تكنولوجيا وعملية رش البلازما. رش البلازما بتقنية رش البلازما

إذن، ما هو مبدأ رش البلازما؟ في جميع أجهزة رش البلازما، يكتسب المسحوق درجة الحرارة والسرعة في تيار من الغاز الساخن الناتج عن البلازماترون. بدوره، البلازماترون أو مولد البلازما هو جهاز تم اختراعه في عشرينيات القرن العشرين، حيث يتم نفخ قوس كهربائي مشتعل بين الكاثود والأنود بحجم محدود (فوهة) بغاز خامل ويولد شعلة من اللهب المخفض لدرجة الحرارة العالية .

لماذا يعد هذا المبدأ جذابًا جدًا لحل مشكلات الرش الحراري؟ على وجه التحديد لأن لهب البلازماترون ساخن جدًا ويتقلص دائمًا بشكل صارم؛ يُحظر تمامًا وجود الأكسجين في البلازماترون بسبب التدمير السريع لمواد الإلكترود (يتم تحديد الضغط الجزئي للأكسجين في الغازات المكونة للبلازما من خلال نقائها ويجب ألا يزيد عن 0.004٪). إن شعلة اللهب الخاصة بالبلازماترون، عند استخدامها بشكل صحيح، لا يمكنها فقط استعادة السطح المعدني النشط من أفلام الأكسيد على الجسيمات المرشوشة، بل يمكنها أيضًا تنظيف سطح الركيزة نفسها من الأكاسيد. يتم توفير هذه الفرصة حصريًا من خلال طريقة رش البلازما.

فيما يتعلق برش البلازما، هناك عدد من التحيزات بين المنظرين وممارسي الرش الحراري، والتي، في معظم الحالات، لا ترتبط بالعملية في حد ذاتها، ولكن بسوء فهم جوهر عملية الرش، وعيوب تصميم أجهزة معينة واستخدامها الخاطئ. دعونا نناقش هذه الأحكام المسبقة:

1."إن لهب البلازما حار جدًا وبالتالي فهو مناسب فقط لرش المعادن المقاومة للحرارة والمواد الخزفية الأكسيدية. تؤدي درجة الحرارة المرتفعة جدًا إلى تبخر جزء من المسحوق وتدمير كربيدات الكروم والتنغستن.

في الواقع، يمكن أن تصل درجة حرارة البلازما إلى 20.000 درجة مئوية أو أكثر، وهي أعلى بكثير من، على سبيل المثال، درجة حرارة لهب أوكسي أسيتيلين (حوالي 3000 درجة مئوية). ومع ذلك، فإن درجة حرارة اللهب لا علاقة لها بدرجة حرارة الجسيمات المرشوشة. وبدون الخوض في فيزياء تفاعل الغاز الساخن مع الجسيمات الصلبة، سنكتفي بالقول إن هذا التفاعل معقد للغاية ويعتمد على عدد كبير من العوامل، بما في ذلك ليس فقط درجة حرارة الغاز، وسرعته، وطول المسافة. الشعلة وحجم الجسيمات، ولكن أيضا التركيب الكيميائي للغاز والجسيمات. بالإضافة إلى ذلك، ليست درجة حرارة اللهب المطلقة، بل سطوعه، هي التي تحدد انتقال الحرارة من الشعلة إلى الجسيمات. على سبيل المثال، يقوم لهب الهيدروجين والأكسجين الأكثر سخونة ولكن غير المرئي تقريبًا بتسخين الجزيئات بشكل أسوأ بكثير من لهب الأسيتيلين والأكسجين الأكثر برودة ولكن أكثر سطوعًا (بسبب توهج جسيمات الكربون النانوية). يعتمد لمعان عمود البلازما على تكوين الغاز المكون للبلازما وعلى حجم وتكوين الجزيئات التي تمر عبره. ومن المثير للاهتمام أنه في كثير من الحالات يكون هذا اللمعان أقل من لهب الأكسجين والأسيتيلين ويجب زيادته بطرق مختلفة فقط لإعطاء الجزيئات الحد الأدنى من درجة الحرارة المطلوبة على الأقل. نظرًا لأن طول لهب أجهزة لهب الغاز غالبًا ما يتجاوز طول شعلة البلازما، ينتج عن ذلك "مفارقة": تسخن مساحيق المعادن الخشنة بقوة أكبر في أجهزة رش لهب المسحوق مقارنة بأجهزة رش البلازما الأكثر قوة و"ساخنة". .

2. "سرعة الجسيمات أثناء رش البلازما ليست كافية لإنتاج طبقات كثيفة."

لا يتم تحديد معدل تدفق الغاز والجزيئات فيه من خلال مبدأ تكوين اللهب، ولكن فقط من خلال تصميم الجهاز. توجد حاليًا أجهزة رش بلازما صناعية مزودة بفوهة لافال توفر للجزيئات سرعة تفوق سرعة الصوت.

3. "إن وحدات رش البلازما الفراغية باهظة الثمن فقط هي المناسبة لرش المعادن، في حين أن وحدات رش البلازما الجوية غير مناسبة بسبب أكسدة الجزيئات المعدنية."

ومن الغريب أن نسمع مثل هذا البيان في كثير من الأحيان، حتى من الأشخاص الذين يشاركون عمليا في رش البلازما، وخاصة فيما يتعلق بالطلاءات MCrAlY لشفرات توربينات الغاز. في الواقع، يوجد في هذا البيان استبدال نموذجي للمفاهيم: الطلاءات المعدنية البحتة من سبائك النيكل منخفضة الذوبان التي يتم الحصول عليها عن طريق رش البلازما الفراغية (VPS) هي بالفعل أفضل من الرش الجوي (APS)، ولكن ليس بسبب أكسدة الجزيئات في البلازما، ولكن هناك سبب آخر تمامًا، والذي سيتم مناقشته في القسم الخاص برش البلازما الفراغية. تحدث أكسدة الجزيئات المعدنية في كلتا الطريقتين بنفس الطريقة.

لا تختلف أجهزة رش البلازما الجوية عن أجهزة رش البلازما الفراغية. الفرق ليس في الأجهزة نفسها، ولكن في طريقة تنظيم عملية الترسيب: يتم الترسيب الجوي في الهواء، ولكن مع الترسيب الفراغي يكون كل من البلازماترون والجزء الذي يتم رشه في غرفة مفرغة تحت فراغ. من الواضح أن الترسيب الجوي أسهل بكثير وأرخص من الترسيب الفراغي، علاوة على ذلك، بالنسبة للأجزاء الكبيرة، يصبح الترسيب الفراغي مستحيلًا بسبب الحجم غير الواقعي للغرفة المفرغة. يمكن استخدام البلازماترونات نفسها للترسيب الجوي والفراغي.

لشرح ميزات رش البلازما بشكل أكثر وضوحًا، دعنا ننتقل إلى النظر في التصميمات المختلفة الموجودة اليوم.

محطات رش البلازما

أجهزة رش البلازما تأتي في مجموعة واسعة من التصاميم. سننظر فيها من الأكثر "تقليدية" إلى الأكثر "تقدمًا".

الأجهزة الأكثر شيوعًا هي تلك التي تحتوي على كاثود واحد وأنود واحد، ويتم إدخال المسحوق خارج فوهة قصيرة، بشكل عمودي على محور اللهب.

يظهر مبدأ تشغيل هذه الأجهزة في الرسم البياني (الشكل 28):

أرز. 28. مبدأ رش البلازما.

