CC BY
23
Просьба ссылаться на эту статью в русскоязычных источниках следующим образом:
Перспективы применения плазменной металлизации для аддитивного формирования заготовок изделий из различных групп материалов / Ю.Д. Щицын, Д.С. Белинин, Т.В. Ольшанская, А.В. Казанцев, С. Д. Неулыбин, С.Г. Никулина, К.П. Карунакаран, М.В. Пичкалев, В.А. Моргунов // Вестник ПНИПУ. Машиностроение. Материаловедение. -2022. - Т. 24, № 4 - С. 56-66. DOI: 10.15593/2224-9877/2022.4.07
Please cite this article in English as:
Shchitsyn Yu.D., Belinin D.S., Olshanskaya T.V., Kazantsev A.V., Neulybin S.D., Nikulina S.G., Karunakaran K.P., Pichkalev M.V., Morgunov V.A. Prospects for the application of plasma metallization for the additive formation of workpieces of products from various groups of materials. Bulletin of PNRPU. Mechanical engineering, materials science. 2022, vol. 24, no. 4, pp. 56-66. DOI: 10.15593/2224-9877/2022.4.07
ВЕСТНИК ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение
Т. 24, № 4, 2022 Bulletin PNRPU. Mechanical engineering, materials science
http://vestnik.pstu.ru/mm/about/inf/
Научная статья
DOI: 10.15593/2224-9877/2022.4.07 УДК 621.79
1 14 1 1 1
Ю.Д. Щицын , Д.С. Белинин ' , Т.В. Ольшанская , А.В. Казанцев , С.Д. Неулыбин , С.Г. Никулина1, К.П. Карунакаран2, М.В. Пичкалев3, В.А. Моргунов4
1 Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия 2Индийский технологический институт Бомбея, Бомбей, Индия 3Пермский научно-исследовательского института сельского
хозяйства ПФИЦ УрО РАН, Пермь, Россия 4Пермский военный институт войск национальной гвардии Российской Федерации, Пермь, Россия
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПЛАЗМЕННОЙ МЕТАЛЛИЗАЦИИ ДЛЯ АДДИТИВНОГО ФОРМИРОВАНИЯ ЗАГОТОВОК ИЗДЕЛИЙ ИЗ РАЗЛИЧНЫХ ГРУПП МАТЕРИАЛОВ
Проблема повышения качества металлических материалов при аддитивном формировании заготовок является актуальной задачей. Аддитивные технологии представляют интерес для отраслей, связанных с изготовлением и эксплуатацией сложных изделий из материалов с особыми свойствами: авиация, космос, специальное машиностроение, химия и др. Аддитивные технологии, основанные на плавлении исходного материала, сталкиваются с серьезными проблемами обеспечения качества формируемого материала, которые, в первую очередь, связаны с перегревом материала в рабочей зоне и нестационарной тепловой обстановкой в процессе формирования изделия. Сопутствующими проблемами являются остаточные внутренние напряжения, пластические деформации, ограниченная производительность и др.
Возможность формирования монолитных изделий значительных габаритов и массы с заданными характеристиками материала послойной плазменной металлизацией на сегодняшний день практически не изучена. Дефектность, химический состав, структура и свойства материала, формируемого плазменной металлизацией, определяются термохимическими и газокинетическими процессами на всех стадиях - от плавления и распыления проволоки до соударения частиц на подложке и формирования монолита. Поэтому детальное изучение и разработка алгоритмов управления всеми стадиями процесса плазменной металлизации при аддитивном формировании заготовок позволит создавать материалы с заданными свойствами.
Решение проблемы формирования монолитного бездефектного материала с управляемым химическим составом, структурой и свойствами послойной плазменной металлизацией решит проблему изготовления габаритных изделий с развитой поверхностью, работающих в тяжелых условиях, обеспечит высокую производительность процесса, снижение остаточных внутренних напряжений и пластических деформаций при аддитивном производстве изделий специального назначения.
В статье рассматриваются процессы формирования заготовок продуктами распыления пруткового материала. Проанализированы стадии распыления пруткового материала, установлены закономерности формирования капель и размера распыляемых частиц от входных параметров процесса и конфигурации плазмотрона. Приведены металлографические исследования и микроструктура полученных заготовок из различных групп материалов.
Ключевые слова: плазмотрон, аддитивные технологии, плазменная металлизация, конструкционные материалы, цветные сплавы, прямая и обратная полярность тока, плазменная дуга, распыление, проволочные материалы.
Yu.D. Shchitsyn1, D.S. Belinin1'4, T.V. Olshanskaya1, A.V. Kazantsev1, S.D. Neulybin1, S.G. Nikulina1, K.P. Karunakaran2, M.V. Pichkalev3, V.A. Morgunov4
1Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation 2Indian Institute of Technology Bombay, Bombay, India 3Perm Research Institute of Agriculture, PFRC, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Perm, Russian Federation 4Perm Military Institute of the National Guard Troops of the Russian Federation, Perm, Russian Federation
PROSPECTS FOR THE APPLICATION OF PLASMA METALLIZATION FOR THE ADDITIVE FORMATION OF WORKPIECES OF PRODUCTS FROM VARIOUS GROUPS OF MATERIALS
The problem of improving the quality of metallic materials in the additive formation of workpieces is an urgent task. Additive technologies are of interest to industries associated with the manufacture and operation of complex products from materials with special properties: aviation, space, special engineering, chemistry, etc. Additive technologies based on the melting of the source material face serious problems in ensuring the quality of the formed material, which , primarily associated with overheating of the material in the working area and non-stationary thermal conditions in the process of product formation. Associated problems are - residual internal stresses, plastic deformations, limited productivity, etc.
