პლაზმური შესხურების ტექნოლოგია და პროცესი. პლაზმური რკალის შესხურება პლაზმური შესხურების ტექნოლოგია

მაშ, როგორია პლაზმური შესხურების პრინციპი? პლაზმური შესხურების ყველა მოწყობილობაში ფხვნილი იძენს ტემპერატურას და სიჩქარეს პლაზმატრონის მიერ შექმნილ ცხელი აირის ნაკადში. თავის მხრივ, პლაზმატრონი ან პლაზმური გენერატორი არის მოწყობილობა, რომელიც გამოიგონეს 1920-იან წლებში, რომლის დროსაც კათოდსა და ანოდს შორის შეზღუდული მოცულობით (საქშენი) დამწვარი ელექტრული რკალი იბერება ინერტული გაზით და ქმნის მაღალი ტემპერატურის შემცირების ალის ლამპარს. .

რატომ არის ეს პრინციპი ასეთი მიმზიდველი თერმული შესხურების პრობლემების გადასაჭრელად? ზუსტად იმიტომ, რომ პლაზმატრონის ალი ძალიან ცხელია და ყოველთვის მკაცრად მცირდება; პლაზმატრონში ჟანგბადის არსებობა კატეგორიულად აკრძალულია ელექტროდების მასალების სწრაფი, წინააღმდეგ შემთხვევაში, განადგურების გამო (პლაზმის წარმომქმნელ აირებში ჟანგბადის ნაწილობრივი წნევა განისაზღვრება მათი სისუფთავით და არ უნდა იყოს 0,004%-ზე მეტი). პლაზმატრონის ცეცხლოვანი ჩირაღდანი, როდესაც სწორად გამოიყენება, შეუძლია არა მხოლოდ აღადგინოს აქტიური მეტალის ზედაპირი ოქსიდის ფილმებისგან შესხურებულ ნაწილაკებზე, არამედ თვით სუბსტრატის ზედაპირის გაწმენდაც კი ოქსიდებისგან. ეს შესაძლებლობა მოცემულია ექსკლუზიურად პლაზმური შესხურების მეთოდით.

პლაზმის შესხურებასთან დაკავშირებით, არსებობს მთელი რიგი ცრურწმენები თერმოშეფრქვევის თეორეტიკოსებსა და პრაქტიკოსებს შორის, რომლებიც, უმეტეს შემთხვევაში, დაკავშირებულია არა პროცესთან, როგორც ასეთთან, არამედ შესხურების პროცესის არსის გაუგებრობასთან, კონკრეტული მოწყობილობების დიზაინის ხარვეზებთან. და მათი არასწორი გამოყენება. მოდით განვიხილოთ ეს ცრურწმენები:

1.„პლაზმის ალი ძალიან ცხელია და ამიტომ შესაფერისია მხოლოდ ცეცხლგამძლე ლითონისა და ოქსიდის კერამიკული მასალების დასაწურავად. ძალიან მაღალი ტემპერატურა იწვევს ფხვნილის ნაწილის აორთქლებას და ქრომის და ვოლფრამის კარბიდების განადგურებას“.

მართლაც, პლაზმის ტემპერატურამ შეიძლება მიაღწიოს 20000°C-ს ან მეტს, რაც ბევრად აღემატება, მაგალითად, ოქსი-აცეტილენის ცეცხლის ტემპერატურას (დაახლოებით 3000°C). თუმცა, ცეცხლის ტემპერატურას ძალიან მცირე კავშირი აქვს შესხურებული ნაწილაკების ტემპერატურასთან. ცხელი აირის მყარ ნაწილაკებთან ურთიერთქმედების ფიზიკაში ჩაღრმავების გარეშე, ჩვენ მხოლოდ ვიტყვით, რომ ეს ურთიერთქმედება ძალიან რთულია და დამოკიდებულია უამრავ პარამეტრზე, მათ შორის არა მხოლოდ გაზის ტემპერატურაზე, მის სიჩქარეზე, გაზის სიგრძეზე. ჩირაღდანი და ნაწილაკების ზომა, არამედ გაზისა და ნაწილაკების ქიმიური შემადგენლობა. გარდა ამისა, ეს არ არის ალი აბსოლუტური ტემპერატურა, არამედ მისი სიკაშკაშე, რომელიც გადამწყვეტია სითბოს ჩირაღდნიდან ნაწილაკებზე გადაცემისთვის. მაგალითად, უფრო ცხელი, მაგრამ თითქმის უხილავი წყალბად-ჟანგბადის ალი აცხელებს ნაწილაკებს უფრო უარესად, ვიდრე აცეტილენ-ჟანგბადის ალი უფრო მაგარი, მაგრამ კაშკაშა (ნანონაწილაკების კაშკაშა ნანონაწილაკების გამო). პლაზმური ბუმბულის სიკაშკაშე დამოკიდებულია პლაზმის წარმომქმნელი აირის შემადგენლობაზე და მასში გამავალი ნაწილაკების ზომასა და შემადგენლობაზე. საინტერესოა, რომ ხშირ შემთხვევაში ეს სიკაშკაშე ჟანგბად-აცეტილენის ალის სიკაშკაშეზე ნაკლებია და ის უნდა გაიზარდოს სხვადასხვა გზით მხოლოდ იმისთვის, რომ ნაწილაკებს მინიმალური საჭირო ტემპერატურა მაინც მივცეთ. იმის გამო, რომ გაზის ალი მოწყობილობების ალის სიგრძე ასევე ხშირად აღემატება პლაზმური ჩირაღდნის სიგრძეს, "პარადოქსი" იწვევს: მსხვილმარცვლოვანი ლითონის ფხვნილები უფრო ძლიერად თბება ფხვნილის ალი სპრეის მოწყობილობებში, ვიდრე უფრო მძლავრ და "ცხელ" პლაზმურ სპრეის მოწყობილობებში. .

2. პლაზმური შესხურების დროს ნაწილაკების სიჩქარე არ არის საკმარისი მკვრივი საფარის წარმოებისთვის.

მასში გაზისა და ნაწილაკების ნაკადის სიჩქარე განისაზღვრება არა ალი ფორმირების პრინციპით, არამედ მხოლოდ მოწყობილობის დიზაინით. ამჟამად, არსებობს სამრეწველო პლაზმური შესხურების მოწყობილობები Laval საქშენით, რომლებიც უზრუნველყოფენ ნაწილაკებს ზებგერითი სიჩქარით.

3. „მხოლოდ ძვირადღირებული ვაკუუმ პლაზმური შესხურების დანადგარებია შესაფერისი ლითონის შესხურებისთვის, ხოლო ატმოსფერული პლაზმური შესხურების დანადგარები უვარგისია ლითონის ნაწილაკების დაჟანგვის გამო“.

უცნაურია, რომ ასეთი განცხადება საკმაოდ ხშირად ისმის, თუნდაც იმ ადამიანებისგან, რომლებიც პრაქტიკულად მონაწილეობენ პლაზმის შესხურებაში, განსაკუთრებით გაზის ტურბინის პირების MCrAlY საფარებთან დაკავშირებით. სინამდვილეში, ამ განცხადებაში არის ცნებების ტიპიური ჩანაცვლება: წმინდა ლითონის საფარები დაბალი დნობის ნიკელის შენადნობებისგან, მიღებული ვაკუუმური პლაზმური შესხურებით (VPS) ნამდვილად უკეთესია ვიდრე ატმოსფერული შესხურება (APS), მაგრამ არა ნაწილაკების დაჟანგვის გამო. პლაზმა, მაგრამ სრულიად სხვა მიზეზი, რომელიც განხილული იქნება ვაკუუმ პლაზმური შესხურების განყოფილებაში. ლითონის ნაწილაკების დაჟანგვა ორივე ამ მეთოდში ერთნაირად ხდება.

ატმოსფერული პლაზმური შესხურების მოწყობილობები არაფრით განსხვავდება ვაკუუმ პლაზმური შესხურების მოწყობილობებისგან. განსხვავება არ არის თავად მოწყობილობებში, არამედ დეპონირების პროცესის ორგანიზებაში: ატმოსფერული დეპონირება ხორციელდება ჰაერში, მაგრამ ვაკუუმური დეპონირებისას, როგორც პლაზმატრონი, ასევე შესხურებული ნაწილი იმყოფება ვაკუუმურ პალატაში ვაკუუმის ქვეშ. ნათელია, რომ ატმოსფერული დეპონირება ბევრად უფრო ხელმისაწვდომი და იაფია, ვიდრე ვაკუუმური დეპონირება; უფრო მეტიც, დიდი ნაწილებისთვის, ვაკუუმის დეპონირება უბრალოდ შეუძლებელი ხდება ვაკუუმის კამერის არარეალური ზომის გამო. თავად პლაზმატრონები შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ატმოსფერული, ასევე ვაკუუმური დეპონირებისთვის.

პლაზმური შესხურების თავისებურებების უფრო ნათლად ასახსნელად, მოდით გადავიდეთ დღეს არსებული სხვადასხვა დიზაინის განხილვაზე.

პლაზმური შესხურების მცენარეები

პლაზმური შესხურების მოწყობილობები წარმოდგენილია მრავალფეროვანი დიზაინით. ჩვენ განვიხილავთ მათ ყველაზე "ტრადიციულიდან" ყველაზე "მოწინავემდე".

ყველაზე გავრცელებული მოწყობილობებია ერთი კათოდი და ერთი ანოდი, და ფხვნილით შეყვანილი მოკლე საქშენის გარეთ, ალის ღერძის პერპენდიკულარულად.

ასეთი მოწყობილობების მუშაობის პრინციპი ნაჩვენებია დიაგრამაზე (სურათი 28):

ბრინჯი. 28. პლაზმური შესხურების პრინციპი.

როგორც სქემიდან ჩანს, პლაზმატრონის მოკლე საქშენი ასევე არის ანოდი. ფხვნილი შეჰყავთ საქშენის გარეთ, ალის ღერძის პერპენდიკულარულად, რკალთან ახლოს.

ამ ტიპის ყველაზე პოპულარული მოწყობილობაა Sulzer Metco-ს 3MB პლაზმატრონი, რომელიც მცირე ცვლილებებით 40 წელზე მეტია არსებობს. სურათი 29 გვიჩვენებს ამ სერიის ამჟამინდელ მოდელებს მაქსიმალური სიმძლავრით 40 კვტ.

ბრინჯი. 29. Plasmatron 3MB.

ოდნავ უფრო ახალი და მძლავრი (55 კვტ) ერთკათოდური მოწყობილობა არის F4 პლაზმატრონი, რომელიც ნაჩვენებია სურათზე 30.

ბრინჯი. 30. პლაზმატრონი F4.

9MB მოწყობილობა არის ტრადიციული ტიპის ერთ-ერთი ყველაზე ძლიერი ერთკათოდური პლაზმატრონი (80 კვტ დენის 1000 ა და ძაბვა 80 ვ), რომელიც ასევე წარმოებულია Sulzer Metco-ს მიერ (სურათი 31):

ბრინჯი. 31. Plasmatron 9MB

სხვა კომპანიების ტრადიციული ერთკათოდური პლაზმატრონები ცოტათი განსხვავდებიან Sulzer Metco-ს პლაზმატრონებისაგან: ისინი ყველა მუშაობენ გაზის შედარებით დაბალი ნაკადის სიჩქარით, დაბალი (< 100 В) напряжении и большом (до 1000 А) токе дуги. Ни один из традиционных плазматронов не позволяет достичь частицам скорости звука.

დაბალი გაზის ნაკადის მქონე პლაზმატრონების უპირატესობა არის ნაწილაკებისთვის ძალიან მაღალი ტემპერატურის მინიჭების უნარი (> 4000°C) იმის გამო, რომ ისინი შედარებით დიდი ხნის განმავლობაში რჩებიან რკალის გვერდით ალის ცხელ ზონაში. ნაწილაკების ასეთი მაღალი ტემპერატურა შესაძლებელს ხდის თითქმის ნებისმიერი კერამიკული და ლითონის მასალის დნობას.

ბოლო ოცი წლის განმავლობაში პლაზმური შესხურების ტექნოლოგიის განვითარება ნაწილაკების სიჩქარის გაზრდის გზაზე მოძრაობს. ნაწილაკებს უფრო დიდი სიჩქარის მისაცემად, საჭიროა საქშენის წინ პლაზმური აირების წნევის გაზრდა, რაც ავტომატურად იწვევს გაზის ნაკადის მატებას და რკალის ძაბვის მატებას.

თანამედროვე, მძლავრი (85 კვტ-მდე, დენი 379 ა-მდე, ძაბვა 223 ვ-მდე) მოწყობილობა ერთი კათოდით და ანოდით არის ამერიკული კომპანია Progressive Technologies Inc.-ის 100HE პლაზმატრონი, რომელიც მაღალი წნევის წყალობით. და პლაზმური გაზების ნაკადის სიჩქარე, შესაძლებელს ხდის ნაწილაკების სიჩქარის მიღწევას - ბგერის სიჩქარესთან ახლოს (სურათი 32):

ბრინჯი. 32. Plasmatron 100HE.

პლაზმის წარმომქმნელი აირის მაღალი სიჩქარის გამო, მცირდება ნაწილაკების ბინადრობის დრო ცეცხლის ცხელ ზონაში და, შესაბამისად, მათი ტემპერატურა. ამის საწინააღმდეგოდ საჭიროა რკალის სიმძლავრის გაზრდა და პლაზმის წარმომქმნელ აირში წყალბადის დიდი რაოდენობით გამოყენება, რაც მოლეკულების დისოციაცია-ასოცირების პროცესის წყალობით ახანგრძლივებს ალის ცხელ ზონას. ამრიგად, 100HE პლაზმატრონი აცნობიერებს 20-30 მიკრონი ზომის ნაწილაკების ტემპერატურას 2300°C-ზე ზემოთ, დაახლოებით 250 მ/წმ სიჩქარით, რაც შესაძლებელს ხდის Cr 3 C 2 - NiCr, Cr 2 O საფარების შესხურებას. 3 და Al 2 O 3 დაბალი ფორიანობით.

განვითარების მეორე მიმართულება, გაზის მოხმარების მატებასთან ერთად, არის ერთი რკალის დაყოფა სამ ნაწილად, რაც აუმჯობესებს ალის სტაბილურობას და ერთგვაროვნებას, ამცირებს ელექტროდების ცვეთას და ზრდის ალის მთლიან ძალას. ასეთი მოწყობილობის ტიპიური მაგალითია Sulzer Metco-ს უახლესი TriplexPro TM -210 პლაზმატრონი ერთი ანოდით და სამი კათოდით, მაქსიმალური სიმძლავრით 100 კვტ (სურათი 33):

ბრინჯი. 33. Plasmatron TriplexPro TM.

1 - სხეულის უკანა ნაწილი; 2 – ანოდური დასტა; 3 – სხეულის წინა ნაწილი; 4 – იზოლატორი; 5 – კავშირის კაკალი; 6 – სამი კათოდი კერამიკულ ბლოკში; 7 – ანოდის დასტას ელემენტი; 8 – პლაზმური არხი; 9 – საქშენი სამი ფხვნილის საქშენით.

Sulzer Metco-ს Triplex ტექნოლოგია თერმული სპრეის ინდუსტრიაში 1990-იან წლებში შევიდა. ამ მოწყობილობებს, ერთი რკალის მქონე პლაზმატრონებთან შედარებით, აქვთ მნიშვნელოვნად უფრო გრძელი მომსახურების ვადა და დეპონირების შედეგების სტაბილურობა. მრავალი კომერციული ფხვნილისთვის, Triplex პლაზმატრონებს ასევე შეუძლიათ გააუმჯობესონ შესხურების პროდუქტიულობა და ეფექტურობა დაფარვის ხარისხის შენარჩუნებით.

GTV GmbH-მა გამოუშვა Sulzer Metco-ს პატენტის გვერდის ავლით სამი კათოდური პლაზმატრონების, GTV Delta მოწყობილობა ერთი კათოდით და სამი ანოდით, რომელიც, პრინციპში, არის TriplexPro-ს დეგრადირებული კომპილაცია (სურათი 34):

ბრინჯი. 34. GTV Delta plasmatron.

განვითარების ბოლო, მესამე მიმართულება არის რადიალური ფხვნილის შეყვანის მიტოვება ბევრად უფრო რაციონალური - ღერძულის სასარგებლოდ. ღერძული ფხვნილის ინექციით პლაზმატრონის დიზაინის მთავარი ელემენტი, Convergens, გამოიგონა 1994 წელს ამერიკელმა ლუსიან ბოგდან დელჩეამ.

ამჟამად არსებობს მხოლოდ ერთი მსგავსი მოწყობილობა - Axial III პლაზმატრონი, მაქსიმალური სიმძლავრით 150 კვტ, წარმოებული კანადური კომპანია Mettech-ის მიერ, რომელიც აერთიანებს განვითარების სამივე მიმართულებას (გაზის მაღალი ნაკადი, სამი რკალი და ღერძული ფხვნილის შეყვანა). Axial III პლაზმატრონით პლაზმური შესხურების დანადგარები ასევე დამზადებულია და დისტრიბუციულია გერმანული კომპანია Thermico GmbH-ის მიერ.

35, 36 და 37 სურათებზე ნაჩვენებია თავად Axial III მოწყობილობა და მისი დიზაინის დიაგრამა:

ბრინჯი. 35. პლაზმატრონი ღერძული III.

ბრინჯი. 36. Axial III მოწყობილობის ხედი საქშენის მხრიდან.

ბრინჯი. 37. ღერძული III-ის სქემატური დიაგრამა.

პლაზმური შესხურების ყველა თანამედროვე დანადგარი ავტომატურია, ანუ დენის წყაროების, წყლის გაგრილების სისტემისა და გაზის ნაკადის კონტროლი რეგულირდება CNC სისტემით, რეცეპტების ვიზუალიზაციით და კომპიუტერზე შენახვით. მაგალითად, Axial III plasmatron მოწოდებულია Thermico GmbH-ის მიერ, სრული კომპიუტერიზებული კონტროლის სისტემით, რომელიც დამოუკიდებლად ანთებს რკალებს და შედის მუშაობის რეჟიმში, ირჩევს შესხურების რეცეპტებს და აკონტროლებს ყველა ძირითად პარამეტრს: პლაზმის წარმომქმნელი აირების სამი ნაკადი (არგონი, აზოტი და წყალბადი), რკალის დენები, წყლის გაგრილების სისტემის პარამეტრები. იგივე ავტომატური სისტემა ასევე აკონტროლებს ფხვნილის მიმწოდებელს.