كما يتبين من الرسم البياني، فإن الفوهة القصيرة للبلازماترون هي أيضًا أنود. يتم إدخال المسحوق خارج الفوهة بشكل عمودي على محور اللهب، على مقربة من القوس.

الجهاز الأكثر شيوعًا من هذا النوع هو جهاز البلازماترون بسعة 3 ميجابايت من شركة Sulzer Metco، والذي ظل موجودًا منذ أكثر من 40 عامًا، مع بعض التعديلات الطفيفة. يوضح الشكل 29 النماذج الحالية لهذه السلسلة بقدرة قصوى تبلغ 40 كيلووات.

أرز. 29. بلازماترون 3 ميجا بايت.

هناك جهاز أحادي الكاثود أحدث قليلاً وأكثر قوة (55 كيلو واط) وهو جهاز البلازماترون F4، كما هو موضح في الشكل 30.

أرز. 30. بلازماترون F4.

يعد الجهاز سعة 9 ميجابايت واحدًا من أقوى البلازماترونات أحادية الكاثود من النوع التقليدي (80 كيلووات عند تيار 1000 أمبير وجهد 80 فولت) التي تنتجها أيضًا شركة Sulzer Metco (الشكل 31):

أرز. 31. بلازماترون 9 ميجا بايت

لا تختلف البلازماترونات التقليدية أحادية الكاثود عن الشركات الأخرى كثيرًا عن بلازماترونات سولزر ميتكو: فهي جميعها تعمل بمعدل تدفق غاز منخفض نسبيًا، ومنخفض (< 100 В) напряжении и большом (до 1000 А) токе дуги. Ни один из традиционных плазматронов не позволяет достичь частицам скорости звука.

تتمثل ميزة البلازماترونات ذات معدل تدفق الغاز المنخفض في القدرة على نقل درجة حرارة عالية جدًا إلى الجزيئات (> 4000 درجة مئوية) نظرًا للوقت الطويل نسبيًا الذي تظل فيه في المنطقة الساخنة من اللهب بجوار القوس. تتيح درجات حرارة الجسيمات المرتفعة هذه صهر أي مواد خزفية ومعدنية تقريبًا.

لقد كان تطور تكنولوجيا رش البلازما في العشرين عامًا الماضية يسير على طريق زيادة سرعة الجسيمات. ولمنح الجزيئات سرعة أكبر، من الضروري زيادة ضغط الغازات المكونة للبلازما أمام الفوهة، مما يؤدي تلقائيًا إلى زيادة تدفق الغاز وزيادة جهد القوس.

جهاز حديث وقوي (يصل إلى 85 كيلو واط، تيار يصل إلى 379 أمبير، جهد يصل إلى 223 فولت) مع كاثود وأنود واحد هو بلازماترون 100HE من شركة Progressive Technologies Inc. الأمريكية، والذي بفضل الضغط العالي ومعدل تدفق الغازات المكونة للبلازما، يجعل من الممكن تحقيق سرعات الجسيمات - قريبة من سرعة الصوت (الشكل 32):

أرز. 32. بلازماترون 100HE.

نظرا للسرعة العالية للغاز المكون للبلازما، فإن وقت إقامة الجزيئات في المنطقة الساخنة للهب، وبالتالي تنخفض درجة حرارتها. ولمواجهة ذلك، من الضروري زيادة قوة القوس واستخدام كمية كبيرة من الهيدروجين في الغاز المكون للبلازما، والذي، بفضل عملية تفكك وارتباط الجزيئات، يطيل المنطقة الساخنة للهب. وبالتالي، يحقق البلازماترون 100HE درجة حرارة الجسيمات بحجم 20-30 ميكرون فوق 2300 درجة مئوية بسرعة حوالي 250 م/ثانية، مما يجعل من الممكن رش طبقات من Cr 3 C 2 - NiCr، Cr 2 O 3 وAl 2 O 3 ذات مسامية منخفضة.

الاتجاه الثاني للتطور، بالاشتراك مع زيادة استهلاك الغاز، هو تقسيم قوس واحد إلى ثلاثة أجزاء، مما يحسن استقرار اللهب وتوحيده، ويقلل من تآكل الأقطاب الكهربائية ويزيد من إجمالي قوة اللهب. مثال نموذجي لمثل هذا الجهاز هو أحدث جهاز TriplexPro TM -210 بلازماترون من Sulzer Metco مع أنود واحد وثلاثة كاثودات، وقوة قصوى تبلغ 100 كيلووات (الشكل 33):

أرز. 33. بلازماترون تريبلكس برو تي إم.

1 – الجزء الخلفي من الجسم. 2 - كومة الأنود. 3 – الجزء الأمامي من الجسم. 4 – عازل. 5 - الجوز الاتحاد. 6 – ثلاثة كاثودات في كتلة خزفية؛ 7 - عنصر مكدس الأنود؛ 8 – قناة البلازما. 9- فوهة بها ثلاث فوهات للبودرة.

دخلت تقنية Triplex من Sulzer Metco إلى صناعة الرش الحراري في التسعينيات. تتمتع هذه الأجهزة، بالمقارنة مع البلازماترونات ذات القوس الواحد، بعمر خدمة أطول بكثير واستقرار نتائج الترسيب. بالنسبة للعديد من المساحيق التجارية، يمكن للبلازما تريبلكس أيضًا تحسين إنتاجية الرش وكفاءته مع الحفاظ على جودة الطلاء.

أصدرت شركة GTV GmbH، متجاوزة براءة اختراع Sulzer Metco للبلازماترونات ثلاثية الكاثود، جهاز GTV Delta بكاثود واحد وثلاثة أنودات، وهو، من حيث المبدأ، عبارة عن تجميع متدهور لـ TriplexPro (الشكل 34):

أرز. 34. جي تي في دلتا بلازماترون.

الاتجاه الأخير الثالث للتنمية هو التخلي عن مدخلات المسحوق الشعاعي لصالح اتجاه أكثر عقلانية - محوري. تم اختراع عنصر التصميم الرئيسي للبلازماترون مع حقن المسحوق المحوري، Convergens، في عام 1994 من قبل الأمريكي لوسيان بوجدان ديلسيا.

حاليًا، لا يوجد سوى جهاز واحد مماثل - Axial III Plastron، بقدرة قصوى تبلغ 150 كيلووات، من إنتاج الشركة الكندية Mettech، والتي تجمع بين اتجاهات التطوير الثلاثة (تدفق الغاز العالي، وثلاثة أقواس وإدخال المسحوق المحوري). يتم أيضًا تصنيع وتوزيع وحدات رش البلازما المزودة ببلازماترون Axial III من قبل شركة Thermico GmbH الألمانية.

توضح الأشكال 35 و36 و37 جهاز Axial III نفسه ومخطط تصميمه:

أرز. 35. البلازماترون المحوري الثالث.

أرز. 36. منظر لجهاز Axial III من جهة الفوهة.

أرز. 37. رسم تخطيطي للمحور الثالث.

جميع تركيبات رش البلازما الحديثة أوتوماتيكية، أي أنه يتم تنظيم التحكم في المصادر الحالية ونظام تبريد المياه وتدفق الغاز بواسطة نظام CNC مع تصور وحفظ الوصفات على الكمبيوتر. على سبيل المثال، يتم توفير جهاز البلازما Axial III بواسطة شركة Thermico GmbH مع نظام تحكم محوسب يشعل الأقواس بشكل مستقل ويدخل في وضع التشغيل، ويختار وصفات الرش، ويتحكم في جميع المعلمات الرئيسية: تدفق الغازات الثلاثة المكونة للبلازما (الأرجون، النيتروجين والهيدروجين) والتيارات القوسية ومعلمات نظام التبريد المائي. يتحكم نفس النظام الأوتوماتيكي أيضًا في وحدة تغذية المسحوق.

يجب الإشارة بشكل خاص إلى وحدة تغذية مسحوق Thermico. هذا، وهو الجهاز الأكثر "تقدمًا" في العالم اليوم، لا يسمح فقط بتنظيم التدفق الجماعي للمسحوق وتدفق الغاز الحامل (النيتروجين أو الأرجون)، ولكنه يسمح أيضًا باستخدام المساحيق ذات الحبيبات الدقيقة ذات الجودة الرديئة. قابلية التدفق، غير مناسبة، على سبيل المثال، لمغذيات Sulzer Metco.

لقد عمل المؤلف شخصيًا مع جهاز البلازماترون Axial III لفترة طويلة ويمكنه القول من خلال تجربته الخاصة أنه على الرغم من بعض عيوب التصميم، فإن جهاز البلازماترون هذا هو جهاز الرش الحراري الأكثر تقدمًا، حيث يجمع بين مزايا الرش عالي السرعة مع درجة حرارة عالية بدقة تقليل اللهب. الميزة الرئيسية لـ Axial III هي الإدخال المحوري للمسحوق.

مزايا إدخال المسحوق المحوري

يعد حقن المسحوق المحوري نقلة نوعية في تكنولوجيا رش البلازما. النقطة هنا ليست فقط أنه مع الإدخال المحوري، يتم تقليل خسائر المسحوق بشكل كبير، ولكن أيضًا يتم فتح إمكانية رش مواد مسحوق مختلفة تمامًا غير مناسبة للإدخال الشعاعي. وبما أن هذا الجانب مهم بشكل أساسي لفهم الأقسام التالية، فسوف نتناوله بمزيد من التفصيل.

إذًا، ماذا يحدث عندما يتم إدخال المسحوق بشكل قطري في نفاث اللهب عند مخرج الفوهة؟ نحن ندرج عيوب هذه المدخلات:

1. فقط المساحيق ذات الأجزاء الضيقة جدًا مناسبة للحقن الشعاعي، والتي من الضروري أن تحدد بدقة ضغط الغاز الحامل. ماذا يعني هذا؟: إذا كان ضغط الغاز الحامل غير كاف، فإن جزيئات المسحوق سوف "ترتد" من نفاث اللهب؛ وإذا كان ضغط الغاز الحامل مرتفعًا جدًا، فسوف "تنطلق" من خلال هذا اللهب؛ إذا كان المسحوق يتكون من جزيئات ذات أحجام مختلفة، فمن المستحيل من حيث المبدأ تحديد الضغط "الصحيح" للغاز الحامل: أصغر الجزيئات سوف "ترتد" دائمًا، والأكبر منها سوف "تنطلق دائمًا"، أي هو أنه لن يكون أي من هذه الجسيمات موجودًا في الطلاء المرشوش، ولن يكون هناك سوى بعض الجسيمات "المتوسطة". من الصعب بشكل خاص إدخال المساحيق ذات الحبيبات الدقيقة بسبب زيادة تشتتها بواسطة الغاز الحامل (سحابة غبار نموذجية حول الشعلة).
2. عند إدخال المسحوق الشعاعي، من المستحيل استخدام جزيئات ذات أحجام مختلفة في خليط المسحوق، ليس فقط جزيئات ذات أحجام مختلفة، ولكن أيضًا كثافات مختلفة (كتل مختلفة) لنفس السبب: تتطاير الجزيئات الأثقل عبر اللهب بسهولة أكبر من الجزيئات الأخف وزنًا. وبالتالي، فإن محاولة استخدام مخاليط المسحوق المعقدة ستؤدي إلى تشويه تركيبة الطلاء مقارنة بتركيبة خليط المسحوق.
3. تؤدي الزيادة في سرعة الغازات المكونة للبلازما إلى تعقيد الحقن الشعاعي للمسحوق، حيث يتم تضييق نطاقات ضغط الغاز الحامل المطلوب وتوزيعات حجم الجسيمات بشكل أكبر. من الناحية العملية، هذا يعني ما يلي: كلما زادت سرعة اللهب، انخفضت كفاءة الرش أثناء حقن المسحوق الشعاعي. من المستحيل تحت أي ظرف من الظروف إدخال كل المسحوق في اللهب دون خسارة.
4. يؤدي وجود فوهات المسحوق بجوار منطقة اللهب الساخن إلى تسخينها، والذي يتم تعويضه فقط بالتبريد بواسطة الغاز الذي يحمل المسحوق. إذا كانت سرعة غاز التبريد ليست كافية للتبريد، فيمكن أن تلتصق جزيئات المسحوق بحواف فتحة الفوهة، وتشكل ترهلًا. تخرج القطع العالقة بشكل دوري من الفوهة، وتسقط في اللهب وتسبب عيبًا مميزًا - "البصق"، مما يؤدي إلى تكوين شوائب مسامية خشنة في الطلاء. نظرًا لأن معدل تدفق الغاز الحامل يرتبط ارتباطًا وثيقًا بمعاملات اللهب (انظر النقطة 1)، تنشأ مشكلة: بالنسبة لبعض المساحيق، لا توجد ببساطة أي معلمات تقضي على تأثير "البصق"، خاصة إذا كانت هذه المساحيق منخفضة الذوبان و / أو دقيق الحبيبات.

يتيح لك التحول إلى الحقن المحوري للمسحوق التخلص تمامًا من المشاكل المذكورة أعلاه:

1. لم يعد ضغط الغاز الحامل وسرعته مرتبطين بمعلمات اللهب والمسحوق. الشرط الوحيد هو أن ضغط الغاز الحامل يجب أن يكون أعلى قليلاً من ضغط الغاز المكون للبلازما في الفوهة عند النقطة التي يتم فيها إدخال المسحوق. بسبب المدخلات المحورية، يتم التقاط أي مسحوق بالكامل بواسطة اللهب.
2. من الممكن دائمًا تحديد ضغط الغاز الحامل الذي لن يحدث عنده "البصق" المرتبط بالتصاق المسحوق بحافة الفتحة الموجودة في فوهة المسحوق.
3. من الممكن استخدام مخاليط المسحوق بأي تعقيد وتركيب كسري. ستكتسب الجزيئات ذات الأحجام المختلفة سرعات ودرجات حرارة مختلفة، ولكنها ستشارك جميعًا في النهاية في تكوين الطلاء. إن حقيقة أن الجسيمات الصغيرة تصبح أكثر سخونة بشكل ملحوظ من الجسيمات الكبيرة عند إدخالها محوريًا في لهب البلازما تفتح إمكانيات جديدة لتصميم مخاليط المسحوق. الجزء الرئيسي من هذا الكتاب مخصص لإنشاء مثل هذه التركيبات متعددة الكسور.

كان المؤلف محظوظًا جدًا لأنه كان لديه بلازماترون محوري III مع حقن مسحوق محوري تحت تصرفه لسنوات عديدة. إذا لم يكن الأمر كذلك، فإن إنشاء طلاءات جديدة متعددة المكونات سيكون ببساطة مستحيلا.

جدول ملخص لأجهزة الرش الحراري

للتعميم والمقارنة المباشرة وتنظيم جميع طرق الرش الحراري، دعونا نقارن خصائص الأجهزة النموذجية، وكذلك أسعارها التقريبية في جدول واحد (الجدول 2):

الجدول 2. مقارنة أجهزة الرش الحراري.

الخصائص والخصائص	* طرق الرش الحراري
	1	2	3	4	5	6	7	8
باستخدام مسحوق أو الأسلاك	الأسلاك	مسحوق	الأسلاك	مسحوق	مسحوق	مسحوق	الأسلاك	مسحوق
السرعة القصوى رش الجسيمات، م / ثانية	100	50	200	800	1200	1000	100	400
درجة الحرارة القصوى رش الجسيمات، درجة مئوية	2800	2500	1700	1500	600	1200	> 4000	> 4000
حجم الجسيمات المتكونة طلاء، ميكرون	0,1 – 1000	10 – 150	0,1 – 1000	10 – 100	10 – 100	10 – 100	0,1 – 1000	1 – 50
كفاءة الرش عن طريق الرش مادة	—	+	—	+++	+++	+++	—	++
كفاءة الرش بمعدل التدفق	–	+++	—	—	—	—	++	–
الحد الأدنى من المسامية طلاء، المجلد٪	10-15	10-25	5-10	2-3	< 1	< 1	5-10	0,5-3
الطاقة الحرارية الأجهزة، كيلوواط	10-30	10-50	30-100	50-250	30-85	< 20	20-150	25-150
أداء الرش، كجم/ساعة	2-5	5-10	2-5	5-10	10-20	< 1	10-30	2-5
انتشار الأجهزة التجارية و قطع الغيار في السوق العالمية	الكثير من الأجهزة	الكثير من الأجهزة	عدد قليل الأجهزة	الكثير من الأجهزة	عدد قليل الأجهزة	لا الأجهزة	الكثير من الأجهزة	الكثير من الأجهزة
تنقل الجهاز	+++	+++	–	–	+++ ل - للاخرين	—	+++	- لوكالة الأنباء الجزائرية
ضجيج الجهاز	—	+++	—	—	—	—	—	—
انبعاث الأبخرة والغبار الناعم	—	++	—	++	+++	++	—	–
سعر الأجهزة الفردية، €	2.000-	2.000-	10.000-	10.000-	10.000-	لا	10.000-	5.000-
سعر الآلي المنشآت دون ملحقات، €	لا	30.000-	لا	100.000-	100.000-	لا	لا	100.000-
سعر الآلي المنشآت مع محيط "تحت المفتاح": كابينة عازلة للصوت، تهوية المرشح التثبيت، الروبوت، وما إلى ذلك، €	لا	100.000-	لا	200.000-	200.000-	لا	لا	200.000-
التكلفة المقارنة عملية مع الأخذ في الاعتبار المواد الاستهلاكية المواد (باستثناء المساحيق و الأسلاك)، عمر الجهاز و قطعة منفصلة،	10-15	5-15	30-60	40-100	40-100	> 100	5-30	30-150

* ترقيم الطرق:

1. رش لهب الأسلاك
2. رش مسحوق اللهب
3. رش اللهب الأسرع من الصوت بالأسلاك
4. رش مسحوق اللهب الأسرع من الصوت (HVOF وHVAF)
5. رش المسحوق البارد
6. رش مسحوق التفجير
7. الرش بالقوس الكهربائي بالسلك
8. رش مسحوق البلازما (APS وVPS)

يعد التسطيح بالبلازما طريقة مبتكرة لتطبيق طبقات خاصة ذات مقاومة عالية للتآكل على سطح المنتجات البالية. يتم إجراؤه لاستعادة أجزاء وآليات الماكينة، وكذلك أثناء إنتاجها.

1 التسطيح بالبلازما – معلومات عامة عن التقنية ومميزاتها

يعمل عدد من مكونات وآليات الأجهزة والآلات المختلفة اليوم في ظروف صعبة تتطلب من المنتجات تلبية العديد من المتطلبات في وقت واحد. غالبًا ما يُطلب منهم تحمل تأثير البيئات الكيميائية العدوانية ودرجات الحرارة المرتفعة، وفي الوقت نفسه الحفاظ على خصائص القوة العالية.

يكاد يكون من المستحيل صنع مثل هذه الوحدات من أي معدن أو مادة أخرى. ومن الناحية المالية، ليس من العملي تنفيذ مثل هذه العملية الإنتاجية المعقدة.

من المعقول والمربح إنتاج مثل هذه المنتجات من مادة واحدة شديدة التحمل، ثم تطبيق طبقات واقية معينة عليها - مقاومة للتآكل، ومقاومة للحرارة، ومقاومة للأحماض، وما إلى ذلك.

على هذا النحو "الحماية"، يمكنك استخدام الطلاءات غير المعدنية والمعدنية، والتي تختلف عن بعضها البعض في تكوينها. مثل هذا الرش يجعل من الممكن إعطاء المنتجات الخصائص العازلة والحرارية والفيزيائية وغيرها من الخصائص الضرورية. واحدة من أكثر الطرق الحديثة فعالية وفي نفس الوقت عالمية لطلاء المواد بطبقة واقية هي الرش والسطح بقوس البلازما.

جوهر استخدام البلازما بسيط للغاية. بالنسبة للطلاء، يتم استخدام المواد على شكل سلك أو مسحوق ناعم محبب، والذي يتم تغذيته في طائرة بلازما، حيث يتم تسخينه أولاً ثم صهره. في الحالة المنصهرة تنتهي المادة الواقية على الجزء الذي يتم تسطيحه. في نفس الوقت يحدث تسخين مستمر.

مزايا هذه التكنولوجيا هي:

• يسمح لك تدفق البلازما بتطبيق مواد بمعلمات مختلفة، وفي عدة طبقات (ونتيجة لهذا، يمكن معالجة المعدن بطبقات مختلفة، لكل منها ميزات الحماية الخاصة به)؛
• يمكن تعديل خصائص الطاقة لقوس البلازما ضمن حدود واسعة، لأنه يعتبر مصدر الحرارة الأكثر مرونة؛
• يتميز تدفق البلازما بدرجة حرارة عالية جدًا، مما يجعلها تذوب بسهولة حتى تلك المواد التي توصف بأنها ذات حراريات عالية؛
• المعلمات الهندسية وشكل الجزء المراد تسطيحه لا تحد من القدرات التقنية لطريقة البلازما ولا تقلل من فعاليتها.

بناءً على ذلك، يمكننا أن نستنتج أنه لا يمكن مقارنة فعاليته بالفراغ أو الجلفاني أو أي خيار رش آخر مع البلازما. في أغلب الأحيان يتم استخدامه من أجل:

• تعزيز المنتجات التي تخضع لأحمال عالية ثابتة؛
• الحماية ضد التآكل والصدأ لعناصر الإغلاق والتحكم وصمامات الإغلاق (رش المعادن باستخدام البلازما يزيد بشكل كبير من متانتها) ؛
• الحماية من التأثيرات السلبية لدرجات الحرارة المرتفعة التي تسبب التآكل المبكر للمنتجات التي تستخدمها مصانع الزجاج.

2 تقنية السطح الموصوف وخفاياه

يتم تنفيذ تسطيح البلازما للمعادن باستخدام تقنيتين:

• يتم إدخال قضيب أو سلك أو شريط في التيار (يعمل كمواد حشو) ؛
• يتم تغذية خليط المسحوق في النفاث، والذي يتم التقاطه ونقله إلى سطح المنتج الملحوم بواسطة الغاز.

يمكن أن يكون لطائرة البلازما تكوينات مختلفة. وبحسب هذا المؤشر ينقسم إلى ثلاثة أنواع:

• طائرة مغلقة. بمساعدتها ، يتم تنفيذ ترسيب المعادن والتعدين والتصلب في أغلب الأحيان. يتميز القوس في هذه الحالة بكثافة منخفضة نسبيًا لتدفق اللهب، والذي يحدث نتيجة لمستوى عالٍ من انتقال الحرارة إلى الغلاف الجوي. في الترتيب الموصوف، يكون الأنود إما قناة الموقد أو فوهةه.
• طائرة مفتوحة. مع هذا الترتيب، يتم تسخين الجزء أكثر بكثير؛ الأنود هو القضيب أو قطعة العمل نفسها. يوصى باستخدام طائرة مفتوحة لتطبيق طبقات الحماية أو لقطع المواد.
• خيار مشترك. تخطيط مصمم خصيصًا لأسطح مسحوق البلازما. مع هذا الخيار، يتم إشعال قوسين في نفس الوقت، ويتم توصيل الأنود بفوهة الموقد والمنتج الملحوم.

في أي ترتيب، الغازات المستخدمة لتكوين اللهب هي الأكسجين، الأرجون، الهواء، الهيليوم، الهيدروجين أو النيتروجين.يقول الخبراء أن الهيليوم والأرجون يوفران أعلى مستويات الجودة في ترسيب وتسطيح المعدن.

3 شعلة بلازما مدمجة للتسطيح

يتم تنفيذ تسطيح مسحوق البلازما في معظم المؤسسات الحديثة في وحدات مشتركة. فيها، يتم إذابة مسحوق حشو المعدن بين فوهة الشعلة وقطب التنغستن. وبينما يحترق القوس بين الجزء والقطب، يبدأ تسخين سطح المنتج الملحوم. ونتيجة لذلك، يحدث اندماج عالي الجودة وسريع للقاعدة ومعدن الحشو.

تضمن شعلة البلازما المدمجة محتوى منخفضًا من المادة الأساسية المترسبة، بالإضافة إلى أصغر عمق لاختراقها. هذه هي الحقائق التي يتم التعرف عليها باعتبارها الميزة التكنولوجية الرئيسية للتطفو على السطح باستخدام طائرة البلازما.

السطح المراد ترسيبه محمي من التأثير الضار للهواء المحيط بواسطة الغاز الخامل. يدخل في الفوهة (الخارجية) للتركيب ويحمي القوس المحيط به بشكل موثوق. يقوم غاز النقل ذو الخصائص الخاملة أيضًا بتزويد خليط المسحوق للمادة المضافة. يأتي من وحدة تغذية خاصة.

بشكل عام، يتكون البلازماترون القياسي من النوع المشترك، الذي يتم فيه رش المعدن وتسويته، من الأجزاء التالية:

• مصدران للطاقة (أحدهما يمد القوس "غير المباشر"، والآخر - "المباشر")؛
• مغذي للخليط
• المقاومة (الصابورة)؛
• حفرة حيث يتم توفير الغاز.
• فوهة؛
• مذبذب؛
• جسم الموقد
• أنبوب لتزويد الغاز يحمل تركيبة المسحوق.

4 المميزات الرئيسية للأسطح المعدنية باستخدام تقنية البلازما

يتم ملاحظة الحد الأقصى لأداء شعلة البلازما عند استخدام سلك مضاف يحمل تيارًا. يحترق القوس في هذه الحالة بين هذا السلك (وهو الأنود) وكاثود الوحدة. الطريقة الموصوفة تذيب المادة الأساسية قليلاً. لكن هذا لا يجعل من الممكن إنشاء طبقة سطحية موحدة ورقيقة.

إذا تم استخدام المسحوق، فإن الرش والسطح يجعل من الممكن الحصول على الطبقة الرقيقة المحددة ذات أقصى مقاومة للتآكل ومقاومة للحرارة. عادة، مكونات خليط المسحوق للتسطيح هي الكوبالت والنيكل. بعد استخدام هذه المساحيق، لا يحتاج سطح الجزء إلى مزيد من المعالجة، لأن الطبقة الواقية لا تحتوي على أي عيوب.

يتم وصف رش البلازما، مقارنة بالسطح، من خلال سرعة نفاثة بلازما أعلى وتدفق حراري أكثر كثافة. ترجع هذه الحقيقة إلى حقيقة أنه أثناء الرش يتم استخدام المعادن والمركبات ذات المستوى العالي من الحراريات (البوريدس ومبيدات السيليكات والتنتالوم والكربيدات والتنغستن وأكاسيد الزركونيوم والمغنيسيوم والألمنيوم) في أغلب الأحيان.

دعونا نضيف أن طريقة التسطيح التي تمت مناقشتها في المقالة في خصائصها التقنية (نطاق الفولتية والتيارات التشغيلية، واستهلاك الغاز الخامل، وما إلى ذلك) لا تختلف كثيرًا عن. وقد أتقن المتخصصون هذا النوع من اللحام إلى حد الكمال هذه الأيام.

هذه طريقة تقدمية للطلاء، حيث يتم ذوبان ونقل المواد إلى السطح المراد استعادته بواسطة طائرة بلازما. البلازما هي حالة غازية شديدة التأين حيث يكون تركيز الإلكترونات والأيونات السالبة مساويًا لتركيز الأيونات الموجبة الشحنة. يتم الحصول على طائرة البلازما عن طريق تمرير غاز مكون للبلازما عبر قوس كهربائي عندما يتم تشغيله بواسطة مصدر تيار مباشر بجهد 80-100 فولت.

ويصاحب انتقال الغاز إلى الحالة المتأينة وتفككه إلى ذرات امتصاص كمية كبيرة من الطاقة، التي تنطلق عند تبريد البلازما نتيجة تفاعلها مع البيئة والجزء المرشوش. ويتسبب ذلك في ارتفاع درجة حرارة طائرة البلازما، والتي تعتمد على قوة الغاز الحالي ونوعه ومعدل تدفقه. عادة ما يكون الغاز المكون للبلازما هو الأرجون أو النيتروجين، وبشكل أقل شيوعًا، الهيدروجين أو الهيليوم. عند استخدام الأرجون، تكون درجة حرارة البلازما 15000-30000 درجة مئوية، والنيتروجين - 10000-15000 درجة مئوية. عند اختيار الغاز، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن النيتروجين أرخص وأقل ندرة من الأرجون، ولكن لإشعال قوس كهربائي فيه، يلزم جهد أعلى بكثير، مما يحدد زيادة متطلبات السلامة الكهربائية. لذلك، في بعض الأحيان عند إشعال القوس، يتم استخدام الأرجون، حيث يكون جهد الإثارة وحرق القوس أقل، ويتم استخدام النيتروجين في عملية الاخرق.

يتكون الطلاء بسبب حقيقة أن المادة المطبقة التي تدخل طائرة البلازما تذوب ويتم نقلها بواسطة تيار من الغاز الساخن إلى سطح الجزء. سرعة طيران الجزيئات المعدنية هي 150-200 م/ث على مسافة من الفوهة إلى سطح الجزء 50-80 ملم. نظرًا لارتفاع درجة حرارة المادة المطبقة وسرعة الطيران العالية، تكون قوة الاتصال بين طلاء البلازما والجزء أعلى من طرق المعدنة الأخرى.

تعد درجة الحرارة العالية والطاقة العالية مقارنة بمصادر الحرارة الأخرى هي الاختلافات والمزايا الرئيسية في تعدين البلازما، مما يوفر زيادة كبيرة في إنتاجية العملية، والقدرة على صهر وترسب أي مواد مقاومة للحرارة ومقاومة للاهتراء، بما في ذلك السبائك الصلبة والمواد المركبة. ، وكذلك الأكاسيد والبوريدات والنيتريدات وغيرها، في مجموعات مختلفة. بفضل هذا، من الممكن تشكيل طبقات متعددة الطبقات بخصائص مختلفة (مقاومة للاهتراء، سهلة الكسر، مقاومة للحرارة، إلخ). يتم الحصول على الطلاءات عالية الجودة باستخدام مواد تسطيح ذاتية التدفق.

تعتمد الكثافة والبنية والخواص الفيزيائية والميكانيكية لطلاءات البلازما على المادة المطبقة والتشتت ودرجة الحرارة ومعدل تصادم الجزيئات المنقولة مع الجزء الذي يتم استعادته. يتم توفير المعلمتين الأخيرتين من خلال التحكم في طائرة البلازما. تزداد خصائص طبقات البلازما بشكل ملحوظ أثناء ذوبانها اللاحق. هذه الطلاءات فعالة تحت التأثير وأحمال التلامس العالية.

تم توضيح مبدأ تشغيل وتصميم شعلة البلازما في الشكل. 4.51. يتم الحصول على طائرة البلازما عن طريق تمرير الغاز المكون للبلازما 7 عبر قوس كهربائي يتم إنشاؤه بين كاثود التنغستن 2 وأنود النحاس 4 عند توصيل مصدر تيار بهما.

يتم فصل الكاثود والأنود عن بعضهما البعض بواسطة عازل 3 ويتم تبريدهما بشكل مستمر بواسطة السائل ب (يفضل الماء المقطر). يتكون الأنود على شكل فوهة يضمن تصميمها ضغطًا واتجاهًا معينًا لنفث البلازما. يتم تسهيل الضغط أيضًا عن طريق المجال الكهرومغناطيسي الذي ينشأ حول الطائرة. ولذلك، فإن الغاز المتأين المكون للبلازما يترك فوهة البلازماترون على شكل نفاثة ذات مقطع عرضي صغير، مما يوفر تركيزًا عاليًا من الطاقة الحرارية.

أرز. 4.51. مخطط عملية رش البلازما: 1 - موزع المسحوق. 2- الكاثود. 3 - طوقا عازلة. 4 - الأنود. 5 - نقل الغاز. 6 - المبرد. 7- غاز تكوين البلازما

يتم استخدام المواد المطبقة على شكل مساحيق حبيبية بحجم جسيمات يتراوح بين 50-200 ميكرون أو أسلاك أو أسلاك. يمكن تغذية المسحوق في طائرة البلازما مع الغاز المكون للبلازما أو من الموزع 1 مع غاز النقل 5 (النيتروجين) إلى فوهة شعلة الغاز، ويتم إدخال سلك أو سلك في طائرة البلازما أسفل فوهة شعلة البلازما. قبل الاستخدام، يجب تجفيف المسحوق وتكلسه لتقليل المسامية وزيادة التصاق الطلاء بالجزء.

يمكن حماية طائرة البلازما والجزيئات المعدنية المنصهرة الموجودة فيها من التفاعل مع الهواء عن طريق تدفق الغاز الخامل الذي يجب أن يحيط بطائرة البلازما. لهذا الغرض، يتم توفير فوهة إضافية في البلازماترون، بشكل متحد المركز مع الفوهة الرئيسية، والتي يتم من خلالها توفير الغاز الخامل. بفضله، يتم التخلص من الأكسدة والنيترة وإزالة الكربون من المواد المرشوشة.

في المثال المذكور، يتم توصيل مصدر الطاقة بأقطاب شعلة البلازما (دائرة اتصال مغلقة)، وبالتالي فإن القوس الكهربائي يعمل فقط على إنشاء طائرة بلازما. عند استخدام المادة المطبقة على شكل سلك، يمكن أيضًا توصيل مصدر الطاقة بها. في هذه الحالة، بالإضافة إلى طائرة البلازما، يتم تشكيل قوس البلازما، والذي يشارك أيضًا في ذوبان القضيب، مما يؤدي إلى زيادة قوة شعلة البلازما بشكل كبير

تحتوي منشآت أسطح البلازما الحديثة على أنظمة إلكترونية لتنظيم معلمات العملية ومجهزة بأجهزة مناورة وروبوتات. وهذا يزيد من إنتاجية وجودة عملية الرش، ويحسن ظروف العمل للعاملين في التشغيل.

تتمثل الاختلافات الرئيسية بين تعدين البلازما وطرق الصهر الأخرى في ارتفاع درجة الحرارة وزيادة الطاقة، مما يوفر زيادة كبيرة في إنتاجية العملية والقدرة على تطبيق وصهر أي مواد مقاومة للحرارة ومقاومة للاهتراء (الشكل 4.8). لرش البلازما، يتم استخدام غازات الأرجون والنيتروجين لتوفير درجة حرارة النفاث.بالنسبة لتمعدن البلازما، يتم استخدام تركيبات UPU وUMN على نطاق واسع، والتي تتضمن مجموعتها دوارًا وغرفة واقية وموزع مسحوق ومصدر طاقة ولوحة تحكم.

الجزء الرئيسي من التثبيت هو البلازماترون، الذي يتم تحديد مدة خدمته من خلال متانة الفوهة. فترة تشغيل شعلة البلازما قصيرة، لذلك يمكن استبدال الأجزاء القابلة للتآكل. المصادر الحالية هي مولدات اللحام PSO-500 أو المقومات I PN-160/600.

أرز. 4.8. مخطط عملية رش البلازما:

1 - موزع المسحوق. 2 - الكاثود. 3 - طوقا عازلة. 4 - الأنود. 5 - نقل الغاز. 6 - المبرد. 7- غاز تكوين البلازما

يتم استخدام الأرجون أو النيتروجين الأقل ندرة والأرخص ثمناً كغاز لتكوين البلازما. ومع ذلك، فإن إشعال القوس في بيئة النيتروجين أكثر صعوبة ويتطلب جهدًا أعلى بكثير، مما يشكل خطراً على العاملين. يتم استخدام طريقة يتم فيها إشعال القوس في بيئة الأرجون مع إثارة أقل وجهد احتراق القوس، ثم التحول إلى النيتروجين. يتأين الغاز المكون للبلازما ويترك فوهة البلازماترون على شكل نفاثة ذات مقطع عرضي صغير. يتم تسهيل الضغط بواسطة جدران قناة الفوهة والمجال الكهرومغناطيسي الذي ينشأ حول الطائرة. تعتمد درجة حرارة نفث البلازما على القوة الحالية للغاز ونوعه ومعدل تدفقه وتتراوح من 10.000 إلى 30.000 درجة مئوية؛ سرعة تدفق الغاز 100-1500 م/ث. تبلغ درجة حرارة بلازما الأرجون 15.000-30.000 درجة مئوية، وبلازما النيتروجين - 10.000-15.000 درجة مئوية.

في تعدين البلازما، يتم استخدام مسحوق محبب بحجم جسيمات يتراوح بين 50-200 ميكرون كمادة مطبقة. يتم تغذية المسحوق إلى منطقة القوس بواسطة غاز النقل (النيتروجين)، ويتم صهره ونقله إلى الجزء. سرعة طيران جزيئات المسحوق هي 150-200 م/ث، والمسافة من الفوهة إلى سطح الجزء هي 50-80 مم. نظرًا لارتفاع درجة حرارة المادة المطبقة وسرعة طيران الجزيئات المرشوشة، تكون قوة الاتصال بين الطلاء والجزء في هذه الطريقة أعلى من طرق المعدنة الأخرى.