The possibility of forming monolithic products of significant dimensions and mass with specified characteristics of the material by layer-by-layer plasma metallization has not been practically studied to date. particles on the substrate and the formation of a monolith. Therefore, a detailed study and development of control algorithms for all stages of the plasma metallization process in the case of additive formation of workpieces will make it possible to create materials with desired properties.
Solving the problem of forming a monolithic, defect-free material with a controlled chemical composition, structure and properties by layer-by-layer plasma metallization will solve the problem of manufacturing dimensional products with a developed surface operating in difficult conditions, ensure high process productivity, reduce residual internal stresses and plastic deformations in the additive manufacturing of special-purpose products .
The article considers the processes of blank formation by the products of bar material spraying. The stages of sputtering of bar material are analyzed, regularities of droplet formation and the size of sprayed particles are established depending on the input parameters of the process and the configuration of the plasma torch. Metallographic studies and the microstructure of the obtained workpieces from various groups of materials are given.
Keywords: plasma torch, additive technologies, plasma metallization, structural materials, non-ferrous alloys, direct and reverse current polarity, plasma arc, sputtering, wire materials.
Разработка новых материалов и технологий производства деталей сложной формы, обладающих уникальными эксплуатационными характеристиками и работающих в условиях высоких термических и механических нагрузок, является одной из актуальных проблем развития ракетно-космической техники, машиностроения, металлургии, автомобильной, медицинской, электронной и др. отраслей [1].
При аддитивном выращивании приходится сталкиваться с необходимостью формировать заготовки различной формы и размеров. Это могут быть как толстостенные, значительные по высоте изделия, так и тонкостенные оболочковые конструкции со сложной кривизной поверхности [1]. При послойном формировании заготовок в условиях нестационарного термического цикла создаются практически новые материалы со специфическим строением и особыми свойствами. На сегодняшний день разработано более 20 способов аддитивного производства. Базу аддитивного производства металлических заготовок составляют технологии в основе которых заложено плавление подаваемого материала (БЕО, РББ, БМБ и др.). Наибольшее применение нашли технологии с расплавлением присадочных материалов [1-3].
Для расплавления присадочных материалов могут использоваться различные источники тепла
- лазер, электронный луч, электродуговые и плазменные источники [1; 4]. В качестве присадочного материала, который служит для построения заготовки могут быть использованы проволока, металлический порошок, а также комбинация порошка и проволоки. Обеспечение качества формируемой заготовки, в том числе требуемых механических характеристик в основном обеспечивается корректным термическим циклом наплавки [5; 6].
Ряд исследователей предполагает, что перспективным видится использование металлической проволоки в качестве присадочного материала, что в свою очередь повышает производительность процесса, снижает себестоимость изготовления [7-9].
Исследования в области изучения пористости показывают, что доля пор в зависимости от режимов наплавки может составлять до 15 % для алюминиевых сплавов [10-13], следовательно актуальными видятся исследования, направленные на обеспечение мелкодисперсной структуры и снижение дефектности.
Газотермическое напыление и металлизация обеспечивают высокую производительность, дают широкие возможности по регулированию химического состава в наносимых слоях, кроме того значительно снижается нагрев формируемого изделия. Однако положительного опыта получения качест-
венного материала при аддитивном формировании толстостенных габаритных заготовок газотермическим напылением и металлизацией на сегодняшний день нет (толщина создаваемых покрытий от долей миллиметра до нескольких миллиметров). Имеются сведения о работах специалистов национального исследовательского технологического университета «МИСиС» и Лионского университета по применению метода холодного газодинамического напыления (ХГН) в аддитивных технологиях ремонта элементов авиационных двигателей. Проводятся исследования возможности создания ме-таллокерамических структур на основе комбинированной аддитивной технологии холодного газодинамического напыления с последующим лазерным переплавом [14-16]. В качестве исходных материалов могут использоваться однокомпо-нентные порошки и смеси. На сегодняшний день получение габаритных изделий при послойной металлизации сдерживается внутренней дефектностью формируемого материала, которая определяет эксплуатационные характеристики.
Изучение закономерностей формирования монолитной структуры с обеспечением бездефектности и требуемых механических свойств при плазменной металлизации является актуальной задачей.
Цель работы - исследование возможности создания новых металлических материалов с улучшенными эксплуатационными характеристиками при аддитивном формировании изделий, получаемых послойной плазменной металлизацией. Термохимические и газокинетические процессы при распылении проволоки и переносе частиц определяют закономерности управления химическим составом, структурой и свойствами материалов при аддитивном формировании изделий, получаемых послойной плазменной металлизацией одной проволокой и при одновременной или последовательной подаче нескольких проволок одного или различного состава.
