ФОРМИРОВАНИЕ МИКРО- И НАНОСТРУКТУР ПРИ ЭЛЕКТРОВЗРЫВНОМ КАРБОБОРИРОВАНИИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ ПО МЕХАНИЗМУ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ НЕУСТОЙЧИВОСТЕЙ: 10.25712/ASTU.1811-1416.2023.03.004

Сергей Андреевич  Невский; Владимир Дмитриевич  Сарычев; Алексей Юрьевич  Грановский; Людмила Петровна  Бащенко; Виктор Евгеньевич  Громов

Авторы

Сергей Андреевич Невский Сибирский государственный индустриальный университет, ул. Кирова, 42, 654007, Новокузнецк, Россия https://orcid.org/0000-0001-7032-9029
Владимир Дмитриевич Сарычев Сибирский государственный индустриальный университет, ул. Кирова, 42, 654007, Новокузнецк, Россия https://orcid.org/0000-0002-4861-0778
Алексей Юрьевич Грановский Сибирский государственный индустриальный университет, ул. Кирова, 42, 654007, Новокузнецк, Россия https://orcid.org/0009-0006-4583-8431
Людмила Петровна Бащенко Сибирский государственный индустриальный университет, ул. Кирова, 42, 654007, Новокузнецк, Россия https://orcid.org/0000-0003-1878-909X
Виктор Евгеньевич Громов Сибирский государственный индустриальный университет, ул. Кирова, 42, 654007, Новокузнецк, Россия https://orcid.org/0000-0002-5147-5343

Ключевые слова:

дисперсионное уравнение, неустойчивость Кельвина-Гельмгольца, коротковолновое приближение, титан, карбоборирование

Аннотация

Проведено исследование формирования микро- и нанокристаллических поверхностных слоев сплавов при воздействии гетерогенных плазменных потоков по механизму возникновения и развития неустойчивости Кельвина-Гельмгольца на примере систем Ti–B и Ti–C–B. Особое внимание уделялось начальной стадии ее развития, когда возмущения границы раздела сред считались синусоидальными. Течение первой и второй среды считались вязко-потенциальными. Из дисперсионного уравнения возмущений границы раздела сред была получена зависимость скорости роста возмущений от волнового числа. Ее анализ показал, что в плоскости параметров (ε, m) существует восемь областей, в которых она может быть аппроксимирована приближенными зависимостями: α_{I ‒ IV}, α_I^/_{‒ IV}^/. Из данных зависимостей получены связи волнового числа, на которое приходится максимум скорости роста возмущений и характеристик материала, параметров внешнего воздействия. Показано, что в зависимости от поперечной скорости второго слоя, соотношения вязкостей и плотностей слоев относительные погрешности этих приближений составляют 1-12 %. Максимумы скорости роста возмущений поверхности раздела сред делятся на два типа: гидродинамический и вязкостно-обусловленный. Гидродинамический максимум, который возникает вследствие взаимного скольжения слоев, существует во всех областях на плоскости параметров (ε, m). Вязкостно-обусловленный максимум возникает в областях II и III при условии m > 0,4767, а также в II^/ и III^/ при m < 0,4767. В области I при условии гидродинамический и вязкостно-обусловленный максимум существуют одновременно. Полученные результаты были применены для процессов электровзрывного борирования и карбоборирования титана. Установлено, что на границе раздела титана и бора выполняется приближенная аналитическая зависимость с погрешностью 1 %, а максимум имеет гидродинамическое происхождение. Это же приближение выполняется и в случае карбоборирования на границе раздела «плазма/расплав».