Plazmas pārklājums: iekārtas un procesu tehnoloģija

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 10:35

Plazmas virsmas efektivitāte un problēmas ir ārkārtīgi aktuālas materiālu inženieriem. Pateicoties šai tehnoloģijai, ir iespējams ne tikai būtiski palielināt ļoti noslogotu detaļu un mezglu kalpošanas laiku un uzticamību, bet arī atjaunot, šķiet, simtprocentīgi nolietotus un iznīcinātus produktus.

Plazmas pārklājuma ieviešana tehnoloģiskajā procesā būtiski palielina inženiertehnisko produktu konkurētspēju. Process nav principiāli jauns un ir izmantots jau ilgu laiku. Taču tas nepārtraukti uzlabo un paplašina savas tehnoloģiskās iespējas.

Vispārīgie noteikumi

Plazma ir jonizēta gāze. Ir droši zināms, ka plazmu var iegūt ar dažādām metodēm elektriskās, termiskās vai mehāniskās iedarbības rezultātā uz gāzes molekulām. Tā veidošanai nepieciešams no pozitīvajiem atomiem atdalīt negatīvi lādētos elektronus.

Dažos avotos varat atrastinformācija, ka plazma ir ceturtais vielas agregācijas stāvoklis kopā ar cietu, šķidru un gāzveida. Jonizētajai gāzei ir vairākas noderīgas īpašības, un to izmanto daudzās zinātnes un tehnikas nozarēs: metālu un sakausējumu plazmas virsma, lai atjaunotu un sacietētu smagi noslogotus produktus, kas saskaras ar cikliskām slodzēm, jonu-plazmas nitrīdēšana kvēlizlādei difūzijas piesātinājumam. un detaļu virsmu sacietēšana, ķīmisko procesu īstenošanai kodināšana (lieto elektronikas ražošanas tehnoloģijā).

Gatavošanās darbam

Pirms sākat darbu ar virsmu, jums ir jāiestata aprīkojums. Saskaņā ar atsauces datiem ir nepieciešams izvēlēties un iestatīt pareizo degļa sprauslas slīpuma leņķi pret izstrādājuma virsmu, izlīdzināt attālumu no degļa gala līdz daļai (tam jābūt no 5 līdz 8 milimetros) un ievietojiet vadu (ja stieples materiāls ir virspusē).

Ja virsma tiks veikta ar sprauslas svārstībām šķērsvirzienos, tad galva ir jānoregulē tā, lai metinājuma šuve būtu tieši pa vidu starp sprauslas svārstību amplitūdu galējiem punktiem. galvu. Ir arī jāpielāgo mehānisms, kas nosaka galvas svārstīgo kustību biežumu un lielumu.

Plazmas loka pārklājuma tehnoloģija

Virsmas uzklāšanas process ir diezgan vienkāršs, un to var veiksmīgi veikt jebkurš pieredzējis metinātājs. Tomēr viņš pieprasamaksimālas koncentrēšanās un uzmanības izpildītājs. Pretējā gadījumā jūs varat viegli sabojāt sagatavi.

Darba gāzes jonizēšanai tiek izmantota spēcīga loka izlāde. Negatīvo elektronu atdalīšana no pozitīvi lādētiem atomiem tiek veikta elektriskās loka termiskās ietekmes dēļ uz darba gāzes maisījuma strūklu. Tomēr vairākos apstākļos plūsma ir iespējama ne tikai termiskās jonizācijas ietekmē, bet arī spēcīga elektriskā lauka ietekmē.

Gāze tiek piegādāta zem spiediena 20-25 atmosfēras. Tās jonizācijai ir nepieciešams 120–160 voltu spriegums ar aptuveni 500 ampēru strāvu. Pozitīvi lādētus jonus uztver magnētiskais lauks un tie steidzas uz katodu. Elementārdaļiņu ātrums un kinētiskā enerģija ir tik liela, ka, saduroties ar metālu, tās spēj dot tam milzīgu temperatūru - no +10 … +18 000 grādiem pēc Celsija. Šajā gadījumā joni pārvietojas ar ātrumu līdz 15 kilometriem sekundē (!). Plazmas pārklājuma iekārta ir aprīkota ar īpašu ierīci, ko sauc par "plazmas degli". Tieši šis mezgls ir atbildīgs par gāzes jonizāciju un virzītas elementārdaļiņu plūsmas iegūšanu.

Loka jaudai jābūt tādai, lai novērstu pamatmateriāla kušanu. Tajā pašā laikā produkta temperatūrai jābūt pēc iespējas augstākai, lai aktivizētu difūzijas procesus. Tādējādi temperatūrai jātuvojas likvidusa līnijai dzelzs-cementīta diagrammā.

Īpaša sastāva smalku pulveri vai elektrodu stiepli ievada augstas temperatūras plazmas strūklā, kurā materiālskūst. Šķidrā stāvoklī virsma nokrīt uz sacietējušās virsmas.

Plazmas izsmidzināšana

Lai īstenotu plazmas izsmidzināšanu, nepieciešams būtiski palielināt plazmas plūsmas ātrumu. To var panākt, regulējot spriegumu un strāvu. Parametri tiek atlasīti empīriski.

Materiāli plazmas izsmidzināšanai ir ugunsizturīgi metāli un ķīmiskie savienojumi: volframs, tantals, titāns, borīdi, silicīdi, magnija oksīds un alumīnija oksīds.

Neapstrīdama izsmidzināšanas priekšrocība, salīdzinot ar metināšanu, ir iespēja iegūt plānākos slāņus, kas ir vairāki mikrometri.

Šo tehnoloģiju izmanto griešanas, virpošanas un nomaināmu karbīda ieliktņu, kā arī tapu, urbju, iegremdēšanas, rīves un citu instrumentu sacietēšanai.

Atvērtas plazmas strūklas iegūšana

Šajā gadījumā pati sagatave darbojas kā anods, uz kura materiāls tiek nogulsnēts ar plazmas palīdzību. Acīmredzams šīs apstrādes metodes trūkums ir virsmas un visa detaļas tilpuma uzkarsēšana, kas var izraisīt strukturālas pārmaiņas un nevēlamas sekas: mīkstināšanu, palielinātu trauslumu utt.

Slēgta plazmas strūkla

Šajā gadījumā gāzes deglis, precīzāk, tā sprausla, darbojas kā anods. Šo metodi izmanto plazmas-pulvera virsmai, lai atjaunotu un uzlabotu detaļu unmašīnu mezgli. Šī tehnoloģija ir ieguvusi īpašu popularitāti lauksaimniecības inženierijas jomā.

Plazmas pārklājuma priekšrocības

Viena no galvenajām priekšrocībām ir siltumenerģijas koncentrācija nelielā laukumā, kas samazina temperatūras ietekmi uz materiāla sākotnējo struktūru.

Process ir labi pārvaldāms. Ja vēlaties un ar atbilstošiem aprīkojuma iestatījumiem, seguma slānis var mainīties no dažām milimetra desmitdaļām līdz diviem milimetriem. Kontrolējamā slāņa iegūšanas iespēja šobrīd ir īpaši aktuāla, jo ļauj būtiski paaugstināt apstrādes ekonomisko efektivitāti un iegūt optimālas tērauda izstrādājumu virsmu īpašības (cietība, izturība pret koroziju, nodilumizturība un daudzas citas).

Vēl viena ne mazāk svarīga priekšrocība ir iespēja veikt visdažādāko materiālu plazmas metināšanu un virsmu pārklājumu: varš, misiņš, bronza, dārgmetāli, kā arī nemetāli. Tradicionālās metināšanas metodes ne vienmēr spēj to izdarīt.

