Plazmás felületkezelés: berendezések és folyamattechnológia

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

A plazmafelszínezés hatékonysága és problémái rendkívül akutak az anyagmérnökök számára. Ennek a technológiának köszönhetően nemcsak a nagy terhelésű alkatrészek és szerelvények élettartama és megbízhatósága jelentősen megnövelhető, hanem a száz százalékban elhasználódott és tönkrement termékek helyreállítása is lehetséges.

A plazmafelszín bevezetése a technológiai folyamatba jelentősen növeli a mérnöki termékek versenyképességét. Az eljárás alapvetően nem új, és régóta használják. De folyamatosan fejleszti és bővíti technológiai lehetőségeit.

Általános rendelkezések

A plazma ionizált gáz. Megbízhatóan ismert, hogy a gázmolekulákra gyakorolt elektromos, termikus vagy mechanikai hatások eredményeként különféle módszerekkel plazmát nyerhetünk. Kialakulásához le kell tépni a negatív töltésű elektronokat a pozitív atomokról.

Egyes forrásokban megtalálhatóinformáció arról, hogy a plazma a szilárd, folyékony és gáznemű halmazállapot mellett az anyag negyedik halmazállapota. Az ionizált gáz számos hasznos tulajdonsággal rendelkezik, és a tudomány és a technológia számos ágában alkalmazzák: fémek és ötvözetek plazma felületkezelése a ciklikus terhelésnek kitett, erősen terhelt termékek helyreállítására és megkeményedésére, ion-plazma nitridálás izzó kisülésben a diffúziós telítés érdekében. és alkatrészek felületeinek keményítése, kémiai folyamatok megvalósításához pácolás (elektronikai gyártástechnológiában használatos).

Munkára készülődés

Mielőtt elkezdené a felszínre emelkedést, be kell állítania a berendezést. A referenciaadatoknak megfelelően ki kell választani és be kell állítani az égőfúvóka megfelelő dőlésszögét a termék felületéhez képest, igazítani kell az égő vége és az alkatrész közötti távolságot (5 és 8 között kell lennie milliméter) és helyezze be a vezetéket (ha a huzal anyaga a felszínre kerül).

Ha a felületezés a fúvóka keresztirányú ingadozásával történik, akkor a fejet úgy kell beállítani, hogy a varrat pontosan középen legyen a fúvóka ingadozási amplitúdóinak szélső pontjai között. fej. Be kell állítani azt a mechanizmust is, amely beállítja a fej oszcilláló mozgásainak gyakoriságát és nagyságát.

Plazmaíves felületképzési technológia

A felületképzési folyamat meglehetősen egyszerű, és bármely tapaszt alt hegesztő sikeresen elvégezheti. Azonban megkövetelia maximális koncentráció és figyelem előadója. Ellenkező esetben könnyen tönkreteheti a munkadarabot.

Erőteljes ívkisülést használnak a munkagáz ionizálására. A negatív elektronok leválása a pozitív töltésű atomokról az elektromos ívnek a munkagázelegy sugárára gyakorolt termikus hatása miatt történik. Számos körülmény között azonban az áramlás nemcsak termikus ionizáció hatására lehetséges, hanem erős elektromos tér hatására is.

A gázt 20-25 atmoszféra nyomás alatt szállítjuk. Ionizálásához 120-160 V feszültség szükséges, körülbelül 500 amper áramerősséggel. A pozitív töltésű ionokat a mágneses tér elfogja, és a katódhoz rohan. Az elemi részecskék sebessége és mozgási energiája olyan nagy, hogy amikor fémmel ütköznek, hatalmas hőmérsékletet tudnak adni - +10 … +18 000 Celsius foktól. Ebben az esetben az ionok akár 15 kilométer/s (!) sebességgel mozognak. A plazmaburkolatú berendezés egy speciális eszközzel van felszerelve, amelyet "plazmalámpának" neveznek. Ez a csomópont felelős a gáz ionizálásáért és az elemi részecskék irányított áramlásáért.

Az ív erejének olyannak kell lennie, hogy megakadályozza az alapanyag megolvadását. Ugyanakkor a termék hőmérsékletének a lehető legmagasabbnak kell lennie a diffúziós folyamatok aktiválása érdekében. Így a hőmérsékletnek megközelítenie kell a vas-cementit diagram likviduszvonalát.

Speciális összetételű finom port vagy elektródahuz alt táplálnak be egy magas hőmérsékletű plazmasugárba, amelyben az anyagmegolvad. Folyékony állapotban a felület az edzett felületre esik.

Plazmás permetezés

A plazmapermetezés megvalósításához jelentősen növelni kell a plazma áramlási sebességét. Ez a feszültség és az áramerősség beállításával érhető el. A paraméterek kiválasztása tapasztalati úton történik.

A plazmapermetezéshez használt anyagok tűzálló fémek és kémiai vegyületek: wolfram, tantál, titán, boridok, szilicidek, magnézium-oxid és alumínium-oxid.

A permetezés vitathatatlan előnye a hegesztéssel szemben az, hogy a legvékonyabb rétegeket lehet elérni, több mikrométeres nagyságrendben.

Ezt a technológiát cserélhető keményfém lapkák, valamint menetfúrók, fúrók, süllyesztők, dörzsárak és egyéb szerszámok keményítésére, forgácsolására és marására használják.

