 |
Таблиця 4.4 Характерні показники якості покриття, отриманого при плазмовому напиленні (за даними фірми Sulzer Metco)
|
|
|
|
| Властивості та характеристики | Матеріал покриття | Дозвукове плазмове напилення | Напилення у динамічному вакуумі (способи VРS/LРРS) |
| Температура плазмового струменю, °С | 12000... 16000 | 10000... 80000 | |
| Міцність зчеплення, МПа | Чорні метали | 21... 34 | 100... 400 |
| Кольорові метали | 14... 48 | 400... 750 | |
| Керамічні матеріали | 21... 41 | 25... 55 | |
| Карбіди | 55... 69 | 60... 100 | |
| Пористість, % | Чорні метали | 5... 10 | 1... 3 |
| Кольорові метали | 5... 10 | 1... 3 | |
| Керамічні матеріали | 5... 10 | 2... 5 | |
| Карбіди | 5... 10 | 2... 5 | |
| Рекомендовані товщини шару покриття, мм | Чорні метали | 0, 4... 2, 5 | 0, 05... 10 |
| Кольорові метали | 0, 4... 5, 0 | 0, 05... 10 | |
| Керамічні матеріали | 0, 4... 5, 0 | 0, 05... 5 | |
| Карбіди | 0, 4... 5, 0 | 0, 05... 10 |
Вагомість параметрів режиму роботи плазмового розпилювача можна оцінити з рівняння:
Δ 
,
де Кр - коефіцієнт, який характеризує рівномірність нагрівання газу по перерізу сопла;
Gпл- витрати плазмоутворювального газу;
ή mp= Wm/Wp - тепловий ККД розпилювача;
Wm - потужність джерела теплоти;
Wp - потужність, яка вводиться в розпилювач;
N∂ 
- потужність дуги.
Із збільшенням потужності дуги N∂ інтенсивно збільшується температура й ентальпія (∆ Н) плазмового струменя. Вплив витрат плазмоутворювального газу (Gпл) протилежний. Потужність дуги визначається, у свою чергу, двома параметрами - силою струму та напругою.
Напруга дуги залежить від довжини дуги, яка в основному визначається плазмоутворювальним газом та його витратами, а також конструкцією плазмотрону.
|
|
|
При визначеній напрузі потужність дуги регулюється гнучким параметром - силою струму дуги. Вплив потужності дуги на характеристики процесу напилення показана на рис. 4. 7.
При незмінній потужності дуги збільшення витрат плазмоутворювального газу знижує температуру нагрівання порошкових часток, хоча підвищення швидкості часток при цьому позитивно впливає на ефективність процесу.
Рис. 4. 7. Вплив потужності дуги у плазмотроні на пористість (П), продуктивність Gn, коефіцієнт використання порошку КВМ
Особливо важливий вплив на теплофізичні характеристики плазмового струменя подає вид газу. Так, висока ступінь нагрівання напилюваних часток досягається при використанні в якості плазмоутворювального газу азоту або добавки до аргону водню чи гелію, використання аміаку дозволяє підвищити теплову ефективність нагрівання порошку.
Для плазмового напилення використовують порошки грануляцією від 5 до 100 мкм. Із збільшенням розміру часток виникають труднощі їх нагрівання до температури плавлення. Збільшення витрати порошку призводить до захолоджування плазмового струменя. Звичайні витрати порошку 0, 25... 2 г/сек. Витрата транспортуючого газу частіш за все становить 10% від витрати плазмоутворювального. При використанні дроту для плазмового напилення частіш за все використовують дріт діаметром 0, 8... 2, 5 мм.
Для плазмового напилення дистанція напилення становить від 50 до 300 мм. Малі відстані не завжди забезпечують розігрівання часток до температури плавлення та надання їм необхідної швидкості. Із збільшенням дистанції на основній ділянці струменя різко знижується її температура та швидкість. Відповідно спостерігається зменшення температури і швидкості часток.
Значний вплив на ефективність процесу спричиняє зниження тиску в камері та використання ламінарного потоку плазми.