Повысить эксплуатационные характеристики материала при послойной плазменной металлизации можно созданием условий получения «чистых» металлов и сплавов и управлением химическим, структурным и фазовым составом формируемого материала (дополнительное легирование, формирование нитридов, карбидов оксидов металлов, образование интерметаллидов и др.).
Опыт авторского коллектива в области получения чистых металлических порошков [17-19] позволяет сделать вывод, что при определенных условиях можно формировать качественный материал при послойной плазменной металлизации (плазменном распылении проволочных материалов). Послойная плазменная металлизация позволит получать габаритные изделия нанесением рас-
пыляемого материала на модель или методом свободного формирования.
Процесс формирования заготовок продуктами распыления проволоки при воздействии низкотемпературной плазмы включает четыре стадии: I -образование дисперсных частиц; II - движение и теплообмен частиц в потоке плазмы; III - движение и теплообмен частиц в среде; IV - сбор частиц и формирование заготовки (рис. 1) [17].
I
jIl 11 • • ■ •
... III
... . . ...
Рис. 1. Стадии плазменного распыления проволочного материала: I - образование дисперсных частиц;
II - движение и теплообмен частиц в потоке плазмы;
III - движение и теплообмен частиц в среде;
IV - сбор частиц и формирование заготовки
При взаимодействии плазменной струи с присадочным материалом дуга нагревает проволоки, образуя мелкодисперсные капли металла. Параметры дуги определяются параметрами электроплазменного процесса, а процесс каплеобразования зависит от свойств материала. Плазменный поток разгоняет частицы и нагревает их. Частица, приобретая скорость и температуру от плазменного потока, движется в окружающей среде до поверхности изделия. После столкновения частицы с поверхностью происходит слипание с другими частицами и формирования слоя [17].
Нагрев проволоки и ее плавление происходят за счет теплоты дуги и джоулева тепла, выделяемого в вылете проволоки (рис. 2, а). Процесс существования капли на торце проволоки характеризуется более коротким периодом по сравнению с плавлением сварочного электрода или проволоки в защитных газах (рис. 2, б). Это объясняется значительными силами, действующими на каплю, со стороны нагретого до высокой температуры газового потока. Отрыв капли от торца проволоки осуществляется в результате действия различных
сил: давления дуги, реактивных сил при испарении металла и выделении газов, гравитационных сил, силы поверхностного натяжения, электродинамических сил и др. (рис. 2, в). В момент отрыва капля характеризуется определенными размерами, температурой и начальной скоростью [17].
Выявлены зависимости размера частиц от мощности и расходов газов [20-24]. Учитывались диаметры распыляемых проволок и сопел. Таким образом, диаметр частиц предлагается определять по формуле
d = n-°'dnp Чт
+ F,
(1)
где с - коэффициент поверхностного натяжения материала проволоки при заданной температуре в месте приложения силы, Дж/м2; dпр - диаметр проволоки, м.
Сила давления плазмообразующего газа (сила давления стабилизирующего газа рассчитывается аналогично) [21]:
F = M v ,
пл пл пл'
(2)
где Мпл, Мст - масса плазмообразующего и стабилизирующего газа, проходящая через заданное сечение в единицу времени, кг/с; Упл, Уст - скорость плазмообразующего и стабилизирующего газа в заданном сечении, м/с.
Масса плазмообразующего газа, проходящего в единицу времени (масса стабилизирующего газа рассчитывается аналогично) [17]:
Мпл =-
Q ■ р •10-плпл
6
(3)
где Qпп, Qст - расход плазмообразующего и стабилизирующего газа, л/мин; рпл, рст - плотность плазмообразующего и стабилизирующего газа, кг/м3.
Кроме того, значительное влияние на размер капель оказывает мощность плазменной дуги.
Для проведения экспериментальных исследований была разработана и собрана установка для реализации процессов аддитивного формирования заготовок изделий с помощью плазменной металлизации (рис. 3).
Камера распыления является составной, канальная вентиляция применена для «гашения» влияния процессов вытяжки воздуха на движение частиц к подложке. В камере распыления проходят процессы образования, движения, теплообмена частиц в потоке плазмы и в атмосфере камеры [17]. Внизу камеры устанавливается подложка, на которой формируется материал. В верхней части камеры находится узел распыления. В блоке распыления происходит процесс нагрева и распыления проволоки. Наблюдение и контроль за процессом распыления осуществляется с помощью смотрового окна, на котором установлен светофильтр. Скорость подачи проволоки регулируется в пределах от 0,5 до 35 м/мин.
Подключение плазмотрона может осуществляться на прямой и обратной полярности тока (рис. 4).
В плазмотроне используется раздельная система подачи плазмообразующего и стабилизирующего газов. Источниками плазмообразующего газа служат баллоны с аргоном. В качестве стабилизирующего газа может использоваться как аргон, так и сжатый воздух.
а б в
Рис. 2. Плазменное распыление пруткового материала [25]: а - принципиальная схема взаимодействия плазменной струи и проволоки; б - этапы образования капли; в - расчетная схема отрыва капли при плазменном распылении; hm-эл, hnn_CT, Аст-из - расстояние между плазмообразующим соплом и электродом, плазмообразующим и стабилизирующим соплом, стабилизирующим соплом и изделием, т.е. проволокой; Q^, QCT - подача плазмообразующего и стабилизирующего газа соответственно; й^, dст - диаметр плазмообразующего, стабилизирующего сопла соответственно; - диаметр проволоки; d4 - диаметр частицы; Vnn - скорость плазменной струи; V„„ - скорость подачи проволоки; V4, Vx, Vy -суммарная, радиальная и осевая скорости частицы; F.I - сила тяжести; Fv - сила реактивного давления паров электродного металла; F^ - сила поверхностного натяжения (F^, F^ - осевая и радиальная составляющие); F^ - осевая электродинамическая сила; Fэдр - радиальная составляющая электродинамической силы; F„n - сила давления плазменного потока; FCT - сила давления стабилизирующего газа; 1 - плазмотрон; 2 - изделие; 3 - источники питания
4
5
у-сг
Рис. 3. Схема установки плазменной металлизации: 1 - источник питания плазменной струи; 2 - баллоны с аргоном и сжатым воздухом; 3 - камера с канальной вытяжкой воздуха и устройством перемещения плазмотрона относительно подложки; 4 - плазмотрон; 5 - магистраль подачи водяного охлаждения плазмотрона; 6 - слив воды; 7 - устройство подачи и правки проволоки; 8 - катушка с проволочным материалом
г з 4 5 б 7 г з * в б ?
Рис. 4. Схема подключения плазмотрона для распыления проволочного материала: а - прямая полярность; б - обратная полярность
Ю 20 е- 30 <-м Л/мин 50
Рис. 5. Зависимость диаметра частиц 09Г2С от расхода плазмообразующего (сплошная) и стабилизирующего (штриховая) газа сплошные: расход стабилизирующего газа (ток дуги, ^ = 120 А; диаметр плазмообразующего сопла, й?п = 1,2 мм; диаметр стабилизирующего сопла ¿с = 4 мм): 1,3-5 л/мин, 2,4-15; диаметр проволоки: 1,2-2^ 10-3 м; 3,4-1-10-3м; штриховые: расход плазмообразующего газа: 1,3-5, 2,4-15 л/мин; диаметр проволоки: 1,2-2-10-3 м; 3,4-1-10-3 м
Проведенные эксперименты показали, что увеличение мощности плазменной дуги и расходов газов приводит к уменьшению размера частиц. Расход плазмообразующего газа влияет более интенсивно, чем расход стабилизирующего.
Размер образующихся частиц в зависимости от расходов плазмообразующего и стабилизирующего газов (аргон) приведен на рис. 5.
Для металлографических исследований и проведения механических испытаний выращивались образцы послойной плазменной металлизацией (рис. 6).
Для оценки эффективности и качества предлагаемого метода на первом этапе было проведено исследование возможности получения «металлиза-ционного» материала из конструкционной стали 09Г2С. Аддитивное формирование проводилось как на прямой, так и на обратной полярности тока (см. рис. 4). В результате были получены образцы размером 120x15x12 мм. В качестве плазмообра-зующего газа использовался аргон, в качестве стабилизирующего - сжатый воздух. Микроструктура полученных образцов и параметры режима распыления представлены на рис. 7, 8 и в табл. 1, 2.
а б
Рис. 6. Вид процесса плазменной металлизации (а) и сформированного образца (б)
- Лч»* V. Тфс/Я S-.it Sf. "> ч ,»i. , ■ •
•'••V'-V' V
• tjg^ BS JÜt.^r Sa
f
ä« : ... "л. : ms,-..- v.
m ' щ
IM ite • Й' :
- i gptlfe^ Ш
Ж""
«ад
•л . ,
' V -.îm,; f
à h
v. '4
: Ms
к
.... . >Vbw
Я№ »".'s.
• - - ; .'-<
, • - . « • - - л
МШжШРй
"rÀ ^éÏ' У, ,- T.
Рис. 7. Микроструктура образца из стали 09Г2С полученного аддитивным формированием за счет плазменной металлизации на токе прямой полярности: а - микроструктура приповерхностного слоя, Х200; б - микроструктура тела образца, Х200; в - увеличение Х500
X ■ ч
г fe .А ' ' „v ;
-
• ».{VS. »Tv. -J____
■ ШЩЩтё
Рис. 8. Микроструктура образца из стали 09Г2С полученного аддитивным формированием
за счет плазменной металлизации на токе обратной полярности: а - микроструктура приповерхностного слоя, Х200; б - микроструктура тела образца, Х200; в - увеличение Х500
а
в
Таблица 1
Режимы металлизации для образца из стали 09Г2С, полученного на прямой полярности, дистанция металлизации 200 мм
Параметр Значение
I, А 130
Полярность Прямая
U, В 70
упп., м/мин 6,4
dn, мм 1,2
барг., л/мин 2
Рвозд., атм 4
Таблица 2
Режимы металлизации для образца из стали 09Г2С, полученного на обратной полярности, дистанция металлизации 200 мм
Таблица 3
Режимы металлизации для образца из бронзы БрХ08, полученного на прямой полярности, дистанция металлизации 200 мм
При анализе микроструктуры полученных образцов установлено, что в слоях формируется феррито-перлитная структура. При этом наблюдается образование феррита как равноосной, так и пластинчатой формы и выделение цементита правильной геометрической и игольчатой формы. Подобная феррито-перлитная микроструктура характерна для видманштеттовой структуры, которая образуется при высоких скоростях охлаждения аустенита в интервале температур А3 - А1. Размер видманштеттовой структуры зависит от размера исходного аустенитного зерна. При аддитивном формировании с помощью плазменной металлизации на прямой полярности тока формируется практически бездефектный материал с единичным количеством пор в приповерхностном слое, которые теоретически должны быть устранены при даль-
нейшей чистовой механической обработке. Микроструктура более крупная (рис. 7), по сравнению с металлизаций на обратной полярности, большая доля выделившегося цементита имеет правильную геометрическую форму (рис. 7, в). Использование обратной полярности позволяет получать более мелкодисперсную структуру, образовавшийся цементит имеет в основном игольчатую форму (рис. 8, в). Однако, в полученном слое присутствуют некоторые внутренние дефекты в виде единичных пор, предположительно это связано с особенностями катодных процессов на проволоке рассматриваемой марки.
