Теоретические основы плазменного напыления.
При плазменном напылении для плавления, распыления и переноса напыляемого материала на поверхность детали используются тепловые и динамические свойства плазменной струи. Плазменное напыление основано на способности газов при определенных условиях переходить в состояние плазмы, которая представляет собой высокоионизированный поток газа с высокой температурой. В качестве плазмообразующего газа применяют азот, аргон и воздух. При использовании азота температура плазмы достигает (10…15)103 ˚С, а при использовании аргона – (15…30) 103 ˚С.
В качестве напыляемого материала применяют проволоки или порошки на основе никеля или железа с высоким содержанием углерода.
Промышленность выпускает несколько типов установок для плазменного напыления. Наиболее широкое применение получили два типа установок: УПУ-3Д и УМП-5, технические характеристики которых представлены в табл. 17.
Установки для плазменного напыления включают в себя пульт управления, плазмотрон, порошковый дозатор и источник питания. Наиболее сложным элементом установок для плазменного напыления является плазмотрон, в котором формируется плазменная струя. На рис. 13 представлена схема плазменного напыления с распылением порошка и применением в качестве плазмообразующего газа азота
Плазмотрон состоит из неплавящегося катода 2, изготовленного из вольфрама или циркония, устанавливаемый в медную водоохлаждаемую рубашку 3, которая интенсивно отводит тепло от катода и увеличивает ресурс его работы. Анод 5 изготавливается из чистой меди М1 или М2 и интенсивно охлаждается водой для отвода тепла, вводимого в него из дуги и плазменной струи. При отсутствии ох- лаждения анод очень быстро расплавится и прогорит. Анод имеет длинное отверстие (сопло), через которое выдувается столб электрической дуги. В сопле анода происходит обжатие столба дуги, благодаря чему резко возрастают его тепловые и динамические характеристики и образуется плазменная струя 11. Между анодом 5 и катодным узлом 3 устанавливается изолятор 4 с каналом для подвода плазмообразующего газа (азота) в камеру горения электрической дуги 8.
 |
Рис. 13. Схема плазменного напыления порошком:
1 – порошковый дозатор; 2 – вольфрамовый катод; 3 – рубашка водяного охлаждения; 4 – изоляционная прокладка; 5 – сопло плазмотрона (анод); 6 – охлаждающая вода; 7 – плазмообразующий газ; 8 – электрическая дуга; 9 – транспортирующий газ; 10 – канал подачи порошка; 11 – плазменно-металлическая струя; 12 – деталь
Запуск плазмотрона осуществляется в следующей последовательности.
1. Включить охлаждение анода и катода. Контакты гидравлического выключателя замыкаются, что обеспечивает дальнейшее включение электрической схемы установки.
2. Включить подачу плазмообразующего газа, установив по ротаметру (расходомеру) требуемые его расход и давление.
3. Включить источник постоянного сварочного тока (сварочный выпрямитель).
4.Зажечь дугу между катодом и анодом путем пробоя промежутка между ними высоким напряжением (около 2000 В) от осциллятора.
5. Регулированием величины тока и давления плазмообразующего газа добиться требуемой тепловой мощности и геометрической формы плазменной струи.
6. Включить подачу порошка из дозатора в сопло транспортирующим газом.
В промышленных установках все эти операции осуществляются автоматически.
На рис. 14 представлена схема плазменного напыления с распылением проволоки.
Рис. 14. Схема плазменного напыления проволокой:
1 – распыляемая проволока; 9 – механизм подачи проволоки; 10 – направляющая втулка; 13 – кассета с проволокой (остальные обозначения см. на рис. 1)
При напылении с распылением проволоки механизмом подачи 9 проволока 1 подается из кассеты 13 по направляющей втулке 10 в зону плазменной струи 11, где благодаря высокой температуре практически мгновенно расплавляется, а скоростным напором плазменных потоков – распыляется и переносится на деталь с большой скоростью.