Plasmaoverflate: utstyr og prosessteknologi

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sist endret: 2023-12-17 10:37

Effektiviteten og problemene med plasmaoverflate er ekstremt akutte for materialingeniører. Takket være denne teknologien er det mulig ikke bare å øke levetiden og påliteligheten til høyt belastede deler og sammenstillinger betydelig, men også å gjenopprette, ser det ut til, hundre prosent slitte og ødelagte produkter.

Introduksjonen av plasmaoverflate i den teknologiske prosessen øker konkurranseevnen til tekniske produkter betydelig. Prosessen er ikke fundament alt ny og har vært brukt i lang tid. Men den forbedrer og utvider stadig sine teknologiske evner.

Generelle bestemmelser

Plasma er en ionisert gass. Det er pålitelig kjent at plasma kan oppnås ved forskjellige metoder som et resultat av elektriske, termiske eller mekaniske effekter på gassmolekyler. For dens dannelse er det nødvendig å rive av negativt ladede elektroner fra positive atomer.

I noen kilder kan du finneinformasjon om at plasma er den fjerde aggregeringstilstanden av materie sammen med fast, flytende og gassformig. Ionisert gass har en rekke nyttige egenskaper og brukes i mange grener av vitenskap og teknologi: plasmaoverflate av metaller og legeringer for å gjenopprette og herde tungt belastede produkter som opplever sykliske belastninger, ion-plasma-nitrering i en glødeutladning for diffusjonsmetning og herding av overflater på deler, for implementering av kjemiske prosesser.beising (brukes i elektronikkproduksjonsteknologi).

Forberedelse til arbeid

Før du begynner med overflaten, må du sette opp utstyret. I samsvar med referansedataene er det nødvendig å velge og stille inn riktig helningsvinkel til brennerdysen til overflaten av produktet, justere avstanden fra enden av brenneren til delen (den skal være fra 5 til 8). millimeter) og sett inn ledningen (hvis ledningsmaterialet er på overflaten).

Hvis overflatebehandling skal utføres ved svingninger av dysen i tverrretninger, er det nødvendig å stille inn hodet på en slik måte at sveisen er nøyaktig midt mellom ytterpunktene til fluktuasjonsamplitudene til hode. Det er også nødvendig å justere mekanismen som setter frekvensen og størrelsen på de oscillerende bevegelsene til hodet.

Plasmabueoverflateteknologi

Beleggprosessen er ganske enkel og kan utføres med hell av enhver erfaren sveiser. Han krever imidlertidutøver med maksimal konsentrasjon og oppmerksomhet. Ellers kan du lett ødelegge arbeidsstykket.

En kraftig lysbueutladning brukes til å ionisere arbeidsgassen. Frigjøringen av negative elektroner fra positivt ladede atomer utføres på grunn av den termiske effekten av den elektriske lysbuen på strålen til arbeidsgassblandingen. Under en rekke forhold er strømningen imidlertid mulig ikke bare under påvirkning av termisk ionisering, men også på grunn av påvirkningen fra et kraftig elektrisk felt.

Gass tilføres under trykk på 20-25 atmosfærer. For ionisering er det nødvendig med en spenning på 120-160 volt med en strøm på omtrent 500 ampere. Positivt ladede ioner fanges opp av magnetfeltet og skynder seg til katoden. Hastigheten og kinetisk energi til elementærpartikler er så stor at når de kolliderer med metall, er de i stand til å gi det en enorm temperatur - fra +10 … +18 000 grader Celsius. I dette tilfellet beveger ionene seg med en hastighet på opptil 15 kilometer i sekundet (!). Plasma-overflateinstallasjonen er utstyrt med en spesiell enhet k alt en "plasmalykt". Det er denne noden som er ansvarlig for ioniseringen av gassen og oppnå en rettet strøm av elementærpartikler.

Kraften til lysbuen skal være slik at den forhindrer smelting av grunnmaterialet. Samtidig bør produkttemperaturen være så høy som mulig for å aktivere diffusjonsprosesser. Dermed bør temperaturen nærme seg likviduslinjen på jern-sementittdiagrammet.

Fint pulver av en spesiell sammensetning eller elektrodetråd mates inn i en stråle av høytemperaturplasma, der materialetsmelter. I flytende tilstand faller overflaten på den herdede overflaten.

Plasmaspraying

For å implementere plasmaspraying er det nødvendig å øke plasmastrømningshastigheten betydelig. Dette kan oppnås ved å justere spenning og strøm. Parametre velges empirisk.

Materialer for plasmasprøyting er ildfaste metaller og kjemiske forbindelser: wolfram, tantal, titan, borider, silicider, magnesiumoksid og aluminiumoksid.

Den ubestridelige fordelen med sprøyting sammenlignet med sveising er muligheten til å oppnå de tynneste lagene, i størrelsesorden flere mikrometer.

Denne teknologien brukes til herding av skjæring, dreiing og fresing av utskiftbare hardmetallskjær, samt kraner, bor, forsenker, rømmer og annet verktøy.