Послойное формирование заготовок плазменной металлизацией было опробовано с использованием проволоки из бронзы БрХ08. Процесс вели на прямой полярности тока, так как при работе на обратной полярности происходило нарушение стабильности процесса плавления проволоки и гашение дуги. Были получены образцы размером 120*15x12 мм. В качестве плазмообразующего газа использовался аргон, в качестве стабилизирующего - сжатый воздух. Структура образца и параметры режима распыления представлены на рис. 9 и в табл. 3.
б
Рис. 9. Макро- (а) и микроструктура (б) образца из бронзы БрХ08, полученного аддитивным формированием за счет плазменной металлизации на токе прямой полярности: а - увеличение х30; б - увеличение х200
Параметр Значение
I, А 130
Полярность Обратная
U, В 70
упп., м/мин 6,7
dn, мм 1,2
барг., л/мин 2
Рвозд., атм 6
Параметр Значение
I, А 120
U, В 76,8
упп., м/мин 4,5
dn, мм 1,6
барг., л/мин 12
Рвозд., атм. 3
Микроструктурный анализ полученного «ме-таллизационного» материала БрХ08 показал, что покрытие имеет этом классическую многослойную структуру. Материал достаточно плотный и обладает высокой адгезией между слоями. Наблюдается незначительное количество пор и неоплавлен-ных частиц, сохранивших свою первоначальную округлую форму. Можно сделать вывод, что в сравнении с традиционными дуговыми способами наплавки структура «металлизационного» материала имеет более благоприятное строение с точки зрения дисперсности и внутренней дефектности.
Заключение
Полученные в результате проведенных исследований результаты позволяют сделать следующие выводы:
1. Разработана и собрана установка для реализации процессов аддитивного формирования заготовок изделий с помощью послойной плазменной металлизации.
2. Выявлены зависимости размера частиц от мощности плазменной дуги и расходов газов. Установлено, что увеличение мощности и расходов газов приводит к уменьшению размера частиц. Расход плазмообразующего газа оказывает большее влияние на размер частиц, чем расход стабилизирующего.
3. Установлено, что при аддитивном формировании с помощью плазменной металлизации на прямой полярности тока формируется практически бездефектный материал с единичным количеством пор в приповерхностном слое, которые теоретически должны быть устранены при чистовой механической обработке. Использование обратной полярности позволяет получать более мелкодисперсную структуру. Наличие в полученном материала дефектов в виде единичных пор предположительно связано с особенностями катодных процессов на проволоке рассматриваемой марки (09Г2С).
4. Опробована технология аддитивного формирования образцов из бронзы БрХ08 с помощью плазменной металлизации. Использование прямой полярности тока обеспечивает высокую стабильность процесса. Полученный материал имеет высокую плотность и хорошую адгезию между слоями. Наблюдается незначительное количество пор и неоплавленных частиц, сохранивших свою первоначальную округлую форму.
5. Структура исследованного «металлизаци-онного» материала имеет благоприятное строение с точки зрения дисперсности и внутренней дефектности.
Библиографический список
1. Терентьев С.А. Разработка технологии и оборудования аддитивного производства металлических изделий плазменной наплавкой плавящимся электродом: дис.... канд. техн. наук. - Пермь, 2019.
2. Investigation of the Benefits of Plasma Deposition for Additive Layer Manufacture of Ti-6Al-4V / F. Martina [et al.] // Journal of Materials Processing Technology. -2012. - Vol. 212. - P. 1377-1386.
3. Yilmaz O., Ugla A.A. Shaped metal deposition technique in additive manufacturing: A review // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. - 2016. - Vol. 230. -P. 1781-1798.
4. On the role of melt flow into the surface structure and porosity development during selective laser melting / C. Qui [et al.] // ActaMaterialia. - 2015. - Vol. 96. - P. 72-79.
5. Hybrid Layered Manufacturing using Tungsten Inert Gas Cladding / S. Kapil [et al.] // Progress in Additive Manufacturing. - 2016. - Vol. 1, № 1. - P. 79-91.
