Plazma površinski sloj: oprema i procesna tehnologija

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 10:20

Efikasnost i problemi nanošenja plazme su izuzetno akutni za inženjere materijala. Zahvaljujući ovoj tehnologiji moguće je ne samo značajno povećati vijek trajanja i pouzdanost visoko opterećenih dijelova i sklopova, već i obnoviti, čini se, sto posto istrošene i uništene proizvode.

Uvođenje plazma navarivanja u tehnološki proces značajno povećava konkurentnost inženjerskih proizvoda. Proces nije suštinski nov i već se dugo koristi. Ali stalno unapređuje i proširuje svoje tehnološke mogućnosti.

Opšte odredbe

Plazma je jonizovani gas. Pouzdano je poznato da se plazma može dobiti raznim metodama kao rezultat električnih, termičkih ili mehaničkih utjecaja na molekule plina. Za njegovo formiranje potrebno je otkinuti negativno nabijene elektrone od pozitivnih atoma.

U nekim izvorima možete pronaćiinformacija da je plazma četvrto stanje agregacije materije pored čvrstog, tečnog i gasovitog. Ionizirani plin ima niz korisnih svojstava i koristi se u mnogim granama nauke i tehnologije: plazma navarivanje metala i legura u cilju obnavljanja i stvrdnjavanja jako opterećenih proizvoda koji doživljavaju ciklična opterećenja, ionsko-plazma nitriranje u svjetlećem pražnjenju za difuzijsko zasićenje i kaljenje površina delova, za sprovođenje hemijskih procesa.kiseljenje (koristi se u tehnologiji proizvodnje elektronike).

Priprema za posao

Pre nego što počnete da izlazite na površinu, morate da podesite opremu. U skladu sa referentnim podacima, potrebno je odabrati i postaviti ispravan ugao nagiba mlaznice gorionika na površinu proizvoda, poravnati rastojanje od kraja gorionika do dela (treba da bude od 5 do 8 milimetara) i umetnite žicu (ako materijal žice izlazi na površinu).

Ako će se navarivanje vršiti fluktuacijama mlaznice u poprečnim smjerovima, tada je potrebno glavu postaviti na način da se zavar nalazi tačno u sredini između krajnjih tačaka amplituda fluktuacije glava. Takođe je potrebno podesiti mehanizam koji podešava frekvenciju i veličinu oscilatornih pokreta glave.

Tehnologija nanošenja plazma lukom

Proces navarivanja je prilično jednostavan i može ga uspješno izvesti svaki iskusan zavarivač. Međutim, on zahtijevaizvođač maksimalne koncentracije i pažnje. U suprotnom, lako možete uništiti radni komad.

Moćno lučno pražnjenje se koristi za jonizaciju radnog gasa. Odvajanje negativnih elektrona od pozitivno nabijenih atoma vrši se zbog toplinskog djelovanja električnog luka na mlaz radne mješavine plina. Međutim, pod nizom uslova, strujanje je moguće ne samo pod uticajem termalne jonizacije, već i zbog uticaja snažnog električnog polja.

Plin se dovodi pod pritiskom od 20-25 atmosfera. Za njegovu ionizaciju potreban je napon od 120-160 volti sa strujom od oko 500 ampera. Pozitivno nabijeni ioni bivaju zarobljeni magnetnim poljem i jure ka katodi. Brzina i kinetička energija elementarnih čestica je toliko velika da kada se sudare sa metalom, mogu mu dati ogromnu temperaturu - od +10 … +18.000 stepeni Celzijusa. U ovom slučaju, joni se kreću brzinom do 15 kilometara u sekundi (!). Instalacija za nanošenje plazme je opremljena posebnim uređajem koji se zove "plazma baklja". Ovaj čvor je odgovoran za jonizaciju gasa i dobijanje usmerenog toka elementarnih čestica.

Snaga luka treba da bude takva da spreči topljenje osnovnog materijala. Istovremeno, temperatura proizvoda treba biti što viša kako bi se aktivirali procesi difuzije. Dakle, temperatura bi se trebala približiti liniji likvidusa na dijagramu željezo-cementit.

Fini prah specijalnog sastava ili elektrodna žica se dovodi u mlaz plazme visoke temperature, u kojoj se materij altopi se. U tečnom stanju, podloga pada na očvrsnu površinu.

Plazma prskanje

Da bi se implementiralo plazma prskanje, potrebno je značajno povećati brzinu protoka plazme. To se može postići podešavanjem napona i struje. Parametri se biraju empirijski.

Materijal za plazma raspršivanje su vatrostalni metali i hemijska jedinjenja: volfram, tantal, titan, boridi, silicidi, magnezijum oksid i aluminijum oksid.

Neosporna prednost prskanja u odnosu na zavarivanje je mogućnost dobijanja najtanjih slojeva, reda veličine nekoliko mikrometara.

Ova tehnologija se koristi za učvršćivanje struganja i glodanja zamjenjivih karbidnih pločica, kao i slavina, svrdla, upuštača, razvrtača i drugih alata.