განსაკუთრებული აღნიშვნაა საჭირო Thermico ფხვნილის მიმწოდებლის შესახებ. ეს, ყველაზე "მოწინავე" მოწყობილობა დღეს მსოფლიოში, საშუალებას იძლევა არა მხოლოდ მუდმივად დაარეგულიროს ფხვნილის მასის ნაკადი და გადამზიდავი აირის ნაკადი (აზოტი ან არგონი), არამედ იძლევა წვრილმარცვლოვანი ფხვნილების გამოყენებას ღარიბით. დინებადობა, უვარგისია, მაგალითად, Sulzer Metco მიმწოდებლისთვის.

ავტორი პირადად მუშაობდა Axial III პლაზმატრონთან დიდი ხნის განმავლობაში და საკუთარი გამოცდილებიდან შეუძლია თქვას, რომ დიზაინის გარკვეული ხარვეზების მიუხედავად, ეს პლაზმატრონი არის ყველაზე მოწინავე თერმული შესხურების მოწყობილობა, რომელიც მკაცრად აერთიანებს მაღალსიჩქარიანი შესხურების უპირატესობებს მაღალ ტემპერატურასთან. ცეცხლის შემცირება. Axial III-ის მთავარი უპირატესობა არის ფხვნილის ღერძული შეყვანა.

ღერძული ფხვნილის შეყვანის უპირატესობები

ღერძული ფხვნილის ინექცია არის კვანტური ნახტომი პლაზმური შესხურების ტექნოლოგიაში. აქ საქმე არ არის მხოლოდ ის, რომ ღერძული შეყვანით, ფხვნილის დანაკარგები მნიშვნელოვნად მცირდება, არამედ ის, რომ იხსნება სრულიად განსხვავებული ფხვნილის მასალების შესხურების შესაძლებლობა, რომლებიც არ არის შესაფერისი რადიალური შეყვანისთვის. ვინაიდან ეს ასპექტი ფუნდამენტურად მნიშვნელოვანია შემდეგი სექციების გასაგებად, ჩვენ მასზე უფრო დეტალურად ვისაუბრებთ.

მაშ, რა ხდება, როდესაც ფხვნილი რადიალურად შეჰყავთ ალი ჭავლში საქშენების გასასვლელში? ჩვენ ჩამოვთვლით ასეთი შეყვანის უარყოფითი მხარეებს:

1. რადიალური ინექციისთვის მხოლოდ ძალიან ვიწრო ფრაქციის ფხვნილებია შესაფერისი, რისთვისაც აუცილებელია გადამზიდავი აირის წნევის ზუსტად შერჩევა. რას ნიშნავს ეს?: თუ გადამზიდავი აირის წნევა არასაკმარისია, ფხვნილის ნაწილაკები „ამოხტება“ ალი ჭავლიდან; თუ გადამზიდავი აირის წნევა ძალიან მაღალია, ისინი „გაიჭრიან“ ამ ალიში; თუ ფხვნილი შედგება სხვადასხვა ზომის ნაწილაკებისგან, მაშინ პრინციპში შეუძლებელია გადამზიდავი აირის „სწორი“ წნევის არჩევა: უმცირესი ნაწილაკები ყოველთვის „ამოხტება“, ხოლო ყველაზე დიდი ყოველთვის „გაისროლებენ“, რომ არის, არც ერთი ეს ნაწილაკი არ იქნება შესხურებულ საფარში, არ იქნება, მაგრამ მხოლოდ რამდენიმე "საშუალო" ნაწილაკი. წვრილმარცვლოვანი ფხვნილების შემოტანა განსაკუთრებით რთულია გადამზიდავი აირის მიერ მათი გაზრდილი დისპერსიის გამო (ტიპიური მტვრის ღრუბელი ჩირაღდნის გარშემო).
2. რადიალური ფხვნილის შეყვანისას შეუძლებელია ფხვნილის ნარევში არა მხოლოდ სხვადასხვა ზომის ნაწილაკების, არამედ სხვადასხვა სიმკვრივის (სხვადასხვა მასის) გამოყენება ერთიდაიგივე მიზეზის გამო: უფრო მძიმე ნაწილაკები ცეცხლში უფრო ადვილად დაფრინავენ, ვიდრე მსუბუქი. ამრიგად, რთული ფხვნილის ნარევების გამოყენების მცდელობა გამოიწვევს საფარის შემადგენლობის დამახინჯებას ფხვნილის ნარევის შემადგენლობასთან შედარებით.
3. პლაზმური აირების სიჩქარის ზრდა ართულებს ფხვნილის რადიალურ ინექციას, ვინაიდან საჭირო გადამზიდავი აირის წნევის დიაპაზონი და ნაწილაკების ზომის განაწილება კიდევ უფრო ვიწროვდება. პრაქტიკაში ეს ნიშნავს შემდეგს: რაც უფრო მაღალია ცეცხლის სიჩქარე, მით უფრო დაბალია შესხურების ეფექტურობა რადიალური ფხვნილის ინექციის დროს. არავითარ შემთხვევაში შეუძლებელია მთელი ფხვნილის ცეცხლში დაკარგვის გარეშე შეტანა.
4. ფხვნილის საქშენების მდებარეობა ცხელი ალის ზონის გვერდით იწვევს მათ გაცხელებას, რაც კომპენსირდება მხოლოდ ფხვნილის მატარებელი გაზით გაციებით. თუ გამაგრილებელი გაზის სიჩქარე არ არის საკმარისი გაგრილებისთვის, მაშინ ფხვნილის ნაწილაკები შეიძლება მიეკრას საქშენის გახსნის კიდეებს და ჩამოყალიბდეს ჩამორჩენილობა. ჩარჩენილი ნაჭრები პერიოდულად იშლება საქშენიდან, ეცემა ცეცხლში და იწვევს დამახასიათებელ დეფექტს - „გაფურთხებას“, რაც იწვევს საფარში უხეში ფოროვანი ჩანართების წარმოქმნას. იმის გამო, რომ გადამზიდავი აირის ნაკადის სიჩქარე მკაცრად არის დაკავშირებული ალის პარამეტრებთან (იხ. პუნქტი 1), ჩნდება პრობლემა: ზოგიერთი ფხვნილისთვის უბრალოდ არ არსებობს პარამეტრი, რომელიც აღმოფხვრის „გაფურთხების“ ეფექტს, განსაკუთრებით თუ ეს ფხვნილები დაბალი დნობისაა და / ან წვრილმარცვლოვანი.

ფხვნილის ღერძულ ინექციაზე გადასვლა საშუალებას გაძლევთ სრულად მოიცილოთ ზემოთ ჩამოთვლილი პრობლემები:

1. გადამზიდავი აირის წნევა და სიჩქარე აღარ არის დაკავშირებული ალი და ფხვნილის პარამეტრებთან. ერთადერთი პირობა ის არის, რომ გადამზიდავი აირის წნევა ოდნავ უფრო მაღალი უნდა იყოს, ვიდრე პლაზმური გაზის წნევა საქშენში იმ ადგილას, სადაც ფხვნილი შედის. ღერძული შეყვანის გამო, ნებისმიერი ფხვნილი მთლიანად იჭერს ცეცხლს.
2. ყოველთვის შესაძლებელია გადამზიდავი აირის წნევის არჩევა, რომლის დროსაც არ მოხდება ფხვნილის საქშენის ხვრელის კიდეზე შეწებებასთან დაკავშირებული „გაფურთხება“.
3. შესაძლებელია ნებისმიერი სირთულის და ფრაქციული შემადგენლობის ფხვნილის ნარევების გამოყენება. სხვადასხვა ზომის ნაწილაკები შეიძენენ სხვადასხვა სიჩქარეს და ტემპერატურას, მაგრამ საბოლოოდ ყველა მიიღებს მონაწილეობას საფარის ფორმირებაში. ის ფაქტი, რომ მცირე ნაწილაკები მნიშვნელოვნად უფრო ცხელი ხდება, ვიდრე მსხვილი, როდესაც ღერძულად შედის პლაზმურ ცეცხლში, ხსნის ახალ შესაძლებლობებს ფხვნილის ნარევების დიზაინისთვის. ამ წიგნის ძირითადი ნაწილი ეთმობა ასეთი პოლიფრაქციული კომპოზიციების შექმნას.

ავტორს ძალიან გაუმართლა, რომ მრავალი წლის განმავლობაში ჰქონდა Axial III პლაზმატრონი ღერძული ფხვნილის ინექციით. ეს რომ არა, ახალი მრავალკომპონენტიანი საფარის შექმნა უბრალოდ შეუძლებელი იქნებოდა.

თერმული შესხურების მოწყობილობების შემაჯამებელი ცხრილი

ყველა თერმული შესხურების მეთოდის განზოგადების, უშუალოდ შედარებისა და სისტემატიზაციისთვის, მოდით შევადაროთ ტიპიური მოწყობილობების თვისებები და მათი სავარაუდო ფასები ერთ ცხრილში (ცხრილი 2):

ცხრილი 2. თერმული სპრეის მოწყობილობების შედარება.

თვისებები და მახასიათებლები	* თერმული შესხურების მეთოდები
	1	2	3	4	5	6	7	8
ფხვნილის გამოყენება ან მავთული	მავთული	ფხვნილი	მავთული	ფხვნილი	ფხვნილი	ფხვნილი	მავთული	ფხვნილი
Მაქსიმალური სიჩქარე შესხურებული ნაწილაკები, მ/წმ	100	50	200	800	1200	1000	100	400
მაქსიმალური ტემპერატურა შესხურებული ნაწილაკები, °C	2800	2500	1700	1500	600	1200	> 4000	> 4000
წარმოქმნილი ნაწილაკების ზომა საფარი, მიკრონი	0,1 – 1000	10 – 150	0,1 – 1000	10 – 100	10 – 100	10 – 100	0,1 – 1000	1 – 50
შესხურების ეფექტურობა შესხურებით მასალა	—	+	—	+++	+++	+++	—	++
შესხურების ეფექტურობა ნაკადის სიჩქარით	–	+++	—	—	—	—	++	–
მინიმალური ფორიანობა საფარი, მოც.%	10-15	10-25	5-10	2-3	< 1	< 1	5-10	0,5-3
თერმული ძალა მოწყობილობები, კვტ	10-30	10-50	30-100	50-250	30-85	< 20	20-150	25-150
Შესრულება შესხურება, კგ/სთ	2-5	5-10	2-5	5-10	10-20	< 1	10-30	2-5
გავრცელება კომერციული მოწყობილობები და სათადარიგო ნაწილები მსოფლიო ბაზარზე	Ბევრი მოწყობილობები	Ბევრი მოწყობილობები	რამდენიმე მოწყობილობები	Ბევრი მოწყობილობები	რამდენიმე მოწყობილობები	არა მოწყობილობები	Ბევრი მოწყობილობები	Ბევრი მოწყობილობები
მოწყობილობის მობილურობა	+++	+++	–	–	+++ ამისთვის - სხვებისთვის	—	+++	- APS-სთვის
მოწყობილობის ხმაური	—	+++	—	—	—	—	—	—
ორთქლისა და წვრილი მტვრის გამოყოფა	—	++	—	++	+++	++	—	–
ინდივიდუალური მოწყობილობების ფასი, €	2.000-	2.000-	10.000-	10.000-	10.000-	არა	10.000-	5.000-
ავტომატიზაციის ფასი დანადგარები პერიფერიული მოწყობილობების გარეშე, €	არა	30.000-	არა	100.000-	100.000-	არა	არა	100.000-
ავტომატიზაციის ფასი დანადგარები პერიფერიით „ქვეშ გასაღები": ხმაგაუმტარი სალონი, ფილტრი-ვენტილაცია ინსტალაცია, რობოტი და ა.შ., €	არა	100.000-	არა	200.000-	200.000-	არა	არა	200.000-
შედარებითი ღირებულება ოპერაცია სახარჯო მასალების გათვალისწინებით მასალები (გარდა ფხვნილებისა და მავთულები), მოწყობილობის სიცოცხლე და სათადარიგო ნაწილების,	10-15	5-15	30-60	40-100	40-100	> 100	5-30	30-150

* მეთოდების რაოდენობა:

1. მავთულის ალი შესხურება
2. ცეცხლოვანი ფხვნილის შესხურება
3. ზებგერითი ალი მავთულით შესხურება
4. ზებგერითი ალი ფხვნილის შესხურება (HVOF და HVAF)
5. ცივი ფხვნილის შესხურება
6. დეტონაციური ფხვნილის შესხურება
7. ელექტრული რკალის შესხურება მავთულით
8. პლაზმური ფხვნილის შესხურება (APS და VPS)

პლაზმური ზედაპირი არის ინოვაციური მეთოდი, რომელიც გამოიყენება ნახმარი პროდუქტების ზედაპირზე მაღალი აცვიათ წინააღმდეგობის მქონე სპეციალური საფარით. იგი ხორციელდება მანქანების ნაწილებისა და მექანიზმების აღდგენისთვის, ასევე მათი წარმოების დროს.

1 პლაზმური ზედაპირი - ზოგადი ინფორმაცია ტექნიკისა და მისი უპირატესობების შესახებ

სხვადასხვა მოწყობილობებისა და მანქანების მთელი რიგი კომპონენტები და მექანიზმები დღეს მუშაობს რთულ პირობებში, რაც მოითხოვს პროდუქტებს ერთდროულად რამდენიმე მოთხოვნის დაკმაყოფილებას. მათ ხშირად მოეთხოვებათ გაუძლონ აგრესიული ქიმიური გარემოს და ამაღლებული ტემპერატურის გავლენას და ამავე დროს შეინარჩუნონ მაღალი სიმტკიცის მახასიათებლები.

თითქმის შეუძლებელია ასეთი ერთეულების დამზადება ნებისმიერი ლითონისგან ან სხვა მასალისგან. და ფინანსური თვალსაზრისით, არ არის პრაქტიკული ასეთი რთული წარმოების პროცესის განხორციელება.

გაცილებით გონივრული და მომგებიანია ასეთი პროდუქტების დამზადება ერთი, მაქსიმალური გამძლე მასალისგან, შემდეგ კი მათზე გარკვეული დამცავი საფარის გამოყენება - აცვიათ მდგრადი, სითბოს მდგრადი, მჟავა რეზისტენტული და ა.შ.

როგორც ასეთი „დაცვა“, შეგიძლიათ გამოიყენოთ არამეტალური და მეტალის საფარები, რომლებიც ერთმანეთისგან განსხვავდებიან შემადგენლობით. ასეთი შესხურება შესაძლებელს ხდის პროდუქტებს მივცეთ საჭირო დიელექტრიკული, თერმული, ფიზიკური და სხვა მახასიათებლები. დამცავი ფენით მასალების დაფარვის ერთ-ერთი ყველაზე ეფექტური და ამავდროულად უნივერსალური თანამედროვე მეთოდია პლაზმური რკალით შესხურება და ზედაპირი.

პლაზმის გამოყენების არსი საკმაოდ მარტივია. დაფარვისთვის მასალა გამოიყენება მავთულის ან გრანულირებული წვრილი ფხვნილის სახით, რომელიც იკვებება პლაზმური ჭავლით, სადაც ჯერ თბება და შემდეგ დნება. დნობის მდგომარეობაშია, რომ დამცავი მასალა მთავრდება ზედაპირის გავლის ნაწილზე. ამავე დროს, ხდება მისი უწყვეტი გათბობა.

ამ ტექნოლოგიის უპირატესობებია:

• პლაზმური ნაკადი საშუალებას გაძლევთ გამოიყენოთ მასალები სხვადასხვა პარამეტრით და რამდენიმე ფენაში (ამის გამო, ლითონის დამუშავება შესაძლებელია სხვადასხვა საფარით, რომელთაგან თითოეულს აქვს საკუთარი დამცავი თვისებები);
• პლაზმური რკალის ენერგეტიკული თვისებები შეიძლება მორგებული იყოს ფართო საზღვრებში, რადგან იგი ითვლება ყველაზე მოქნილ სითბოს წყაროდ;
• პლაზმური ნაკადი ხასიათდება ძალიან მაღალი ტემპერატურით, რის გამოც ის ადვილად დნება იმ მასალებსაც კი, რომლებიც აღწერილია მაღალი ცეცხლგამძლეობით;
• ზედაპირის დასაყენებელი ნაწილის გეომეტრიული პარამეტრები და ფორმა არ ზღუდავს პლაზმური მეთოდის ტექნიკურ შესაძლებლობებს და არ ამცირებს მის ეფექტურობას.

აქედან გამომდინარე, შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ არც ვაკუუმი, არც გალვანური და არც სხვა შესხურების ვარიანტი არ შეიძლება შედარება მისი ეფექტურობით პლაზმასთან. ყველაზე ხშირად იგი გამოიყენება:

• პროდუქტების გაძლიერება, რომლებიც ექვემდებარება მუდმივ მაღალ დატვირთვას;
• ჩამკეტი და საკონტროლო ელემენტების და ჩამკეტი სარქველების ცვეთა და ჟანგისგან დაცვა (ლითონის შესხურება პლაზმის გამოყენებით მნიშვნელოვნად ზრდის მათ გამძლეობას);
• დაცვა მაღალი ტემპერატურის უარყოფითი გავლენისგან, რაც იწვევს მინის ქარხნების მიერ გამოყენებული პროდუქტების ნაადრევ ცვეთას.

2 აღწერილი ზედაპირის ტექნოლოგია და მისი დახვეწილობა

ლითონის პლაზმური ზედაპირი ხორციელდება ორი ტექნოლოგიის გამოყენებით:

• ღერო, მავთული ან ლენტი შეჰყავთ ნაკადში (ისინი მოქმედებენ როგორც შემავსებელი მასალა);
• ფხვნილის ნარევი იკვებება ჭავლში, რომელიც იჭერს და გადადის შედუღებული პროდუქტის ზედაპირზე გაზით.

პლაზმური ჭავლი შეიძლება ჰქონდეს განსხვავებული კონფიგურაცია. ამ ინდიკატორის მიხედვით, იგი იყოფა სამ ტიპად:

• დახურული თვითმფრინავი. მისი დახმარებით ყველაზე ხშირად ხდება ლითონის დეპონირება, მეტალიზება და გამკვრივება. რკალი ამ შემთხვევაში ხასიათდება ალის ნაკადის შედარებით დაბალი ინტენსივობით, რაც გამოწვეულია ატმოსფეროში სითბოს გადაცემის მაღალი დონით. აღწერილ მოწყობაში, ანოდი არის დამწვრობის არხი ან მისი საქშენი.
• ღია თვითმფრინავი. ამ განლაგებით, ნაწილი ბევრად უფრო თბება; ანოდი არის ღერო ან თავად სამუშაო ნაწილი. ღია ჭავლი რეკომენდირებულია დამცავი ფენების დასაყენებლად ან მასალის ჭრისთვის.
• კომბინირებული ვარიანტი. განლაგება შექმნილია სპეციალურად პლაზმური ფხვნილის ზედაპირისთვის. ამ პარამეტრით, ორი რკალი ერთდროულად ანთებულია და ანოდი უკავშირდება სანთურის საქშენს და შედუღებულ პროდუქტს.

