Plazmas izsmidzināšanas tehnoloģija un process. Plazmas loka izsmidzināšana Plazmas izsmidzināšanas tehnoloģija

Tātad, kāds ir plazmas izsmidzināšanas princips? Visās plazmas izsmidzināšanas ierīcēs pulveris iegūst temperatūru un ātrumu karstās gāzes strūklā, ko rada plazmas deglis. Savukārt plazmas lodlampa jeb plazmas ģenerators ir 20. gados izgudrota iekārta, kurā starp katodu un anodu ierobežotā tilpumā (sprauslā) degošs elektriskais loks tiek piepūsts ar inertu gāzi un rada augstas temperatūras samazināšanas lāpu. liesma.

Kāpēc šis princips ir tik pievilcīgs termiskās izsmidzināšanas problēmu risināšanai? Tieši tāpēc, ka plazmas lāpas liesma ir ļoti karsta un vienmēr stingri samazina; skābekļa klātbūtne plazmas deglā kategoriski nav pieļaujama elektrodu materiālu straujas, pretējā gadījumā, iznīcināšanas dēļ (skābekļa daļējais spiediens plazmas gāzēs tiek noteikts pēc to tīrības, un tas nedrīkst pārsniegt 0,004%). Plazmas lāpas liesmas lāpa, pareizi lietojot, var ne tikai atjaunot aktīvo metāla virsmu no oksīda plēvēm uz izsmidzinātajām daļiņām, bet pat attīrīt pamatnes virsmu no oksīdiem. Šo iespēju nodrošina tikai plazmas izsmidzināšanas metode.

Attiecībā uz plazmas izsmidzināšanu termiskās izsmidzināšanas teorētiķu un praktiķu vidū pastāv virkne aizspriedumu, kas vairumā gadījumu ir saistīti nevis ar procesu kā tādu, bet gan ar pārpratumu par izsmidzināšanas procesa būtību, projektēšanas trūkumiem. konkrētas ierīces un to nepareiza pielietošana. Apspriedīsim šos aizspriedumus:

1.“Plazmas liesma ir pārāk karsta un tāpēc piemērota tikai ugunsizturīgu metālu un oksīda keramikas materiālu nogulsnēšanai. Pārāk augsta temperatūra izraisa pulvera daļas iztvaikošanu un hroma un volframa karbīdu iznīcināšanu.

Patiešām, plazmas temperatūra var sasniegt 20 000 ° C vai vairāk, kas ir daudz augstāka nekā, piemēram, skābekļa-acetilēna liesmas temperatūra (apmēram 3000 ° C). Tomēr liesmas temperatūrai ir ļoti maz sakara ar izsmidzināto daļiņu temperatūru. Neiedziļinoties karstās gāzes un cieto daļiņu mijiedarbības fizikā, mēs teiksim tikai to, ka šī mijiedarbība ir ļoti sarežģīta un atkarīga no daudziem parametriem, tostarp ne tikai gāzes temperatūras, tās ātruma, liesmas garuma un daļiņu izmēra, bet arī gāzes un daļiņu ķīmiskais sastāvs. Turklāt siltuma pārnešanai no liesmas uz daļiņām noteicošā ir nevis liesmas absolūtā temperatūra, bet gan tās spožums. Tā, piemēram, karstāka, bet gandrīz neredzama ūdeņraža-skābekļa liesma uzsilda daļiņas daudz sliktāk nekā vēsāka, bet gaišāka (gaismas oglekļa nanodaļiņu dēļ) acetilēna-skābekļa liesma. Plazmas degļa spožums ir atkarīgs no plazmu veidojošās gāzes sastāva, no caur to ejošo daļiņu izmēra un sastāva. Interesanti, ka daudzos gadījumos šis spožums ir mazāks nekā skābekļa-acetilēna liesmai un tas ir jāpalielina dažādos veidos, lai daļiņām būtu vismaz minimālā nepieciešamā temperatūra. Tā kā arī gāzes liesmas ierīču liesmas garums bieži pārsniedz plazmas lāpas garumu, tiek iegūts “paradokss”: rupji graudaini metāla pulveri pulvera liesmas izsmidzināšanas ierīcēs tiek karsēti vairāk nekā jaudīgākā un “karstākā” plazmā. smidzināšanas ierīces.

2. "Daļiņu ātrums plazmas izsmidzināšanas laikā nav pietiekams, lai iegūtu blīvus pārklājumus."

Gāzes un tajā esošo daļiņu plūsmas ātrumu nenosaka liesmas veidošanās princips, bet gan tikai ierīces konstrukcija. Pašlaik ir komerciālas ierīces plazmas izsmidzināšanai ar Laval sprauslu, kas nodrošina daļiņas ar virsskaņas ātrumu.

3. "Metālu nogulsnēšanai ir piemērotas tikai dārgas vakuuma plazmas izsmidzināšanas sistēmas, savukārt atmosfēras plazmas izsmidzināšanas sistēmas nav piemērotas metāla daļiņu oksidēšanās dēļ."

Šāds apgalvojums, dīvainā kārtā, ir dzirdams diezgan bieži, pat no cilvēkiem, kuri praktiski nodarbojas ar plazmas izsmidzināšanu, it īpaši attiecībā uz MCrAlY pārklājumiem gāzes turbīnu lāpstiņām. Faktiski šajā paziņojumā ir tipiska jēdzienu aizstāšana: tīra metāla pārklājumi no zemas kušanas niķeļa sakausējumiem, kas iegūti ar vakuuma plazmas nogulsnēšanos (VPS), patiešām ir labāki nekā atmosfēras nogulsnēšanās (APS), bet ne tāpēc, ka tajās notiek daļiņu oksidēšanās. plazma, bet pavisam cits iemesls, kas tiks apspriests sadaļā par vakuuma plazmas nogulsnēšanos. Metāla daļiņu oksidēšana abās šajās metodēs notiek vienādi.

Atmosfēras plazmas izsmidzināšanas ierīces neatšķiras no vakuuma plazmas izsmidzināšanas ierīcēm. Atšķirība nav pašās ierīcēs, bet gan uzklāšanas procesa organizēšanas metodē: atmosfēras nogulsnēšana tiek veikta gaisā, savukārt vakuuma uzklāšanā gan plazmas deglis, gan izsmidzinātā daļa atrodas vakuuma kamerā vakuumā. Skaidrs, ka atmosfēras uzklāšana ir daudz pieejamāka un lētāka nekā vakuuma uzklāšana, turklāt lielām detaļām vakuuma uzklāšana kļūst vienkārši neiespējama vakuuma kameras nereālo izmēru dēļ. Pašus plazmatronus var izmantot gan atmosfēras, gan vakuuma nogulsnēšanai.

Lai skaidrāk izskaidrotu plazmas izsmidzināšanas iezīmes, pāriesim pie dažādu mūsdienās pastāvošo dizainu izskatīšanas.

Plazmas izsmidzināšanas iekārtas

Plazmas izsmidzināšanas ierīces atšķiras ar ļoti daudzveidīgu dizainu. Mēs tos apsvērsim no "tradicionālākajiem" līdz "progresīvākajiem".

Visizplatītākās ir ierīces ar vienu katodu un vienu anodu un ar pulvera iesmidzināšanu ārpus īsās sprauslas, perpendikulāri liesmas asij.

Šādu ierīču darbības princips ir parādīts diagrammā (28. attēls):

Rīsi. 28. Plazmas izsmidzināšanas princips.

Kā redzams diagrammā, plazmas degļa īsā sprausla ir arī anods. Pulveris tiek ievadīts ārpus sprauslas perpendikulāri liesmas asij tiešā loka tuvumā.

Populārākā šāda veida ierīce ir Sulzer Metco 3 MB plazmas lodlampa, kas ar nelielām modifikācijām pastāv jau vairāk nekā 40 gadus. 29. attēlā parādīti pašreizējie šīs sērijas modeļi ar maksimālo jaudu 40 kW.

Rīsi. 29. Plasmatron 3MB.

Nedaudz jaunāka un jaudīgāka (55 kW) viena katoda ierīce ir F4 plazmas deglis, kas parādīts 30. attēlā.

Rīsi. 30. Plasmatron F4.

9MB ierīci, vienu no jaudīgākajiem tradicionālā tipa viena katoda plazmatroniem (80 kW pie 1000 A strāvas un 80 V sprieguma), ražo arī Sulzer Metco (31. attēls):

Rīsi. 31. Plasmatron 9MB

Citu uzņēmumu tradicionālie viena katoda plazmas lāpas maz atšķiras no Sulzer Metco plazmas lāpām: tie visi darbojas ar salīdzinoši zemu gāzes plūsmas ātrumu, zemu (< 100 В) напряжении и большом (до 1000 А) токе дуги. Ни один из традиционных плазматронов не позволяет достичь частицам скорости звука.

Plazmas lāpu ar zemu gāzes patēriņu priekšrocība ir iespēja radīt ļoti augstu temperatūru (> 4000°C) daļiņām, jo ​​tās salīdzinoši ilgi atrodas liesmas karstajā zonā blakus lokam. Tik augsta daļiņu temperatūra ļauj izkausēt gandrīz jebkuru keramikas un metāla materiālu.

Plazmas izsmidzināšanas tehnoloģiju attīstība pēdējo divdesmit gadu laikā ir gājusi uz daļiņu ātruma palielināšanas ceļu. Lai daļiņām nodrošinātu lielāku ātrumu, ir jāpalielina plazmas gāzu spiediens sprauslas priekšā, kas automātiski izraisa gāzes plūsmas ātruma palielināšanos un loka sprieguma palielināšanos.

Mūsdienīga, jaudīga (līdz 85 kW, strāva līdz 379 A, ​​spriegums līdz 223 V) iekārta ar vienu katodu un anodu ir amerikāņu kompānijas Progressive Technologies Inc. plazmatrons 100HE, kas, pateicoties augstajai plazmas gāzu spiediens un plūsmas ātrums, ļauj sasniegt daļiņu ātrumus - tuvu skaņas ātrumam (32. attēls):

Rīsi. 32. Plasmatron 100HE.

Plazmu veidojošās gāzes lielā ātruma dēļ samazinās daļiņu uzturēšanās laiks liesmas karstajā zonā un attiecīgi samazinās to temperatūra. Lai to novērstu, nepieciešams palielināt loka jaudu un izmantot lielu daudzumu ūdeņraža plazmas gāzē, kas molekulu disociācijas-asociācijas procesa dēļ pagarina liesmas karsto zonu. Tādējādi plazmas deglis 100HE realizē 20-30 mikronu izmēru daļiņu temperatūru virs 2300°C ar ātrumu aptuveni 250 m/s, kas ļauj izsmidzināt Cr 3 C 2 - NiCr, Cr pārklājumus. 2 O 3 un Al 2 O 3 ar zemu porainību.

Otrs attīstības virziens kombinācijā ar gāzes patēriņa pieaugumu ir viena loka sadalīšana trīs daļās, kas ļauj uzlabot liesmas stabilitāti un vienmērīgumu, samazināt elektrodu nodilumu un palielināt kopējo liesmas jaudu. Tipisks šādas ierīces piemērs ir jaunākais Sulzer Metco plazmas lodlampa TriplexPro TM -210 ar vienu anodu un trim katodiem ar maksimālo jaudu 100 kW (33. attēls):

Rīsi. 33. Plasmatron TriplexPro TM.

1 - korpusa aizmugure; 2 – anodu kaudze; 3 - ķermeņa priekšējā daļa; 4 - izolators; 5 - savienojuma uzgrieznis; 6 – trīs katodi keramikas blokā; 7 – anoda skursteņa elements; 8 - plazmas kanāls; 9 - sprausla ar trim pulvera sprauslām.

Sulzer Metco Triplex tehnoloģija ienāca termiskās izsmidzināšanas praksē deviņdesmitajos gados. Salīdzinot ar plazmas lāpām ar vienu loku, šīm ierīcēm ir ievērojami ilgāks resurss un nogulsnēšanas rezultātu stabilitāte. Daudziem komerciāliem pulveriem Triplex plazmas lāpas var arī uzlabot uzklāšanas veiktspēju un efektivitāti, vienlaikus saglabājot pārklājuma kvalitāti.

Apejot Sulzer Metco patentu trīs katodu plazmatroniem, GTV GmbH izlaida GTV Delta ierīci ar vienu katodu un trim anodiem, kas principā ir degradēta TriplexPro kompilācija (34. attēls):

Rīsi. 34. Plasmatron GTV Delta.

Pēdējais, trešais attīstības virziens ir pulvera radiālās ievadīšanas noraidīšana par labu daudz racionālākam - aksiālajam. Plazmas lāpas ar aksiālo pulvera iesmidzināšanu galveno dizaina elementu - Convergens 1994. gadā izgudroja amerikānis Lusjēns Bogdans Delča (Delcea, Lucian Bogdan).

Šobrīd ir tikai viena šāda ierīce – Kanādas kompānijas Mettech ražotais plazmas lodlampa Axial III ar maksimālo jaudu 150 kW, kas apvieno visas trīs attīstības jomas (liela gāzes plūsma, trīs loki un aksiālā pulvera iesmidzināšana). Plazmas smidzināšanas mašīnas ar Axial III plazmas degli ražo un izplata arī Vācijas uzņēmums Thermico GmbH.

35., 36. un 37. attēlā parādīta pati Axial III ierīce un tās struktūras diagramma:

Rīsi. 35. Plasmatron Axial III.

Rīsi. 36. Skats uz Axial III ierīci no sprauslas sāniem.

Rīsi. 37. Axial III shematiskā diagramma.

Visas mūsdienu plazmas izsmidzināšanas iekārtas ir automātiskas, tas ir, strāvas avotu, ūdens dzesēšanas sistēmas un gāzes plūsmas vadība tiek kontrolēta ar CNC sistēmu ar vizualizāciju un recepšu saglabāšanu datorā. Piemēram, Thermico GmbH piegādā Axial III plazmas lodlampu komplektā ar datorizētu vadības sistēmu, kas neatkarīgi veic loka aizdedzi un piekļuvi darbības režīmam, nogulsnēšanas receptūru izvēli un kontrolē visus galvenos parametrus: trīs plazmas plūsmas ātrumu. gāzes (argons, slāpeklis un ūdeņradis), loka strāvas, ūdens dzesēšanas sistēmas parametri. Tā pati automātiskā sistēma kontrolē arī pulvera padevēju.

Īpaši jāpiemin Thermico pulvera padevējs. Šī, mūsdienu pasaulē vismodernākā ierīce, ļauj ne tikai pastāvīgi regulēt pulvera masas plūsmas ātrumu un nesējgāzes (slāpekļa vai argona) plūsmas ātrumu, bet arī ļauj izmantot smalkgraudainus pulverus. ar sliktu plūstamību, neder, piemēram, Sulzer Metco barotavām.

Autors ir personīgi strādājis ar Axial III plazmas degli ilgu laiku un no savas pieredzes var teikt, ka, neraugoties uz dažiem dizaina trūkumiem, šis plazmas deglis ir vismodernākā termiskās nogulsnēšanas ierīce, kas apvieno ātrgaitas uzklāšanas priekšrocības ar augstu stingri reducējošas liesmas temperatūra. Galvenā Axial III priekšrocība ir pulvera aksiālā ievade.

Aksiālās pulvera ievadīšanas priekšrocības

Aksiālā pulvera injekcija ir milzīgs lēciens plazmas izsmidzināšanas tehnoloģijā. Šeit ir runa ne tikai par to, ka ar aksiālo iesmidzināšanu pulvera zudumi tiek ievērojami samazināti, bet arī tas, ka paveras iespēja izsmidzināt pilnīgi dažādus pulvera materiālus, kas nav piemēroti radiālajai injekcijai. Tā kā šis aspekts ir ļoti svarīgs, lai izprastu turpmākās sadaļas, mēs pie tā pakavēsimies sīkāk.

Tātad, kas notiek, kad pulveris tiek ievadīts radiāli liesmas strūklā pie izejas no sprauslas? Mēs uzskaitām šādas ievades trūkumus:

1. Radiālajai iesmidzināšanai ir piemēroti tikai ļoti šaurgraudaini pulveri, kuriem nepieciešams precīzi izvēlēties nesējgāzes spiedienu. Ko tas nozīmē?: Ja nesējgāzes spiediens ir nepietiekams, pulvera daļiņas “atlec” no liesmas strūklas, ja nesējgāzes spiediens ir pārāk augsts, tās “izšūs cauri” šai liesmai; ja pulveris sastāv no dažāda izmēra daļiņām, tad principā nav iespējams izvēlēties “pareizo” nesējgāzes spiedienu: mazākās daļiņas vienmēr “atlēks”, bet lielākās vienmēr “izšaus cauri”, tas ir, , neviena no tām daļiņām izsmidzinātajā pārklājumā nebūs, bet būs tikai dažas "vidējās" daļiņas. Īpaši grūti ir ieviest smalkgraudainus pulverus, jo tos pastiprināti izkliedē nesējgāze (tipisks putekļu mākonis ap liesmu).
2. Radiāli ievadot pulveri, pulvera maisījumā nav iespējams izmantot ne tikai dažāda izmēra, bet arī dažāda blīvuma (dažādas masas) daļiņas tā paša iemesla dēļ: smagākas daļiņas izlido cauri liesmai vieglāk nekā vieglākas. Tādējādi, mēģinot izmantot sarežģītus pulvera maisījumus, pārklājuma sastāvs tiks izkropļots salīdzinājumā ar pulvera maisījuma sastāvu.
3. Plazmu veidojošo gāzu ātruma palielināšanās apgrūtina pulvera radiālo ievadīšanu, jo tiek vēl vairāk sašaurināti nesējgāzes nepieciešamo spiedienu un daļiņu izmēra sadalījuma intervāli. Praksē tas nozīmē sekojošo: jo lielāks liesmas ātrums, jo zemāka ir izsmidzināšanas efektivitāte ar radiālo pulvera iesmidzināšanu. Nekādā gadījumā nav iespējams visu pulveri ievadīt liesmā bez zudumiem.
4. Pulvera sprauslu atrašanās vieta liesmas karstās zonas tuvumā izraisa to uzkaršanu, ko kompensē tikai dzesēšana ar pulveri, kas nes gāzi. Ja dzesēšanas gāzes ātrums nav pietiekams dzesēšanai, tad pulvera daļiņas var pielipt pie sprauslas atveres malām, veidojot nokarāšanos. Pielipušie gabali periodiski atraujas no sprauslas, iekrīt liesmā un izraisa raksturīgu defektu - "spļaušanu", kas noved pie rupju porainu ieslēgumu veidošanās pārklājumā. Tā kā nesējgāzes izplūdes ātrums ir stingri saistīts ar liesmas parametriem (skat. 1. punktu), rodas problēma: dažiem pulveriem vienkārši nav parametru, kas novērstu “spļaušanas” efektu, it īpaši, ja šie pulveri ir kausējami un/vai smalki. -graudains.

Pāreja uz pulvera aksiālo injekciju ļauj pilnībā atbrīvoties no iepriekš minētajām problēmām:

1. Nesējgāzes spiediens un ātrums vairs nav saistīti ar liesmas un pulvera parametriem. Vienīgais nosacījums ir tāds, ka nesējgāzes spiedienam jābūt nedaudz augstākam par plazmu veidojošās gāzes spiedienu sprauslā pulvera ievadīšanas vietā. Aksiālās ieiešanas dēļ liesma pilnībā uztver jebkuru pulveri.
2. Vienmēr ir iespējams izvēlēties tādu nesējgāzes spiedienu, pie kura nenotiks "spļaušanās", kas saistīta ar pulvera pielipšanu pie pulvera sprauslas atveres malas.
3. Ir iespējams izmantot jebkuras sarežģītības un frakcionēta sastāva pulvera maisījumus. Dažāda izmēra daļiņas iegūs dažādu ātrumu un temperatūru, bet visas galu galā piedalīsies pārklājuma veidošanā. Fakts, ka mazās daļiņas kļūst daudz karstākas par lielām daļiņām, ja tās tiek aksiāli ievadītas plazmas liesmā, paver jaunas iespējas pulvera maisījumu projektēšanai. Šīs grāmatas galvenā daļa ir veltīta šādu polifrakcionālu kompozīciju radīšanai.

Autoram ļoti paveicās, ka viņa rīcībā ilgus gadus bija Axial III plazmas lodlampa ar aksiālu pulvera injekciju. Ja ne tas, tad jaunu daudzkomponentu pārklājumu izveide būtu vienkārši neiespējama.

Termiskās izsmidzināšanas ierīču kopsavilkuma tabula

Visu termiskās izsmidzināšanas metožu vispārināšanai, tiešai salīdzināšanai un sistematizēšanai salīdzināsim tipisko ierīču īpašības, kā arī to aptuvenās cenas vienā tabulā (2. tabula):

2. tabula. Termiskās izsmidzināšanas ierīču salīdzinājums.

Īpašības un īpašības	* Termiskās izsmidzināšanas metodes
	1	2	3	4	5	6	7	8
Pulvera lietošana vai vads	vads	pulveris	vads	pulveris	pulveris	pulveris	vads	pulveris
maksimālais ātrums izsmidzinātas daļiņas, m/s	100	50	200	800	1200	1000	100	400
Maksimālā temperatūra izsmidzinātās daļiņas, °C	2800	2500	1700	1500	600	1200	> 4000	> 4000
Veidojošo daļiņu lielums pārklājums, µm	0,1 – 1000	10 – 150	0,1 – 1000	10 – 100	10 – 100	10 – 100	0,1 – 1000	1 – 50
Izsmidzināšanas efektivitāte uz izsmidzinātā materiāls	—	+	—	+++	+++	+++	—	++
Izsmidzināšanas efektivitāte pēc patēriņa	–	+++	—	—	—	—	++	–
Minimālā porainība pārklājumi, tilp.%	10-15	10-25	5-10	2-3	< 1	< 1	5-10	0,5-3
Siltuma jauda ierīces, kW	10-30	10-50	30-100	50-250	30-85	< 20	20-150	25-150
Performance izsmidzināšana, kg/h	2-5	5-10	2-5	5-10	10-20	< 1	10-30	2-5
Izplatība komerciālās ierīces un rezerves daļas pasaules tirgū	Daudz ierīces	Daudz ierīces	Maz ierīces	Daudz ierīces	Maz ierīces	Nē ierīces	Daudz ierīces	Daudz ierīces
Ierīces mobilitāte	+++	+++	–	–	+++ par - citiem	—	+++	– APS
Ierīces troksnis	—	+++	—	—	—	—	—	—
Tvaiku un smalku putekļu emisija	—	++	—	++	+++	++	—	–
Atsevišķu ierīču cena, €	2.000-	2.000-	10.000-	10.000-	10.000-	Nē	10.000-	5.000-
Automatizētā cena instalācijas bez perifērijas ierīcēm, €	Nē	30.000-	Nē	100.000-	100.000-	Nē	Nē	100.000-
Automatizētā cena instalācijas ar perifērijas ierīcēm “zem atslēga": skaņu izolējoša kabīne, filtrs-ventilācija uzstādīšana, robots utt., €	Nē	100.000-	Nē	200.000-	200.000-	Nē	Nē	200.000-
Salīdzinošās izmaksas darbība, ņemot vērā palīgmateriālus materiāli (izņemot pulverus un vadi), ierīces resurss un rezerves daļas,	10-15	5-15	30-60	40-100	40-100	> 100	5-30	30-150

* Metodes numerācija:

1. Liesmas izsmidzināšana ar stiepli
2. Liesmas pulvera izsmidzināšana
3. Virsskaņas liesmas stieples izsmidzināšana
4. Virsskaņas liesmas pulvera izsmidzināšana (HVOF un HVAF)
5. Aukstā pulvera pārklājums
6. Detonācijas pulvera pārklājums
7. Stiepļu loka izsmidzināšana
8. Plazmas pulvera izsmidzināšana (APS un VPS)

Plazmas virsma ir inovatīva metode īpašu pārklājumu ar augstu nodilumizturības indeksu uzklāšanai uz nolietotu izstrādājumu virsmas. To veic, lai atjaunotu mašīnu un mehānismu daļas, kā arī to ražošanā.

1 Plazmas virsma - vispārīga informācija par tehniku ​​un tās priekšrocībām

Daudzas dažādu ierīču un mašīnu sastāvdaļas un mehānismi mūsdienās darbojas sarežģītos apstākļos, kas liek produktiem vienlaikus atbilst vairākām prasībām. Bieži vien tiem ir jāiztur agresīvas ķīmiskās vides un paaugstinātas temperatūras ietekme un tajā pašā laikā jāsaglabā augstās izturības īpašības.

Ir gandrīz neiespējami izgatavot šādas vienības no viena metāla vai cita materiāla. Un no finansiālā viedokļa tik sarežģītu ražošanas procesu īstenot ir nelietderīgi.

Daudz saprātīgāk un izdevīgāk ir ražot šādus izstrādājumus no viena, visizturīgākā materiāla un pēc tam uzklāt tiem noteiktus aizsargpārklājumus - nodilumizturīgus, karstumizturīgus, skābes izturīgus utt.

Kā šādu "aizsardzību" var izmantot nemetāliskus un metāliskus pārklājumus, kas savā sastāvā atšķiras viens no otra. Šāda izsmidzināšana ļauj nodrošināt izstrādājumiem nepieciešamās dielektriskās, termiskās, fizikālās un citas īpašības. Viena no visefektīvākajām un vienlaikus universālākajām mūsdienu metodēm materiālu pārklāšanai ar aizsargkārtu tiek atzīta par izsmidzināšanu un virskārtu ar plazmas loku.

Plazmas izmantošanas būtība ir pavisam vienkārša. Pārklāšanai tiek izmantots materiāls stieples vai granulēta smalka pulvera veidā, ko ievada plazmas strūklā, kur to vispirms karsē un pēc tam izkausē. Izkausētā stāvoklī aizsargmateriāls nokrīt uz virsmas, kas pakļauta virsmai. Tajā pašā laikā notiek tā nepārtraukta apkure.

Šīs tehnoloģijas priekšrocības ir:

• plazmas plūsma ļauj uzklāt dažādu parametru materiālus, turklāt vairākos slāņos (tā dēļ metālu var apstrādāt ar dažādiem pārklājumiem, no kuriem katram ir savas aizsardzības īpašības);
• plazmas loka enerģijas īpašības var regulēt plašās robežās, jo tas tiek uzskatīts par elastīgāko siltuma avotu;
• plazmas plūsmai ir raksturīga ļoti augsta temperatūra, kuras dēļ tā viegli izkausē pat tos materiālus, kurus raksturo paaugstināta ugunsizturība;
• Virsmas seguma daļas ģeometriskie parametri un forma neierobežo plazmas metodes tehniskās iespējas un nemazina tās efektivitāti.

Pamatojoties uz to, varam secināt, ka ne vakuuma, ne galvaniskā, ne arī kāds cits nogulsnēšanas variants efektivitātes ziņā nav salīdzināms ar plazmu. Visbiežāk to izmanto:

• izstrādājumu sacietēšana, kas pakļauti pastāvīgām lielām slodzēm;
• slēg- un vadības un slēgelementu aizsardzība pret nodilumu un rūsu (metāla izsmidzināšana ar plazmas palīdzību būtiski palielina to izturību);
• aizsardzība pret augstas temperatūras negatīvo ietekmi, kas izraisa stikla uzņēmumos izmantoto izstrādājumu priekšlaicīgu nodilumu.

2 Aprakstītā seguma tehnoloģija un tās smalkumi

Plazmas virsma tiek veikta, izmantojot divas tehnoloģijas:

• strūklā tiek ievadīts stienis, stieple vai lente (tie darbojas kā pildviela);
• strūklā tiek ievadīts pulvera maisījums, kas tiek uztverts un ar gāzes palīdzību pārnests uz metinātā izstrādājuma virsmu.

Plazmas strūklai var būt dažādi izkārtojumi. Saskaņā ar šo rādītāju tas ir sadalīts trīs veidos:

• slēgta straume. Ar tās palīdzību visbiežāk tiek veikta metāla izsmidzināšana, metalizācija un sacietēšana. Loku šajā gadījumā raksturo salīdzinoši zema liesmas plūsmas intensitāte, kas ir saistīta ar augstu siltuma pārneses līmeni atmosfērā. Anods aprakstītajā izkārtojumā ir vai nu degļa kanāls, vai tā sprausla.
• Atvērt straumi. Ar šo izkārtojumu apstrādājamā detaļa uzsilst daudz vairāk, anods ir stienis vai pati sagatave. Aizsargkārtu uzklāšanai vai materiāla griešanai ieteicama atvērta strūkla.
• Kombinētā iespēja. Izkārtojums, kas īpaši izstrādāts plazmas pulvera apšuvumam. Izmantojot šo opciju, vienlaikus tiek aizdedzināti divi loki, un anods tiek savienots ar degļa sprauslu un metināmo sagatavi.

Jebkurā gadījumā kā liesmas veidošanai izmantotās gāzes izmanto skābekli, argonu, gaisu, hēliju, ūdeņradi vai slāpekli. Eksperti saka, ka hēlijs un argons nodrošina visaugstākās kvalitātes metāla izsmidzināšanu un virsmas pārklājumu.

3 Kombinētais plazmas deglis cieto pārklājumu apstrādei

Plazmas pulvera pārklājums lielākajā daļā mūsdienu uzņēmumu tiek veikts precīzi kombinētās vienībās. Tajos metāla pildvielas pulveris tiek izkausēts starp degļa sprauslu un volframa elektrodu. Un laikā, kad loka deg starp detaļu un elektrodu, sākas nogulsnētā produkta virsmas sildīšana. Pateicoties tam, notiek kvalitatīva un ātra pamatnes un pildmetāla saplūšana.

Kombinētais plazmas deglis nodrošina zemu nogulsnētā pamatmateriāla saturu kompozīcijā, kā arī mazāko tā iespiešanās dziļumu. Tieši šie fakti tiek atzīti par galveno tehnoloģisko priekšrocību segumam, izmantojot plazmas strūklu.

Metināto virsmu no apkārtējā gaisa kaitīgās ietekmes aizsargā inerta gāze. Tas iekļūst instalācijas sprauslā (ārējā) un droši aizsargā loku, kas to ieskauj. Piedevas pulvera maisījuma piegādei tiek izmantota arī transporta gāze ar inertām īpašībām. Tas nāk no īpašas padeves.

Parasti standarta plazmas lodlampa ar kombinētu darbības veidu, kurā tiek veikta metāla izsmidzināšana un virsma, sastāv no šādām daļām:

• divi barošanas avoti (viens baro "netiešo" loku, otrs - "tiešo");
• maisījuma padevējs;
• pretestība (balasts);
• caurums, kurā tiek piegādāta gāze;
• uzgalis;
• oscilators;
• degļa korpuss;
• caurule gāzes padevei ar pulvera sastāvu.

4 Metāla seguma galvenās iezīmes, izmantojot plazmas tehnoloģiju

Plazmas degļa maksimālā veiktspēja tiek atzīmēta, ja tiek izmantota strāvu nesoša stieples piedeva. Šajā gadījumā loks deg starp šo vadu (tas ir anods) un vienības katodu. Aprakstītā metode nedaudz izkausē pamatmateriālu. Bet tas neļauj izveidot vienmērīgu un plānu virsmas slāni.

Ja tiek izmantots pulveris, izsmidzināšana un virsmas uzklāšana ļauj iegūt norādīto plānu kārtu ar maksimālu nodilumizturību un karstumizturību. Cietā pulvera maisījuma parastās sastāvdaļas ir kobalts un niķelis. Pēc šādu pulveru izmantošanas detaļas virsma vairs nav jāapstrādā, jo tās aizsargkārtai nav nekādu defektu.

Plazmas izsmidzināšanu, salīdzinot ar cieto pārklājumu, raksturo lielāks plazmas strūklas ātrums un blīvāka siltuma plūsma. Šis fakts ir saistīts ar to, ka smidzināšanas laikā visbiežāk tiek izmantoti metāli un savienojumi ar augstu ugunsizturības līmeni (borīdi, silicīdi, tantals, karbīdi, volframs, cirkonijs, magnijs un alumīnija oksīdi).

Mēs piebilstam, ka rakstā aplūkotā seguma metode pēc tās tehniskajiem parametriem (darba spriegumu un strāvu diapazons, inertās gāzes patēriņš un tā tālāk) daudz neatšķiras no. Un speciālisti šāda veida metināšanas darbības šodien ir apguvuši līdz pilnībai.

Šī ir progresīva pārklāšanas metode, kurā materiāla kausēšana un pārnešana uz atjaunojamo virsmu tiek veikta ar plazmas strūklu. Plazma ir ļoti jonizēts gāzes stāvoklis, kad elektronu un negatīvo jonu koncentrācija ir vienāda ar pozitīvi lādētu jonu koncentrāciju. Plazmas strūklu iegūst, izlaižot plazmu veidojošu gāzi caur elektrisko loku, kad to darbina līdzstrāvas avots ar spriegumu 80-100 V.

Gāzes pāreju jonizētā stāvoklī un sadalīšanos atomos pavada ievērojama enerģijas daudzuma absorbcija, kas izdalās plazmas dzesēšanas laikā, mijiedarbojoties ar vidi un izsmidzināmo daļu. Tas izraisa augstu plazmas strūklas temperatūru, kas ir atkarīga no gāzes strāvas stipruma, veida un plūsmas ātruma. Kā plazmas gāzi parasti izmanto argonu vai slāpekli, retāk ūdeņradi vai hēliju. Lietojot argonu, plazmas temperatūra ir 15 000-30 000°C, bet slāpekļa - 10 000-15 000°C. Izvēloties gāzi, jāņem vērā, ka slāpeklis ir lētāks un mazāk deficīts nekā argons, taču, lai tajā aizdedzinātu elektrisko loku, nepieciešams daudz lielāks spriegums, kas rada paaugstinātas prasības elektrodrošībai. Tāpēc dažreiz, aizdedzinot loku, tiek izmantots argons, kuram ir mazāks loka ierosmes un degšanas spriegums, un nogulsnēšanās procesā tiek izmantots slāpeklis.

Pārklājums veidojas, pateicoties tam, ka uzklātais materiāls, kas nonāk plazmas strūklā, tiek izkusis un ar karstas gāzes plūsmu tiek pārnests uz detaļas virsmu. Metāla daļiņu lidojuma ātrums ir 150-200 m/s attālumā no sprauslas līdz daļas virsmai 50-80 mm. Pateicoties uzklātā materiāla augstākai temperatūrai un lielākam lidojuma ātrumam, savienojuma stiprums starp plazmas pārklājumu un detaļu ir augstāks nekā ar citām pārklāšanas metodēm.

Augsta temperatūra un liela jauda, ​​salīdzinot ar citiem siltuma avotiem, ir plazmas metalizācijas galvenā atšķirība un priekšrocība, kas nodrošina ievērojamu procesa produktivitātes pieaugumu, spēju kausēt un uzklāt jebkādus karstumizturīgus un nodilumizturīgus materiālus, tostarp cietos sakausējumus un kompozītmateriālus. materiāli, kā arī oksīdi, borīdi, nitrīdi u.c., dažādās kombinācijās. Pateicoties tam, iespējams veidot daudzslāņu pārklājumus ar dažādām īpašībām (nodilumizturīgi, labi ietek, karstumizturīgi utt.). Augstākās kvalitātes pārklājumi tiek iegūti, izmantojot pašplūstošus virsmas materiālus.

Plazmas pārklājumu blīvums, struktūra un fizikālās un mehāniskās īpašības ir atkarīgas no uzklātā materiāla, smalkuma, temperatūras un pārnesto daļiņu sadursmes ātruma ar atjaunojamo daļu. Pēdējie divi parametri tiek nodrošināti, kontrolējot plazmas strūklu. Plazmas pārklājumu īpašības ievērojami palielinās to turpmākās plūsmas laikā. Šādi pārklājumi ir efektīvi trieciena un lielas kontakta slodzes gadījumā.

Plazmas degļa darbības princips un ierīce ir parādīta attēlā. 4.51. Plazmas strūklu iegūst, izlaižot plazmu veidojošo gāzi 7 caur elektrisko loku, kas izveidots starp volframa katodu 2 un vara anodu 4, kad tiem ir pievienots strāvas avots.

Katodu un anodu atdala izolators 3, un tos nepārtraukti atdzesē ar šķidrumu b (vēlams destilētu ūdeni). Anods ir izgatavots sprauslas formā, kuras dizains nodrošina saspiešanu un noteiktu plazmas strūklas virzienu. Saspiešanu veicina arī elektromagnētiskais lauks, kas rodas ap strūklu. Tāpēc jonizētā plazmu veidojošā gāze iziet no plazmas degļa sprauslas neliela šķērsgriezuma strūklas veidā, kas nodrošina augstu siltumenerģijas koncentrāciju.

Rīsi. 4.51. Plazmas izsmidzināšanas procesa shēma: 1 - pulvera dozators; 2- katods; 3 - izolācijas blīve; 4 - anods; 5 - nesējgāze; 6 - dzesēšanas šķidrums; 7 - plazmas gāze

Uzklātie materiāli tiek izmantoti granulu pulveru veidā ar daļiņu izmēru 50-200 mikroni, auklas vai stieples. Pulveri var ievadīt plazmas strūklā kopā ar plazmu veidojošo gāzi vai no dozatora 1 ar transportgāzi 5 (slāpekli) gāzes degļa sprauslā, un stiepli vai auklu ievada plazmas strūklā zem plazmas degļa. uzgalis. Pirms lietošanas pulveris jāizžāvē un jākalcinē, lai samazinātu porainību un palielinātu pārklājuma saķeri ar detaļu.

Plazmas strūklas un tajā esošo izkausēto metālu daļiņu aizsardzību no mijiedarbības ar gaisu var veikt ar inertas gāzes plūsmu, kurai jāpārklāj plazmas strūkla. Šim nolūkam plazmas degli koncentriski galvenajam ir paredzēta papildu sprausla, caur kuru tiek piegādāta inerta gāze. Pateicoties tam, tiek izslēgta izsmidzinātā materiāla oksidēšana, nitrēšana un dekarbonizācija.

Aplūkotajā piemērā strāvas avots ir savienots ar plazmas degļa elektrodiem (slēgts savienojums), tāpēc elektriskā loka kalpo tikai plazmas strūklas izveidošanai. Izmantojot uzklāto materiālu stieples veidā, tam var pieslēgt arī strāvas avotu. Šajā gadījumā papildus plazmas strūklai veidojas plazmas loks, kas arī piedalās stieņa kausēšanā, kā rezultātā ievērojami palielinās plazmas lāpas jauda.

Mūsdienu plazmas seguma iekārtās ir elektroniskās sistēmas procesa parametru regulēšanai, kas aprīkotas ar manipulatoriem un robotiem. Tas palielina nogulsnēšanas procesa produktivitāti un kvalitāti, uzlabo apkopes personāla darba apstākļus.

Galvenās atšķirības starp plazmas metalizāciju un citām kausēšanas metodēm ir augstāka temperatūra un lielāka jauda, ​​kas nodrošina būtisku procesa produktivitātes pieaugumu un iespēju uzklāt un izkausēt jebkādus karstumizturīgus un nodilumizturīgus materiālus (4.8. att.). Plazmas izsmidzināšanai strūklas temperatūras nodrošināšanai izmanto argonu un slāpekļa gāzes. Plazmas metalizācijai tiek plaši izmantotas UPU un UMN instalācijas, kas ietver rotatoru, aizsargkameru, pulvera dozatoru, barošanas avotu un vadības paneli.

Galvenā uzstādīšanas daļa ir plazmas deglis, kura kalpošanas laiku nosaka sprauslas pretestība. Plazmas degļa darbības laiks ir īss, tāpēc tā dilstošās daļas ir nomaināmas. Strāvas avoti ir metināšanas ģeneratori PSO-500 vai taisngrieži UN PN-160/600.

Rīsi. 4.8. Plazmas izsmidzināšanas procesa shēma:

1 - pulvera dozators; 2 - katods; 3 - izolācijas blīve; 4 - anods; 5 - nesējgāze; 6 - dzesēšanas šķidrums; 7 - plazmas gāze

Kā plazmas veidojoša gāze tiek izmantots argons vai mazāk ierobežots un lēts slāpeklis. Taču slāpekļa vidē ir grūtāk izsist loku un ir nepieciešams daudz lielāks spriegums, kas rada briesmas apkalpojošajam personālam. Tiek izmantota metode, kurā loku aizdedzina argona vidē ar mazāku loka ierosmi un degšanas spriegumu, un pēc tam tie pāriet uz slāpekli. Plazmu veidojošā gāze tiek jonizēta un iziet no plazmas degļa sprauslas neliela šķērsgriezuma strūklas veidā. Saspiešanu veicina sprauslas kanāla sienas un elektromagnētiskais lauks, kas rodas ap strūklu. Plazmas strūklas temperatūra ir atkarīga no strāvas stipruma, gāzes veida un plūsmas ātruma un svārstās no 10 000 līdz 30 000 °C; gāzes plūsmas ātrums 100-1500 m/s. Argona plazmas temperatūra ir 15 000-30 000 °C, slāpekļa - 10 000-15 000 °C.

Plazmas metalizācijā kā uzklātais materiāls tiek izmantots granulēts pulveris ar daļiņu izmēru 50-200 mikroni. Pulveris tiek ievadīts loka zonā ar nesējgāzi (slāpekli), izkausēts un pārnests uz apstrādājamo priekšmetu. Pulvera daļiņu lidojuma ātrums ir 150-200 m/s, attālums no sprauslas līdz detaļas virsmai ir 50-80 mm. Pateicoties uzklātā materiāla augstākai temperatūrai un lielākam izsmidzināmo daļiņu ātrumam, pārklājuma saķeres stiprība ar detaļu šajā metodē ir augstāka nekā citās metalizācijas metodēs.

Plazmas metalizācija, kas notiek augstā plazmas strūklas temperatūrā, ļauj uzklāt jebkuru materiālu

sala, tostarp visizturīgākās, taču tas rada problēmas ar turpmāku supercieto un nodilumizturīgo materiālu apstrādi.

Impulsu lāzera starojuma izmantošana, kura ilgums ir milisekundes, ļauj iegūt minimālas siltuma ietekmes zonas, kas nepārsniedz vairākus desmitus mikronu. Minimālie kausējuma tilpumi un minimālā siltuma ievade metinātajā daļā ļauj samazināt gareniskās un šķērseniskās deformācijas un tādējādi noturēt detaļas precizitātes izmērus vairāku mikronu pielaides laukā. Rādīšanas precizitāte un lāzera stara darbības lokalizācija ļauj sametināt stingri noteiktas detaļas ģeometriskās daļas, nodrošinot minimālo apstrādes pielaidi, kas ir 0,2-0,5 mm. Tā kā pulsējošā lāzera apšuvuma laikā termiskās ietekmes zonas ir ļoti mazas, substrāts paliek praktiski auksts, un metāla kausējuma šķidrās fāzes dzesēšanas ātrums sasniedz 102–103 °C/s. Šajos apstākļos notiek pašsacietēšanas process, kura rezultātā veidojas īpaši smalka struktūra ar paaugstinātu nodilumizturību.

Salīdzinot, gandrīz visas būtiskās tehniskās atšķirības starp elektriskā loka virsmas pārklājuma tehnoloģiju un impulsa lāzera virsmas pārklājumu ir saistītas ar faktu, ka loks ir koncentrēts metināšanas enerģijas avots, bet lāzera stars ir ļoti koncentrēts enerģijas avots. Impulsu lāzervirsmu veidošanai, salīdzinot ar loka segumu, ir raksturīgi minimāli kausējuma apjomi, siltuma ietekmes zonas un attiecīgi ievērojami mazāki šķērsvirziena un garenvirziena saraukumi.

Pēc loka virsmas uzklāšanas pielaides var sasniegt vairākus milimetrus, tādēļ ir nepieciešama turpmāka apstrāde. Elektriskā loka kā enerģijas avota izmantošana ir saistīta ar tā spēka iedarbību uz metāla kausējuma šķidro fāzi, kā rezultātā veidojas zemie griezumi, kas nerodas lāzera apšuvuma laikā. Elektriskā loka seguma uzklāšanai nepieciešama iepriekšēja un vienlaicīga seguma vietu apsildīšana un sekojoša termiskā apstrāde un “un tips no lāzera apšuvuma.

Ar lāzerapšuvuma tehnoloģiju var atjaunot nolietotās veidnes, presformas un novērst dažādus defektus, kas veidojas veidņu un presformu izgatavošanas laikā. Defektu veidi, kurus var novērst, izmantojot lāzera apšuvumu: HRC cietības pārbaudes punkti, plaisas, spraugas, urbumi, dobumi un poras, uguns plaisas, līmes iestatīšanas punkti. Lāzera apšuvuma tehnoloģiskais process ir vienlaicīga lāzera starojuma un pildvada padeve defekta vietā inertās gāzes vidē. Pildījuma materiāls, kūstot, aizpilda defekta vietu. Pēc lāzera apšuvuma ir nepieciešama minimāla mehāniskā apstrāde, salīdzinot ar tradicionālajām apšuvuma metodēm. Augsta precizitāte lāzera stara novirzīšanai uz defekta vietu, lāzera starojuma iedarbības lokalizācija dod iespēju sametināt stingri noteiktas bojāto detaļu zonas (4.9. att.).

Īsais procesa ilgums, lāzera starojuma impulsa ilgums, kas ir dažas milisekundes, kā arī precīza enerģijas dozēšana nodrošina minimālu siltuma skarto zonu un detaļu pavadas neesamību. Lāzera apšuvums var ievērojami samazināt instrumentu remonta darbietilpību un līdz ar to arī izmaksas, kas saistītas ar priekšsildīšanas procesa izslēgšanu, sekojošu termisko apstrādi, nepieciešamību no virsmas noņemt hroma pārklājumu un pēc tam to uzklāt, ja daļa ir hromēts. Lāzera apšuvuma priekšrocības ir uzskaitītas tabulā. 4.2.

Lai novērstu izkausētā metāla oksidēšanos, metināšanas zona ir aizsargāta ar inertām gāzēm, piemēram, argona un hēlija maisījumu. Lielu agregātu (līdz vairākiem metriem garu) virsmai tiek izmantotas cietvielu lāzeru sistēmas, kas aprīkotas ar optisko šķiedru sistēmām. Izstrādāta tehnoloģija defektu novēršanai karsto un auksto necaurlaidīgo plaisu veidā, kas veidojas stieņa-elektroda loka metināšanas laikā, izmantojot cietvielu lāzeru impulsa lāzera starojumu.

Vairāku plaisu metināšana, izmantojot impulsa lāzera starojumu, ļauj realizēt tā saukto "aukstās" metināšanas režīmu, kurā remontējamās vietas metinājuma šuve nesasilst, kas ļauj saglabāt metinātā savienojuma mehānisko izturību. un izvairieties no metāla rūdīšanas šuvē.

Vairāku metru garuma optiskās šķiedras sistēmas izmantošana ļauj veikt remontu visnepieejamākajās ģeometrijās. Ar šo tehnoloģiju var novērst dažādus elektroloka metināšanas laikā radušos defektus – plaisas, gan aukstas, gan karstas, čaulas, krāterus, fistulas, iegriezumus.

Augstspiediena turbīnu lāpstiņu sānu virsma pēc būtības un darbības apstākļiem ir pakļauta mehāniskas, ķīmiskas un termiskas iedarbības mikrobojājumiem. Bojājumu analīze liecina, ka aptuveni 70% no to kopējā skaita ir daļas ar virsmas defektiem līdz 0,4-2,0 mm dziļumā. Optisko šķiedru sistēmu izmantošana lāzera stara novadīšanai uz defektu paver iespēju salabot turbīnas lāpstiņu, to neizjaucot. Siltuma ietekmētās zonas izmērs nepārsniedz 15 µm. Nogulsnētā slāņa struktūra ir smalki izkliedēta.

Rīsi. 4.11. Šķērsgriezums ledusskapja sekcijas nelodētās caurules vietā

Rīsi. 4.12. Metināšanas-lodēšanas režīmā apstrādāta defekta pulēta daļa

Ūdens sekciju ražošanas procesā var rasties defekti bezlodēšanas veidā. Ir izstrādāta tehnoloģija noplūžu novēršanai sekcijās ar impulsu lāzerlodēšanas un metināšanas metodi (4.11. un 4.12. attēls).

Lai novērstu noplūdes lodēšanas savienojumā, tiek izmantots impulsa lāzera starojums no cietvielu lāzera. Televīzijas sistēma, kas iebūvēta lāzera emitētājā, izmantojot mērķa apzīmējumu, pamatojoties uz He-Ne (hēlija-neona) lāzeru, ļauj precīzi novirzīt lāzera staru uz defekta vietu. Lāzera aprīkošana ar optiskās šķiedras sistēmu dod iespēju novērst defektus grūti sasniedzamās vietās un veikt ātru pāreju no viena defekta uz otru.

Plazmas izsmidzināšana (jeb, citiem vārdiem sakot, difūzijas metalizācija) ir efektīvs veids, kā mainīt galvenās virsmas fizikālās un mehāniskās īpašības, kā arī struktūru. Tāpēc to bieži izmanto dekoratīviem nolūkiem un gala produkta izturības palielināšanai.

Plazmas izsmidzināšanas princips

Tāpat kā tradicionālās virsmu pārklājumu metodes, difūzijas metalizācijas laikā uz metāla virsmas tiek nogulsnēts cita metāla vai sakausējuma slānis, kuram ir detaļas turpmākai lietošanai nepieciešamās īpašības - vēlamā krāsa, izturība pret koroziju, cietība. Atšķirības ir šādas:

1. Augstas temperatūras (5000 - 6000 °C) plazma ievērojami paātrina pārklāšanas procesu, kas var būt sekundes daļas.
2. Difūzijas metalizācijas laikā plazmas strūklā ķīmiskie elementi no gāzes, kurā tiek veikta apstrāde, var difundēt arī metāla virsmas slāņos. Tādējādi, regulējot gāzes ķīmisko sastāvu, ir iespējams panākt kombinētu metāla virsmas piesātinājumu ar nepieciešamo elementu atomiem.
3. Temperatūras un spiediena viendabīgums plazmas strūklas iekšpusē nodrošina augstu gala pārklājumu kvalitāti, ko ir ļoti grūti panākt ar tradicionālajām metalizācijas metodēm.
4. Plazmas izsmidzināšanu raksturo ārkārtīgi īss procesa laiks. Tā rezultātā ne tikai palielinās produktivitāte, bet arī tiek novērsta pārkaršana, oksidēšanās un citas nevēlamas virsmas parādības.

Darba instalācijas procesa īstenošanai

Tā kā augstas temperatūras plazmas ierosināšanai visbiežāk tiek izmantota elektriskā izlāde - loka, dzirksteles vai impulsa, tad šai nogulsnēšanas metodei izmantotā iekārta ietver:

• Izlādes ģenerēšanas avots: augstfrekvences ģenerators vai metināšanas pārveidotājs;
• Darba hermētiska kamera, kurā atrodas metalizējamā detaļa;
• Gāzes rezervuārs, kura atmosfērā veidosies augstas temperatūras plazma;
• Sūknēšanas vai vakuuma iekārta, kas nodrošina nepieciešamo spiedienu darba vides sūknēšanai vai vajadzīgā vakuuma radīšanai;
• Procesu kontroles sistēmas.

Plazmas degļa darbība, kas veic plazmas izsmidzināšanu, notiek šādi. Izsmidzinātā daļa tiek fiksēta noslēgtā kamerā, pēc kuras tiek ierosināta elektriskā izlāde starp darba elektroda virsmām (kas ietver izsmidzinātos elementus) un sagatavi. Tajā pašā laikā caur darba zonu ar nepieciešamo spiedienu tiek sūknēta šķidra vai gāzveida vide. Tās mērķis ir saspiest izlādes zonu, tādējādi palielinot tās termiskās jaudas tilpuma blīvumu. Augsti koncentrēta plazma nodrošina elektroda metāla iztvaikošanu un vienlaikus ierosina apstrādājamo priekšmetu apkārtējās vides pirolīzi. Rezultātā uz virsmas veidojas vēlamā ķīmiskā sastāva slānis. Mainot izlādes raksturlielumus - strāvu, spriegumu, spiedienu - iespējams kontrolēt nogulsnētā pārklājuma biezumu, kā arī struktūru.

Difūzijas metalizācijas process vakuumā notiek līdzīgi, izņemot to, ka plazmas saspiešana notiek spiediena starpības dēļ kolonnas iekšpusē un ārpusē.

Tehnoloģiskās iekārtas, palīgmateriāli

Elektrodu materiāla izvēle ir atkarīga no uzklāšanas mērķa un apstrādājamā metāla veida. Piemēram, spiedogu rūdīšanai visefektīvākie elektrodi ir izgatavoti no dzelzs-niķeļa sakausējumiem, kas papildus leģēti ar tādiem elementiem kā hroms, bors un silīcijs. Hroms palielina pārklājuma nodilumizturību, bors - cietību, bet silīcijs - apdares pārklājuma blīvumu.

Metalizējot dekoratīvos nolūkos, galvenais darba elektroda metāla izvēles kritērijs ir izsmidzināmās virsmas konfigurācija, kā arī tās izskats. Piemēram, vara izsmidzināšanu veic ar M1 elektrotehniskajiem vara elektrodiem.

Svarīga procesa strukturālā sastāvdaļa ir barotnes sastāvs. Piemēram, ja nepieciešams iegūt ļoti izturīgus nitrīdus un karbīdus izsmidzinātajā slānī, gāzē ir jābūt organiskām barotnēm, kas satur oglekli vai slāpekli.

Gatavā pārklājuma pēcapstrāde

Procesa rakstura dēļ izsmidzinātā slāņa blīvums un tā adhēzijas stiprība ar parasto metālu ne vienmēr ir pietiekama, lai nodrošinātu pārklājuma izturību. Tāpēc bieži pēc apstrādes detaļa tiek pakļauta sekojošai virsmas kausēšanai, izmantojot skābekļa-acetilēna liesmu vai termiskās krāsnīs. Tā rezultātā pārklājuma blīvums palielinās vairākas reizes. Pēc tam izstrādājumi tiek slīpēti un pulēti, izmantojot karbīda instrumentu.

Ņemot vērā turpmāko izstrādājuma apdari, tiek ņemts metāla slāņa biezums pēc apstrādes vismaz 0,8 - 0,9 mm.

Lai detaļai piešķirtu galīgās stiprības īpašības, tā tiek rūdīta un rūdīta, izmantojot parastajam metālam ieteiktos tehnoloģiskos režīmus.

Plazmas izsmidzināšana paaugstina izstrādājumu karstumizturību, nodilumizturību un cietību, palielina to spēju pretoties korozijas procesiem, bet izsmidzināšana dekoratīvos nolūkos būtiski uzlabo detaļu izskatu.

Par difūzijas plazmas izsmidzināšanas tehnoloģijas ierobežojumiem tiek uzskatīta sagataves konfigurācijas pārmērīgā sarežģītība, kā arī izmantoto instalāciju relatīvā sarežģītība.

Ar zemām prasībām iegūtā slāņa viendabīgumam varat izmantot vienkāršākas instalācijas, kas strukturāli atgādina pusautomātisko metināšanu. Šajā gadījumā plazmas izsmidzināšana tiek veikta gaisa burbulī, kas veidojas, kompresoram pūšot apstrādes zonu. Elektrodi, kas ietver izsmidzināto metālu, pārvietojas secīgi pa izstrādājuma kontūru. Lai uzlabotu izsmidzinātā metāla saķeri ar pamatni, smidzināšanas zonā tiek ievadīts arī pildviela.