БАЛЛИСТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ СОЗДАНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ПОТОКОВ ЧАСТИЦ
BALLISTIC INSTALLATION FOR CREATION OF HIGH-TEMPERATURE HIGH-SPEED PARTICLE FLOWS

Изобретение относится к устройствам для создания высокотемпературных высокоскоростных потоков частиц, которые могут использоваться, в частности для нанесения порошкового покрытия на изделия любой формы.
Известно устройство по патенту №2399430, в котором для нагревания и разгона порошковых материалов при образовании покрытия используется энергия газового взрыва.
Недостатком такой системы является низкая производительность. Один выстрел обеспечивает нанесение не более чем 100 мг порошкового вещества на поверхность подложки. Другим недостатком является низкая скорость формируемого потока частиц, что обусловлено предельными значениями скорости движения и плотности продуктов газовой детонации.
Известно также устройство распыления порошков, описанное в патенте №2176925. Недостатком такого устройства является невозможность разгона частиц порошка до скоростей выше 200 м/с из-за отсутствия ствольной системы.
Известен также способ получения высокодисперсного аэрозоля из твердых частиц по патенту №2403985. В устройстве для реализации способа несмотря на возможность разгона до больших скоростей частиц порошка, отсутствует возможность его нагревания.
В качестве прототипа выбрано двухкаскадное баллистическое устройство по патенту №2535349.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение производительности нанесения покрытий.
Технический результат достигается тем, что баллистическая установка для создания высокотемпературных высокоскоростных потоков частиц содержит ствол с зарядной камерой, установленный в ней основной метающий заряд со средством инициирования, поршень, примыкающий к основному заряду, контейнер с дополнительным зарядом, устройство воспламенения дополнительного заряда, причем на срезе ствола устанавливается диафрагма - отсекатель контейнера, содержащего дополнительный заряд, основной заряд выполнен из пороха, а дополнительный заряд - из тепловыделяющего состава, смешанного с метаемым порошком.
Результат, состоящий в предварительном нагревании метаемого порошка, достигается путем использования в качестве дополнительного заряда тепловыделяющего состава разбавленного метаемым порошковым материалом. Также, в качестве устройства инициирования использован не заряд ВВ, а электровоспламенитель, а в качестве основного метающего заряда использован заряд пороха.
Устройство реализуется по схеме Фиг. 1.
В состав баллистического устройства входят: 1 - устройство инициирования основного метающего заряда; 2 - ствол баллистической установки; 3 - основной заряд (навеска пороха); 4 - поршень (пыж); 5 - контейнер для дополнительного заряда; 6 -дополнительный заряд (навеска порошка); 7 - устройство воспламенения дополнительного заряда; 8 - диафрагма (для отсекания элементов контейнера).
В качестве тепловыделяющих веществ в смеси с нагреваемым порошком могут быть использованы термитные составы, имеющие ряд преимуществ: обширная номенклатура по температуре горения; малое газовыделение при горении; в составе продуктов горения нет вредных компонентов, загрязняющих получаемое покрытие. Температура и скорость горения разбавленных балластных смесей "нагреваемый порошок - термит" зависят от размеров частиц реагирующих материалов, условий воспламенения и теоретически трудно предсказуемы. В продуктах горения присутствует чистый металл и оксид алюминия в ультрадисперсном виде, который при движении отстает от основного металла из-за сравнительно низкой плотности и малой силы инерции при близких коэффициентах аэродинамического сопротивления.
2
При выборе термитного состава следует учитывать следующие особенности. Восстанавливаемый металл в ходе реакции горения частично окисляется при высокой температуре в кислороде воздуха. Температура горения многих термитов превышает температуру плавления металла, которым разбавляется термит, с образованием агломерированных частиц большего размера, чем исходный материал. Использование термитов с меньшей температурой горения приводит к снижению скорости горения и сложному процессу инициирования, в частности, для зажигания термитов ТiO/Аl требуется предварительное нагревание или разбавление катализатором горения с меньшей энергией зажигания и большим запасом термичности, например, термитом СuО/Аl.
Для нагревания порошка использовались следующие термитные смеси с металлами:
3
3
CuO/Al/Cu; CuO/Al/WC-Co; CuO/Al/Mo; WO/Al/WC-Co; MoO/Al Mo;
2
2
3
2
CuO/Al+TiO/Al+Cu; CuO/Al+TiO/Al+Mo; WO/Al+TiO/Al+WC-Co.
Пример
Конструкция баллистической установки для создания высокотемпературных высокоскоростных потоков частиц была реализована с использованием гладкого ствола, снаряженного патроном с конструкцией по Фиг 2.
В состав патрона входит: 9 - смесь нагреваемого и метаемого порошка с тепловыделяющим составом; 10 - элементы обтюратора; 11 - гильза; 12 - воспламенитель ТВС; 13 - токоведущие стержни; 14 - проводники; 15 - воспламенитель порохового заряда; 16 - проводники; 17 - навеска пороха; 18 - основание гильзы; 19 - втулка; 20 - токоведущие стержни; 21 - проводники к генератору инициирующих импульсов.
3
2
3
2
Использовали ствол длиной 1200 мм, диаметром канала 18,6 мм, что соответствует калибру 12, патрона с пороховым зарядом массой 6 г и типом пороха 4/7ЦГР (65%) и Сунар (35%), контейнером для смеси тепловыделяющего состава WO/Al+TiOAl+WC-Co массой 15 г и системы инициирования, представляющей собой две нити накаливания из нихромовой проволоки толщиной 0,2 мм, размещенных в метающем пороховом заряде и тепловыделяющем заряде термитной смеси WO/TiO/Al с порошком ВК-12, нити накаливания соединены медными проводниками по трехпроводной схеме с одним центральным проводом, проходящими сквозь дно контейнера и центральный герметичный канал гильзы и казенной части ствола. Зажигание выполняли в следующей последовательности: сначала зажигали термитную смесь с порошком ВК-12. После прогорания смеси через 2 с зажигали пороховой метающий заряд. При этом использовали электрический импульс тока при зажигании термитной смеси до 2 А длительностью 2 с, а для зажигания порохового заряда до 2 А длительностью 100 мс.
В результате получали поток частиц, движущийся со скоростью 1000 м/с на расстоянии 0,5 м от среза ствола. Температура частиц в контейнере перед выстрелом составляла 1540°C.
Список литературы
1. Патент №2399430. Установка для детонационного напыления покрытий.
2. Патент №2176925. Способ получения огнетушащей смеси и устройство для его осуществления.
3. Патент №2535349. Двухкаскадная баллистическая установка.