Наведені у технічній літературі параметри технологічних режимів потребують уточнення для конкретних умов їх використання. Використання цих даних для різних плазматронів потребує обережності, тому що, як правило, вони отримані для однієї визначеної конструкції плазматрона та установки і досить часто враховують тільки один грануляційний склад матеріалу, витрати порошку та інше.
|
|
|
Для пошуку оптимального режиму напилення доцільно використання методів планування експерименту.
Різновидом плазмового напилення є мікроплазмове покриття. Конструкція та параметри плазмотрону забезпечують формування ламінарного плазмового струменю (критерій Рейнольдса стновить 0, 1... 0, 55). Цей фактор надає такі особливості процесу мікроплазмового напилення.
По-перше, завдяки тому, що кут розкриття ламінарного плазмового струменю становить 2... 6°, замість 10... 18° для турбулентних плазмових струменів, та отвір сопла дуже малий, 1... 2 мм та менше, виникає можливість зменшити розмір п'ятна напилення до 1... 5 мм, що дозволяє зменшити витрати порошку, який напилюється, при напиленні на вироби малих розмірів.
По-друге, низька теплова потужність мікроплазмового напилення дозволяє зменшити нагрівання основи, що забезпечує можливість нанесення покриття на вироби малих розмірів з тонкими стінками без локального нагрівання та суттєвих деформацій.
Крім того, ламінарний плазмовий струмінь має низький рівень шуму, всього до 30-50 дБ, що дозволяє виконувати напилення без використання спеціальної шумоізолюючої камери.
Одним з засобів, що дозволяє підвищити якість покриття, особливо з матеріалів, які можуть розкладатися, окислюватися, азотуватися, є плазмове нанесення покриття у камері з контрольованою за складом і тиском атмосферою.
З цією метою використовують також захисні соплові насадки, що утворюють закритий простір між розпилювачем та виробом, заповнений плазмоутворювальним або захисним газом. Найдосконалішим є плазмове нанесення покриття у динамічному вакуумі - методи VPS та LPPS. Виток плазмового струменя відбувається у вакуумну камеру, з якої безперервно відкачуються робочі гази. Швидкість витоку плазмового струменю перевищує швидкість звуку у 2-3 рази, збільшується швидкість часток, що напилюються, до 800 м/с. Отримане покриття має міцне зчеплення з основним матеріалом деталі.
|
|
|
Подальшим розвитком плазмового способу нанесення покриття є плазмово-детонаційна обробка поверхні (ПДО). Особливістю плазмово-детонаційної обробки є те, що блок ініціювання плазми виконано у вигляді детонаційної камери. Це спрощує процес тим, що немає потреби використувувати осцилятори, блок підпалу та використовувати в якості плазмоутворювальних газів продукти згоряння вибухової суміші.
Формувати імпульсні високоенергетичні плазмові струмені можна при реалізації нестаціонарних режимів детонаційного згоряння горючих газових-сумішей у електромагнітному полі. Розповсюдження детонаційної хвилі здійснюється між двома коаксіальними тілами обертання, які є електродами імпульсного плазмотрона. Внаслідок високої температури проходить часткова іонізація продуктів згоряння і при наявності зовнішнього електромагнітного поля по газовому шару за детонаційною хвилею проходить електричний струм, виникає додаткова пондеромоторна сила та додатковий внесок енергії до газу за рахунок джоулевої дисипації, що суттєво збільшує енергію ударної хвилі та продуктів згоряння.
Плазмово-детонаційний генератор (рис. 4. 8) складається з детонаційної камери (де відбувається формування вибухової суміші та ініціювання її згоряння у детонаційному режимі), коаксіальних електродів та джерела живлення. Після детонації частково іонізовані продукти згоряння з детонаційної камери потрапляють у міжелектродний проміжок, замикають R-L-C контур джерела живлення; відбувається розряд конденсаційної батареї. Між коаксіальними електродами струм тече по іонізованому газу, виникає плазма, що виділяє джоулеве тепло. При цьому об'єм газу збільшується і тим самим збільшує газодинамічну силу струменю газу.
Рис. 4. 8. Схема імпульсного плазмово-детонаційного генератора:
1 - високовольтне джерело живлення; 2- реакційна камера;
З - ізолятор; 4 - витратний електрод; 5 - детонаційний пристрій;
6- свічка підпалювання; 7- виріб
|
|
|
