Плазменное rnнанесение керамических покрытий на детали ядерных энергетических установок

На наружную поверхность силовой герметичной оболочки РИТ наносится защитное покрытие, состоящее из следующих слоев W, Al2O3, MoSi2. Необходимость применения керамического покрытия на внешней оболочке РИТ из жаропрочных материалов объясняется коррозионной, окислительной стойкостью данных покрытий в условиях потенциальных аварий РИТЭГ.
Метод нанесения керамического покрытия – плазменный, с помощью электродугового плазмотрона с газовихревой стабилизацией дугового разряда.

Введение ………………………………………………………………………………………………….. 13

1. Обзор литературы …………………………………………………………………………….. 15

1.1. Роль и место покрытий в производстве…………………………………………….. 16

1.2. Назначение керамических покрытий в радиоизотопных источниках
тепла РИТ ………………………………………………………………………………………………… 16

1.3. Материалы в РИТ…………………………………………………………………………….. 21

1.4. Керамические покрытия из Al2O3, MoSi2 ………………………………………….. 23

1.4.1. Покрытие из Al2O3 ………………………………………………………………………… 23

1.4.2. Покрытие из MoSi2 ……………………………………………………………………….. 24

1.5. Плазменный метод нанесения керамического покрытия …………………… 25

2. Объект исследования ………………………………………………………………………… 28

2.1. Конструкция электродугового плазмотрона ……………………………………… 28

2.2. Расчет электродугового подогревателя с гладким выходным электродом
и вихревой стабилизацией дуги ………………………………………………………………… 33

2.2.1. Расчет охлаждения катода …………………………………………………………….. 39

2.2.2. Расчет системы охлаждения анода ………………………………………………… 45

2.2.3. Расчет ресурса работы анода …………………………………………………………. 49

2.2.4. Расчет ресурса работы катода ……………………………………………………….. 50

3. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение
3.1. Потенциальные потребители результатов исследования …………………… 51

3.2. Анализ конкурентных технических решений ……………………………………. 52

3.3. SWOT-анализ ………………………………………………………………………………….. 54

3.4. Планирование научно-исследовательских работ ………………………………. 57

3.4.1. Структура работ в рамках научного исследования…………………………. 57
3.4.2. Определение трудоемкости выполнения работ ……………………………… 58

3.4.3. Разработка графика проведения научного исследования ……………….. 59

3.4.4. Бюджет научно-технического исследования ………………………………….. 61

3.4.5. Расчет материальных затрат НТИ………………………………………………….. 61

3.4.6. Амортизация оборудования ………………………………………………………….. 62

3.4.7. Основная заработная плата исполнителей темы …………………………….. 63

3.4.8. Отчисления во внебюджетные фонды …………………………………………… 65

3.4.9. Накладные расходы ………………………………………………………………………. 66

3.5. Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта … 66

3.6. Определение ресурсоэффективности исследования ………………………….. 67

4. Социальная ответственность …………………………………………………………….. 70

4.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности …… 71

4.1.1. Специальные правовые нормы трудового законодательства ………….. 71

4.1.2. Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны ……… 72

4.2. Производственная безопасность ………………………………………………………. 74

4.3. Анализ выявленных вредных факторов при разработке проектируемого
решения …………………………………………………………………………………………………… 75

4.3.1. Недостаточная освещенность ………………………………………………………… 76

4.3.2. Повышенная или пониженная температура рабочей зоны ……………… 76

4.3.3. Повышенный уровень электромагнитного излучения ……………………. 77

4.3.4. Шум и вибрация……………………………………………………………………………. 78

4.4. Анализ выявленных опасных факторов при разработке проектируемого
решения …………………………………………………………………………………………………… 79

4.4.1. Поражение электрическим током ………………………………………………….. 79

4.4.2. Опасность возникновения пожара или взрыва ……………………………….. 81
Заключение ……………………………………………………………………………………………… 85

Список использованной литературы…………………………………………………………. 87

Список публикаций ………………………………………………………………………………….. 90

Приложение I …………………………………………………………………………………………… 91

Приложение II………………………………………………………………………………………….. 93

Применение вольфрамовых катодов несет в себе дополнительные
ограничения в работе плазмотроне. Для недопущения окисления поверхности
катода, и низкого ресурса работы электрода, для повышения качества
напыляемого покрытия рабочей средой вольфрамого катода выбирают
инертную. Так же применяют специальные присадки вольфраме, но со
временем содержание присадок снижается, увеличивая работу выхода из
электронов, возникает эрозия.

Эрозия в основном локализована на аноде, причиной тому является
низкий ресурс работы вольфрамового катода, локализация пятна дуги на
одном и том же месте. Эффективное перемещение пятна дуги по стенке
электрода возможно газовихревой стабилизацией разряда с помощью
тангенциальных отверстий. Более подробное изучение локальных и
интегральных характеристик для снижения эрозии из-за аэродинамических
процессов Предлагаемые пути оптимизации ресурса работы плазмотрона
включает в себя:

 Расширение внутреннего диаметра выходного электрода;
 Баланс давления смеси газов на входе в плазмотрон;
 Расщепить радиальный канал дуги на несколько
токопроводящих каналов;
 Перемещение дуги с помощью электродинамических сил
Качественное плазменное нанесение керамических покрытий на
детали ядерных энергетических установок, а точнее малогабаритных
источников ядерной энергии РИТЭГ, позволит повысить прочность внешнего
защитного покрытия, тем самым сохраняя герметичность силовой оболочки.
Характерные свойства керамического покрытия не допускают выхода
радиоактивного материала наружу.

Кроме того, в разделе «Финансовый менеджмент,
ресурсоэффективность и ресурсосбережение»был проведен анализ
конкурентных технических решений в результате которого наиболее
конкурентоспособным оказался электродуговой плазмотрон. Были
определены трудоемкость выполнения работ, бюджет НТИ, расчет
материальных затрат НТИ, посчитана амортизация основного
компьютерного оборудования, определены зарплаты сотрудников, в
результате которого определен бюджет затрат научно-исследовательского
проекта.

В разделе «Социальная ответственность» описываются вредные
факторы влияния ПВЭМ, а также в соответствии с нормативными
документами, описаны правила безопасной работы людей с персональным
компьютером и разработаны меры по предотвращению чрезвычайных
ситуаций.