Influence of pulsed plasma streams processing on wear behavior of steels in different friction conditions

Pulsed plasma streams processing was applied for surface modification of industrial steel samples. Different types of wear tests (pin-on-disk, flat-on-flat, abrasive, cavitation) were carried out for samples irradiated by pulsed nitrogen plasma streams. There was achieved essential decrease of wear and tear of processed surfaces of all kinds of steels including previously thermally quenched ones. Obtained results are of importance for both determination of optimal regimes of plasma streams processing and the most resulting use of pulsed plasma streams for technology purposes, i.e. for identification of wear modes and optimal friction conditions for steels processed by plasma streams

Influence of plasma stream parameters in pulsed plasma gun on modification processes in exposed structural materials

This paper is focused on investigation of helium, nitrogen and krypton plasma streams generated by pulsed plasma gun (PPA). The main objection of this study is adjustment of plasma treatment regimes for different materials that allows achieving optimal thickness of modified layer with simultaneously minimal value of surface roughness. Features of materials alloying from gas and metallic plasma as a result of the plasma ions mixing with the steel substrate in liquid phase are discussed also.Проведено аналіз параметрів гелієвих, азотних і криптонових плазмових потоків, що генеруються імпульсним плазмовим прискорювачем (ІПУ). Основним завданням цих досліджень є оптимізація режимів плазмової обробки різних матеріалів. Така оптимізація дозволяє домогтися однорідної товщини модифікованого шару та мінімального значення шорсткості поверхні. Також обговорюються особливості легування матеріалів в результаті перемішування в рідкій фазі тонкої поверхневої плівки з матеріалом.Анализируются параметры гелиевых, азотных и криптоновых плазменных потоков, генерируемых импульсным плазменным ускорителем (ИПУ). Основной задачей данных исследований является оптимизация режимов плазменной обработки различных материалов. Такая оптимизация позволяет добиться однородной толщины модифицированного слоя и минимального значения шероховатости поверхности. Также обсуждаются особенности легирования материалов в результате перемешивания в жидкой фазе тонкой пленки с материалом подложки

Application of pulsed plasma streams for materials alloying and coatings modification

Results of pulsed plasma streams processing of material surfaces with previously deposited FeB and TiAlN coatings are presented. Under the plasma treatment intensive mixing the materials of coating with the material of substrate was achieved. In the first case this provided boronizing of the modified layer with aim of corrosion properties improvement, in the second case – formation of intermediate mixed layer for subsequent deposition of the hard alloyed coatings. Materials alloying with pulsed metal-gas plasma is discussed also

Exposures of EU W-CFC combined targets with QSPA Kh-50 plasma streams simulating ITER ELMs

Repeated load tests of special combined W-CFC samples were performed with QSPA plasma streams either resulting in strong melting of W surface layer or below the melting, but above the cracking threshold. Experiments show that in result of target exposures with heat load of 0.4 MJ/m2 (no melting) only cracks formation was found on both tungsten and CFC surfaces. It is obtained that enhanced evaporation of CFC results in additional shielding of tungsten surface by C cloud and protects W surface from evaporation even for essentially increased energy density in impacting plasma. Exposures of combined target with heat loads of 0.82 MJ/m2 resulted in strong melting of tungsten. Meshes of macro-cracks and micro-cracks as well as ripple structures are appeared on the resolidified surface.Проведено циклічні іспити спеціальних комбінованих зразків W-CFC з використанням плазмових потоків КСПП з варійованими енергетичними навантаженнями, які приводять до розвитого плавлення поверхневого шару W, або знаходяться нижче порога плавлення, але вище порога розтріскування. Експериментально показано, що в результаті опромінення мішеней з густиною енергії 0,4 MДж/м2 (відсутність плавлення) було зареєстровано тільки розтріскування поверхонь CFC і вольфраму. Зі збільшенням густини енергії розвинуте паротворення CFC приводить до додаткового екранування поверхні вольфраму шаром вуглецевої плазми і захищає поверхню W від паротворення навіть при істотно збільшеній густині енергії в плазмі, що налітає. Опромінення мішеней з тепловими навантаженнями 0,82 MДж/м2 приводить до інтенсивного плавлення вольфраму. Сітки макро-тріщин і мікро-тріщин, а також хвильова структура з'являються на повторно затверділій поверхні.Проведены циклические испытания специальных комбинированных образцов W-CFC с использованием плазменных потоков КСПУ с варьируемыми энергетическими нагрузками, которые приводят к развитому плавлению поверхностного слоя W, либо находятся ниже порога плавления, но выше порога растрескивания. Экспериментально показано, что в результате облучения мишеней плазменными потоками с плотностью энергии 0,4 MДж/м2 (отсутствие плавления) было зарегистрировано лишь растрескивание поверхностей CFC и вольфрама. С увеличением плотности энергии в плазменном потоке развитое парообразование CFC приводит к дополнительной экранировке поверхности вольфрама облаком углеродной плазмы и предохраняет поверхность W от испарения даже при существенно возросшей плотности энергии налетающей плазмы. Облучение мишеней с тепловыми нагрузками 0,82 MДж/м2 приводит к интенсивному плавлению вольфрама. Сетки макро-трещин и микро-трещин, а также волновые структуры появляются на повторно затвердевающей поверхности

