Plasmapinnoitus: laitteet ja prosessitekniikka

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Plasman pinnoituksen tehokkuus ja ongelmat ovat erittäin akuutteja materiaalisuunnittelijoille. Tämän tekniikan ansiosta on mahdollista paitsi merkittävästi pidentää voimakkaasti kuormitettujen osien ja kokoonpanojen käyttöikää ja luotettavuutta, myös palauttaa ilmeisesti sataprosenttisesti kuluneita ja tuhoutuneita tuotteita.

Plasmapinnoituksen käyttöönotto teknologisessa prosessissa lisää merkittävästi suunnittelutuotteiden kilpailukykyä. Prosessi ei ole pohjimmiltaan uusi ja sitä on käytetty pitkään. Mutta se parantaa ja laajentaa jatkuvasti teknologisia kykyjään.

Yleiset määräykset

Plasma on ionisoitunut kaasu. On luotettavasti tunnettua, että plasmaa voidaan saada eri menetelmillä kaasumolekyyleihin kohdistuvien sähköisten, termisten tai mekaanisten vaikutusten seurauksena. Sen muodostumista varten on välttämätöntä repiä irti negatiivisesti varautuneet elektronit positiivisista atomeista.

Joistakin lähteistä voit löytäätietoa siitä, että plasma on aineen neljäs aggregaatiotila kiinteän, nestemäisen ja kaasumaisen aineen ohella. Ionisoidulla kaasulla on useita hyödyllisiä ominaisuuksia, ja sitä käytetään monilla tieteen ja teknologian aloilla: metallien ja metalliseosten plasmapinnoitus raskaasti kuormitettujen tuotteiden palauttamiseksi ja kovettamiseksi, jotka kokevat syklistä kuormitusta, ioni-plasman nitridointi hehkupurkauksessa diffuusiokyllästyksen aikaansaamiseksi. ja osien pintojen karkaisu, kemiallisten prosessien toteuttamiseen peittaus (käytetään elektroniikan valmistustekniikassa).

Työhön valmistautuminen

Ennen kuin aloitat pinnoituksen, sinun on määritettävä laitteet. Viitetietojen mukaisesti on tarpeen valita ja asettaa oikea polttimen suuttimen k altevuuskulma tuotteen pintaan, kohdistaa etäisyys polttimen päästä osaan (sen tulee olla 5-8 millimetriä) ja työnnä lanka (jos lankamateriaalia tulee pintaan).

Jos pinnoitus suoritetaan suuttimen poikittaissuunnan vaihteluilla, on pää asetettava siten, että hitsi on täsmälleen keskellä suuttimen vaihteluamplitudien ääripisteiden väliä. pää. On myös tarpeen säätää mekanismia, joka asettaa pään värähtelevien liikkeiden taajuuden ja suuruuden.

Plasmakaaripinnoitustekniikka

Pinnoitusprosessi on melko yksinkertainen ja kuka tahansa kokenut hitsaaja voi suorittaa sen onnistuneesti. Hän kuitenkin vaatiimaksimaalisen keskittymisen ja huomion suorittaja. Muuten voit helposti pilata työkappaleen.

Työkaasun ionisoimiseen käytetään voimakasta kaaripurkausta. Negatiivisten elektronien irtoaminen positiivisesti varautuneista atomeista johtuu sähkökaaren lämpövaikutuksesta työkaasuseoksen suihkuun. Kuitenkin useissa olosuhteissa virtaus ei ole mahdollista vain lämpöionisaation vaikutuksesta, vaan myös voimakkaan sähkökentän vaikutuksesta.

Kaasua syötetään 20-25 ilmakehän paineessa. Sen ionisaatioon tarvitaan 120-160 voltin jännite noin 500 ampeerin virralla. Positiivisesti varautuneet ionit vangitsevat magneettikentän ja ryntäävät katodille. Alkuainehiukkasten nopeus ja kineettinen energia on niin suuri, että kun ne törmäävät metalliin, ne pystyvät antamaan sille v altavan lämpötilan - +10 … +18 000 celsiusastetta. Tässä tapauksessa ionit liikkuvat nopeudella jopa 15 kilometriä sekunnissa (!). Plasmapinnoitusasennus on varustettu erityisellä laitteella, jota kutsutaan "plasmapolttimeksi". Tämä solmu on vastuussa kaasun ionisoinnista ja suunnatun alkuainehiukkasten virtauksen saamisesta.

