Bề mặt Plasma: thiết bị và công nghệ quy trình

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Hiệu quả và các vấn đề của bề mặt plasma là cực kỳ nghiêm trọng đối với các kỹ sư vật liệu. Nhờ công nghệ này, có thể không chỉ tăng đáng kể tuổi thọ và độ tin cậy của các bộ phận và cụm lắp ráp chịu tải cao mà còn có thể khôi phục các sản phẩm có vẻ như bị mài mòn và phá hủy một trăm phần trăm.

Việc đưa bề mặt plasma vào quy trình công nghệ làm tăng đáng kể khả năng cạnh tranh của các sản phẩm kỹ thuật. Quy trình về cơ bản không phải là mới và đã được sử dụng trong một thời gian dài. Nhưng nó không ngừng cải tiến và mở rộng khả năng công nghệ của mình.

Quy định chung

Plasma là một chất khí bị ion hóa. Có thể tin cậy được rằng plasma có thể thu được bằng nhiều phương pháp khác nhau do kết quả của các hiệu ứng điện, nhiệt hoặc cơ học lên các phân tử khí. Để hình thành nó, cần phải tách các electron mang điện tích âm khỏi các nguyên tử dương.

Trong một số nguồn bạn có thể tìm thấythông tin rằng plasma là trạng thái tập hợp thứ tư của vật chất cùng với thể rắn, thể lỏng và thể khí. Khí ion hóa có một số đặc tính hữu ích và được sử dụng trong nhiều ngành khoa học và công nghệ: làm bề mặt plasma của kim loại và hợp kim để khôi phục và làm cứng các sản phẩm chịu tải nặng chịu tải theo chu kỳ, thấm nitơ ion-plasma trong phóng điện phát sáng để bão hòa khuếch tán và làm cứng bề mặt của các bộ phận, để thực hiện các quy trình hóa học. tẩy (được sử dụng trong công nghệ sản xuất điện tử).

Chuẩn bị cho công việc

Trước khi bắt đầu nổi lên, bạn cần thiết lập thiết bị. Phù hợp với dữ liệu tham khảo, cần chọn và đặt đúng góc nghiêng của đầu đốt so với bề mặt của sản phẩm, căn chỉnh khoảng cách từ đầu đốt đến bộ phận (nên từ 5 đến 8 milimét) và chèn dây (nếu chất liệu dây nổi lên).

Nếu bề mặt sẽ được thực hiện bởi sự dao động của vòi phun theo các hướng ngang, thì cần phải đặt đầu mối hàn sao cho mối hàn chính xác ở giữa giữa các điểm cực của biên độ dao động của cái đầu. Cũng cần điều chỉnh cơ chế đặt tần số và độ lớn của chuyển động dao động của đầu.

Công nghệ tạo bề mặt hồ quang Plasma

Quá trình tạo bề mặt khá đơn giản và có thể được thực hiện thành công bởi bất kỳ thợ hàn có kinh nghiệm nào. Tuy nhiên, anh ta yêu cầungười biểu diễn của sự tập trung và chú ý tối đa. Nếu không, bạn có thể dễ dàng làm hỏng phôi.

Phóng điện hồ quang mạnh được sử dụng để ion hóa khí làm việc. Sự tách êlectron âm ra khỏi nguyên tử mang điện dương được thực hiện do tác dụng nhiệt của hồ quang điện lên phản lực của hỗn hợp khí làm việc. Tuy nhiên, trong một số điều kiện, dòng chảy có thể không chỉ dưới ảnh hưởng của quá trình ion hóa nhiệt, mà còn do ảnh hưởng của điện trường mạnh.

Khí được cung cấp dưới áp suất 20-25 atm. Để ion hóa nó, cần có điện áp 120-160 vôn với cường độ dòng điện khoảng 500 ampe. Các ion mang điện tích dương bị từ trường bắt giữ và lao đến catốt. Tốc độ và động năng của các hạt cơ bản lớn đến mức khi chúng va chạm với kim loại, chúng có thể tạo cho nó một nhiệt độ rất lớn - từ +10 … +18.000 độ C. Trong trường hợp này, các ion di chuyển với tốc độ lên đến 15 km / giây (!). Việc lắp đặt bề mặt plasma được trang bị một thiết bị đặc biệt gọi là "ngọn đuốc plasma". Chính nút này chịu trách nhiệm cho sự ion hóa chất khí và thu được dòng chảy có hướng của các hạt cơ bản.