6. Build Orientation Optimization for Multi-Part Production in Additive Manufacturing / Y. Zhang [et al.] // Journal of Intelligent Manufacturing. - 2017. - Vol. 28, № 6. -P. 1393-1407.
7. Ding D. A practical path planning methodology for wire and arc additive manufacturing of thin-walled structures / D. Ding [et al.] // Robot. Comput. Integr. Manuf. - 2015. -Vol. 34. - P. 8-19.
8. Low cost integration of additive and subtractive processes for hybrid layered manufacturing / K.P. Karuna-karan [et al.] // Robot. Comput. Integr. Manuf. - 2010. -Vol. 26. - P. 490-499.
9. Jhavar S., Paul C.P., Jain N.K. Experimental investigation on geometrical aspects of micro-plasma deposited tool steel for repair applications // Int. J. Mod. Phys. Conf. Ser. - 2014. - Vol. 32. - P. 1460347.
10. Heat propagation of circular thin-walled parts fabricated in additive manufacturing using gas metal arc welding / J. Xiong [et al.] // J. Mater. Process. Technol. - 2018. -Vol. 251. - P. 12-19.
11. Wang H., Jiang W., Valant R.K.M. Solid Freeform Fabrication Based on Micro-Plasma Powder Deposition [Электронный ресурс]. - Электрон. дан. (471 Кб). - Res. Cent. Adv. Manuf. South. Methodist Univ. - 2003. - P. 6-8. -URL: https://pdfs.semanticscholar.org/e843/81a31dc4cf5f1 ea2c 1b3eb0b3f146528f9de.pdf (дата обращения: 27.09.2022).
12. Rapid prototyping of 4043 Al-alloy parts by VP-GTAW / H. Wang [et al.] // J. Mater. Process. Technol. -2004. - Vol. 148, № 1. - P. 93-102.
13. Yang D., He C., Zhang G. Forming characteristics of thin-wall steel parts by double electrode GMAW based additive manufacturing // J. Mater. Process. Technol. - 2016. -Vol. 227. - P. 153-160.
14. Creation of heterogeneous materials on the basis of B4C and Ni powders by the method of cold spraying with subsequent layer-by-layer laser treatment / V.M. Fomin, A.A. Golyshev, V.F. Kosarev, A.G. Malikov, M.A. Orishich, N.S. Ryashin, A.A. Filippov, V.S. Shikalov // J. Appl. Mech. Tech. Phys. - 2017. - Vol. 58, no. 5. - P. 947-955.
15. Corrosion performance of laser posttreated cold sprayed titanium coatings / T. Marrocco, T. Hussain, D.G. Mccortney, P. Shipway // J. Therm. Spray Technol. - 2011. -Vol. 20. - P. 909-917.
16. Cold spray deposition of 316L stainless steel coatings on aluminium surface with following laser post-treatment / A. Sova, S. Grigoriev, A.A. Okunkova, I. Smurov // Surf. Coat. Technol. - 2013. - Vol. 235. - P. 283-289.
17. Н.Н. Струков Разработка технологии плазменного распыления прутковых материалов в камере с про-тивопотоком: дис. ... канд. техн. наук. - Пермь: ПНИПУ, 2012. - 127 с.
18. Пат. России № 2532215. Устройство для получения металлических порошков / Ю.Д. Щицын, Н.Н. Струков, Д.С. Белинин, П.С. Кучев / МПК7 B22F9/14. 2013101299/02; заявл.10.01.13; опубл.27.10.14, Бюл. № 30.
19. Metallurgical Processes During Plasma Remelting of a Metallized Coating of the Fe-C-Cr-Ti-Al System / S.D. Neulybin, Y.D. Shchitsyn, V.S. Verkhorubov, Y.S. Korobov, M.A. Filippov, R.A. Savrai, N.N. Soboleva // Metallurgist = Металлург (Metallurg). - 2017. - Vol. 60, № 11-12. -P. 1202-1206
20. Лебедев В.А. Математическая модель формирования капель электродного металла при механизированной дуговой сварке с импульсной подачей электродной проволоки // Сварочное производство. - 2008. -№ 7. - С. 10-14.
21. Мчледов С.М. Газотермические покрытия в технологии упрочнения и восстановления деталей машин. Ч.2: Плазменное напыление // Сварочное производство. - 2008. - № 5. - С. 36-48.
22. Щицын Ю.Д. Плазменные технологии в сварочном производстве: Ч. 1. - Пермь: Перм. гос. техн. унт, 2004. - 73 с.
23. Wire-feed additive manufacturing of metal components: technologies, developments and future interests / D. Ding [et al.] // Int. J. Adv. Manuf. Technol. - 2015. -Vol. 81. - P. 465-481.
References
1. Terent'ev S.A. Razrabotka tekhnologii i oborudovaniia additivnogo proizvodstva metallicheskikh izdelii plazmennoi naplavkoi plaviashchimsia elektrodom [Development of Technology and Equipment for Additive Manufacturing of Metal Products by Fusion Electrode Cladding]. Ph.D. thesis. Perm', 2019.
2. F. Martina et al. Investigation of the Benefits of Plasma Deposition for Additive Layer Manufacture of Ti-6Al-4V. Journal of Materials Processing Technology, 2012, vol. 212, pp. 1377-1386.