Kaaren voiman tulee olla sellainen, että se estää perusmateriaalin sulamisen. Samanaikaisesti tuotteen lämpötilan tulee olla mahdollisimman korkea diffuusioprosessien aktivoimiseksi. Siten lämpötilan tulisi lähestyä likvidusviivaa rauta-sementiittikaaviossa.

Erityisen koostumuksen tai elektrodin lankaa olevaa hienoa jauhetta syötetään korkean lämpötilan plasmasuihkuun, jossa materiaalisulaa. Nestemäisessä tilassa pinnoite putoaa kovettuneelle pinnalle.

Plasmasuihkutus

Plasaruiskutuksen toteuttamiseksi plasman virtausnopeutta on lisättävä merkittävästi. Tämä voidaan saavuttaa säätämällä jännitettä ja virtaa. Parametrit valitaan empiirisesti.

Materiaaleja plasmaruiskutukseen ovat tulenkestävät metallit ja kemialliset yhdisteet: volframi, tantaali, titaani, boridit, silidit, magnesiumoksidi ja alumiinioksidi.

Suihkutuksen kiistaton etu hitsaukseen verrattuna on kyky saada ohuimmat kerrokset, useiden mikrometrien luokkaa.

Tätä tekniikkaa käytetään karkaisemiseen, sorvaukseen ja jyrsintään vaihdettavien kovametalliterien, sekä tappien, porien, upotusten, kalvinten ja muiden työkalujen karkaisuun.

Avoimen plasmasuihkun hankkiminen

Tässä tapauksessa itse työkappale toimii anodina, jolle materiaali kerrostetaan plasmalla. Tämän käsittelymenetelmän ilmeinen haittapuoli on pinnan ja osan koko tilavuuden kuumeneminen, mikä voi johtaa rakenteellisiin muutoksiin ja ei-toivottuihin seurauksiin: pehmeneminen, lisääntynyt hauraus ja niin edelleen.

Suljettu plasmasuihku

Tässä tapauksessa kaasupoltin, tarkemmin sanottuna sen suutin, toimii anodina. Tätä menetelmää käytetään plasmajauhepinnoittamiseen osien ja osien suorituskyvyn palauttamiseksi ja parantamiseksikoneen solmut. Tämä tekniikka on saavuttanut erityisen suosion maataloustekniikan alalla.

Plasmapinnoitteen edut

Yksi tärkeimmistä eduista on lämpöenergian keskittyminen pienelle alueelle, mikä vähentää lämpötilan vaikutusta materiaalin alkuperäiseen rakenteeseen.

Prosessi on hyvin hallittavissa. Pintakerros voi haluttaessa ja asianmukaisin laitteistoasetuksin vaihdella muutamasta millimetrin kymmenesosista kahteen millimetriin. Mahdollisuus saada kontrolloitu kerros on erityisen tärkeä tällä hetkellä, koska sen avulla voidaan merkittävästi lisätä käsittelyn taloudellista tehokkuutta ja saada terästuotteiden pintojen optimaaliset ominaisuudet (kovuus, korroosionkestävyys, kulutuskestävyys ja monet muut).

Toinen yhtä tärkeä etu on kyky suorittaa plasmahitsaus ja -pinnoitus useille eri materiaaleille: kupari, messinki, pronssi, jalometallit sekä ei-metallit. Perinteiset hitsausmenetelmät eivät läheskään aina pysty tähän.

Kovapintaiset laitteet

Plasmajauhepinnoitusasennus sisältää kuristimen, oskillaattorin, plasmapolttimen ja virtalähteet. Lisäksi se tulee varustaa laitteella metallijauheen rakeiden automaattiseen syöttämiseen työalueelle ja jäähdytysjärjestelmällä, jossa on jatkuva vesikierto.

