+7 (846) 274-02-02
Есть вопросы? Мы ответим!

icq 432184390 432184390
E-mail: plasma@megamir.ru
Телефон: (846) 274-02-20
задать вопрос с сайта


Наши предложения Оформить заказ О компании Статьи Контакты

Схема процесса плазменного напыления

Генерация гетерогенной плазменной струи

Как технологический метод нанесения газотермического покрытия плазменное напыление выделяется возможностью использования плазменной струи, в потоке которой частицы напыляемого материала химически не разлагаются и не испаряются при высоких температурах (металлы и сплавы, оксиды, карбиды, нитриды).

Плазменное напыление МегаМир® :: технологии завтра сегодня ® :: ионно-плазменное напыление, микроплазменное напыление, напыление зубов - Самара

Схема процесса плазменного напыления для работы на порошках: 1-сопло плазменной струи (анод); 2,3-подвод и отвод охлаждающей воды; 4-изолирующее кольцо; 5-подвод плазмообразующего газа; 6-вольфрамовый электрод (катод), 7-подача напыляемого порошка

 Источником энергии плазменного напыления является мощный дуговой разряд, при котором температура электрической дуги колеблется в диапазоне 5230-15700 °C. Электрическая дуга зажигается между вольфрамовым неплавящимся катодом и водоохлаждаемым медным анодом-соплом, через который непрерывно под давлением прокачивается плазмообразующий газ, выполняющий роль рабочей среды. В промышленных плазменных горелках плазменную струю получают путем вдувания в электрическую дугу, возбужденную между электродами, плазмообразующего газа и его газодинамического обжатия в канале охлаждаемого сопла. По специальному каналу в плазменную струю вдувается напыляемый порошковый материал, частицы которого, нагреваясь, одновременно приобретают высокую скорость. Схемы процессов плазменного напыления представлены на рисунках 1-2.

Нагрев и ускорение напыляемого материала в плазменной струе

В большинстве способов плазменного напыления струя является основной технологической зоной, знание параметров которой (температуры, скорости и т.д.) дает возможность оценить расчетным методом энергетическое состояние частиц напыляемого материала и обеспечить требуемый уровень качества покрытий. Плазменную струю можно разделить на три характерных участка: начальный, переходный и основной. Нагрев и ускорение напыляемого материала осуществляется, в основном, в пределах канала плазмотрона и начального участка струи.

Оценка энергетического состояния напыляемых частиц в пределах начального участка струи возможна с помощью инженерной методики, разработанной на основе аналитических соотношений, описывающих течение дозвуковой турбулентной плазменной струи, и критериальных соотношений теплообмена.

Увеличение энтальпии струи за счет повышения силы тока дуги вызывает значительное увеличение нагрева частиц напыляемого материала в результате повышения температуры плазмы, менее заметно возрастает скорость частиц. Увеличение расхода газа при сохранении постоянной энтальпии плазмы приводит к пропорциональному увеличению скорости струи, что вызывает аналогичное увеличение скорости частиц, нагрев частиц при этом существенно снижается. Важным фактором, оказывающим сильное влияние на нагрев и ускорение напыляемого материала, является размер частиц. Энтальпия и скорость снижаются по закону, близкому к экспоненциальной зависимости, при увеличении размера частиц. Менее заметно влияет расположение места ввода порошка в канал сопла. Энергетическое и агрегатное состояние напыляемого материала в существенной мере определяется траекторией движения частиц в плазменной струе. Размеры зоны проплавления частиц возрастают при увеличении энтальпии струи и снижении размера напыляемого материала.

В зависимости от рода плазмообразующего газа, его расхода, мощности на дуге и размеров и плотности порошка частицы напыляемого материала в современных установках разгоняются до 50-200 м/с.

Закономерности осаждения частиц напыляемого материала на подложку

Покрытие в целом можно представить как слоистый материал, состоящий из сильно деформированных напыляемых частиц, соединенных между собой по контактной поверхности сварными участками. Сварные участки составляют часть площади контакта между частицами, поэтому прочность и плотность покрытия ниже значений этих характеристик для компактного материала. Даже при максимальной производительности напыления возможность взаимного термического влияния частиц невелика, т.е. вероятность попадания расплавленной частицы на еще не закристаллизовавшуюся частицу можно не принимать во внимание. Взаимная независимость удара, кристаллизации и остывания частиц на подложке позволяет рассматривать процесс формирования покрытия как контактное взаимодействие отдельных частиц.