3. Yilmaz O., Ugla A.A. Shaped metal deposition technique in additive manufacturing: A review. Proceed-ings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 2016, vol. 230, pp. 1781-1798.
4. C. Qui et al. On the role of melt flow into the surface structure and porosity development during selective laser melting. ActaMaterialia, 2015, vol. 96, pp. 72-79.
5. S. Kapil et al. Hybrid Layered Manufacturing using Tungsten Inert Gas Cladding. Progress in Additive Manufacturing, 2016, vol. 1, no. 1, pp. 79-91.
6. Y. Zhang et al. Build Orientation Optimization for Multi-Part Pro-duction in Additive Manufacturing. Journal of Intelligent Manufacturing, 2017, vol. 28, no. 6, pp. 1393-1407.
7. D. Ding et al. Ding D. A practical path planning methodology for wire and arc additive manufacturing of thin-walled structures. Robot. Comput. Integr. Manuf., 2015, vol. 34, pp. 8-19.
8. K.P. Karuna-karan et al. Low cost integration of additive and subtractive processes for hybrid layered manufacturing. Robot. Comput. Integr. Manuf., 2010, vol. 26, pp. 490-499.
9. Jhavar S., Paul C.P., Jain N.K. Experimental investigation on geometrical aspects of micro-plasma deposited tool steel for repair applications. Int. J. Mod. Phys. Conf. Ser, 2014, vol. 32, pp. 1460347.
10. J. Xiong et al. Heat propagation of circular thin-walled parts fabricated in additive manufacturing using gas metal arc welding. J. Mater. Process. Technol., 2018, vol. 251, pp. 12-19.
11. Wang H., Jiang W., Valant R.K.M. Solid Freeform Fabrication Based on Micro-Plasma Powder Deposition. Res. Cent. Adv. Manuf. South. Methodist Univ., 2003, pp. 6-8. -URL: https://pdfs.semanticscholar.org/e843/81a31dc4cf5f 1ea2c 1b3eb0b3f146528f9de.pdf (data avalble 27 September 2022).
12. H. Wang et al. Rapid prototyping of 4043 Al-alloy parts by VP-GTAW. J. Mater. Process. Technol, 2004, vol. 148, no. 1, pp. 93-102.
13. Yang D., He C., Zhang G. Forming characteristics of thin-wall steel parts by double electrode GMAW based additive manufacturing. J. Mater. Process. Technol., 2016, vol. 227, pp. 153-160.
14. Fomin V.M., Golyshev A.A., Kosarev V.F., Malikov A.G., Orishich M.A., Ryashin N.S., Filippov A.A., Shikalov V.S. Creation of heterogeneous materials on the basis of B4C and Ni powders by the method of cold spraying with subsequent layer-by-layer laser treatment. J. Appl. Mech. Tech. Phys, 2017, vol. 58, no. 5, pp. 947-955.
15. Marrocco T., Hussain T., Mccortney D.G., Ship-way P. Corrosion performance of laser posttreated cold sprayed titanium coatings. J. Therm. Spray Technol., 2011, vol. 20, pp. 909-917.
16. Sova A., Grigoriev S., Okunkova A.A., Smurov I. Cold spray deposition of 316L stainless steel coatings on aluminium surface with following laser post-treatment. Surf. Coat. Technol, 2013, vol. 235, pp. 283-289.
17. N.N. Strukov Razrabotka tekhnologii plazmen-nogo raspyleniia prutkovykh materialov v kamere s protivopotokom [Strukov Development of Technology for Plasma Spraying of Rod Materials in a Chamber with Pro-Current]. Ph.D. thesis. Perm', 2012, 127 p.
18. Shchitsyn Iu.D., Strukov N.N., Belinin D.S., Kuchev P.S. Ustroistvo dlia polucheniia metallicheskikh poroshkov [Device for producing metal powders]. Patent Rossiiskaia Federatsiia no. 2532215 (2014).
19. Neulybin S.D., Shchitsyn Y.D., Verkhorubov V.S., Korobov Y.S., Filippov M.A., Savrai R.A., Soboleva N.N. Metallurgical Processes During Plasma Remelting of a Metallized Coating of the Fe-C-Cr-Ti-Al System. Metallurgist = Metallurg (Metallurg), 2017, vol. 60, no. 11-12, pp. 1202-1206.
20. Lebedev V.A. Matematicheskaia model' formi-rovaniia kapel' elektrodnogo metalla pri mekhaniziro-vannoi dugovoi svarke s impul'snoi podachei elektrodnoi provoloki [Mathematical model for the formation of electrode metal droplets in mechanized arc welding with pulsed electrode wire feed]. Svarochnoe proizvodstvo, 2008, no. 7, pp. 10-14.
21. Mchledov S.M. Gazotermicheskie pokrytiia v tekhnologii uprochneniia i vosstanovleniia detalei mashin. Ch.2: Plazmennoe napylenie [Gas-thermal coatings in the technology of hardening and restoration of machine parts. Part 2: Plasma spraying]. Svarochnoe proizvodstvo, 2008, no. 5, pp. 36-48.