Investigation of helium plasma stream parameters in experiments on surface modification

Processing of different constructional materials with pulsed plasma streams is one of prospective methods of surface modification. The main objection of this study is adjustment of plasma treatment regimes for different materials that allows achieving optimal thickness of modified layer with simultaneously minimal value of surface roughness. With use of optical spectroscopy, detailed information about the basic plasma parameters – electron density, electron and ion temperatures, plasma stream duration and velocity, was obtained. Integrated spectra of plasma radiation were analyzed. The majority of helium and impurity spectral lines were investigated on a subject of Stark broadening. Plasma pressure and energy density values measured with piezodetectors and calorimeters are in good agreement with plasma parameters obtained by optical techniques.Один з перспективних методів модифікації поверхні – це обробка різних конструкційніх матеріалів імпульсними плазмовими потоками. Головна ціль досліджень є оптимізація режимів плазмової обробки різних матеріалів, що одночасно дозволяє досягати оптимальної товщини модифікованого шару та мінімальної величини шорсткості поверхні. Детальна інформація про основні параметри плазми – електронна густина, електронна та іонна температури, тривалість та швидкість плазмового потоку, була отримана за допомогою оптичної діагностики. Проаналізовані інтегральні спектри випромінювання плазми. Більшість гелієвих та домішкових спектральних ліній досліджувались на предмет Штарківського розширення. П`єзодатчиками та калориметрами виміряні величини тиску та густини енергії плазми, які добре погоджуються з параметрами плазми, отриманими за допомогою оптичної діагностики.Одним из перспективных методов модификации поверхности является обработка различных конструкционных материалов импульсными плазменными потоками. Главная цель этой работы – оптимизация режимов плазменной обработки для различных материалов, что одновременно позволяет достигать максимальной толщины модифицированного слоя и минимальной величины шероховатости поверхности. Детальная информация об основных плазменных параметрах – электронная плотность, электронная и ионная температуры, длительность генерации и скорость плазменного потока, была получена с помощью оптической диагностики. Проанализированы интегральные спектры излучения плазмы. Большинство гелиевых и примесных спектральных линий исследовались на предмет Штарковского уширения. Пьезодатчиками и калориметрами измерены соответственно величины давления и плотности энергии плазмы, которые хорошо согласуются с параметрами плазмы, полученными с помощью оптической диагностики

Investigations of pulsed plasma streams generated by “Prosvet” device operated with different gases

The paper presents the investigations of plasma streams generated by pulsed plasma gun “Prosvet” operated with different gases: krypton (m = 84), nitrogen (m = 14) and helium (m = 4). Contour parameters of working gas spectral lines (full intensities and half-widths) are used for determination of spatial distributions of the electron density and temperature. Temporal distributions of the spectral lines intensities (both neutrals and ions of working gas), impurity spectral lines and continuum intensities are analyzed. Plasma stream velocity was estimated by time-of-flight method between two monochromators (MUM) connected with photo-multiplier. Longitudinal distributions of the plasma pressure for different time moments and varied distances from the accelerator output have been used for investigation of the plasma stream dynamics and study the plasma compression in the focus region for different operational regimes of plasma accelerator. Experiments show that operation regime of the accelerator and plasma stream parameters strongly depend on the gas atomic mass

Melt layer macroscopic erosion of tungsten and other metals under plasma heat loads simulating ITER off-normal events

This paper is focused on experimental analysis of melt layer erosion and droplet splashing of tungsten and other metals under heat loads typical for ITER FEAT off-normal events, such as disruptions and VDE’s. Plasma pressure gradient action on melt layer results in erosion crater formation with mountains of displaced material at the crater edge. It is shown that macroscopic motion of melt layer and surface cracking are the main factors responsible for tungsten damage. Weight loss measurements of all exposed materials demonstrate inessential contribution of evaporation process to metals erosion