ნებისმიერი მოწყობისთვის, აირების ფორმირებისთვის გამოყენებული აირები არის ჟანგბადი, არგონი, ჰაერი, ჰელიუმი, წყალბადი ან აზოტი.ექსპერტები ამბობენ, რომ ჰელიუმი და არგონი უზრუნველყოფს ლითონის უმაღლესი ხარისხის დეპონირებას და ზედაპირს.

3 კომბინირებული პლაზმური ჩირაღდანი ზედაპირისთვის

პლაზმური ფხვნილის ზედაპირი თანამედროვე საწარმოების უმეტესობაში ხორციელდება კომბინირებულ ერთეულებში. მათში ლითონის შემავსებლის ფხვნილი დნება ჩირაღდნის საქშენსა და ვოლფრამის ელექტროდს შორის. და სანამ რკალი იწვის ნაწილსა და ელექტროდს შორის, იწყება შედუღებული პროდუქტის ზედაპირის გათბობა. ამის გამო ხდება ბაზის და შემავსებლის ლითონის მაღალი ხარისხის და სწრაფი შერწყმა.

კომბინირებული პლაზმური ჩირაღდანი უზრუნველყოფს დეპონირებული საბაზისო მასალის დაბალ შემცველობას, ასევე მისი შეღწევის უმცირეს სიღრმეს. სწორედ ეს ფაქტებია აღიარებული, როგორც პლაზმური ჭავლის გამოყენებით ზედაპირის ამოღების მთავარ ტექნოლოგიურ უპირატესობად.

დასაფენი ზედაპირი დაცულია ინერტული აირით გარემო ჰაერის მავნე ზემოქმედებისგან. იგი შედის ინსტალაციის საქშენში (გარე) და საიმედოდ იცავს რკალს მის გარშემო. ინერტული მახასიათებლების მქონე სატრანსპორტო გაზი ასევე აწვდის ფხვნილის ნარევს დანამატისთვის. იგი მოდის სპეციალური მიმწოდებლისგან.

ზოგადად, კომბინირებული ტიპის მოქმედების სტანდარტული პლაზმატრონი, რომელშიც ლითონი იფრქვევა და ზედაპირზე ამოდის, შედგება შემდეგი ნაწილებისგან:

• ორი დენის წყარო (ერთი აძლიერებს "ირიბი" რკალს, მეორე - "პირდაპირ");
• მიმწოდებელი ნარევისთვის;
• წინააღმდეგობა (ბალასტი);
• ხვრელი, სადაც გაზი მიეწოდება;
• საქშენი;
• ოსცილატორი;
• სანთურის სხეული;
• ფხვნილის შემადგენლობის მატარებელი გაზის მიწოდების მილი.

ლითონის ზედაპირის 4 ძირითადი მახასიათებლები პლაზმური ტექნოლოგიის გამოყენებით

პლაზმური ჩირაღდნის მაქსიმალური მოქმედება შეინიშნება დენის მავთულის დანამატის გამოყენებისას. რკალი ამ შემთხვევაში იწვის ამ მავთულს (ეს არის ანოდი) და ერთეულის კათოდს შორის. აღწერილი მეთოდი ოდნავ დნება საბაზისო მასალას. მაგრამ ეს არ იძლევა ერთიანი და თხელი ზედაპირის ფენის შექმნას.

ფხვნილის გამოყენების შემთხვევაში, შესხურება და ზედაპირის დაყენება შესაძლებელს ხდის მითითებული თხელი ფენის მიღებას მაქსიმალური აცვიათ წინააღმდეგობით და სითბოს წინააღმდეგობით. როგორც წესი, ფხვნილის ნარევის კომპონენტები ზედაპირისთვის არის კობალტი და ნიკელი. ასეთი ფხვნილების გამოყენების შემდეგ, ნაწილის ზედაპირი არ საჭიროებს შემდგომ დამუშავებას, ვინაიდან მის დამცავ ფენას არანაირი დეფექტი არ აქვს.

პლაზმური შესხურება, ზედაპირთან შედარებით, აღწერილია პლაზმური ჭავლის უფრო მაღალი სიჩქარით და უფრო მკვრივი სითბოს ნაკადით. ეს ფაქტი განპირობებულია იმით, რომ შესხურებისას ყველაზე ხშირად გამოიყენება ლითონები და ნაერთები მაღალი დონის ცეცხლგამძლეობით (ბორიდები, სილიციდები, ტანტალი, კარბიდები, ვოლფრამი, ცირკონიუმის, მაგნიუმის და ალუმინის ოქსიდები).

დავამატოთ, რომ სტატიაში განხილული ზედაპირის მეთოდი მისი ტექნიკური მახასიათებლებით (სამუშაო ძაბვების და დენების დიაპაზონი, ინერტული აირის მოხმარება და ა.შ.) დიდად არ განსხვავდება. და სპეციალისტებმა ამ ტიპის შედუღება სრულყოფილად აითვისეს ამ დღეებში.

ეს არის დაფარვის პროგრესული მეთოდი, რომლის დროსაც მასალის დნობა და აღდგენის ზედაპირზე გადატანა ხდება პლაზმური ჭავლით. პლაზმა არის აირის უაღრესად იონიზირებული მდგომარეობა, სადაც ელექტრონების და უარყოფითი იონების კონცენტრაცია უდრის დადებითად დამუხტული იონების კონცენტრაციას. პლაზმური ჭავლი მიიღება პლაზმური წარმომქმნელი აირის ელექტრო რკალის გავლით, როდესაც ის იკვებება პირდაპირი დენის წყაროთი ძაბვით 80-100 ვ.

აირის იონიზებულ მდგომარეობაში გადასვლას და მის ატომებად დაშლას თან ახლავს მნიშვნელოვანი რაოდენობის ენერგიის შეწოვა, რომელიც გამოიყოფა პლაზმის გაციებისას გარემოსთან და შესხურებულ ნაწილთან ურთიერთქმედების შედეგად. ეს იწვევს პლაზმური ჭავლის მაღალ ტემპერატურას, რაც დამოკიდებულია გაზის მიმდინარე სიძლიერეზე, ტიპზე და ნაკადის სიჩქარეზე. პლაზმის წარმომქმნელი გაზი, როგორც წესი, არის არგონი ან აზოტი და ნაკლებად ხშირად წყალბადი ან ჰელიუმი. არგონის გამოყენებისას პლაზმური ტემპერატურაა 15000-30000 °C, ხოლო აზოტი - 10000-15000 °C. გაზის არჩევისას გასათვალისწინებელია, რომ აზოტი არგონზე იაფი და ნაკლებად მწირია, მაგრამ მასში ელექტრული რკალის გასანათებლად საჭიროა მნიშვნელოვნად მაღალი ძაბვა, რაც განსაზღვრავს ელექტრო უსაფრთხოების გაზრდილ მოთხოვნებს. ამიტომ ხანდახან რკალის აალებისას გამოიყენება არგონი, რისთვისაც აგზნების და რკალის დამწვრობის ძაბვა უფრო დაბალია, აზოტი კი დაფქვის პროცესში გამოიყენება.

საფარი იქმნება იმის გამო, რომ გამოყენებული მასალა, რომელიც შედის პლაზმის ჭავლში, დნება და ცხელი აირის ნაკადით გადადის ნაწილის ზედაპირზე. ლითონის ნაწილაკების ფრენის სიჩქარეა 150-200 მ/წმ საქშენიდან 50-80 მმ ნაწილის ზედაპირის მანძილზე. გამოყენებული მასალის უფრო მაღალი ტემპერატურისა და ფრენის უფრო მაღალი სიჩქარის გამო, პლაზმური საფარისა და ნაწილს შორის კავშირის სიძლიერე უფრო მაღალია, ვიდრე სხვა მეტალიზაციის მეთოდებთან შედარებით.

მაღალი ტემპერატურა და მაღალი სიმძლავრე სხვა სითბოს წყაროებთან შედარებით არის პლაზმური მეტალიზაციის მთავარი განსხვავებები და უპირატესობები, რაც უზრუნველყოფს პროცესის პროდუქტიულობის მნიშვნელოვან ზრდას, ნებისმიერი სითბოს მდგრადი და აცვიათ მდგრადი მასალის დნობისა და დეპონირების უნარს, მათ შორის მძიმე შენადნობებსა და კომპოზიციურ მასალებს. , ასევე ოქსიდები, ბორიდები, ნიტრიდები და ა.შ., სხვადასხვა კომბინაციებში. ამის წყალობით შესაძლებელია სხვადასხვა თვისებების მქონე მრავალშრიანი საფარის ჩამოყალიბება (ცვეთა მდგრადი, ადვილად მსხვრევადი, სითბოს მდგრადი და ა.შ.). უმაღლესი ხარისხის საფარები მიიღება თვითნარევი ზედაპირის მასალების გამოყენებით.