22. Shchitsyn Iu.D. Plazmennye tekhnologii v sva-rochnom proizvodstve: Ch. 1 [Plasma Technology in the Welding Industry: Part 1]. Permskii gosudarsvennyi tekhnicheskii universitet, 2004, 73 p.
23. D. Ding et al. Wire-feed additive manufacturing of metal com-ponents: technologies, developments and future interests. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2015, vol. 81, pp. 465-481.
Поступила: 20.08.2022
Одобрена: 01.11.2022
Принята к публикации: 01.12.2022
Об авторах
Щицын Юрий Дмитриевич (Пермь, Россия) -доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Сварочное производство, метрология и технология материалов» Пермского национального исследовательского политехнического университета (Россия,, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: [email protected]).
Белинин Дмитрий Сергеевич (Пермь, Россия) -кандидат технических наук, доцент кафедры «Сварочное производство, метрология и технология материалов» Пермского национального исследовательского политехнического университета (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: [email protected]).
Ольшанская Татьяна Васильевна (Пермь, Россия) - доктор технических наук, профессор кафедры «Сварочное производство, метрология и технология материалов» Пермского национального исследовательского политехнического университета (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: [email protected]).
Карупасами Пулан Карунакара Пупати (Бомбей, Индия) - Ph.D., профессор, заведующий департаментом «Машиностроение» Индийский технологический институт Бомбея (Main Gate Rd, IIT Area, Powai, Mumbai, Maharashtra 400076, Индия, e-mail: [email protected]).
Казанцев Александр Вячеславович (Пермь, Россия) - аспирант кафедры Сварочное производство, метрология и технология материалов ПНИПУ (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: [email protected]).
Неулыбин Сергей Дмитриевич (Пермь, Россия) -кандидат технических наук, научный руководитель лаборатории «Методов создания и проектирования систем
материал - технология - конструкция» Пермского национального исследовательского политехнического университета (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: [email protected]).
Никулина Светлана Геннадьевна (Пермь, Россия) - аспирант кафедры «Сварочное производство, метрология и технология материалов» Пермского национального исследовательского политехнического университета (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: [email protected]).
Пичкалев Максим Вячеславович (Пермь, Россия) - научный сотрудник лаборатории прецизионных технологий в сельском хозяйстве Пермского научно-исследовательского института сельского хозяйства ПФИЦ УрО РАН, (Россия, 614532, Пермский край, Пермский район, с. Лобаново, ул. Культуры, д. 12., e-mail: [email protected]).
Моргунов Владимир Алексеевич (Пермь, Россия) - кандидат военных наук, доцент, начальник кафедры эксплуатации автобронетанковой техники Пермского военного института войск национальной гвардии Российской Федерации (Россия, 614030, г. Пермь, ул. Гре-мячий лог 1, e-mail: [email protected]).
About the authors
Yuri D. Shchitsyn (Perm, Russian Federation) - Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of Welding Production, Metrology and Material Technology of Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky ave., Perm, 614990, Russian Federation, e-mail: [email protected]).
Dmitry S. Belinin (Perm, Russian Federation) - Ph.D. in Engineering, Associate Professor of the Department of Welding Production, Metrology and Material Technology, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky ave., Perm, 614990, Russian Federation, e-mail: [email protected]).
Tatyana V. Olshanskaya (Perm, Russian Federation) - Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Welding Production, Metrology and Material Technology of Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky ave., Perm, 614990, Russian Federation, e-mail: [email protected]).
Pulan Karunakara Pupati Karupasami (Bombay, India) - Ph.D., Professor, Head of Mechanical Engineering Department, Indian Institute of Technology Bombay (Main Gate Rd, IIT Area, Powai, Mumbai, Maharashtra 400076, India email: [email protected]).
Alexander V. Kazantsev (Perm, Russian Federation) -Post-Graduate Student of the Department of Welding production, metrology and technology of materials, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky ave., Perm, 614990, Russian Federation, e-mail: [email protected]).
Sergey D. Nelyubin (Perm, Russian Federation) -Candidate of Technical Sciences, head of laboratory "Methods for creating and designing material-technology-construction systems", Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky ave., Perm, 614990, Russian Federation, e-mail: [email protected]).
Svetlana G. Nikulina (Perm, Russian Federation) -Post-Graduate Student of the Department of Welding production, Metrology and Technology of Materials, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky ave., Perm, 614990, Russian Federation, e-mail: [email protected]).
Maksim V. Pichkalev (Perm, Russian Federation) -Researcher at the Laboratory of Precision Technologies in Agriculture, Perm Research Institute of Agriculture, PFRC, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences (12, Kultury st., Lobanovo village, Perm Territory, 614532, Russian Federation, e-mail: [email protected]).
Vladimir A. Morgunov (Perm, Russian Federation) -Candidate of Military Sciences, Associate Professor, Head of
the Department of Operation of Armored Vehicles of the Perm Military Institute National Guard Troops of the Russian Federation (1, Gremyachiy log st., Perm, 614030, Russian Federatione-mail: [email protected]).
Финансирование. Исследование выполнено при финансовой поддержке Правительства Пермского края в рамках научного проекта № С-26/694 от 24.03.2022 г.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Вклад всех авторов равноценен.