إن تعدين البلازما، الذي يحدث عند درجة حرارة عالية لنفث البلازما، يجعل من الممكن تطبيق أي مادة

المواد، بما في ذلك المواد الأكثر مقاومة للتآكل، ولكن هذا يثير مشكلة المعالجة اللاحقة للمواد فائقة الصلابة والمقاومة للتآكل.

إن استخدام إشعاع الليزر النبضي، الذي تبلغ مدته ميلي ثانية، يجعل من الممكن الحصول على الحد الأدنى من المناطق المتأثرة حرارياً والتي لا تتجاوز عدة عشرات من الميكرونات. إن الحد الأدنى من أحجام الذوبان والحد الأدنى من إدخال الحرارة إلى الجزء الذي يتم لحامه يجعل من الممكن تقليل التشوهات الطولية والعرضية وبالتالي الحفاظ على الأبعاد الدقيقة للجزء ضمن نطاق التسامح الذي يبلغ عدة ميكرونات. تتيح دقة التوجيه والتأثير الموضعي لشعاع الليزر لحام مناطق هندسية محددة بدقة للجزء، مما يوفر الحد الأدنى المسموح به للتصنيع، وهو 0.2-0.5 مم. نظرًا لأن المناطق المتأثرة بالحرارة خلال الكسوة بالليزر النبضي تكون صغيرة جدًا، تظل الركيزة باردة عمليًا، ويصل معدل تبريد الطور السائل من ذوبان المعدن إلى 102-103 درجة مئوية / ثانية. في ظل هذه الظروف، تحدث عملية تصلب تلقائي، مما يؤدي إلى تكوين هيكل مشتت بدقة للغاية مع زيادة مقاومة التآكل.

عند المقارنة، فإن جميع الاختلافات التقنية الأساسية تقريبًا بين تقنيات تكسية القوس الكهربائي وتكسية الليزر النبضي هي نتيجة لحقيقة أن القوس هو مصدر طاقة لحام مركز، وشعاع الليزر هو مصدر طاقة عالي التركيز. يتميز سطح الليزر النبضي، مقارنة بسطح القوس الكهربائي، بأحجام قليلة من المناطق الذائبة والمتأثرة بالحرارة، وبالتالي، انخفاض كبير في الانكماش العرضي والطولي.

بعد تسطيح القوس الكهربائي، يمكن أن تصل البدلات إلى عدة ملليمترات، الأمر الذي يستلزم المعالجة اللاحقة. إن استخدام القوس الكهربائي كمصدر للطاقة يكون مصحوبًا بتأثيره القوي على الطور السائل لمصهور المعدن، مما يؤدي إلى تكوين قطع سفلية لا تحدث أثناء الكسوة بالليزر. يتطلب التسطيح بالقوس الكهربائي "تسخينًا أوليًا ومصاحبًا لمناطق اللحام والمعالجة الحرارية اللاحقة" والنوع من التسطيح بالليزر.

يمكن استخدام تقنية تسطيح الليزر لاستعادة القوالب البالية والقوالب وإزالة العيوب المختلفة التي تتشكل أثناء عملية تصنيع القوالب والقوالب. أنواع العيوب التي يتم التخلص منها باستخدام الكسوة بالليزر: مواقع اختبار صلابة HRC، الشقوق، الخدوش، التجاويف والمسام، الشقوق العميقة، مواقع الربط اللاصقة. العملية التكنولوجية لتسطيح الليزر هي إمداد متزامن لإشعاع الليزر وسلك الحشو إلى موقع الخلل في بيئة غاز خامل. مادة الحشو، ذوبان، تملأ موقع العيب. بعد التسطيح بالليزر، يلزم الحد الأدنى من المعالجة الميكانيكية مقارنة بطرق التسطيح التقليدية. الدقة العالية لتوجيه شعاع الليزر إلى موقع الخلل، وموقع عمل إشعاع الليزر يجعل من الممكن دمج مناطق محددة بدقة من الأجزاء المعيبة (الشكل 4.9).

إن المدة القصيرة للعملية، ومدة نبض الليزر التي تبلغ عدة ميلي ثانية، بالإضافة إلى الجرعة الدقيقة للطاقة تضمن الحد الأدنى من المناطق المتأثرة بالحرارة وعدم تآكل الأجزاء. يمكن أن يؤدي التسطيح بالليزر إلى تقليل كثافة اليد العاملة لإصلاح الأدوات بشكل كبير، وبالتالي تقليل التكلفة من خلال التخلص من عملية التسخين المسبق والمعالجة الحرارية اللاحقة والحاجة إلى إزالة طلاء الكروم من السطح وتطبيقه لاحقًا إذا كان الجزء مصنوعًا من الكروم. -مطلي. يتم سرد مزايا الكسوة بالليزر في الجدول. 4.2.

ولمنع أكسدة المعدن المنصهر، تتم حماية منطقة السطح بغازات خاملة، على سبيل المثال، خليط من الأرجون والهيليوم. لسطح المكونات كبيرة الحجم (يصل طولها إلى عدة أمتار)، يتم استخدام أنظمة ليزر الحالة الصلبة المجهزة بأنظمة الألياف الضوئية. تم تطوير تقنية لإزالة العيوب في شكل شقوق ساخنة وباردة غير متكونة أثناء اللحام بالقوس الكهربائي بأقطاب كهربائية باستخدام إشعاع الليزر النبضي من ليزر الحالة الصلبة.

إن لحام العديد من الشقوق باستخدام إشعاع الليزر النبضي يجعل من الممكن تنفيذ ما يسمى بوضع اللحام "البارد"، حيث لا يسخن اللحام في المنطقة التي تم إصلاحها، مما يسمح بالحفاظ على القوة الميكانيكية للمفصل الملحوم وتجنب تصلب المعدن في اللحام.

يسمح استخدام نظام الألياف الضوئية الذي يبلغ طوله عدة أمتار بإجراء الإصلاحات في الأماكن التي يصعب الوصول إليها. يمكن استخدام هذه التقنية لإزالة العيوب المختلفة التي تتشكل أثناء اللحام بالقوس الكهربائي - الشقوق، الباردة والساخنة، والتجاويف، والحفر، والنواسير، والتخفيضات.

نظرًا للطبيعة وظروف التشغيل، يتعرض السطح الجانبي لشفرات التوربينات ذات الضغط العالي للتلف الجزئي الناتج عن التأثيرات الميكانيكية والكيميائية والحرارية. يُظهر تحليل قابلية التلف أن حوالي 70٪ من إجمالي عددها عبارة عن أجزاء ذات عيوب سطحية يصل عمقها إلى 0.4-2.0 مم. إن استخدام أنظمة الألياف الضوئية لتوصيل شعاع الليزر إلى موقع الخلل يفتح إمكانية إصلاح شفرة التوربين دون تفكيكها. حجم المنطقة المتأثرة حرارياً لا يتجاوز 15 ميكرومتر. هيكل الطبقة المودعة مشتت بدقة.

أرز. 4.11. المقطع العرضي في موقع الأنبوب غير الملحوم لقسم الثلاجة

أرز. 4.12. تتم معالجة طحن موقع الخلل في وضع اللحام باللحام

أثناء عملية تصنيع أقسام المياه، قد تحدث عيوب في شكل جنود مفقودة. تم تطوير تقنية للقضاء على تسرب الأقسام باستخدام اللحام بالليزر النبضي (الشكل 4.11 و4.12).