Cieta pārklājuma aprīkojums

Plazmas pulvera pārklājuma instalācija ietver droseli, oscilatoru, plazmas lodlampu un barošanas avotus. Tāpat tam jābūt aprīkotam ar ierīci metāla pulvera granulu automātiskai ievadīšanai darba zonā un dzesēšanas sistēmu ar pastāvīgu ūdens cirkulāciju.

Plazmas cieto pārklājumu barošanas avotiem ir jāatbilst stingrām prasībāmnoturība un uzticamība. Ar šo lomu metināšanas transformatori veic vislabāko darbu.

Pārklājot pulvera materiālus uz metāla virsmas, tiek izmantots tā sauktais kombinētais loks. Vienlaikus tiek izmantotas gan atvērtas, gan slēgtas plazmas strūklas. Regulējot šo loku jaudu, ir iespējams mainīt sagataves iespiešanās dziļumu. Optimālos apstākļos izstrādājumu deformācija neparādīsies. Tas ir svarīgi precīzās inženierijas detaļu un mezglu ražošanā.

Materiāla padevējs

Metāla pulveris tiek dozēts ar speciālu ierīci un ievadīts kušanas zonā. Padevēja mehānisms jeb darbības princips ir šāds: rotora lāpstiņas iespiež pulveri gāzes plūsmā, daļiņas tiek uzkarsētas un pielīp pie apstrādātās virsmas. Pulveris tiek padots caur atsevišķu sprauslu. Kopumā gāzes deglī ir uzstādītas trīs sprauslas: plazmas padevei, darba pulvera padevei un aizsarggāzei.

Ja izmantojat stiepli, ieteicams izmantot iegremdētās loka metināšanas iekārtas standarta padeves mehānismu.

Virsmas sagatavošana

Pirms plazmas virsmas uzklāšanas un materiālu izsmidzināšanas ir rūpīgi jānotīra virsma no tauku traipiem un citiem piesārņotājiem. Ja parastās metināšanas laikā ir pieļaujams veikt tikai rupju, virsmu šuvju tīrīšanu no rūsas un nogulsnēm, tad, strādājot ar gāzes plazmu, sagataves virsmai jābūt ideāli (iespēju robežās) tīrai, bez svešķermeņiem. Plānākā oksīda plēve spējievērojami vājina līmes mijiedarbību starp cieto pārklājumu un parasto metālu.

Lai sagatavotu virsmu virskārtai, ieteicams noņemt nenozīmīgu metāla virsmas slāni, apstrādājot ar griešanu, pēc tam veicot attaukošanu. Ja detaļas izmēri atļauj, virsmas ieteicams mazgāt un tīrīt ultraskaņas vannā.

Svarīgas metāla seguma īpašības

Ir vairākas iespējas un metodes plazmas pārklājumam. Stieples kā seguma materiāla izmantošana ievērojami palielina procesa produktivitāti salīdzinājumā ar pulveriem. Tas ir saistīts ar faktu, ka elektrods (vads) darbojas kā anods, kas veicina daudz ātrāku nogulsnētā materiāla uzsildīšanu, kas nozīmē, ka tas ļauj regulēt apstrādes režīmus uz augšu.

Tomēr pārklājuma kvalitāte un adhēzijas īpašības nepārprotami ir pulverveida piedevu pusē. Smalku metāla daļiņu izmantošana ļauj iegūt vienmērīgu jebkura biezuma slāni uz virsmas.

Virsmas pārklājuma pulveris

Pulvera pārklājuma izmantošana ir vēlama iegūto virsmu kvalitātes un nodilumizturības ziņā, tāpēc ražošanā arvien vairāk tiek izmantoti pulverveida maisījumi. Tradicionālais pulvera maisījuma sastāvs ir kob alta un niķeļa daļiņas. Šo metālu sakausējumam ir labas mehāniskās īpašības. Pēc apstrādes ar šādu sastāvu detaļas virsma paliek ideāli gluda un nav nepieciešama tās mehāniskā apdare un nelīdzenumu novēršana. Pulvera daļiņu daļa ir tikai daži mikrometri.