პლაზმური საფარის სიმკვრივე, სტრუქტურა და ფიზიკური და მექანიკური თვისებები დამოკიდებულია გამოყენებული მასალაზე, დისპერსიაზე, ტემპერატურაზე და გადაცემული ნაწილაკების შეჯახების სიჩქარეზე აღდგენილ ნაწილთან. ბოლო ორი პარამეტრი უზრუნველყოფილია პლაზმური ჭავლის კონტროლით. პლაზმური საფარის თვისებები მნიშვნელოვნად იზრდება მათი შემდგომი დნობის დროს. ასეთი საფარი ეფექტურია ზემოქმედებისა და მაღალი კონტაქტის დატვირთვის დროს.

პლაზმური ჩირაღდნის მუშაობისა და დიზაინის პრინციპი ილუსტრირებულია ნახ. 4.51. პლაზმური ჭავლი მიიღება პლაზმური წარმომქმნელი აირის 7-ის გავლით ვოლფრამის კათოდსა 2-სა და სპილენძის ანოდს შორის შექმნილი ელექტრული რკალის გავლით, როდესაც მათთან დაკავშირებულია დენის წყარო.

კათოდი და ანოდი ერთმანეთისგან განცალკევებულია იზოლატორით 3 და განუწყვეტლივ გაცივდებიან სითხით b (სასურველია გამოხდილი წყალი). ანოდი დამზადებულია საქშენის სახით, რომლის დიზაინი უზრუნველყოფს შეკუმშვას და პლაზმური ჭავლის გარკვეულ მიმართულებას. შეკუმშვას ასევე ხელს უწყობს ელექტრომაგნიტური ველი, რომელიც წარმოიქმნება ჭავლის გარშემო. ამრიგად, იონიზებული პლაზმური წარმომქმნელი გაზი ტოვებს პლაზმატრონის საქშენს მცირე ჯვრის მონაკვეთის ჭავლის სახით, რაც უზრუნველყოფს თერმული ენერგიის მაღალ კონცენტრაციას.

ბრინჯი. 4.51. პლაზმური შესხურების პროცესის სქემა: 1 - ფხვნილის დისპენსერი; 2- კათოდი; 3 - საიზოლაციო შუასადებები; 4 - ანოდი; 5 - სატრანსპორტო გაზი; 6 - გამაგრილებელი; 7 - პლაზმური წარმომქმნელი გაზი

გამოყენებული მასალები გამოიყენება მარცვლოვანი ფხვნილების სახით ნაწილაკების ზომით 50-200 მიკრონი, სადენები ან მავთული. ფხვნილი შეიძლება შევიდეს პლაზმის ჭავლში პლაზმის წარმომქმნელ აირთან ერთად ან დისპენსერიდან 1 სატრანსპორტო გაზით 5 (აზოტი) გაზის ჩირაღდნის საქშენში, ხოლო მავთული ან კაბელი ჩასმულია პლაზმის ჭავლში ქვემოთ. პლაზმური ჩირაღდნის საქშენი. გამოყენებამდე ფხვნილი უნდა გაშრეს და დაკალცინდეს, რათა შემცირდეს ფორიანობა და გაზარდოს საფარის გადაბმა ნაწილზე.

პლაზმური ჭავლის და მასში შემავალი გამდნარი ლითონის ნაწილაკების დაცვა ჰაერთან ურთიერთქმედებისგან შეიძლება განხორციელდეს ინერტული აირის ნაკადით, რომელიც უნდა გარს შემოეხვიოს პლაზმის ჭავლს. ამ მიზნით, პლაზმატრონში გათვალისწინებულია დამატებითი საქშენი, კონცენტრირებულად მთავართან, რომლის მეშვეობითაც ხდება ინერტული აირის მიწოდება. მისი წყალობით აღმოიფხვრება შესხურებული მასალის დაჟანგვა, აზოტირება და დეკარბონიზაცია.

განხილულ მაგალითში დენის წყარო დაკავშირებულია პლაზმური ჩირაღდნის ელექტროდებთან (დახურული კავშირის წრე), ამიტომ ელექტრული რკალი ემსახურება მხოლოდ პლაზმური ჭავლის შექმნას. გამოყენებული მასალის მავთულის სახით გამოყენებისას, მას ასევე შეიძლება დაუკავშირდეს დენის წყარო. ამ შემთხვევაში პლაზმური ჭავლის გარდა წარმოიქმნება პლაზმური რკალი, რომელიც ასევე მონაწილეობს ღეროს დნობაში, რის გამოც პლაზმური ჩირაღდნის სიმძლავრე მნიშვნელოვნად იზრდება.

პლაზმური ზედაპირის თანამედროვე დანადგარებს აქვთ ელექტრონული სისტემები პროცესის პარამეტრების რეგულირებისთვის და აღჭურვილია მანიპულატორებითა და რობოტებით. ეს ზრდის შესხურების პროცესის პროდუქტიულობას და ხარისხს და აუმჯობესებს საოპერაციო პერსონალის სამუშაო პირობებს.

ძირითადი განსხვავებები პლაზმის მეტალიზაციასა და დნობის სხვა მეთოდებს შორის არის უფრო მაღალი ტემპერატურა და მეტი სიმძლავრე, რაც უზრუნველყოფს პროცესის პროდუქტიულობის მნიშვნელოვან ზრდას და ნებისმიერი სითბოს მდგრადი და აცვიათ მდგრადი მასალის გამოყენებისა და დნობის უნარს (ნახ. 4.8). პლაზმური შესხურებისთვის გამოიყენება არგონი და აზოტის აირები, რათა უზრუნველყონ ჭავლური ტემპერატურა.პლაზმური მეტალიზებისთვის ფართოდ გამოიყენება UPU და UMN ინსტალაციები, რომელთა კომპლექტში შედის მბრუნავი, დამცავი კამერა, ფხვნილის დისპენსერი, ენერგიის წყარო და მართვის პანელი.

ინსტალაციის ძირითადი ნაწილია პლაზმატრონი, რომლის მომსახურების ვადა განისაზღვრება საქშენის გამძლეობით. პლაზმური ჩირაღდნის მოქმედების პერიოდი ხანმოკლეა, ამიტომ მისი ტარების ნაწილები შესაცვლელია. მიმდინარე წყაროებია შედუღების გენერატორები PSO-500 ან გამსწორებლები I PN-160/600.

ბრინჯი. 4.8. პლაზმური შესხურების პროცესის სქემა:

1 - ფხვნილის დისპენსერი; 2 - კათოდი; 3 - საიზოლაციო შუასადებები; 4 - ანოდი; 5 - სატრანსპორტო გაზი; 6 - გამაგრილებელი; 7 - პლაზმის წარმომქმნელი გაზი

არგონი ან ნაკლებად მწირი და იაფი აზოტი გამოიყენება როგორც პლაზმის წარმომქმნელი აირი. თუმცა, აზოტის გარემოში რკალის აალება უფრო რთულია და მოითხოვს მნიშვნელოვნად მაღალ ძაბვას, რაც საფრთხეს უქმნის მომუშავე პერსონალს. გამოიყენება მეთოდი, რომლის დროსაც რკალი აალდება არგონის გარემოში დაბალი აგზნების და რკალის წვის ძაბვით, შემდეგ კი გადადის აზოტზე. პლაზმის წარმომქმნელი გაზი იონიზებულია და ტოვებს პლაზმატრონის საქშენს მცირე ჯვრის მონაკვეთის ჭავლის სახით. შეკუმშვას ხელს უწყობს საქშენის არხის კედლები და ელექტრომაგნიტური ველი, რომელიც წარმოიქმნება ჭავლის ირგვლივ. პლაზმური ჭავლის ტემპერატურა დამოკიდებულია გაზის მიმდინარე სიძლიერეზე, ტიპზე და ნაკადის სიჩქარეზე და მერყეობს 10000-დან 30000 °C-მდე; გაზის ნაკადის სიჩქარეა 100-1500 მ/წმ. არგონის პლაზმას აქვს ტემპერატურა 15000-30000 °C, აზოტის პლაზმაში - 10000-15000 °C.

პლაზმური მეტალიზებისას გამოყენებული მასალად გამოიყენება გრანულირებული ფხვნილი ნაწილაკების ზომით 50-200 მიკრონი. ფხვნილი იკვებება რკალის ზონაში სატრანსპორტო გაზით (აზოტი), დნება და გადადის ნაწილზე. ფხვნილის ნაწილაკების ფრენის სიჩქარეა 150-200 მ/წმ, მანძილი საქშენიდან ნაწილის ზედაპირამდე 50-80 მმ. გამოყენებული მასალის უფრო მაღალი ტემპერატურისა და შესხურებული ნაწილაკების ფრენის უფრო მაღალი სიჩქარის გამო, ამ მეთოდით საფარისა და ნაწილს შორის კავშირის სიმტკიცე უფრო მაღალია, ვიდრე სხვა მეტალიზაციის მეთოდებთან შედარებით.

პლაზმური მეტალიზაცია, რომელიც ხდება პლაზმური ჭავლის მაღალ ტემპერატურაზე, შესაძლებელს ხდის ნებისმიერი მასალის გამოყენებას.

მასალები, მათ შორის ყველაზე აცვიათ მდგრადი, მაგრამ ეს აჩენს სუპერ მყარი და აცვიათ მდგრადი მასალების შემდგომ დამუშავების პრობლემას.

