Гидродинамическая неустойчивость Рихтмайера-Мешкова.

Гидродинамическая неустойчивость Рихтмайера-Мешкова представляет собой неустойчивость границы раздела сред с различной плотностью при прохождении через нее ударной волны. В этом случае граница раздела сред получает импульсное ускорение, способствующее возрастанию амплитуды возмущений [138-140].

Как правило, возникновение и дальнейшее распространение ударной волны в расплаве металла, вызванное высокоэнергетическим импульсным воздействием на него, возникает при выполнении условия [34]:

где Q - поглощенная энергия; т - время действия импульса; uL - скорость звука в материале; р - плотность материала; ц - коэффициент поглощения падающей энергии, который для плазменного потока может быть принят равным единице, так как в приведенном соотношении используется величина поглощенной энергии.

Образование ударных волн в материалах было зафиксировано при воздействии на них МИП, плотность энергии которых достигала десятков Дж/см2, а длительность импульса составляла сотни наносекунд [150]. В случае воздействия КПП при Q = 13-23 Дж/см2 и длительностью импульса плазменного потока 100 мкс при средней скорости распространения звуковых волн в титане ~ 3103 м/с [122] условие (3.9) не выполняется, что свидетельствует об отсутствии ударных волн в нем при данном типе обработки. Таким образом, гидродинамическая неустойчивость Рихтмайера-Мешкова не может обеспечить перемешивание расплавов титана и металлического покрытия после воздействия КПП.

Гидродинамическая неустойчивость Марангони.

На свободную поверхность расплава титана помимо объемных сил действует также сила поверхностного натяжения, градиент которой также может приводить к его перемешиванию за счет развития гидродинамической неустойчивости Марангони [146, 151]. Для развития данного типа неустойчивости необходимо наличие в расплаве локальных участков, концентрация легирующих элементов или температура в которых отличаются от окружающих их областей. В этом случае проявляются концентрационнокапиллярные и термокапиллярные эффекты, приводящие к возникновению конвективных течений в расплаве, стремящихся скомпенсировать различие сил поверхностного натяжения в соседних областях. Как правило, развитие гидродинамической неустойчивости Марангони обусловливает процессы массопере- носа в поверхностных слоях расплавов металлов после воздействия на них лазерного излучения [152].

Изучение элементного состава поверхностного слоя титана после воздействия на него КПП с плотностью поглощенной энергии 13-23 Дж/см2 позволило установить формирование поверхностного легированного слоя с постоянной вдоль поверхности концентрацией легирующих элементов. При исследовании пространственного распределения легирующих элементов с помощью метода PCM А на участках размером до 150 мкм обнаружено изменение концентрации этих элементов лишь в пределах погрешности их определения (рис. 3.9).

Исходя из представленных РЭМ-изображений и распределений интенсивности ХРИ молибдена и циркония, можно утверждать, что неустойчивость Марангони, связанная с неоднородностью элементного состава поверхностного слоя расплава, не может привести к конвективному перемешиванию расплава с последующим формированием легированных слоев глубиной до 20-30 мкм.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >