Technologia i proces natryskiwania plazmowego. Natryskiwanie łukiem plazmowym Technologia natryskiwania plazmowego

Jaka jest zatem zasada natryskiwania plazmowego? We wszystkich urządzeniach do natryskiwania plazmowego proszek uzyskuje temperaturę i prędkość w strumieniu gorącego gazu wytworzonego przez plazmotron. Z kolei plazmatron, czyli generator plazmy, to wynalezione w latach dwudziestych XX wieku urządzenie, w którym łuk elektryczny płonący pomiędzy katodą a anodą w ograniczonej objętości (dyszy) jest napełniany gazem obojętnym i tworzy pochodnię wysokotemperaturowego płomienia redukcyjnego .

Dlaczego ta zasada jest tak atrakcyjna w rozwiązywaniu problemów natryskiwania termicznego? Właśnie dlatego, że płomień plazmatronu jest bardzo gorący i zawsze ściśle redukujący; obecność tlenu w plazmotronie jest surowo zabroniona ze względu na szybkie, w przeciwnym razie zniszczenie materiałów elektrod (ciśnienie cząstkowe tlenu w gazach tworzących plazmę zależy od ich czystości i nie powinno być wyższe niż 0,004%). Palnik płomieniowy plazmatronu, jeśli jest prawidłowo używany, może nie tylko przywrócić aktywną powierzchnię metalu z warstw tlenków na natryskiwanych cząstkach, ale nawet oczyścić powierzchnię samego podłoża z tlenków. Taką możliwość daje wyłącznie metoda natryskiwania plazmowego.

Jeśli chodzi o natryskiwanie plazmowe, wśród teoretyków i praktyków natryskiwania cieplnego istnieje szereg uprzedzeń, które w większości przypadków wiążą się nie z procesem jako takim, ale z niezrozumieniem istoty procesu natryskiwania, wadami konstrukcyjnymi konkretnych urządzeń i ich nieprawidłowe użycie. Omówmy te uprzedzenia:

1.„Płomień plazmowy jest zbyt gorący i dlatego nadaje się tylko do napylania ogniotrwałego materiałów metalowych i tlenkowych. Zbyt wysoka temperatura prowadzi do odparowania części proszku i zniszczenia węglików chromu i wolframu.”

Rzeczywiście, temperatura plazmy może osiągnąć 20 000°C lub więcej, czyli jest znacznie wyższa niż na przykład temperatura płomienia tlenowo-acetylenowego (około 3000°C). Jednakże temperatura płomienia ma bardzo niewiele wspólnego z temperaturą natryskiwanych cząstek. Nie wnikając w fizykę oddziaływania gorącego gazu z cząstkami stałymi, powiemy jedynie, że oddziaływanie to jest bardzo złożone i zależy od dużej liczby parametrów, do których zalicza się nie tylko temperatura gazu, jego prędkość, długość palnika i wielkości cząstek, ale także składu chemicznego gazu i cząstek. Ponadto to nie temperatura bezwzględna płomienia, ale jego jasność decyduje o przekazywaniu ciepła z palnika do cząstek. Na przykład gorętszy, ale prawie niewidoczny płomień wodorowo-tlenowy podgrzewa cząstki znacznie gorzej niż chłodniejszy, ale jaśniejszy (z powodu świecących nanocząstek węgla) płomień acetylenowo-tlenowy. Jasność smugi plazmy zależy od składu gazu tworzącego plazmę oraz od wielkości i składu cząstek przez nią przechodzących. Co ciekawe, w wielu przypadkach jasność ta jest mniejsza niż w przypadku płomienia tlenowo-acetylenowego i trzeba ją zwiększać na różne sposoby, aby zapewnić cząstkom przynajmniej minimalną wymaganą temperaturę. Ponieważ długość płomienia urządzeń z płomieniem gazowym często przekracza długość palnika plazmowego, powstaje „paradoks”: gruboziarniste proszki metali nagrzewają się w urządzeniach do natryskiwania płomieniowo-proszkowego bardziej niż w mocniejszych i „gorących” urządzeniach do natryskiwania plazmowego.

2. „Prędkość cząstek podczas natryskiwania plazmowego nie jest wystarczająca do wytworzenia gęstych powłok”.

Natężenie przepływu gazu i cząstek w nim zawartych nie zależy od zasady powstawania płomienia, ale wyłącznie od konstrukcji urządzenia. Obecnie dostępne są przemysłowe urządzenia do natryskiwania plazmowego z dyszą Lavala, które dostarczają cząstki z prędkością ponaddźwiękową.

3. „Do natryskiwania metali nadają się tylko drogie próżniowe urządzenia do natryskiwania plazmowego, natomiast atmosferyczne urządzenia do natryskiwania plazmowego nie nadają się ze względu na utlenianie cząstek metalu”.

Co ciekawe, takie stwierdzenie można usłyszeć nawet od osób, które praktycznie zajmują się natryskiwaniem plazmowym, zwłaszcza w odniesieniu do powłok MCrAlY na łopatki turbin gazowych. Tak naprawdę w tym stwierdzeniu następuje typowa zamiana pojęć: powłoki czysto metalowe z niskotopliwych stopów niklu otrzymywanych metodą próżniowego natryskiwania plazmowego (VPS) są wprawdzie lepsze niż natryskiwanie atmosferyczne (APS), ale nie ze względu na utlenianie cząstek w plazmą, ale zupełnie z innego powodu, który zostanie omówiony w części poświęconej próżniowemu natryskiwaniu plazmowemu. Utlenianie cząstek metalu w obu tych metodach przebiega w ten sam sposób.

Atmosferyczne urządzenia do natryskiwania plazmowego nie różnią się od próżniowych urządzeń do natryskiwania plazmowego. Różnica nie polega na samych urządzeniach, ale na sposobie organizacji procesu osadzania: osadzanie atmosferyczne odbywa się w powietrzu, natomiast przy osadzaniu próżniowym zarówno plazmatron, jak i natryskiwana część znajdują się w komorze próżniowej pod próżnią. Oczywiste jest, że osadzanie atmosferyczne jest znacznie łatwiej dostępne i tańsze niż osadzanie próżniowe, ponadto w przypadku dużych części osadzanie próżniowe staje się po prostu niemożliwe ze względu na nierealistyczny rozmiar komory próżniowej. Same plazmatrony można stosować zarówno do osadzania atmosferycznego, jak i próżniowego.

Aby jaśniej wyjaśnić cechy natryskiwania plazmowego, przejdźmy do rozważenia różnych istniejących obecnie projektów.

Instalacje do natryskiwania plazmowego

Urządzenia do natryskiwania plazmowego są dostępne w szerokiej gamie konstrukcji. Rozważymy je od najbardziej „tradycyjnych” do najbardziej „zaawansowanych”.

Najpopularniejsze są urządzenia z jedną katodą i jedną anodą, a proszek wprowadzany jest poza krótką dyszę, prostopadle do osi płomienia.

Zasadę działania takich urządzeń pokazano na schemacie (ryc. 28):

Ryż. 28. Zasada natryskiwania plazmowego.

Jak widać na schemacie, krótka dysza plazmatronu jest jednocześnie anodą. Proszek wprowadzany jest na zewnątrz dyszy prostopadle do osi płomienia, w bliskiej odległości od łuku.

Najpopularniejszym urządzeniem tego typu jest plazmatron 3MB firmy Sulzer Metco, który po niewielkich modyfikacjach istnieje już od ponad 40 lat. Rysunek 29 przedstawia aktualne modele tej serii o maksymalnej mocy 40 kW.

Ryż. 29. Plazmatron 3MB.

Nieco nowszym i mocniejszym (55 kW) urządzeniem jednokatodowym jest plazmatron F4 pokazany na rysunku 30.

Ryż. 30. Plazmatron F4.

Urządzenie o pojemności 9 MB to jeden z najpotężniejszych jednokatodowych plazmotronów tradycyjnego typu (80 kW przy prądzie 1000 A i napięciu 80 V), również produkowany przez firmę Sulzer Metco (ryc. 31):

Ryż. 31. Plasmatron 9MB

Tradycyjne jednokatodowe plazmatrony innych firm niewiele różnią się od plazmatronów Sulzer Metco: wszystkie działają przy stosunkowo niskim natężeniu przepływu gazu, niskim (< 100 В) напряжении и большом (до 1000 А) токе дуги. Ни один из традиционных плазматронов не позволяет достичь частицам скорости звука.

Zaletą plazmatronów o niskim natężeniu przepływu gazu jest możliwość nadawania cząstkom bardzo wysokiej temperatury (> 4000°C) ze względu na stosunkowo długi czas przebywania w gorącej strefie płomienia obok łuku. Tak wysokie temperatury cząstek umożliwiają stopienie prawie wszystkich materiałów ceramicznych i metalowych.

Rozwój technologii natryskiwania plazmowego w ciągu ostatnich dwudziestu lat podąża drogą rosnącej prędkości cząstek. Aby cząstki mogły uzyskać większą prędkość, konieczne jest zwiększenie ciśnienia gazów plazmotwórczych przed dyszą, co automatycznie prowadzi do zwiększenia przepływu gazu i wzrostu napięcia łuku.

Nowoczesnym, mocnym (do 85 kW, prąd do 379 A, ​​napięcie do 223 V) urządzeniem z jedną katodą i anodą jest plazmotron 100HE amerykańskiej firmy Progressive Technologies Inc., który dzięki wysokiemu ciśnieniu i natężenie przepływu gazów plazmotwórczych, pozwala na osiągnięcie prędkości cząstek - bliskich prędkości dźwięku (rys. 32):

Ryż. 32. Plazmatron 100HE.

Ze względu na dużą prędkość gazu tworzącego plazmę, czas przebywania cząstek w gorącej strefie płomienia i odpowiednio ich temperatura maleje. Aby temu przeciwdziałać, konieczne jest zwiększenie mocy łuku oraz wykorzystanie dużej ilości wodoru w gazie plazmotwórczym, który dzięki procesowi dysocjacji-asocjacji cząsteczek wydłuża gorącą strefę płomienia. Tym samym plazmatron 100HE realizuje temperaturę cząstek o wielkości 20-30 mikronów powyżej 2300°C z prędkością około 250 m/s, co umożliwia natryskiwanie powłok Cr 3 C 2 - NiCr, Cr 2 O 3 i Al 2 O 3 o niskiej porowatości.

Drugim kierunkiem rozwoju, w połączeniu ze wzrostem zużycia gazu, jest podział jednego łuku na trzy części, co poprawia stabilność i równomierność płomienia, zmniejsza zużycie elektrod i zwiększa całkowitą moc płomienia. Typowym przykładem takiego urządzenia jest najnowszy plazmatron TriplexPro TM -210 firmy Sulzer Metco z jedną anodą i trzema katodami, o maksymalnej mocy 100 kW (rys. 33):

Ryż. 33. Plasmatron TriplexProTM.

1 – tylna część korpusu; 2 – stos anod; 3 – przednia część ciała; 4 – izolator; 5 – nakrętka łącząca; 6 – trzy katody w bloku ceramicznym; 7 – element stosu anodowego; 8 – kanał plazmowy; 9 – dysza z trzema dyszami proszkowymi.

Technologia Triplex firmy Sulzer Metco została wprowadzona do branży natryskiwania termicznego w latach 90-tych. Urządzenia te charakteryzują się w porównaniu z plazmotronami z pojedynczym łukiem znacznie dłuższą żywotnością i stabilnością wyników osadzania. W przypadku wielu dostępnych na rynku proszków plazmatrony Triplex mogą również poprawić wydajność i wydajność natryskiwania, zachowując jednocześnie jakość powłoki.

Firma GTV GmbH wypuściła, z pominięciem patentu Sulzer Metco na trójkatodowe plazmatrony, urządzenie GTV Delta z jedną katodą i trzema anodami, które w zasadzie jest zdegradowaną kompilacją TriplexPro (Rysunek 34):

Ryż. 34. Plazmatron GTV Delta.

Ostatnim, trzecim kierunkiem rozwoju jest rezygnacja z promieniowego wprowadzania proszku na rzecz znacznie bardziej racjonalnego – osiowego. Kluczowy element konstrukcyjny plazmatronu z osiowym wtryskiem proszku Convergens został wynaleziony w 1994 roku przez Amerykanina Luciana Bogdana Delceę.

Obecnie istnieje tylko jedno podobne urządzenie – plazmatron Axial III o maksymalnej mocy 150 kW, wyprodukowany przez kanadyjską firmę Mettech, który łączy w sobie wszystkie trzy kierunki rozwoju (wysoki przepływ gazu, trzy łuki i osiowe wprowadzanie proszku). Produkcją i dystrybucją urządzeń do natryskiwania plazmowego z plazmotronem Axial III zajmuje się niemiecka firma Thermico GmbH.

Rysunki 35, 36 i 37 przedstawiają samo urządzenie Axial III i jego schemat konstrukcyjny:

Ryż. 35. Plasmatron Axial III.

Ryż. 36. Widok urządzenia Axial III od strony dyszy.

Ryż. 37. Schemat ideowy osi III.

Wszystkie nowoczesne instalacje natryskiwania plazmowego są automatyczne, co oznacza, że ​​sterowanie źródłami prądu, układem chłodzenia wody i przepływem gazu regulowane jest przez system CNC z wizualizacją i zapisem receptur na komputerze. Na przykład plazmatron Axial III jest dostarczany przez firmę Thermico GmbH wraz ze skomputeryzowanym systemem sterowania, który niezależnie zapala łuki i wchodzi w tryb pracy, wybiera receptury natryskiwania i kontroluje wszystkie główne parametry: przepływ trzech gazów tworzących plazmę (argon, azot i wodór), prądy łukowe, parametry układu chłodzenia wodą. Ten sam automatyczny system steruje również podajnikiem proszku.

Na szczególną uwagę zasługuje podajnik proszku Thermico. To najbardziej „zaawansowane” urządzenie współczesnego świata pozwala nie tylko na ciągłą regulację przepływu masowego proszku i przepływu gazu nośnego (azotu lub argonu), ale także pozwala na stosowanie proszków drobnoziarnistych o słabej płynność, nieodpowiednie np. dla podajników Sulzer Metco.

Autor osobiście przez długi czas współpracował z plazmotronem Axial III i z własnego doświadczenia może powiedzieć, że pomimo pewnych wad konstrukcyjnych, plazmatron ten jest najbardziej zaawansowanym urządzeniem do natryskiwania cieplnego, łączącym w sobie zalety natryskiwania z dużą prędkością z wysoką temperaturą ściśle zmniejszenie płomienia. Główną zaletą Axial III jest osiowe wprowadzanie proszku.

Zalety osiowego podawania proszku

Osiowy wtrysk proszku to milowy krok w technologii natryskiwania plazmowego. Chodzi tu nie tylko o to, że przy wprowadzeniu osiowym straty proszku są znacznie zmniejszone, ale także o to, że otwiera się możliwość natryskiwania zupełnie innych materiałów proszkowych, które nie nadają się do podawania promieniowego. Ponieważ ten aspekt jest zasadniczo ważny dla zrozumienia kolejnych sekcji, rozważymy go bardziej szczegółowo.

Co więc się stanie, gdy proszek zostanie promieniowo wprowadzony do strumienia płomienia na wyjściu dyszy? Wymieniamy wady takiego wejścia:

1. Do wtrysku promieniowego nadają się wyłącznie proszki o bardzo wąskiej frakcji, dla których konieczne jest precyzyjne dobranie ciśnienia gazu nośnego. Co to oznacza?: Jeśli ciśnienie gazu nośnego jest niewystarczające, cząstki proszku „odbiją się” od strumienia płomienia, a jeśli ciśnienie gazu nośnego jest zbyt wysokie, „przestrzelą” ten płomień; jeśli proszek składa się z cząstek o różnej wielkości, to w zasadzie nie da się dobrać „właściwego” ciśnienia gazu nośnego: najmniejsze cząstki zawsze „odbiją się”, a największe zawsze „przestrzelą”, czyli czyli w natryskiwanej powłoce nie będzie żadnej z tych cząstek, a jedynie jakieś „przeciętne” cząstki. Proszki drobnoziarniste są szczególnie trudne do wprowadzenia ze względu na ich zwiększoną dyspersję przez gaz nośny (typowa chmura pyłu wokół palnika).
2. Wprowadzając proszek radialny, nie można w mieszance proszkowej stosować nie tylko cząstek o różnej wielkości, ale także o różnej gęstości (różnej masie) z tego samego powodu: cząstki cięższe przelatują przez płomień łatwiej niż lżejsze. Zatem próba użycia złożonych mieszanin proszków spowoduje zniekształcenie składu powłoki w porównaniu ze składem mieszaniny proszków.
3. Wzrost prędkości gazów tworzących plazmę komplikuje promieniowe wtryskiwanie proszku, ponieważ zakresy wymaganych ciśnień gazu nośnego i rozkłady wielkości cząstek ulegają dalszemu zawężeniu. W praktyce oznacza to, że im większa prędkość płomienia, tym niższa wydajność natryskiwania przy promieniowym wtryskiwaniu proszku. W żadnym wypadku nie jest możliwe wprowadzenie całego proszku do płomienia bez strat.
4. Umiejscowienie dysz proszkowych obok strefy gorącego płomienia powoduje ich nagrzewanie, które jest kompensowane jedynie przez chłodzenie gazem niosącym proszek. Jeżeli prędkość gazu chłodzącego nie jest wystarczająca do schłodzenia, cząsteczki proszku mogą przylgnąć do krawędzi otworu dyszy, tworząc zwisy. Zakleszczone kawałki okresowo odpadają od dyszy, wpadają do płomienia i powodują charakterystyczną wadę - „plucie”, prowadzącą do powstawania gruboziarnistych porowatych wtrąceń w powłoce. Ponieważ natężenie przepływu gazu nośnego jest ściśle powiązane z parametrami płomienia (patrz punkt 1), pojawia się problem: w przypadku niektórych proszków po prostu nie ma parametrów eliminujących efekt „plowania”, szczególnie jeśli są to proszki niskotopliwe i /lub drobnoziarnisty.

Przejście na osiowy wtrysk proszku pozwala całkowicie pozbyć się powyższych problemów:

1. Ciśnienie i prędkość gazu nośnego nie są już powiązane z parametrami płomienia i proszku. Jedynym warunkiem jest to, że ciśnienie gazu nośnego musi być nieco wyższe niż ciśnienie gazu tworzącego plazmę w dyszy w miejscu wprowadzenia proszku. Dzięki osiowemu wejściu proszek jest całkowicie wychwytywany przez płomień.
2. Zawsze istnieje możliwość dobrania takiego ciśnienia gazu nośnego, przy którym nie nastąpi „plucie” związane z przyklejaniem się proszku do krawędzi otworu w dyszy proszkowej.
3. Możliwe jest stosowanie mieszanin proszkowych o dowolnej złożoności i składzie frakcyjnym. Cząsteczki o różnych rozmiarach będą osiągać różne prędkości i temperatury, ale ostatecznie wszystkie wezmą udział w tworzeniu powłoki. Fakt, że małe cząstki stają się znacznie gorętsze od dużych, gdy zostaną wprowadzone osiowo do płomienia plazmowego, otwiera nowe możliwości projektowania mieszanin proszkowych. Zasadnicza część tej książki poświęcona jest tworzeniu takich kompozycji polifrakcyjnych.

Autor miał ogromne szczęście, że przez wiele lat miał do dyspozycji plazmtron Axial III z osiowym wtryskiem proszku. Gdyby nie to, tworzenie nowych powłok wieloskładnikowych byłoby po prostu niemożliwe.

Tabela podsumowująca urządzenia do natryskiwania termicznego

Aby uogólnić, bezpośrednio porównać i usystematyzować wszystkie metody natryskiwania cieplnego, porównajmy w jednej tabeli właściwości typowych urządzeń, a także ich przybliżone ceny (tabela 2):

Tabela 2. Porównanie urządzeń do natryskiwania termicznego.

Właściwości i cechy	* Metody natryskiwania termicznego
	1	2	3	4	5	6	7	8
Używanie proszku lub drut	drut	proszek	drut	proszek	proszek	proszek	drut	proszek
Maksymalna prędkość rozpylone cząstki, m/sek	100	50	200	800	1200	1000	100	400
Maksymalna temperatura rozpylone cząstki, °C	2800	2500	1700	1500	600	1200	> 4000	> 4000
Rozmiar tworzących się cząstek powłoka, mikrony	0,1 – 1000	10 – 150	0,1 – 1000	10 – 100	10 – 100	10 – 100	0,1 – 1000	1 – 50
Wydajność natryskiwania metodą natryskiwania materiał	—	+	—	+++	+++	+++	—	++
Wydajność opryskiwania według natężenia przepływu	–	+++	—	—	—	—	++	–
Minimalna porowatość powłoka,% obj.	10-15	10-25	5-10	2-3	< 1	< 1	5-10	0,5-3
Moc cieplna urządzenia, kW	10-30	10-50	30-100	50-250	30-85	< 20	20-150	25-150
Wydajność opryskiwanie, kg/godz	2-5	5-10	2-5	5-10	10-20	< 1	10-30	2-5
Rozpowszechnienie urządzenia komercyjne i części zamiennych na rynku światowym	Dużo urządzenia	Dużo urządzenia	Kilka urządzenia	Dużo urządzenia	Kilka urządzenia	NIE urządzenia	Dużo urządzenia	Dużo urządzenia
Mobilność urządzenia	+++	+++	–	–	+++ za - dla innych	—	+++	– dla APS
Hałas urządzenia	—	+++	—	—	—	—	—	—
Emisja par i drobnego pyłu	—	++	—	++	+++	++	—	–
Cena poszczególnych urządzeń, €	2.000-	2.000-	10.000-	10.000-	10.000-	NIE	10.000-	5.000-
Cena automatu instalacje bez urządzeń peryferyjnych, €	NIE	30.000-	NIE	100.000-	100.000-	NIE	NIE	100.000-
Cena automatu instalacje z obrzeżem „pod klucz”: kabina dźwiękoszczelna, wentylacja filtracyjna instalacja, robot itp., €	NIE	100.000-	NIE	200.000-	200.000-	NIE	NIE	200.000-
Koszt porównawczy eksploatacji z uwzględnieniem materiałów eksploatacyjnych materiałów (z wyjątkiem proszków i przewody), żywotność urządzenia i części zamienne,	10-15	5-15	30-60	40-100	40-100	> 100	5-30	30-150

* Numeracja metod:

1. Natryskiwanie płomieniowe drutu
2. Płomieniowe natryskiwanie proszkowe
3. Naddźwiękowe natryskiwanie płomieniowe za pomocą drutu
4. Naddźwiękowe natryskiwanie proszkowe płomieniem (HVOF i HVAF)
5. Natryskiwanie proszku na zimno
6. Rozpylanie proszków detonacyjnych
7. Natryskiwanie łukiem elektrycznym drutem
8. Natryskiwanie proszkowe plazmowe (APS i VPS)

Napawanie plazmowe to innowacyjna metoda nakładania na powierzchnię zużytych wyrobów specjalnych powłok o dużej odporności na zużycie. Wykonuje się go w celu renowacji części i mechanizmów maszyn, a także podczas ich produkcji.

1 Napawanie plazmowe – ogólne informacje o technice i jej zaletach

Szereg podzespołów i mechanizmów różnych urządzeń i maszyn pracuje dziś w trudnych warunkach, które wymagają od produktów spełnienia kilku wymagań jednocześnie. Często wymaga się od nich wytrzymałości na działanie agresywnych środowisk chemicznych i podwyższonych temperatur, przy jednoczesnym zachowaniu wysokich właściwości wytrzymałościowych.

Wykonanie takich jednostek z jednego metalu lub innego materiału jest prawie niemożliwe. Z finansowego punktu widzenia wdrożenie tak złożonego procesu produkcyjnego jest niepraktyczne.

O wiele bardziej rozsądne i opłacalne jest wytwarzanie takich produktów z jednego, maksymalnie trwałego materiału, a następnie nakładanie na nie określonych powłok ochronnych - odpornych na zużycie, żaroodpornych, kwasoodpornych i tak dalej.

Jako taką „ochronę” można zastosować powłoki niemetaliczne i metaliczne, które różnią się między sobą składem. Takie natryskiwanie umożliwia nadanie produktom niezbędnych właściwości dielektrycznych, termicznych, fizycznych i innych. Jedną z najskuteczniejszych, a jednocześnie uniwersalnych nowoczesnych metod pokrywania materiałów warstwą ochronną jest natryskiwanie i napawanie łukiem plazmowym.

Istota wykorzystania plazmy jest dość prosta. Do powlekania wykorzystuje się materiał w postaci drutu lub drobnego granulatu, który wprowadza się do strumienia plazmy, gdzie jest najpierw podgrzewany, a następnie topiony. Materiał ochronny znajduje się w stanie stopionym na części poddawanej napawaniu. Jednocześnie następuje jego ciągłe nagrzewanie.

Zalety tej technologii to:

• przepływ plazmy pozwala na nakładanie materiałów o różnych parametrach i w kilku warstwach (dzięki temu metal można poddać obróbce różnymi powłokami, z których każda ma swoje własne właściwości ochronne);
• właściwości energetyczne łuku plazmowego można regulować w szerokich granicach, ponieważ jest on uważany za najbardziej elastyczne źródło ciepła;
• przepływ plazmy charakteryzuje się bardzo wysoką temperaturą, dzięki czemu łatwo topi nawet te materiały, które określa się jako posiadające wysoką ogniotrwałość;
• parametry geometryczne i kształt części do napawania nie ograniczają możliwości technicznych metody plazmowej i nie zmniejszają jej efektywności.

Na tej podstawie możemy stwierdzić, że ani próżnia, ani galwanizacja, ani żadna inna opcja natryskiwania nie może być porównywana pod względem skuteczności z plazmą. Najczęściej stosuje się go do:

• wzmacnianie produktów poddawanych stałym dużym obciążeniom;
• ochrona przed zużyciem i rdzą elementów odcinająco-sterujących i zaworów odcinających (natryskiwanie metali plazmą znacznie zwiększa ich trwałość);
• ochrona przed negatywnym działaniem wysokich temperatur, które powodują przedwczesne zużycie wyrobów użytkowanych przez huty szkła.

2 Technologia opisywanej nawierzchni i jej subtelności

Napawanie plazmowe metali wykonywane jest przy użyciu dwóch technologii:

• do strumienia wprowadza się pręt, drut lub taśmę (pełnią one funkcję materiału wypełniającego);
• Do strumienia podawana jest mieszanina proszków, która jest wychwytywana i przenoszona na powierzchnię spawanego produktu za pomocą gazu.

Strumień plazmy może mieć różne konfiguracje. Według tego wskaźnika dzieli się go na trzy typy:

• Zamknięty strumień. Za jego pomocą najczęściej wykonuje się osadzanie metali, metalizację i hartowanie. Łuk w tym przypadku charakteryzuje się stosunkowo małą intensywnością przepływu płomienia, co jest spowodowane wysokim stopniem przenikania ciepła do atmosfery. W opisywanym układzie anodą jest albo kanał palnika, albo jego dysza.
• Otwarty odrzutowiec. Przy takim układzie część nagrzewa się znacznie bardziej; anodą jest pręt lub sam przedmiot obrabiany. Do nakładania warstw ochronnych lub do cięcia materiału zalecany jest strumień otwarty.
• Opcja łączona. Układ zaprojektowany specjalnie do napawania plazmowo-proszkowego. Dzięki tej opcji zajarzane są jednocześnie dwa łuki, a anoda jest połączona z dyszą palnika i spawanym produktem.

W dowolnym układzie gazami używanymi do wytworzenia płomienia są tlen, argon, powietrze, hel, wodór lub azot. Eksperci twierdzą, że hel i argon zapewniają najwyższą jakość osadzania i napawania metalu.

3 Kombinowany palnik plazmowy do napawania

Napawanie plazmowo-proszkowe w większości nowoczesnych przedsiębiorstw odbywa się w połączonych jednostkach. W nich proszek metalicznego wypełniacza topi się pomiędzy dyszą palnika a elektrodą wolframową. I podczas gdy łuk płonie między częścią a elektrodą, rozpoczyna się nagrzewanie powierzchni spawanego produktu. Dzięki temu następuje wysokiej jakości i szybkie stopienie metalu podstawowego i dodatkowego.

Kombinowany palnik plazmowy zapewnia niską zawartość osadzanego materiału bazowego, a także najmniejszą głębokość jego wnikania. To właśnie te fakty uznawane są za główną zaletę technologiczną napawania strumieniem plazmy.

Osadzaną powierzchnię zabezpiecza się przed szkodliwym wpływem otaczającego powietrza gazem obojętnym. Wchodzi do dyszy (zewnętrznej) instalacji i niezawodnie chroni otaczający ją łuk. Gaz transportowy o właściwościach obojętnych dostarcza również mieszaninę proszków dodatku. Pochodzi ze specjalnego podajnika.

Ogólnie rzecz biorąc, standardowy plazmtron o kombinowanym działaniu, w którym metal jest natryskiwany i napawany powierzchnią, składa się z następujących części:

• dwa źródła prądu (jedno zasila łuk „pośredni”, drugie „bezpośredni”);
• podajnik mieszanki;
• opór (balast);
• otwór, do którego doprowadzany jest gaz;
• dysza;
• oscylator;
• korpus palnika;
• rura do dostarczania gazu przenoszącego kompozycję proszkową.

4 Główne cechy napawania metali przy użyciu technologii plazmowej

Maksymalną wydajność palnika plazmowego obserwuje się przy zastosowaniu dodatku do drutu przewodzącego prąd. Łuk w tym przypadku pali się pomiędzy tym drutem (jest to anoda) a katodą urządzenia. Opisana metoda lekko topi materiał bazowy. Nie pozwala to jednak na utworzenie jednolitej i cienkiej warstwy nawierzchniowej.

W przypadku stosowania proszku natryskiwanie i napawanie umożliwiają uzyskanie określonej cienkiej warstwy o maksymalnej odporności na zużycie i odporność na ciepło. Zazwyczaj składnikami mieszanki proszkowej do napawania są kobalt i nikiel. Po zastosowaniu takich proszków powierzchnia części nie wymaga dalszej obróbki, ponieważ jej warstwa ochronna nie ma żadnych wad.

Natryskiwanie plazmowe, w porównaniu do napawania, charakteryzuje się większą prędkością strumienia plazmy i gęstszym strumieniem ciepła. Fakt ten wynika z faktu, że podczas natryskiwania najczęściej stosuje się metale i związki o wysokim stopniu ogniotrwałości (borki, krzemki, tantal, węgliki, wolfram, tlenki cyrkonu, magnezu i glinu).

Dodajmy, że omówiona w artykule metoda napawania pod względem parametrów technicznych (zakres napięć i prądów roboczych, zużycie gazu obojętnego itp.) nie różni się zbytnio od. Obecnie specjaliści opanowali ten rodzaj spawania do perfekcji.

Jest to progresywna metoda powlekania, w której topienie i przeniesienie materiału na odnawianą powierzchnię odbywa się za pomocą strumienia plazmy. Plazma to silnie zjonizowany stan gazu, w którym stężenie elektronów i jonów ujemnych jest równe stężeniu jonów naładowanych dodatnio. Strumień plazmy uzyskuje się przepuszczając gaz tworzący plazmę przez łuk elektryczny, gdy jest on zasilany ze źródła prądu stałego o napięciu 80-100 V.

Przejściu gazu w stan zjonizowany i jego rozpadowi na atomy towarzyszy absorpcja znacznej ilości energii, która uwalnia się podczas chłodzenia plazmy w wyniku jej oddziaływania z otoczeniem i natryskiwaną częścią. Powoduje to wysoką temperaturę strumienia plazmy, która zależy od natężenia prądu, rodzaju i natężenia przepływu gazu. Gazem tworzącym plazmę jest zwykle argon lub azot, rzadziej wodór lub hel. Przy zastosowaniu argonu temperatura plazmy wynosi 15 000-30 000°C, a azotu 10 000-15 000°C. Wybierając gaz, należy wziąć pod uwagę, że azot jest tańszy i mniej dostępny niż argon, jednak aby zapalić w nim łuk elektryczny, wymagane jest znacznie wyższe napięcie, co określa zwiększone wymagania bezpieczeństwa elektrycznego. Dlatego czasami przy zapalaniu łuku stosuje się argon, dla którego napięcie wzbudzenia i spalania łuku jest mniejsze, a w procesie napylania stosuje się azot.

Powłoka powstaje w wyniku tego, że nałożony materiał wchodzący w strumień plazmy topi się i jest przenoszony przez strumień gorącego gazu na powierzchnię części. Prędkość lotu cząstek metalu wynosi 150-200 m/s w odległości od dyszy do powierzchni części 50-80 mm. Ze względu na wyższą temperaturę nakładanego materiału i większą prędkość lotu, wytrzymałość połączenia powłoki plazmowej z częścią jest wyższa niż w przypadku innych metod metalizacji.

Wysoka temperatura i duża moc w porównaniu do innych źródeł ciepła to główne różnice i zalety metalizacji plazmowej, zapewniające znaczny wzrost produktywności procesu, możliwość topienia i osadzania dowolnych materiałów żaroodpornych i odpornych na zużycie, w tym twardych stopów i materiałów kompozytowych , a także tlenki, borki, azotki itp., w różnych kombinacjach. Dzięki temu możliwe jest tworzenie powłok wielowarstwowych o różnych właściwościach (odpornych na zużycie, łatwo pękających, żaroodpornych itp.). Najwyższą jakość powłok uzyskujemy dzięki zastosowaniu samotopliwych materiałów nawierzchniowych.

Gęstość, struktura oraz właściwości fizyko-mechaniczne powłok plazmowych zależą od zastosowanego materiału, dyspersji, temperatury i szybkości zderzenia przenoszonych cząstek z odtwarzaną częścią. Dwa ostatnie parametry zapewnia sterowanie strumieniem plazmy. Właściwości powłok plazmowych znacznie wzrastają w trakcie ich późniejszego topienia. Powłoki takie są skuteczne pod wpływem uderzeń i dużych obciążeń kontaktowych.

Zasadę działania i budowę palnika plazmowego przedstawiono na rys. 4,51. Strumień plazmy uzyskuje się przepuszczając gaz 7 tworzący plazmę przez łuk elektryczny powstały pomiędzy katodą wolframową 2 a anodą miedzianą 4, gdy jest do nich podłączone źródło prądu.

Katoda i anoda są oddzielone od siebie izolatorem 3 i są w sposób ciągły chłodzone cieczą b (najlepiej wodą destylowaną). Anoda wykonana jest w formie dyszy, której konstrukcja zapewnia kompresję i określony kierunek strumienia plazmy. Kompresję ułatwia także pole elektromagnetyczne powstające wokół strumienia. Dlatego zjonizowany gaz tworzący plazmę opuszcza dyszę plazmatronu w postaci strumienia o małym przekroju, który zapewnia wysoką koncentrację energii cieplnej.

Ryż. 4,51. Schemat procesu natryskiwania plazmowego: 1 - dozownik proszku; 2- katoda; 3 - uszczelka izolacyjna; 4 - anoda; 5 - gaz transportowy; 6 - płyn chłodzący; 7 - gaz tworzący plazmę

Stosowane materiały stosuje się w postaci proszków ziarnistych o wielkości cząstek 50-200 mikronów, sznurków lub drutu. Proszek można wprowadzić do strumienia plazmy razem z gazem tworzącym plazmę lub z dozownika 1 z gazem transportowym 5 (azot) do dyszy palnika gazowego, a do strumienia plazmy wprowadza się drut lub sznur poniżej dysza palnika plazmowego. Przed użyciem proszek należy wysuszyć i wypalić w celu zmniejszenia porowatości i zwiększenia przyczepności powłoki do części.

Ochrona strumienia plazmy i zawartych w niej cząstek stopionego metalu przed oddziaływaniem z powietrzem może odbywać się poprzez przepływ gazu obojętnego, który powinien otaczać strumień plazmy. W tym celu w plazmotronie przewidziano dodatkową dyszę, koncentrycznie z dyszą główną, przez którą podawany jest gaz obojętny. Dzięki niemu eliminuje się utlenianie, azotowanie i dekarbonizację natryskiwanego materiału.

W rozpatrywanym przykładzie źródło prądu jest podłączone do elektrod palnika plazmowego (zamknięty obwód przyłączeniowy), więc łuk elektryczny służy jedynie do wytworzenia strumienia plazmy. W przypadku stosowania aplikowanego materiału w postaci drutu można do niego także podłączyć źródło prądu. W tym przypadku oprócz strumienia plazmy powstaje łuk plazmowy, który bierze również udział w topieniu pręta, dzięki czemu moc palnika plazmowego znacznie wzrasta

Nowoczesne instalacje do napawania plazmowego posiadają elektroniczne układy regulacji parametrów procesu oraz są wyposażone w manipulatory i roboty. Zwiększa to wydajność i jakość procesu natryskiwania oraz poprawia warunki pracy personelu obsługującego.

Główne różnice pomiędzy metalizacją plazmową a innymi metodami topienia to wyższa temperatura i większa moc, co zapewnia znaczny wzrost produktywności procesu oraz możliwość nakładania i topienia dowolnych materiałów żaroodpornych i odpornych na zużycie (ryc. 4.8). Do natryskiwania plazmowego stosuje się argon i azot w celu zapewnienia temperatury strumienia. Do metalizacji plazmowej powszechnie stosowane są instalacje UPU i UMN, których zestaw zawiera rotator, komorę ochronną, dozownik proszku, źródło prądu oraz panel sterujący.

Główną częścią instalacji jest plazmotron, którego żywotność zależy od trwałości dyszy. Okres eksploatacji palnika plazmowego jest krótki, dlatego jego części eksploatacyjne są wymienne. Źródłami prądu są generatory spawalnicze PSO-500 lub prostowniki I PN-160/600.

Ryż. 4.8. Schemat procesu natryskiwania plazmowego:

1 - dozownik proszku; 2 - katoda; 3 - uszczelka izolacyjna; 4 - anoda; 5 - gaz transportowy; 6 - płyn chłodzący; 7 - gaz tworzący plazmę

Jako gaz tworzący plazmę stosuje się argon lub mniej rzadki i tańszy azot. Zajrzenie łuku w atmosferze azotu jest jednak trudniejsze i wymaga znacznie wyższego napięcia, co stwarza zagrożenie dla obsługującego go personelu. Stosuje się metodę, w której łuk jest zapalany w środowisku argonu przy niższym napięciu wzbudzenia i spalania łuku, a następnie przełączany na azot. Gaz tworzący plazmę ulega jonizacji i opuszcza dyszę plazmatronu w postaci strumienia o małym przekroju. Zagęszczanie ułatwiają ścianki kanału dyszy oraz pole elektromagnetyczne powstające wokół strumienia. Temperatura strumienia plazmy zależy od natężenia prądu, rodzaju i natężenia przepływu gazu i waha się od 10 000 do 30 000 °C; prędkość przepływu gazu wynosi 100-1500 m/s. Plazma argonowa ma temperaturę 15 000-30 000 °C, plazma azotowa - 10 000-15 000 °C.

W metalizacji plazmowej jako materiał nanoszony jest proszek granulowany o wielkości cząstek 50-200 mikronów. Proszek jest wprowadzany do strefy łuku za pomocą gazu transportowego (azotu), topi się i przenosi na część. Prędkość lotu cząstek proszku wynosi 150-200 m/s, odległość dyszy od powierzchni detalu 50-80 mm. Ze względu na wyższą temperaturę nanoszonego materiału i większą prędkość lotu natryskiwanych cząstek, wytrzymałość połączenia powłoki z detalem w tej metodzie jest większa niż w przypadku innych metod metalizacji.

Metalizacja plazmowa, która zachodzi w wysokiej temperaturze strumienia plazmy, pozwala na nałożenie dowolnego materiału

materiałów, w tym najbardziej odpornych na zużycie, jednak rodzi to problem późniejszej obróbki materiałów supertwardych i odpornych na zużycie.

Zastosowanie impulsowego promieniowania laserowego, którego czas trwania wynosi milisekundy, pozwala uzyskać minimalne strefy wpływu termicznego, które nie przekraczają kilkudziesięciu mikronów. Minimalna ilość wytopu i minimalne doprowadzenie ciepła do spawanej części pozwalają na ograniczenie odkształceń wzdłużnych i poprzecznych, a tym samym utrzymanie precyzyjnych wymiarów części w zakresie tolerancji kilku mikronów. Precyzja prowadzenia i miejscowego działania wiązki lasera pozwala na spawanie ściśle określonych obszarów geometrycznych części, z zachowaniem minimalnego naddatku na obróbkę, który wynosi 0,2-0,5 mm. Ponieważ podczas napawania laserem impulsowym strefy wpływu ciepła są bardzo małe, podłoże pozostaje praktycznie zimne, a szybkość chłodzenia fazy ciekłej roztopionego metalu osiąga 102-103°C/s. W tych warunkach następuje proces samoutwardzania, który prowadzi do powstania niezwykle drobno rozproszonej struktury o zwiększonej odporności na zużycie.

Porównując, prawie wszystkie podstawowe różnice techniczne pomiędzy technologiami napawania łukiem elektrycznym a technologiami napawania laserem impulsowym wynikają z faktu, że łuk jest skoncentrowanym źródłem energii spawania, a wiązka lasera jest wysoce skoncentrowanym źródłem energii. Napawanie laserem impulsowym w porównaniu do napawania łukiem elektrycznym charakteryzuje się minimalną objętością wytopu, strefami wpływu ciepła i co za tym idzie znacznie mniejszym skurczem poprzecznym i wzdłużnym.

Po napawaniu łukiem elektrycznym naddatki mogą sięgać kilku milimetrów, co wiąże się z koniecznością późniejszej obróbki. Wykorzystywaniu łuku elektrycznego jako źródła energii towarzyszy jego silny wpływ na fazę ciekłą roztopionego metalu, powodujący powstawanie podcięć, które nie występują podczas napawania laserowego. Napawanie łukiem elektrycznym wymaga wstępnego i jednoczesnego „ogrzania obszarów spawania i późniejszej obróbki cieplnej oraz” i typu napawania laserowego.

Technologię napawania laserowego można wykorzystać do renowacji zużytych form, matryc oraz eliminacji różnorodnych defektów powstałych w procesie produkcyjnym form i matryc. Rodzaje wad eliminowanych za pomocą napawania laserowego: miejsca badania twardości HRC, pęknięcia, wyszczerbienia, zarysowania, ubytki i pory, głębokie pęknięcia, miejsca klejenia. Proces technologiczny napawania laserowego polega na jednoczesnym podaniu promieniowania laserowego i drutu wypełniającego w miejsce ubytku w środowisku gazu obojętnego. Topiący się materiał wypełniający wypełnia miejsce ubytku. Po napawaniu laserowym wymagana jest minimalna obróbka mechaniczna w porównaniu z tradycyjnymi metodami napawania. Wysoka dokładność skierowania wiązki lasera w miejsce uszkodzenia, lokalizacja działania promieniowania laserowego umożliwia stopienie ściśle określonych obszarów uszkodzonych części (ryc. 4.9).

Krótki czas trwania procesu, czas trwania impulsu lasera wynoszący kilka milisekund, a także precyzyjne dozowanie energii zapewniają minimalne strefy wpływu ciepła i brak zużycia części. Napawanie laserowe pozwala znacząco zmniejszyć pracochłonność napraw oprzyrządowania, a w konsekwencji i koszty, eliminując z procesu wstępne podgrzewanie, późniejszą obróbkę cieplną oraz konieczność usuwania powłoki chromowej z powierzchni i jej późniejszego nakładania, jeśli część jest chromowana -platerowany. Zalety napawania laserowego zestawiono w tabeli. 4.2.

Aby zapobiec utlenianiu roztopionego metalu, strefę napawania zabezpiecza się gazami obojętnymi, na przykład mieszaniną argonu i helu. Do napawania elementów wielkogabarytowych (do kilku metrów długości) stosowane są systemy laserów na ciele stałym wyposażone w układy światłowodowe. Opracowano technologię eliminacji defektów w postaci gorących i zimnych pęknięć nieprzelotowych powstałych podczas spawania łukiem elektrycznym elektrodami otulonymi z wykorzystaniem pulsacyjnego promieniowania laserowego pochodzącego z laserów na ciele stałym.

Zgrzewanie kilku pęknięć za pomocą pulsacyjnego promieniowania lasera pozwala na realizację tzw. trybu spawania „na zimno”, w którym spoina w naprawianym miejscu nie nagrzewa się, co pozwala zachować wytrzymałość mechaniczną złącza spawanego i uniknąć odpuszczania złącza. metal w spoinie.

Zastosowanie kilkumetrowej sieci światłowodowej pozwala na przeprowadzenie napraw w najtrudniej dostępnych miejscach. Technologia ta pozwala na eliminację różnorodnych defektów powstających podczas spawania łukiem elektrycznym – pęknięć zarówno zimnych, jak i gorących, ubytków, kraterów, przetok, podcięć.

Ze względu na charakter i warunki pracy powierzchnia boczna łopatek turbin wysokociśnieniowych narażona jest na mikrouszkodzenia spowodowane wpływami mechanicznymi, chemicznymi i termicznymi. Z analizy uszkodzeń wynika, że ​​około 70% ich ogólnej liczby to części posiadające wady powierzchniowe o głębokości do 0,4-2,0 mm. Zastosowanie systemów światłowodowych do dostarczenia wiązki lasera w miejsce uszkodzenia otwiera możliwość naprawy łopatki turbiny bez jej demontażu. Rozmiar strefy oddziaływania termicznego nie przekracza 15 µm. Struktura naniesionej warstwy jest drobno rozproszona.

Ryż. 4.11. Przekrój poprzeczny w miejscu nielutowanej rurki sekcji lodówki

Ryż. 4.12. Szlifowanie miejsca wady w trybie spawania i lutowania

W procesie produkcji sekcji wodnych mogą pojawić się wady w postaci brakujących lutów. Opracowano technologię eliminacji wycieków sekcji za pomocą pulsacyjnego lutowania laserowego i spawania (ryc. 4.11 i 4.12).

Aby wyeliminować nieszczelności lutowanego szwu, stosuje się pulsacyjne promieniowanie laserowe z lasera na ciele stałym. Wbudowany w emiter lasera system telewizyjny wykorzystujący wyznaczanie celu w oparciu o laser He – Ne (hel – neon) pozwala na dokładne skierowanie wiązki lasera w miejsce ubytku. Wyposażenie lasera w układ światłowodowy pozwala na eliminację defektów w trudno dostępnych miejscach i szybkie przejście od jednej wady do drugiej.

Natryskiwanie plazmowe (czyli inaczej metalizacja dyfuzyjna) to skuteczny sposób na zmianę właściwości fizyko-mechanicznych oraz struktury powierzchni głównej. Dlatego często wykorzystuje się go w celach dekoracyjnych oraz w celu zwiększenia trwałości produktu końcowego.

Zasada natryskiwania plazmowego

Podobnie jak tradycyjne metody powlekania powierzchni, metalizacja dyfuzyjna polega na osadzeniu na powierzchni metalu warstwy innego metalu lub stopu, która posiada właściwości niezbędne do późniejszego użytkowania części - pożądany kolor, odporność na korozję, twardość. Różnice są następujące:

1. Plazma wysokotemperaturowa (5000 - 6000°C) znacznie przyspiesza proces powlekania, który może trwać ułamek sekundy.
2. Podczas metalizacji dyfuzyjnej w strumieniu plazmy pierwiastki chemiczne z gazu, w którym przeprowadzana jest obróbka, mogą również dyfundować do powierzchniowych warstw metalu. Zatem dostosowując skład chemiczny gazu, można osiągnąć łączne nasycenie powierzchni metalu atomami pożądanych pierwiastków.
3. Jednolitość temperatury i ciśnienia wewnątrz strumienia plazmy zapewnia wysoką jakość końcowych powłok, co jest bardzo trudne do osiągnięcia tradycyjnymi metodami metalizacji.
4. Natryskiwanie plazmowe charakteryzuje się wyjątkowo krótkim czasem trwania procesu. W rezultacie nie tylko wzrasta produktywność, ale także eliminowane są przegrzania, utlenianie i inne niepożądane zjawiska powierzchniowe.

Ustawienia robocze dla realizacji procesu

Ponieważ do inicjowania plazmy wysokotemperaturowej najczęściej wykorzystuje się wyładowanie elektryczne – łuk, iskrę lub impuls – sprzęt stosowany w tej metodzie rozpylania obejmuje:

• Źródło powstania wyładowań: generator wysokiej częstotliwości lub konwerter spawalniczy;
• Szczelna komora robocza, w której umieszczany jest przedmiot przeznaczony do metalizacji;
• Zbiornik gazu w atmosferze, z którego będzie powstawać wysokotemperaturowa plazma;
• Pompa lub jednostka próżniowa zapewniająca ciśnienie niezbędne do przepompowania czynnika roboczego lub wytworzenia wymaganej próżni;
• Systemy sterowania procesami.

Działanie palnika plazmowego wykonującego natryskiwanie plazmowe przebiega następująco. Natryskiwana część jest mocowana w szczelnej komorze, po czym wzbudza się wyładowanie elektryczne pomiędzy powierzchniami elektrody roboczej (która obejmuje natryskiwane elementy) a obrabianym przedmiotem. Jednocześnie przez obszar roboczy pompowane jest medium ciekłe lub gazowe pod wymaganym ciśnieniem. Jego celem jest ściskanie strefy wyładowania, zwiększając w ten sposób gęstość objętościową jej mocy cieplnej. Wysoko skoncentrowana plazma zapewnia odparowanie wymiarowe metalu elektrody i jednocześnie inicjuje pirolizę środowiska otaczającego przedmiot obrabiany. W rezultacie na powierzchni tworzy się warstwa o pożądanym składzie chemicznym. Zmieniając charakterystykę wyładowania – prąd, napięcie, ciśnienie – można kontrolować grubość i strukturę natryskiwanej powłoki.

Proces metalizacji dyfuzyjnej w próżni przebiega podobnie, z tą różnicą, że kompresja plazmy następuje na skutek różnicy ciśnień wewnątrz i na zewnątrz jej kolumny.

Urządzenia technologiczne, materiały eksploatacyjne

Wybór materiału elektrody zależy od celu natryskiwania i rodzaju obrabianego metalu. Przykładowo do matryc hartowniczych najskuteczniejsze są elektrody wykonane ze stopów żelaza i niklu, które dodatkowo są domieszkowane takimi pierwiastkami jak chrom, bor i krzem. Chrom zwiększa odporność powłoki na zużycie, bor zwiększa twardość, a krzem zwiększa gęstość powłoki wykończeniowej.

Podczas metalizacji w celach dekoracyjnych głównym kryterium wyboru metalu elektrody roboczej jest konfiguracja natryskiwanej powierzchni, a także jej wygląd. Na przykład osadzanie miedzi odbywa się za pomocą elektrod wykonanych z miedzi elektrycznej M1.

Ważnym elementem strukturalnym procesu jest skład medium. Przykładowo, jeżeli konieczne jest uzyskanie w natryskiwanej warstwie wysoce odpornych azotków i węglików, w gazie muszą znajdować się media organiczne zawierające węgiel lub azot.

Późniejsza obróbka gotowej powłoki

Ze względu na charakter procesu, gęstość natryskiwanej warstwy i siła jej przyczepności do metalu nie zawsze są wystarczające, aby zapewnić trwałość powłoki. Dlatego często po obróbce część poddawana jest późniejszemu przetopowi powierzchniowemu za pomocą płomienia tlenowo-acetylenowego lub w piecach termicznych. W rezultacie gęstość powłoki wzrasta kilkukrotnie. Następnie produkt jest szlifowany i polerowany za pomocą narzędzi węglikowych.

Biorąc pod uwagę późniejsze wykończenie produktu, przyjmuje się, że grubość warstwy metalu po obróbce wynosi co najmniej 0,8 - 0,9 mm.

Aby nadać części ostateczne właściwości wytrzymałościowe, poddaje się ją hartowaniu i odpuszczaniu w warunkach technologicznych zalecanych dla metalu nieszlachetnego.

Natryskiwanie plazmowe zwiększa odporność cieplną, odporność na zużycie i twardość produktów, zwiększa ich odporność na procesy korozyjne, a natryskiwanie w celach dekoracyjnych znacznie poprawia wygląd części.

Ograniczeniami technologii natryskiwania plazmą dyfuzyjną jest nadmierna złożoność konfiguracji przedmiotu obrabianego, a także względna złożoność stosowanych instalacji.

Jeśli wymagania dotyczące jednorodności powstałej warstwy nie są wysokie, można zastosować prostsze instalacje, które strukturą przypominają półautomaty spawalnicze. W tym przypadku natryskiwanie plazmowe odbywa się w pęcherzyku powietrza, który powstaje w wyniku nadmuchu obszaru zabiegowego przez sprężarkę. Elektrody zawierające natryskiwany metal poruszają się sekwencyjnie wzdłuż konturu produktu. Aby poprawić przyczepność natryskiwanego metalu do podłoża, do strefy natryskiwania wprowadza się również materiał wypełniający.