იმპულსური ლაზერული გამოსხივების გამოყენება, რომლის ხანგრძლივობა მილიწამია, შესაძლებელს ხდის მინიმალური თერმულად დაზარალებული ზონების მიღებას, რომლებიც არ აღემატება რამდენიმე ათეულ მიკრონს. დნობის მინიმალური მოცულობები და შედუღების ნაწილში მინიმალური სითბოს შეყვანა შესაძლებელს ხდის გრძივი და განივი დეფორმაციების შემცირებას და ამით ნაწილის ზუსტი ზომების შენარჩუნებას რამდენიმე მიკრონის ტოლერანტობის დიაპაზონში. ხელმძღვანელობის სიზუსტე და ლაზერის სხივის ლოკალური მოქმედება საშუალებას იძლევა შედუღდეს ნაწილის მკაცრად განსაზღვრული გეომეტრიული უბნები, რაც უზრუნველყოფს დამუშავების მინიმალურ დასაშვებობას, რომელიც არის 0,2-0,5 მმ. იმის გამო, რომ პულსირებული ლაზერული მოპირკეთების დროს სითბოს ზემოქმედების ზონები ძალიან მცირეა, სუბსტრატი პრაქტიკულად ცივი რჩება და ლითონის დნობის თხევადი ფაზის გაგრილების სიჩქარე აღწევს 102-103 °C/წმ. ამ პირობებში ხდება ავტომატური გამკვრივების პროცესი, რაც იწვევს უკიდურესად წვრილად დაშლილი სტრუქტურის ფორმირებას გაზრდილი აცვიათ წინააღმდეგობით.

შედარებისას, თითქმის ყველა ფუნდამენტური ტექნიკური განსხვავება ელექტრული რკალის მოპირკეთებასა და იმპულსური ლაზერული მოპირკეთების ტექნოლოგიებს შორის არის შედეგი იმისა, რომ რკალი არის კონცენტრირებული შედუღების ენერგიის წყარო, ხოლო ლაზერის სხივი არის უაღრესად კონცენტრირებული ენერგიის წყარო. პულსირებული ლაზერული ზედაპირი, ელექტრული რკალის ზედაპირთან შედარებით, ხასიათდება დნობის მინიმალური მოცულობით, სითბოს ზემოქმედების ზონებით და, შესაბამისად, მნიშვნელოვნად დაბალი განივი და გრძივი შეკუმშვით.

ელექტრული რკალის ზედაპირის დაფარვის შემდეგ, შემწეობები შეიძლება მიაღწიოს რამდენიმე მილიმეტრს, რაც საჭიროებს შემდგომ დამუშავებას. ელექტრული რკალის, როგორც ენერგიის წყაროს გამოყენებას თან ახლავს მისი ძლიერი გავლენა ლითონის დნობის თხევად ფაზაზე, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ქვედაბოლოები, რომლებიც არ ხდება ლაზერული მოპირკეთების დროს. ელექტრული რკალის ზედაპირი მოითხოვს შედუღების უბნების წინასწარ და თანმხლებ გათბობას და შემდგომ თერმულ დამუშავებას და ლაზერული ზედაპირის ტიპს.

ლაზერული ზედაპირის ტექნოლოგიის გამოყენება შესაძლებელია გაცვეთილი ფორმების, ჩიპების აღსადგენად და ყალიბებისა და ჩიპების წარმოების პროცესში წარმოქმნილი სხვადასხვა დეფექტების აღმოსაფხვრელად. დეფექტების სახეები აღმოფხვრილი ლაზერული საფარის გამოყენებით: HRC სიხისტის ტესტის ადგილები, ბზარები, ნაპრალები, ნაკაწრები, ღრუები და ფორები, ღრმა ბზარები, წებოვანი შემაერთებელი ადგილები. ლაზერული ზედაპირის ტექნოლოგიური პროცესი არის ლაზერული გამოსხივების და შემავსებლის მავთულის ერთდროული მიწოდება დეფექტის ადგილზე ინერტული აირის გარემოში. შემავსებლის მასალა, დნობისას, ავსებს დეფექტის ადგილს. ლაზერული ზედაპირის დამუშავების შემდეგ საჭიროა მინიმალური მექანიკური დამუშავება ტრადიციული ზედაპირის დამუშავების მეთოდებთან შედარებით. ლაზერის სხივის დეფექტის ადგილას მიმართვის მაღალი სიზუსტე, ლაზერული გამოსხივების მოქმედების ლოკალიზაცია შესაძლებელს ხდის დეფექტური ნაწილების მკაცრად განსაზღვრული უბნების შერწყმას (ნახ. 4.9).

პროცესის მოკლე ხანგრძლივობა, ლაზერული პულსის ხანგრძლივობა რამდენიმე მილიწამი, ისევე როგორც ენერგიის ზუსტი დოზა უზრუნველყოფს მინიმალურ სითბოს ზემოქმედების ზონებს და ნაწილების ცვეთა არარსებობას. ლაზერულ ზედაპირს შეუძლია მნიშვნელოვნად შეამციროს ხელსაწყოების შეკეთების შრომის ინტენსივობა და, შედეგად, ხარჯები პროცესისგან წინასწარ გათბობის, შემდგომი თერმული დამუშავების და ზედაპირიდან ქრომის საფარის ამოღების და მისი შემდგომი გამოყენების საჭიროების გამო, თუ ნაწილი ქრომირებულია. - მოოქროვილი. ლაზერული საფარის უპირატესობები ჩამოთვლილია ცხრილში. 4.2.

გამდნარი ლითონის დაჟანგვის თავიდან ასაცილებლად, ზედაპირის ზონა დაცულია ინერტული გაზებით, მაგალითად, არგონისა და ჰელიუმის ნარევით. დიდი ზომის კომპონენტების (სიგრძის რამდენიმე მეტრამდე) ზედაპირის დასაყენებლად გამოიყენება ოპტიკურ-ბოჭკოვანი სისტემებით აღჭურვილი მყარი ლაზერული სისტემები. შემუშავებულია ტექნოლოგია დეფექტების აღმოსაფხვრელად ცხელი და ცივი არაგამტარი ბზარების სახით, რომლებიც წარმოიქმნება ელექტრული რკალის შედუღების დროს ჯოხის ელექტროდებით პულსური ლაზერული გამოსხივების გამოყენებით მყარი მდგომარეობის ლაზერებიდან.

იმპულსური ლაზერული გამოსხივების გამოყენებით რამდენიმე ბზარის შედუღება შესაძლებელს ხდის ეგრეთ წოდებული "ცივი" შედუღების რეჟიმის განხორციელებას, რომლის დროსაც შედუღება არ თბება შეკეთებულ ადგილას, რაც საშუალებას იძლევა შეინარჩუნოს შედუღებული სახსრის მექანიკური სიმტკიცე და თავიდან აირიდოს შედუღება. ლითონი შედუღებაში.

ოპტიკურ-ბოჭკოვანი სისტემის გამოყენება რამდენიმე მეტრის სიგრძის საშუალებას იძლევა რემონტი ჩატარდეს ყველაზე რთულად მისადგომ ადგილებში. ამ ტექნოლოგიის გამოყენება შესაძლებელია ელექტრული რკალით შედუღების დროს წარმოქმნილი სხვადასხვა დეფექტების აღმოსაფხვრელად - ბზარები, როგორც ცივი, ასევე ცხელი, ღრუები, კრატერები, ფისტულები, ჭრილობები.

ბუნებიდან და სამუშაო პირობებიდან გამომდინარე, მაღალი წნევის ტურბინის პირების გვერდითი ზედაპირი ექვემდებარება მიკროდაზიანებას მექანიკური, ქიმიური და თერმული ზემოქმედებისგან. დაზიანებისუნარიანობის ანალიზი გვიჩვენებს, რომ მათი საერთო რაოდენობის დაახლოებით 70% არის ნაწილები ზედაპირული დეფექტებით 0,4-2,0 მმ სიღრმემდე. ოპტიკურ-ბოჭკოვანი სისტემების გამოყენება დეფექტის ადგილზე ლაზერის სხივის მიწოდებისთვის ხსნის ტურბინის დანის შეკეთების შესაძლებლობას მისი დემონტაჟის გარეშე. თერმულად დაზარალებული ზონის ზომა არ აღემატება 15 მკმ-ს. დეპონირებული ფენის სტრუქტურა წვრილად არის გაფანტული.

ბრინჯი. 4.11. ჯვარი განყოფილება მაცივრის განყოფილების შეუდუღებელი მილის ადგილას

ბრინჯი. 4.12. შედუღება-შედუღების რეჟიმში დამუშავებული დეფექტის ადგილის დაფქვა

წყლის სექციების წარმოების პროცესში შეიძლება მოხდეს დეფექტები დაკარგული ჯაჭვის სახით. შემუშავებულია ტექნოლოგია განყოფილების გაჟონვის აღმოსაფხვრელად იმპულსური ლაზერული შედუღება-შედუღების გამოყენებით (ნახ. 4.11 და 4.12).

შედუღებულ ნაკერში გაჟონვის აღმოსაფხვრელად გამოიყენება პულსირებული ლაზერული გამოსხივება მყარი მდგომარეობის ლაზერიდან. ლაზერის ემიტერში ჩაშენებული სატელევიზიო სისტემა He-Ne (ჰელიუმი-ნეონი) ლაზერის საფუძველზე სამიზნე აღნიშვნის გამოყენებით საშუალებას გაძლევთ ზუსტად მიმართოთ ლაზერის სხივს დეფექტის ადგილზე. ლაზერის ოპტიკურ-ბოჭკოვანი სისტემით აღჭურვა საშუალებას გაძლევთ აღმოფხვრათ დეფექტები ძნელად მისადგომ ადგილებში და სწრაფად გადახვიდეთ ერთი დეფექტიდან მეორეზე.

