Heat flows measurements on the covers of various compositions in the RF plasma torch subsonic flow
The experimental research results in the high-frequency plasmatron U-13 of the different coatings (BN, SiO2, ZrO2, TiO2, VO2) catalytic properties by the amount of heat flow to a model in dissociated air and nitrogen streams and the coating structure analysis results obtained by the scanning electron microscope (SEM) of high resolution. Coatings were deposited on the copper calorimetric sensor during the experiment. Ones allowed a comparison of the heat flux to the copper surface and the coating. Analysis of the coating in the SEM suggest the presence in the surface layer coating structures with different scales in size from a millimeter to nanoscale (<100 nm). This leads to a significant difference in heat flow to the coating and copper, caused by differences in the catalytic activity of the surface. The proposed method can be used for applying coatings and high temperature studies. In this case, the substrate used must be non-cooled, and its temperature may vary due to the size and model of the installation modes.
Представлены результаты экспериментальных исследований на высокочастотном плазмотроне У-13 ВЧП влияния каталитических свойств различных покрытий (BN, SiO2, ZrO2, TiO2, VO2) на величину теплового потока к модели в потоках диссоциированного воздуха и азота и результаты анализа структуры покрытий, полученных на сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) высокого разрешения. Покрытия наносились на медный тепловоспринимающий элемент калориметрического датчика теплового потока в процессе эксперимента. Это позволяло проводить сравнение величин тепловых потоков к медной поверхности и покрытию. Анализ полученных покрытий на СЭМ свидетельствуют о наличии в поверхностном слое покрытий разномасштабных образований с размерами от долей мм до наноразмерных (< 100 нм). Это приводит к существенному различию тепловых потоков к покрытию и меди, обусловленному различием в каталитической активности поверхности. Предложенный способ может быть использован и для нанесения и исследования покрытий при высоких температурах. В этом случае используемая подложка должна быть неохлаждаемой, а её температура может варьироваться за счет размеров модели и режимов работы установки.
1. Лясников В.Н., Украинский В.С. Богатырев Г.Ф. Плазменное напыление покрытий в производстве изделий электронной техники/ Изд-во Сарат. Ун-та, 1985, с. 200. 2. Теория и практика газотермического нанесения покрытий. Тезисы докладов Х Всесоюзного совещания, июнь 1985 г., г.Дмитров. 3. Fuller J., Sacks M. Special Section: Ultra-High Temperature Ceramics // Journal of Materials Science, Vol. 39, No. 19, 2004, pp. 5885-6066. 4. Fuller J., Blum Y., Marschall J. Topical Issue on Ultra-High Temperature Ceramics // Journal of the American Ceramic Society. Vol. 91, No. 5, 2008, pp. 1397-1502. 5. Marschall J., Pejakovic A., Fahrenholtz W.G., Hilmas G.E., Zhu S., Ridge J., Fletcher D.G., Asma C.O., Thomel J. Oxidation of ZrB2-SiC Ultrahigh-Temperature Ceramic Composites in Dissociated Air // Journal of Thermophysics and Heat Transfer. Vol. 23, No. 2, April-June 2009. 6. Воинов Л.П., Залогин Г.Н., Лунёв В.В., Тимошенко В.П. Сравнительный анализ лабораторных и натурных данных о каталитичности материалов теплозащиты ЛА “Бор” и “Буран” // Космонавтика и ракетостроение, 1994, № 2, с.51-57. 7. Баронец П.И., Гордеев А.Н., Колесников А.Ф. и др. Отработка теплозащитных материалов орбитального корабля “БУРАН” на индукционных плазмотронах // Гагаринские научные чтения по космонавтике и авиации, 1990,1991гг. – М.: Наука. 1991. С.41-52. 8. Lozino-Losinsky G., Timoshenko V. Lessons Learned from the Bor Flight Campaign // Proceedings of the European Symposium on Aerothermodynamics for Space Vehicles, 1998, ESTEC, Noordwijk, The Netherlands, ESA SP-426, pp. 675-683, 1988. 9. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Т.2. Под ред. Фортова В.Е. М.: «Наука». С.634. 10. Конвективный теплообмен летательных аппаратов. Под редакцией докт. техн. наук Б.А. Землянского. Из-во ФИЗМАТЛИТ. 2014 г. 11. Breen J., Delgass W.N., Nordine P.C. Rosner D.E. Catalysis study for space shuttle vehicle thermal protection systems // NASA. Report. CR-134124. 1973. 12. Залогин Г.Н., Красильников А.В., Рудин Н.Ф, Попов М.Ю., Кульницкий Б.А., Кириченко А.Н. Синтез углеродных наноструктур в высокочастотном индукционном плазмотроне // ЖТФ. 2015, том 88, вып. 5, с. 100-105. 13. Залогин Г.Н., Красильников А.В., Пластинин Ю.А., Рудин Н.Ф. Получение углеродных нанотрубок в плазме высокочастотного газового разряда и их идентификация // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. www.chemphys.edu.ru/pdf/2012-02-02-001.pdf 14. Брылкин Ю.В., Власов В.И., Залогин Г.Н., Кусов А.Л., Рудин Н.Ф. Влияние структуры поверхности материалов на их каталитическую активность. Электронный журнал «Физико-химическая кинетика в газовой динамике». Том 16, вып. 3 2015. http://chemphys.edu.ru/issues/2015-16-3/articles/600/ 15. Залогин Г.Н., Землянский Б.А., Кнотько В.Б. и др. Высокочастотный плазмотрон - установка для исследований аэрофизических проблем с использованием высокоэнтальпийных газовых потоков // Космонавтика и ракетостроение, 1994, № 2, с.22-32. 16. Власов В.И., Залогин Г.Н., Красильников А.В., Кусов А.Л.. Погорнева Т.М. Использование высокочастотных индукционных плазмотронов для промышленного получения наноструктурированных материалов и нанесения покрытий. «Интеграл» Из-во ООО «Энергоинвест». № 1(45) январь-февраль 2009 г. с. 16-18. 17. Анчуков К.Е. Нанесение функциональных покрытий различного назначения плазмохимическим методом на индукционном высокочастотном плазмотроне. Космонавтика и ракетостроение, 2014, № 3, с.150-155. 18. Справочник по авиационным материалам. Цветные сплавы, ч.2. Под научн. ред. Кишкина С.И., Фриндляндера. Из-во Машиностроение. 1966. С. 473.
