МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ СФЕРОЇДИЗАЦІЇ ЧАСТИНОК ПОРОШКУ ПЛАЗМОВО-ДУГОВИМ МЕТОДОМ

Abstract

Багато сучасних технологічних процесів вимагають використання металевих, керамічних та метало-керамічних порошків, частинки яких мають ідеальну сферичну форму. Отже, виникає задача ефективної сфероїдизації порошків, що використовуються. Найбільш ефективним способом сфероїдизації є обробка порошку в потоці низькотемпературної плазми. Для отримання частинок ідеальної сферичної форми необхідно, щоб до кінця дистанції частинка мала мінімальну швидкість і температуру, щоб уникнути деформації під час удару об поверхню для збору порошку. Крім того, в процесі польоту частинка повинна повністю розплавитись, але не досягати температури випаровування, а потім затвердіти. Задача моделювання процесу сфероїдизації частинок порошку плазмово-дуговим методом зводиться до визначення швидкості і температури частинки в потоці низькотемпературної плазми з урахуванням зміни її агрегатного стану. Визначення швидкості частинки проведено з урахуванням того, що єдиною силою, що діє на неї, є сила аеродинамічного опору. Швидкість плазмового потоку апроксимуємо експоненціальною функцією. В результаті, отримуємо неявний розв’язок диференціального рівняння для визначення швидкості частинки вздовж дистанції. Для дослідження температурного режиму розглядаємо п'ять ділянок дистанції. На першій з них (розігрів частинки до температури плавлення) використовуємо для визначення температури рівняння теплового балансу. Друга ділянка – процес плавлення частинки. Тут ми визначаємо час плавлення частинки, виходячи з рівняння теплового балансу, за умови відсутності теплового потоку на межі фазового переходу. Третя ділянка – політ частинки в розплавленому стані. Для моделювання процесу розв’язуємо крайову задачу для одновимірного рівняння теплопровідності для сферичного тіла, апроксимуючи температуру плазми кубічними сплайнами. Для четвертої ділянки (затвердіння частки) використана та ж модель, що і для другого. А на п'ятому (охолодження частки) - такий самий підхід, що й на третьому. На завершення наведені результати для частинок титану діаметром 10 мкм.