Электропроводность рабочей жидкости 13
2.3 Расчёт скорости анодного растворения 13
2.4 Расчёт величины технологического тока и плотности тока 14
2.5 Расчёт минимально необходимой скорости течения электролита 14
2.6 Расчёт необходимого перепада давления при перемещении 16
электролита в зазоре 16
2.7 Расчёт расхода электролита 16
2.8 Расчёт размеров формообразующей части электрода-инструмента 17
2.9 Расчёт площади сечения токоподвода 19
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ ПРИ СВАРКЕ ПОКРЫТИЯ ПЛАЗМЕННО-ДУГОВЫМ МЕТОДОМ 20
3.1 Теоретическая часть 20
3.2 Расчет параметров обработки 23
3.3 Построение зависимости температурных полей предельного состояния при изменении технологических параметров обработки 24
3.4 Расчет зависимости времени пребывания выше температуры закалки от параметров обработки 29
3.5 Построение зависимостей изменения глубины зон проплавления, закалки и отпуска в зависимости от параметров обработки 31
3.6 Вывод 31
Список литературы 32
Приложение 33
1.РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЦЕССОВ НА ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДОГО ТЕЛА ПРИ ВАКУУМНОЙ ИОННО-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКЕ
Исходные данные:
Pгаза=2,7·10-4 мм рт. ст.;
Uп=180 В;
Tст=300 К;
Tп=500°С=773 К;
Iр=130 А;
Соединение: NbC.
Необходимо определить:
1)ионный ток насыщения ji max;
2)толщину двойного слоя, определяемую дебаевским радиусом экранирования лD;
3)потоки ионов металла и атомов молекулярного газа в произвольной точке на единицу площади в единицу времени ni, nг ;
4)энергию, выделяемую на поверхности конденсации за единицу времени Дq;
5)количество газа, вступившего в реакцию с металлом nx;
6)пороговое значение потенциала подложки Uпкр.
7)содержание неметалла Cx в соединении NbC;
1.1 Расчёт ионного тока насыщения
Важнейшей областью применения стационарного дугового разряда низкого давления является его использование для получения покрытий, в частности покрытий на основе химических соединений (карбидов, нитридов, окислов и т. п.). Характер и эффективность плазмохимических реакций в процессе синтеза покрытий данным методом в значительной мере определяется параметрами конденсируемого плазменного потока. При подаче на обрабатываемую поверхность, находящуюся в плазме, достаточно высокого отрицательного потенциала на поверхность поступает ионный ток насыщения, величина которого определяется по формуле [11, c.18]:
, (1.1)
где мр – коэффициент эрозии катода, мр = 20·10-9 кг/Кл [11, с. 57];
– среднее зарядовое число ионов, 
= 1,64 [11, с. 57];
mi – масса конденсирующегося иона, mi = 154,197·10-27 кг [11, с. 57];
Rk – радиус катода, Rk = 0,04 м [7, стр. 150];
Ip – ток дуги, А;
l – расстояние от торца катода до обрабатываемой поверхности, l = 0,15 м [7, стр. 149].
.
1.2 Расчёт потоков ионов металла и атомов молекулярного газа в произвольной точке на единицу площади в единицу времени ni, nг
Потоки ионов металла и молекулярного газа в произвольной точке на единицу площади в единицу времени определяются соотношениями [11, с.19]
, (1.3)
, (1.4)
где бк – коэффициент конденсации (бк=1);
k – постоянная Больцмана, k = 1,38·10-23 Дж/К;
Рг – давление газа, Рг = 0,0266 Па;
m – масса молекулы (для молекулярного газа) или атома (для атомарного газа);
Т – температура газа, T = 300 K;
ji – плотность тока;
Выполнив подстановку получим:
1.3 Расчёт толщины двойного слоя, определяемой дебаевским радиусом экранирования лD
Поверхность в плазме оказывается окруженной слоем из положительных ионов двойного слоя. Толщина двойного слоя определяется дебаевским радиусом экранирования [11, с.19];
, (1.2)
где k – постоянная Больцмана, k = 1,38⋅10-23Дж/К;
Te – температура электрона, (Te = 4 эВ);
При этом практически вся разность потенциалов между поверхностью и плазмой сосредотачивается в двойном слое, в котором ионы ускоряются. У иона, сталкивающегося с поверхностью, имеется большой выбор в конечном исходе процесса столкновения. Вероятность каждого из процессов сложным образом зависит от свойств самого иона (масса, величина заряда), скорости его движения и угла столкновения с поверхностью, а также от состава, температуры, физико-энергетических свойств и топографии поверхностного слоя. Такая многопараметрическая зависимость, безусловно, препятствует детальному пониманию процессов, протекающих при контакте плазмы о поверхностью. В то же время это расширяет диапазон возможностей плазменных технологий, обеспечивающих преобладающую роль тех или иных конкретных элементарных процессов, и соответственно, тех или иных свойств покрытий.
1.4 Расчёт энергии, выделяемой на поверхности конденсации за единицу времени Дq
На поверхности конденсации за единицу времени выделится энергия, определяемая соотношением [11, с.20]:
, (1.5)
где Uп – отрицательное напряжение смещения на подложке относительно плазмы, В;
– средняя энергия ионов, Дж (для Nb 
= 49·10-19 Дж); [11, с.57];
Qк – энергия, выделяющаяся при конденсации одного иона, Дж;
, (1.6)
где QИ – теплота испарения металла (для Nb QИ = 680 кДж/моль);
Na – число Авогадро, Na = 6,022·1023 моль-1;
Тогда энергия на поверхности конденсации за единицу времени
1.5 Расчёт количества газа, вступившего в реакцию с металлом nx
В непрерывном стационарном режиме работы, если тепло отводится за счет излучения и часть подведенной энергии идет на образование химических соединений и диссоциацию молекул газа, затраченная энергия будет определяться соотношением [11, c. 20]:
,
где nx – количество газа, вступившего в реакцию;
Тст – температура стенок камеры;
еr – интегральный коэффициент излучения наносимого материала;
Qp – потенциальный барьер реакции;
Тп – температура подложки;
у - постоянная Стефана-Больцмана.
Выражение для выделяющейся мощности совместно с условием отвода тепла от изделия определяет его тепловой баланс [11, c. 20]:
или
Количество газа, вступившего в реакцию с металлом, рассчитывается по формуле [11, с.21]
, (1.7)
где Тст – температура стенок камеры, Тст = 300 К;
еr – интегральный коэффициент излучения наносимого материала, еr = 0,07;
Qp – потенциальный барьер реакции;
Тп – температура подложки, Тп = 773 K ;
у – постоянная Стефана-Больцмана, у = 5,67⋅10-8 Дж/с·м2·К4;
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 |