Nyitott plazmasugár beszerzése

Ebben az esetben maga a munkadarab anódként működik, amelyre az anyag plazmával kerül fel. Ennek a feldolgozási módszernek a nyilvánvaló hátránya a felület és az alkatrész teljes térfogatának felmelegedése, ami szerkezeti átalakuláshoz és nemkívánatos következményekhez vezethet: lágyulás, fokozott ridegség stb.

Zárt plazmasugár

Ebben az esetben a gázégő, pontosabban a fúvókája anódként működik. Ezt a módszert plazmaporos felületkezelésre alkalmazzák az alkatrészek teljesítményének helyreállítása és javítása érdekébengépi csomópontok. Ez a technológia különösen népszerűvé vált a mezőgazdasági gépészet területén.

A plazma burkolat előnyei

Az egyik fő előnye, hogy a hőenergia kis területen koncentrálódik, ami csökkenti a hőmérséklet hatását az anyag eredeti szerkezetére.

A folyamat jól kezelhető. Kívánt esetben és megfelelő felszerelési beállítások mellett a felületi réteg néhány tizedmillimétertől két milliméterig változhat. Az ellenőrzött réteg megszerzésének lehetősége jelenleg különösen fontos, mivel lehetővé teszi a feldolgozás gazdaságosságának jelentős növelését és az acéltermékek felületének optimális tulajdonságainak (keménység, korrózióállóság, kopásállóság és sok más) elérését.

Egy másik nem kevésbé fontos előny a plazmahegesztés és a felületkezelés lehetősége sokféle anyagon: réz, sárgaréz, bronz, nemesfémek, valamint nemfémek. A hagyományos hegesztési módszerek messze nem mindig képesek erre.

Kemény felületű berendezés

A plazmaporos felületkezeléshez egy fojtótekercs, oszcillátor, plazmaégő és tápegységek tartoznak. Ezenkívül fel kell szerelni egy berendezéssel, amely a fémpor-granulátumokat automatikusan betáplálja a munkaterületre, és egy hűtőrendszerrel állandó vízkeringtetéssel.

A plazma-keményítés áramforrásainak szigorú követelményeknek kell megfelelniükállandóság és megbízhatóság. A hegesztő transzformátorok ezzel a szereppel végzik a legjobb munkát.

Poranyagok fémfelületre történő felvitelénél az úgynevezett kombinált ívet alkalmazzák. Nyitott és zárt plazmasugaras egyidejűleg használatos. Ezen ívek erejének beállításával lehetőség van a munkadarab behatolási mélységének megváltoztatására. Optimális körülmények között a termékek vetemedése nem jelenik meg. Ez fontos a precíziós mérnöki alkatrészek és szerelvények gyártása során.

Anyadagoló

A fémport egy speciális készülék adagolja, és az olvasztózónába adagolja. Az adagoló mechanizmusa vagy működési elve a következő: a rotorlapátok a port a gázáramba nyomják, a részecskék felmelegednek és a kezelt felülethez tapadnak. A port egy külön fúvókán keresztül adagolják. Összesen három fúvóka van a gázégőben beszerelve: plazma-, munkapor- és védőgáz-ellátáshoz.

Ha huz alt használ, ajánlatos a merülőíves hegesztőgép szabványos előtolási mechanizmusát használni.

Felület előkészítés

A plazmás felületkezelést és az anyagok permetezését a felület alapos tisztítása a zsírfoltoktól és egyéb szennyeződésektől előzze meg. Ha a hagyományos hegesztés során az illesztések durva felületi tisztítása megengedett a rozsdától és a vízkőtől, akkor gázplazmával végzett munka során a munkadarab felületének ideálisan (amennyire lehetséges) tisztának kell lennie, idegen zárványok nélkül. A legvékonyabb oxidfilm képesjelentősen gyengíti a tapadó kölcsönhatást a kemény felület és az alapfém között.

A felület burkolat előkészítése érdekében javasolt a jelentéktelen felületi fémréteg eltávolítása forgácsolással, majd zsírtalanítással. Amennyiben az alkatrész méretei megengedik, a felületek ultrahangos fürdőben történő mosása és tisztítása javasolt.

A fémburkolat fontos jellemzői

Több lehetőség és módszer létezik a plazmafelszínezésre. A huzal felületképzési anyagként való felhasználása jelentősen növeli az eljárás termelékenységét a porokhoz képest. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy az elektróda (huzal) anódként működik, ami hozzájárul a lerakódott anyag sokkal gyorsabb felmelegedéséhez, ami azt jelenti, hogy lehetővé teszi a feldolgozási módok felfelé állítását.

A bevonat minősége és a tapadási tulajdonságok azonban egyértelműen a poradalékok oldalán állnak. A finom fémrészecskék használata lehetővé teszi, hogy bármilyen vastagságú egyenletes réteget kapjunk a felületen.

Felületi púder

A keletkező felületek minősége és a kopásállóság szempontjából előnyösebb a poros burkolat alkalmazása, ezért a gyártás során egyre inkább porkeverékeket használnak. A porkeverék hagyományos összetétele kob alt és nikkel részecskék. Ezen fémek ötvözete jó mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik. Az ilyen összetételű feldolgozás után az alkatrész felülete tökéletesen sima marad, és nincs szükség mechanikai kidolgozásra és egyenetlenségek kiküszöbölésére. A porszemcsék aránya csak néhány mikrométer.