Dobivanje otvorenog plazma mlaza

U ovom slučaju, sam radni komad djeluje kao anoda, na koju se materijal nanosi plazmom. Očigledan nedostatak ove metode obrade je zagrijavanje površine i cjelokupnog volumena dijela, što može dovesti do strukturnih transformacija i neželjenih posljedica: omekšavanja, povećane lomljivosti i sl.

Zatvoreni plazma mlaz

U ovom slučaju, plinski gorionik, tačnije, njegova mlaznica, djeluje kao anoda. Ova metoda se koristi za nanošenje plazma prahom kako bi se obnovile i poboljšale performanse dijelova imašinski čvorovi. Ova tehnologija je stekla posebnu popularnost u oblasti poljoprivrednog inženjerstva.

Prednosti Plasma Hardfacing

Jedna od glavnih prednosti je koncentracija toplotne energije na malom prostoru, što smanjuje uticaj temperature na originalnu strukturu materijala.

Proces je dobro upravljiv. Po želji i uz odgovarajuće postavke opreme, površinski sloj može varirati od nekoliko desetinki milimetra do dva milimetra. Mogućnost dobijanja kontrolisanog sloja je posebno relevantna u ovom trenutku, jer omogućava značajno povećanje ekonomske efikasnosti obrade i dobijanje optimalnih svojstava (tvrdoća, otpornost na koroziju, otpornost na habanje i mnoge druge) površina čeličnih proizvoda.

Još jedna ne manje važna prednost je mogućnost izvođenja plazma zavarivanja i navarivanja širokog spektra materijala: bakra, mesinga, bronze, plemenitih metala, kao i nemetala. Tradicionalne metode zavarivanja nisu uvijek u mogućnosti to učiniti.

Oprema za tvrdo oblaganje

Instalacija za nanošenje plazma prahom uključuje prigušnicu, oscilator, plazma lampu i napajanje. Takođe, treba da bude opremljen uređajem za automatsko ubacivanje granula metalnog praha u radni prostor i sistemom za hlađenje sa konstantnom cirkulacijom vode.

Izvori energije za navarivanje plazmom moraju ispunjavati stroge zahtjevepostojanost i pouzdanost. Transformatori za zavarivanje rade najbolji posao sa ovom ulogom.

Prilikom nanošenja praškastih materijala na metalnu površinu koristi se takozvani kombinovani luk. Istovremeno se koriste i otvoreni i zatvoreni mlazovi plazme. Podešavanjem snage ovih lukova moguće je promijeniti dubinu prodiranja radnog komada. U optimalnim uslovima, neće doći do iskrivljenosti proizvoda. Ovo je važno u proizvodnji dijelova i sklopova preciznog inženjeringa.

Ulagač materijala

Metalni prah se dozira posebnim uređajem i ubacuje u zonu topljenja. Mehanizam ili princip rada ulagača je sljedeći: lopatice rotora potiskuju prah u mlaz plina, čestice se zagrijavaju i lijepe za tretiranu površinu. Prašak se ubacuje kroz posebnu mlaznicu. Ukupno su u plinski gorionik ugrađene tri mlaznice: za dovod plazme, za dovod radnog praha i za zaštitni gas.

Ako koristite žicu, preporučljivo je koristiti standardni mehanizam za uvlačenje aparata za zavarivanje pod vodom.

Priprema površine

Plazma navarivanju i prskanju materijala treba da prethodi temeljno čišćenje površine od masnih mrlja i drugih zagađivača. Ako je tijekom konvencionalnog zavarivanja dopušteno izvoditi samo grubo, površinsko čišćenje spojeva od hrđe i kamenca, tada pri radu s plinskom plazmom površina obratka mora biti idealno (koliko je moguće) čista, bez stranih inkluzija. Najtanji oksidni film je sposobanznačajno oslabe interakciju ljepila između tvrdog navarivanja i osnovnog metala.

Kako bi se površina pripremila za navarivanje, preporučuje se uklanjanje beznačajnog površinskog sloja metala obradom rezanjem, nakon čega slijedi odmašćivanje. Ako dimenzije dijela dozvoljavaju, preporučuje se pranje i čišćenje površina u ultrazvučnoj kupki.

Važne karakteristike obrade metala

Postoji nekoliko opcija i metoda za nanošenje plazme. Upotreba žice kao materijala za navarivanje značajno povećava produktivnost procesa u odnosu na prahove. To je zbog činjenice da elektroda (žica) djeluje kao anoda, što doprinosi mnogo bržem zagrijavanju nanesenog materijala, što znači da vam omogućava da podesite režime obrade prema gore.

Međutim, kvaliteta premaza i svojstva prianjanja su jasno na strani aditiva u prahu. Upotreba finih metalnih čestica omogućava dobijanje ujednačenog sloja bilo koje debljine na površini.

Puder za površinsku obradu

Upotreba praškastih površinskih slojeva je poželjnija u smislu kvaliteta rezultirajućih površina i otpornosti na habanje, pa se u proizvodnji sve više koriste mješavine praha. Tradicionalni sastav mješavine praha su čestice kob alta i nikla. Legura ovih metala ima dobra mehanička svojstva. Nakon obrade takvim sastavom, površina dijela ostaje savršeno glatka i nema potrebe za njegovom mehaničkom doradom i otklanjanjem nepravilnosti. Frakcija čestica praha je samo nekoliko mikrometara.