للقضاء على التسربات في التماس الملحوم، يتم استخدام إشعاع الليزر النبضي من ليزر الحالة الصلبة. يتيح لك نظام التلفزيون المدمج في باعث الليزر باستخدام تحديد الهدف استنادًا إلى ليزر He - Ne (هيليوم - نيون) توجيه شعاع الليزر بدقة إلى موقع الخلل. يتيح لك تجهيز الليزر بنظام الألياف الضوئية إزالة العيوب في الأماكن التي يصعب الوصول إليها والانتقال السريع من عيب إلى آخر.

يعد رش البلازما (أو بعبارة أخرى تعدين الانتشار) وسيلة فعالة لتغيير الخواص الفيزيائية والميكانيكية، وكذلك بنية السطح الرئيسي. ولذلك، فإنه غالبا ما يستخدم لأغراض الديكور ولزيادة متانة المنتج النهائي.

مبدأ رش البلازما

مثل طرق طلاء السطح التقليدية، تتضمن عملية تعدين الانتشار ترسيب طبقة من معدن أو سبيكة أخرى على سطح المعدن، والتي لها الخصائص اللازمة للاستخدام اللاحق للجزء - اللون المطلوب، ومقاومة التآكل، والصلابة. الاختلافات هي كما يلي:

1. تعمل البلازما ذات درجة الحرارة العالية (5000 - 6000 درجة مئوية) على تسريع عملية الطلاء بشكل كبير، والتي يمكن أن تستغرق جزءًا من الثانية.
2. أثناء عملية تعدين الانتشار في طائرة البلازما، يمكن أيضًا أن تنتشر العناصر الكيميائية من الغاز الذي تتم فيه المعالجة إلى الطبقات السطحية للمعدن. وبالتالي، من خلال ضبط التركيب الكيميائي للغاز، من الممكن تحقيق تشبع سطحي مشترك للمعدن بذرات العناصر المطلوبة.
3. يضمن تجانس درجة الحرارة والضغط داخل طائرة البلازما جودة عالية للطلاءات النهائية، وهو أمر يصعب تحقيقه باستخدام طرق المعدنة التقليدية.
4. يتميز رش البلازما بمدة عملية قصيرة للغاية. ونتيجة لذلك، لا يتم التخلص من زيادة الإنتاجية فحسب، بل يتم أيضًا التخلص من ارتفاع درجة الحرارة والأكسدة وغيرها من الظواهر السطحية غير المرغوب فيها.

إعدادات العمل لتنفيذ العملية

نظرًا لأن التفريغ الكهربائي يستخدم غالبًا لبدء بلازما ذات درجة حرارة عالية - قوس أو شرارة أو نبض - فإن المعدات المستخدمة في طريقة الرش هذه تشمل ما يلي:

• مصدر إنشاء التفريغ: مولد عالي التردد أو محول اللحام؛
• غرفة عمل مغلقة حيث يتم وضع قطعة العمل المراد تعدينها؛
• خزان للغاز تتشكل منه البلازما ذات الحرارة المرتفعة في الغلاف الجوي؛
• مضخة أو وحدة تفريغ توفر الضغط اللازم لضخ وسط العمل أو إنشاء الفراغ المطلوب؛
• أنظمة التحكم في العمليات.

يتم تشغيل شعلة البلازما التي تقوم برش البلازما على النحو التالي. يتم تثبيت الجزء الذي تم رشه في غرفة محكمة الغلق، وبعد ذلك يتم تحفيز التفريغ الكهربائي بين أسطح قطب العمل (الذي يتضمن العناصر التي تم رشها) وقطعة العمل. وفي نفس الوقت، يتم ضخ وسط سائل أو غازي عبر منطقة العمل بالضغط المطلوب. والغرض منه هو ضغط منطقة التفريغ، وبالتالي زيادة الكثافة الحجمية لقدرتها الحرارية. توفر البلازما عالية التركيز تبخرًا أبعاديًا لمعدن الإلكترود وتبدأ في نفس الوقت الانحلال الحراري للبيئة المحيطة بقطعة العمل. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل طبقة من التركيب الكيميائي المطلوب على السطح. من خلال تغيير خصائص التفريغ - التيار والجهد والضغط - يمكنك التحكم في سمك وهيكل الطلاء المرشوش.

وتحدث عملية معدنة الانتشار في الفراغ بشكل مشابه، إلا أن ضغط البلازما يحدث بسبب اختلاف الضغط داخل عمودها وخارجه.

المعدات التكنولوجية والمواد الاستهلاكية

يعتمد اختيار مادة القطب الكهربائي على الغرض من الرش ونوع المعدن الذي تتم معالجته. على سبيل المثال، بالنسبة لقوالب التصلب، فإن الأقطاب الكهربائية الأكثر فعالية مصنوعة من سبائك الحديد والنيكل، والتي يتم خلطها أيضًا بعناصر مثل الكروم والبورون والسيليكون. يزيد الكروم من مقاومة التآكل للطلاء، ويزيد البورون من الصلابة، ويزيد السيليكون من كثافة الطلاء النهائي.

عند المعدنة لأغراض الديكور، فإن المعيار الرئيسي لاختيار معدن القطب العامل هو تكوين السطح المراد رشه، وكذلك مظهره. على سبيل المثال، يتم ترسيب النحاس باستخدام أقطاب كهربائية مصنوعة من النحاس الكهربائي M1.

أحد المكونات الهيكلية المهمة للعملية هو تكوين الوسط. على سبيل المثال، إذا كان من الضروري الحصول على نيتريدات وكربيدات عالية المقاومة في الطبقة المرشوشة، فيجب أن تكون الوسائط العضوية التي تحتوي على الكربون أو النيتروجين موجودة في الغاز.

المعالجة اللاحقة للطلاء النهائي

ونظرًا لطبيعة العملية، فإن كثافة الطبقة المرشوشة وقوة التصاقها بالمعدن الأساسي لا تكفي دائمًا لضمان متانة الطلاء. لذلك، في كثير من الأحيان، بعد المعالجة، يتعرض الجزء لذوبان السطح اللاحق باستخدام لهب الأكسجين والأسيتيلين، أو في الأفران الحرارية. ونتيجة لذلك، تزيد كثافة الطلاء عدة مرات. بعد ذلك، يتم طحن المنتج وصقله باستخدام أدوات الكربيد.

مع الأخذ في الاعتبار التشطيب اللاحق للمنتج، يجب أن يكون سمك الطبقة المعدنية بعد المعالجة 0.8 - 0.9 ملم على الأقل.

لإعطاء الجزء خصائص القوة النهائية، يتم تصليده وتلطيفه باستخدام الظروف التكنولوجية الموصى بها للمعدن الأساسي.

يزيد رش البلازما من مقاومة الحرارة، ومقاومة التآكل وصلابة المنتجات، ويزيد من قدرتها على مقاومة عمليات التآكل، كما أن الرش لأغراض الديكور يحسن بشكل كبير مظهر الأجزاء.

القيود المفروضة على تكنولوجيا رش البلازما الانتشار هي التعقيد المفرط لتكوين قطعة العمل، فضلا عن التعقيد النسبي للمنشآت المستخدمة.

إذا كانت متطلبات توحيد الطبقة الناتجة ليست عالية، فمن الممكن استخدام تركيبات أبسط تشبه من الناحية الهيكلية آلات اللحام شبه الأوتوماتيكية. في هذه الحالة، يتم رش البلازما في فقاعة هواء، والتي تتشكل عندما يتم نفخ منطقة المعالجة بواسطة الضاغط. تتحرك الأقطاب الكهربائية، التي تحتوي على المعدن المرشوش، بشكل تسلسلي على طول محيط المنتج. لتحسين التصاق المعدن المرشوش بالقاعدة، يتم أيضًا إدخال مادة الحشو إلى منطقة الرش.