პლაზმური შესხურება (ან, სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, დიფუზიური მეტალიზაცია) ეფექტური გზაა ძირითადი ზედაპირის ფიზიკური და მექანიკური თვისებების შესაცვლელად. ამიტომ, მას ხშირად იყენებენ დეკორატიული მიზნებისთვის და საბოლოო პროდუქტის გამძლეობის გასაზრდელად.

პლაზმური შესხურების პრინციპი

ზედაპირის დაფარვის ტრადიციული მეთოდების მსგავსად, დიფუზიური მეტალიზაცია გულისხმობს ლითონის ზედაპირზე სხვა ლითონის ან შენადნობის ფენის დეპონირებას, რომელსაც აქვს ნაწილის შემდგომი გამოყენებისთვის აუცილებელი თვისებები - სასურველი ფერი, კოროზიის წინააღმდეგობა, სიმტკიცე. განსხვავებები შემდეგია:

1. მაღალი ტემპერატურის (5000 - 6000 °C) პლაზმა საგრძნობლად აჩქარებს საფარის პროცესს, რომელსაც შეუძლია წამის ნაწილი დასჭირდეს.
2. პლაზმური ჭავლით დიფუზიური მეტალიზაციის დროს, ქიმიური ელემენტები გაზიდან, სადაც დამუშავება ხორციელდება, ასევე შეიძლება გავრცელდეს ლითონის ზედაპირულ ფენებში. ამრიგად, გაზის ქიმიური შემადგენლობის კორექტირებით, შესაძლებელია ლითონის კომბინირებული ზედაპირის გაჯერების მიღწევა სასურველი ელემენტების ატომებით.
3. პლაზმური ნაკადის შიგნით ტემპერატურისა და წნევის ერთგვაროვნება უზრუნველყოფს საბოლოო საფარის მაღალ ხარისხს, რაც ძალიან რთულია ტრადიციული მეტალიზაციის მეთოდებით.
4. პლაზმური შესხურება ხასიათდება პროცესის უკიდურესად მოკლე ხანგრძლივობით. შედეგად, იზრდება არა მხოლოდ პროდუქტიულობა, არამედ აღმოიფხვრება გადახურება, დაჟანგვა და ზედაპირის სხვა არასასურველი მოვლენები.

სამუშაო პარამეტრები პროცესის განხორციელებისთვის

იმის გამო, რომ ელექტრული გამონადენი ყველაზე ხშირად გამოიყენება მაღალი ტემპერატურის პლაზმის - რკალი, ნაპერწკალი ან პულსის დასაწყებად - ამ დახვეწის მეთოდისთვის გამოყენებული აღჭურვილობა მოიცავს:

• გამონადენის შექმნის წყარო: მაღალი სიხშირის გენერატორი ან შედუღების გადამყვანი;
• სამუშაო დალუქული კამერა, სადაც მოთავსებულია სამუშაო ნაწილის მეტალიზება;
• გაზის რეზერვუარი, რომლის ატმოსფეროში წარმოიქმნება მაღალი ტემპერატურის პლაზმა;
• ტუმბო ან ვაკუუმი, რომელიც უზრუნველყოფს აუცილებელ წნევას სამუშაო გარემოს ამოტუმბვის ან საჭირო ვაკუუმის შესაქმნელად;
• პროცესის კონტროლის სისტემები.

პლაზმური ჩირაღდნის მოქმედება, რომელიც ასრულებს პლაზმურ შესხურებას, ხდება შემდეგნაირად. შესხურებული ნაწილი ფიქსირდება დახურულ კამერაში, რის შემდეგაც ხდება ელექტრული გამონადენი სამუშაო ელექტროდის (რომელიც მოიცავს შესხურებულ ელემენტებს) და სამუშაო ნაწილს შორის ზედაპირებს შორის. ამავდროულად, თხევადი ან აირისებრი საშუალება ტუმბოს სამუშაო ზონაში საჭირო წნევით. მისი დანიშნულებაა გამონადენის ზონის შეკუმშვა, რითაც გაზრდის მისი თერმული სიმძლავრის მოცულობითი სიმკვრივეს. მაღალკონცენტრირებული პლაზმა უზრუნველყოფს ელექტროდის ლითონის განზომილებიანი აორთქლებას და ერთდროულად იწყებს სამუშაო ნაწილის მიმდებარე გარემოს პიროლიზს. შედეგად ზედაპირზე წარმოიქმნება სასურველი ქიმიური შემადგენლობის ფენა. გამონადენის მახასიათებლების შეცვლით - დენი, ძაბვა, წნევა - შეგიძლიათ აკონტროლოთ შესხურებული საფარის სისქე და სტრუქტურა.

ვაკუუმში დიფუზიური მეტალიზაციის პროცესი ანალოგიურად მიმდინარეობს, გარდა იმისა, რომ პლაზმური შეკუმშვა ხდება მისი სვეტის შიგნით და მის გარეთ წნევის სხვაობის გამო.

ტექნოლოგიური აღჭურვილობა, სახარჯო მასალები

ელექტროდის მასალის არჩევანი დამოკიდებულია შესხურების მიზანსა და დამუშავებული ლითონის ტიპზე. მაგალითად, გამკვრივებისთვის ყველაზე ეფექტური ელექტროდები მზადდება რკინა-ნიკელის შენადნობებისგან, რომლებიც დამატებით შედგენილია ისეთი ელემენტებით, როგორიცაა ქრომი, ბორი და სილიციუმი. ქრომი ზრდის საფარის აცვიათ წინააღმდეგობას, ბორი ზრდის სიმტკიცეს, ხოლო სილიციუმი ზრდის დასრულების საფარის სიმკვრივეს.

დეკორატიული მიზნებისთვის მეტალიზებისას სამუშაო ელექტროდის ლითონის არჩევის მთავარი კრიტერიუმია შესაფრქვევი ზედაპირის კონფიგურაცია, ასევე მისი გარეგნობა. მაგალითად, სპილენძის დეპონირება ხორციელდება ელექტრო სპილენძის M1-ისგან დამზადებული ელექტროდების გამოყენებით.

პროცესის მნიშვნელოვანი სტრუქტურული კომპონენტია საშუალების შემადგენლობა. მაგალითად, თუ შესხურებულ ფენაში აუცილებელია მაღალი რეზისტენტული ნიტრიდების და კარბიდების მიღება, გაზში უნდა იყოს ნახშირბადის ან აზოტის შემცველი ორგანული საშუალებები.

მზა საფარის შემდგომი დამუშავება

პროცესის ბუნებიდან გამომდინარე, შესხურებული ფენის სიმკვრივე და საბაზისო ლითონთან მისი გადაბმის სიძლიერე ყოველთვის არ არის საკმარისი საფარის გამძლეობის უზრუნველსაყოფად. ამიტომ, ხშირად დამუშავების შემდეგ, ნაწილი ექვემდებარება შემდგომ ზედაპირულ დნობას ჟანგბად-აცეტილენის ცეცხლის გამოყენებით, ან თერმულ ღუმელებში. შედეგად, საფარის სიმკვრივე რამდენჯერმე იზრდება. ამის შემდეგ პროდუქტი იფქვება და პრიალდება კარბიდის ხელსაწყოების გამოყენებით.

პროდუქტის შემდგომი დასრულების გათვალისწინებით, ლითონის ფენის სისქე დამუშავების შემდეგ მიიღება მინიმუმ 0,8 - 0,9 მმ.

ნაწილს საბოლოო სიმტკიცის თვისებების მისაცემად, იგი გამაგრდება და გამაგრდება ძირითადი ლითონისთვის რეკომენდებული ტექნოლოგიური პირობების გამოყენებით.

პლაზმური შესხურება ზრდის სითბოს წინააღმდეგობას, აცვიათ წინააღმდეგობას და პროდუქტების სიმტკიცეს, ზრდის მათ უნარს წინააღმდეგობის გაწევა კოროზიის პროცესებში, ხოლო დეკორატიული მიზნებისთვის შესხურება მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს ნაწილების გარეგნობას.

დიფუზიური პლაზმური შესხურების ტექნოლოგიის შეზღუდვებია სამუშაო ნაწილის კონფიგურაციის გადაჭარბებული სირთულე, ასევე გამოყენებული დანადგარების შედარებითი სირთულე.

თუ მიღებული ფენის ერთგვაროვნების მოთხოვნები არ არის მაღალი, შეიძლება გამოყენებულ იქნას უფრო მარტივი დანადგარები, რომლებიც სტრუქტურულად მოგვაგონებს ნახევრად ავტომატურ შედუღების აპარატებს. ამ შემთხვევაში პლაზმური შესხურება ტარდება ჰაერის ბუშტში, რომელიც წარმოიქმნება დამუშავების ადგილის კომპრესორის მიერ აფეთქებისას. ელექტროდები, რომლებიც შეიცავს შესხურებულ ლითონს, თანმიმდევრულად მოძრაობენ პროდუქტის კონტურის გასწვრივ. შესხურებული ლითონის ძირთან მიბმის გასაუმჯობესებლად, შემავსებელი მასალა ასევე შეჰყავთ შესხურების ზონაში.