Контактные процессы при ударе, деформации, затвердевании и охлаждении частиц, а также процессы физико-химического взаимодействия материала частиц с плазмой и окружающей средой при движении к подложке обусловливают свойства покрытий. Исходя из такого подхода, в покрытии можно выделить структурные элементы, которые разделяются границами с определенными свойствами. Границы раздела между покрытием и подложкой определяют прочность сцепления между ними. Граница раздела между слоями, полученными за один проход плазмотрона над напыляемой поверхностью, возникает из-за различной длительности выдержки между нанесением частиц в слое и между слоями. Поверхность покрытия между слоями загрязняется, в результате чего протекание контактных процессов между частицами затрудняется. Число сварных участков влияет на механические и многие другие эксплуатационные характеристики покрытия.

Сцепление между частицами в покрытии, а также сцепление между подложкой и покрытием (соответственно когезия и адгезия) возникают в результате действия ряда сил: сил механического зацепления, слабых ковалентных сил взаимодействия (типа сил Ван-дер-Ваальса), химических сил связи. Силы двух первых типов характеризуются нестабильностью, обычно имеют небольшую величину и не принимаются в расчет. Химическое взаимодействие приводит к привариванию частиц. Для успешного протекания химического взаимодействия в контакте между частицей и подложкой необходимо соблюдение таких определенных условий, как обеспечение сближения поверхностных атомов на расстояния, достаточные для межатомного взаимодействия; поддержание в контакте определенной температуры в течение определенного времени.

Механизм формирования покрытия

Покрытие, нанесенное неподвижным плазмотроном, имеет форму горки с распределением напыленного материала по ее сечению, подчиняющимся, как правило, экспоненциальному закону. В результате линейного перемещения плазмотрона напыляемый материал осаждается в виде металлизационного валика. Для получения покрытия поперечная подача плазмотрона (шаг сканирующего перемещения) устанавливается таким, при котором происходит взаимное наложение и частичное перекрытие соседних валиков. Перекрытие обеспечивает образование сплошного покрытия.

Покрытия, получаемые методом плазменного напыления, обладают гетерогенной структурой, основной причиной появления которой является значительное различие в агрегатном и энергетическом состоянии частиц, участвующих в формировании покрытия. Причинами последнего являются неравномерность нагрева и ускорения по сечению плазменной струи и различие в размерах частиц напыляемого материала. В результате покрытие формируется из частиц, существенно различающихся по степени деформации при ударе о напыляемую поверхность, уровню и характеру взаимодействия между собой и подложкой. При определенных условиях проведения процесса напыления гетерогенность структуры принимает крупномасштабный характер - в покрытии образуются зоны, отличающиеся тем, что они сформированы преимущественно из частиц с разным энергетическим и агрегатным состоянием.

В характере осаждения напыляемого материала наблюдаются существенные различия в зависимости от его дисперсности и параметров плазменной струи. При напылении полидисперсного материала (40-315 мкм) происходит расслоение металлизационной фигуры на области, сформированные преимущественно либо из мелких (40-120 мкм), либо из крупных частиц (160-315 мкм). Основной причиной расслоения является сепарация порошка по размерам частиц при движении в струе. Сепарация, т.е. разделение движущегося в объеме струи полидисперсного материала на смещенные относительно друг друга потоки, состоящие преимущественно из либо мелких, либо крупных частиц происходит по следующим причинам. Во-первых, частицы перемещаются в струе по криволинейным. Величина радиальной составляющей примерно на порядок ниже значения осевой скорости. Во-вторых, ускорение крупных и мелких частиц как в осевом, так и в радиальном направлении различно.

 
© МегаМир, 2009-2011 г.
идея и проект - группа компаний МегаМир®
разработка сайта, реклама в интернет - МегаМир®
Наши предложения |Оформить заказ |О компании |Статьи |Контакты МегаМир ® :: технологии застра сегодня ®