Plasmakovapinnoituksen virtalähteiden on täytettävä tiukat vaatimuksetvakautta ja luotettavuutta. Hitsausmuuntajat tekevät parhaan työn tässä roolissa.

Jauhemateriaaleja pinnoittaessa metallipinnalle käytetään ns. yhdistettyä kaaria. Sekä avoimia että suljettuja plasmasuihkuja käytetään samanaikaisesti. Näiden kaarien tehoa säätämällä on mahdollista muuttaa työkappaleen tunkeutumissyvyyttä. Optimaalisissa olosuhteissa tuotteiden vääntymistä ei esiinny. Tämä on tärkeää tarkkuustekniikan osien ja kokoonpanojen valmistuksessa.

Materiaalin syöttölaite

Metallijauhe annostellaan erityisellä laitteella ja syötetään sulatusalueelle. Syöttölaitteen mekanismi tai toimintaperiaate on seuraava: roottorin siivet työntävät jauheen kaasuvirtaan, hiukkaset kuumentuvat ja tarttuvat käsiteltyyn pintaan. Jauhe syötetään erillisen suuttimen kautta. Kaasupolttimeen on asennettu yhteensä kolme suutinta: plasman syöttämiseen, työjauheen syöttämiseen ja suojakaasuun.

Jos käytät lankaa, on suositeltavaa käyttää upokaarihitsauskoneen vakiosyöttömekanismia.

Pinnan esikäsittely

Plasmapinnoitusta ja materiaalien ruiskutusta tulee ennen pinnan perusteellista puhdistusta rasvatahroista ja muista epäpuhtauksista. Jos tavanomaisen hitsauksen aikana on sallittua suorittaa vain karkea, pintapuhdistus ruosteesta ja hilseestä, niin kaasuplasman kanssa työskenneltäessä työkappaleen pinnan on oltava ihanteellisesti (mahdollisimman pitkälle) puhdas, ilman vieraita sulkeumia. Ohuin oksidikalvo pystyyheikentää merkittävästi liimavuorovaikutusta kovapinnoitteen ja perusmetallin välillä.

Pinnan valmistelemiseksi pinnoitusta varten on suositeltavaa poistaa merkityksetön metallipintakerros koneistamalla leikkaamalla ja sen jälkeen poistamalla rasva. Jos osan mitat sallivat, on suositeltavaa pestä ja puhdistaa pinnat ultraäänihauteessa.

Metallipinnoitteen tärkeitä ominaisuuksia

Plasmapinnoittamiseen on useita vaihtoehtoja ja menetelmiä. Langan käyttö pinnoitusmateriaalina lisää merkittävästi prosessin tuottavuutta jauheisiin verrattuna. Tämä johtuu siitä, että elektrodi (lanka) toimii anodina, mikä edistää kerrostetun materiaalin paljon nopeampaa kuumenemista, mikä tarkoittaa, että sen avulla voit säätää käsittelytiloja ylöspäin.

Pinnoituksen laatu ja tartunta-ominaisuudet ovat kuitenkin selvästi jauhemaisten lisäaineiden puolella. Hienojen metallihiukkasten käyttö mahdollistaa minkä tahansa paksuisen tasaisen kerroksen aikaansaamisen pinnalle.

Pintajauhe

Puhupinnoitteen käyttö on parempi syntyvien pintojen laadun ja kulutuskestävyyden kann alta, joten jauheseoksia käytetään yhä enemmän tuotannossa. Jauheseoksen perinteinen koostumus on koboltti- ja nikkelihiukkasia. Näiden metallien seoksella on hyvät mekaaniset ominaisuudet. Käsittelyn jälkeen tällaisella koostumuksella osan pinta pysyy täysin sileänä, eikä sen mekaanista viimeistelyä ja epätasaisuuksien poistamista tarvita. Jauhehiukkasten osuus on vain muutama mikrometri.