Få en åpen plasmajet

I dette tilfellet fungerer selve arbeidsstykket som en anode, hvorpå materialet avsettes av plasma. Den åpenbare ulempen med denne bearbeidingsmetoden er oppvarmingen av overflaten og hele volumet av delen, noe som kan føre til strukturelle transformasjoner og uønskede konsekvenser: mykgjøring, økt sprøhet, og så videre.

Lukket plasmajet

I dette tilfellet fungerer gassbrenneren, nærmere bestemt munnstykket, som en anode. Denne metoden brukes til overflatebehandling med plasmapulver for å gjenopprette og forbedre ytelsen til deler ogmaskinnoder. Denne teknologien har blitt spesielt populær innen landbruksteknikk.

Fordeler med Plasma Hardfacing

En av hovedfordelene er konsentrasjonen av termisk energi i et lite område, noe som reduserer effekten av temperatur på materialets opprinnelige struktur.

Prosessen er godt håndterbar. Om ønskelig, og med passende utstyrsinnstillinger, kan overflatelaget variere fra noen få tidels millimeter til to millimeter. Muligheten for å få et kontrollert lag er spesielt relevant for øyeblikket, da det gjør det mulig å øke den økonomiske effektiviteten av behandlingen betydelig og oppnå optimale egenskaper (hardhet, korrosjonsbestandighet, slitestyrke og mange andre) til overflatene til stålprodukter.

En annen ikke mindre viktig fordel er muligheten til å utføre plasmasveising og overflatebehandling av et bredt utvalg av materialer: kobber, messing, bronse, edle metaller, så vel som ikke-metaller. Tradisjonelle sveisemetoder er langt fra alltid i stand til å gjøre dette.

Hardfacing-utstyr

Installasjon for overflatebehandling med plasmapulver inkluderer en choke, oscillator, plasmabrenner og strømforsyninger. Den bør også være utstyrt med en enhet for automatisk mating av metallpulvergranulat inn i arbeidsområdet og et kjølesystem med konstant vannsirkulasjon.

Strømkilder for plasma hardfacing må oppfylle strenge kravstabilitet og pålitelighet. Sveisetransformatorer gjør den beste jobben med denne rollen.

Ved overflatebehandling av pulvermaterialer på en metalloverflate, brukes den såk alte kombinerte lysbuen. Både åpne og lukkede plasmastråler brukes samtidig. Ved å justere kraften til disse buene, er det mulig å endre inntrengningsdybden til arbeidsstykket. Under optimale forhold vil forvrengning av produktene ikke vises. Dette er viktig ved produksjon av deler og sammenstillinger av presisjonsteknikk.

Materialmater

Metalpulver doseres av en spesiell enhet og mates inn i smeltesonen. Mekanismen eller prinsippet for drift av materen er som følger: Rotorbladene skyver pulveret inn i gasstrømmen, partiklene varmes opp og fester seg til den behandlede overflaten. Pulveret mates gjennom en separat dyse. Tot alt er det installert tre dyser i gassbrenneren: for tilførsel av plasma, for tilførsel av arbeidspulver og for beskyttelsesgass.

Hvis du bruker tråd, er det tilrådelig å bruke standard matemekanisme til en nedsenket buesveisemaskin.

Overflateforberedelse

Plasmaoverflater og sprøyting av materialer bør forutgås av en grundig rengjøring av overflaten for fettflekker og andre forurensninger. Hvis det under konvensjonell sveising er tillatt å utføre bare grov overflaterengjøring av skjøter fra rust og skala, må overflaten av arbeidsstykket være ideelt (så langt som mulig) uten fremmede inneslutninger når du arbeider med gassplasma. Den tynneste oksidfilmen er i stand tilbetydelig svekke den adhesive interaksjonen mellom hardfacingen og basismetallet.

For å forberede overflaten for overflatebehandling anbefales det å fjerne et ubetydelig overflatelag av metall ved maskinering ved skjæring, etterfulgt av avfetting. Hvis dimensjonene på delen tillater det, anbefales det å vaske og rengjøre overflatene i et ultralydbad.

Viktige egenskaper ved metallbelegg

Det finnes flere alternativer og metoder for plasmaoverflate. Bruken av tråd som materiale for overflatebehandling øker produktiviteten til prosessen betydelig sammenlignet med pulver. Dette skyldes at elektroden (tråden) fungerer som en anode, noe som bidrar til en mye raskere oppvarming av det avsatte materialet, noe som gjør at du kan justere prosesseringsmodusene oppover.

Men kvaliteten på belegget og vedheftsegenskapene er tydelig på siden av pulvertilsetningsstoffer. Bruken av fine metallpartikler gjør det mulig å oppnå et jevnt lag av enhver tykkelse på overflaten.

Surfacing powder

Bruk av pulverbelegg er å foretrekke med tanke på kvaliteten på de resulterende overflatene og slitestyrken, så pulverblandinger brukes i økende grad i produksjonen. Den tradisjonelle sammensetningen av pulverblandingen er kobolt- og nikkelpartikler. Legeringen av disse metallene har gode mekaniske egenskaper. Etter bearbeiding med en slik sammensetning forblir overflaten av delen perfekt glatt, og det er ikke behov for dens mekaniske etterbehandling og eliminering av uregelmessigheter. Fraksjonen av pulverpartikler er bare noen få mikrometer.