Плазменное напыление

Механизм образования плазмы состоит в следующем: при температуре около абсолютного нуля молекулы газа, состоящие двух атомов (водород, азот и т.п.), имеющие вид гантели, совершают только параллельное перемещение по трём осям (x, y и z), при температуре 10К возникают также вращательные движения. При дальнейшем повышении температуры, например до 1000К, возникают колебания атомов. Интенсивные столкновения молекул вызывают их диссоциацию (распад на атомы). Температура перехода в атомарное состояние зависит в основном от рода газа и его парциального давления. Для кислорода она составляет 3000К, для азота ~4500К.

При повышении температуры развивается процесс ионизации газов, выражающийся в потере атомами электронов. Достаточно полная ионизация кислорода при атмосферном давлении наступает при 10000К.

Газ, в котором значительная часть атомов или молекул ионизирована, а концентрация электронов и отрицательных ионов равна концентрации положительных ионов, называется плазмой. Плазма, которая в целом является квазинейтральной, не имеет электрического заряда. Отличительная черта плазмы – высокая электропроводимость. Обычная электрическая дуга также находится в плазменном состоянии.

Принцип плазменного напыления показан на рис. 6.5.

Рис. 6.5. Схема плазменного напыления:

1 – плазмообразующий газ; 2 – место ввода напыляемого материала;

3 – источник питания; 4 – катод; 5 – анод

Между катодом (из чистого вольфрама или с добавлением 2% тория) и медным водоохлаждаемым соплом, служащим анодом, возникает дуга, нагревающая поступающий в сопло горелки рабочий газ, который истекает из сопла в виде плазменной струи. В качестве рабочего газа используют аргон или азот, к которым иногда добавляют водород. Порошковый наплавочный материал подаётся в сопло струёй транспортирующего газа, нагревается плазмой и с ускорением переносится на поверхность основного материала для образования покрытия.

КПД плазменной горелки составляет в среднем 60%, поэтому 50…70% общего потребления электрической энергии затрачивается на нагрев рабочего газа до средней температуры на выходе из сопла. Аргон имеет гораздо более высокую температуру, чем азот и водород. Высокая скорость истечения плазменной струи связана с резким расширением газа при повышении температуры. Аргон обеспечивает более высокую скорость плазменной струи, чем азот и водород.

Плазменное напыление обладает рядом важных преимуществ:

- высокая температура плазмы позволяет проводить напыление тугоплавких материалов;

- возможность регулирования температуры и скорости плазменной струи путём выбора формы и диаметра сопла и режима напыления расширяет диапазон напыляемых материалов (металлы, керамика, органические материалы);

- использование инертного газа в качестве рабочего газа открывает возможность напыления в камерах с атмосферой инертного газа;

- покрытия, полученные методом плазменного напыления, обладают высокой плотностью и хорошим сцеплением с основой.

Недостатки плазменного напыления:

- сравнительно низкая производительность процесса напыления;

- шум при работе;

- интенсивное ультрафиолетовое излучение;

- высокая стоимость оборудования и большие эксплуатационные затраты.

Дата добавления: 2015-07-07