Sức mạnh của hồ quang phải ngăn cản sự nóng chảy của vật liệu cơ bản. Đồng thời, nhiệt độ sản phẩm phải càng cao càng tốt để kích hoạt các quá trình khuếch tán. Do đó, nhiệt độ sẽ tiếp cận với đường lỏng trên biểu đồ sắt-xi măng.

Bột mịn của thành phần đặc biệt hoặc dây điện cực được đưa vào một tia plasma nhiệt độ cao, trong đó vật liệutan chảy. Ở trạng thái lỏng, bề mặt rơi trên bề mặt cứng.

Phun môi Plasma

Để thực hiện phun môi plasma, cần phải tăng tốc độ dòng plasma lên đáng kể. Điều này có thể đạt được bằng cách điều chỉnh điện áp và dòng điện. Các thông số được chọn theo kinh nghiệm.

Vật liệu để phun plasma là kim loại chịu lửa và các hợp chất hóa học: vonfram, tantali, titan, borides, silicit, magie oxit và nhôm oxit.

Lợi thế không thể chối cãi của phun so với hàn là khả năng thu được các lớp mỏng nhất, theo thứ tự vài micromet.

Công nghệ này được sử dụng để làm cứng dao tiện cắt và phay các hạt dao cacbua có thể thay thế, cũng như vòi, mũi khoan, mũi khoan, dao doa và các công cụ khác.

Lấy máy bay phản lực plasma hở

Trong trường hợp này, bản thân phôi đóng vai trò như một cực dương, trên đó vật liệu được plasma lắng đọng. Hạn chế rõ ràng của phương pháp xử lý này là làm nóng bề mặt và toàn bộ khối lượng của bộ phận, có thể dẫn đến biến đổi cấu trúc và các hậu quả không mong muốn: làm mềm, tăng độ giòn, v.v.

Máy bay phản lực plasma kín

Trong trường hợp này, đầu đốt khí, chính xác hơn là vòi phun của nó, hoạt động như một cực dương. Phương pháp này được sử dụng cho bề mặt bột plasma nhằm khôi phục và cải thiện hiệu suất của các bộ phận vàcác nút máy. Công nghệ này đã trở nên phổ biến đặc biệt trong lĩnh vực cơ khí nông nghiệp.

Ưu điểm của Plasma Hardfacing

Một trong những ưu điểm chính là sự tập trung năng lượng nhiệt trong một khu vực nhỏ, làm giảm ảnh hưởng của nhiệt độ đến cấu trúc ban đầu của vật liệu.

Quá trình này có thể quản lý tốt. Nếu muốn, và với các cài đặt thiết bị thích hợp, lớp bề mặt có thể thay đổi từ vài phần mười milimét đến hai milimét. Khả năng có được một lớp được kiểm soát đặc biệt có liên quan vào lúc này, vì nó cho phép tăng đáng kể hiệu quả kinh tế của quá trình xử lý và có được các đặc tính tối ưu (độ cứng, chống ăn mòn, chống mài mòn và nhiều thứ khác) của bề mặt sản phẩm thép.

Một ưu điểm không kém phần quan trọng khác là khả năng thực hiện hàn plasma và bề mặt của nhiều loại vật liệu: đồng, đồng thau, đồng thau, kim loại quý, cũng như phi kim loại. Các phương pháp hàn truyền thống còn lâu mới có thể làm được điều này.

Thiết bị làm cứng

Lắp đặt cho bề mặt bột plasma bao gồm cuộn cảm, dao động, đèn pin plasma và nguồn điện. Ngoài ra, nó nên được trang bị một thiết bị tự động nạp hạt bột kim loại vào khu vực làm việc và một hệ thống làm mát với tuần hoàn nước liên tục.

Nguồn điện cho bề mặt cứng plasma phải đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặthằng số và độ tin cậy. Máy biến áp hàn làm tốt nhất vai trò này.

Khi tạo bề mặt vật liệu dạng bột trên bề mặt kim loại, cái gọi là hồ quang kết hợp được sử dụng. Cả hai tia plasma đóng và mở đều được sử dụng đồng thời. Bằng cách điều chỉnh sức mạnh của các vòng cung này, có thể thay đổi độ sâu xuyên của phôi. Trong điều kiện tối ưu, sự cong vênh của sản phẩm sẽ không xuất hiện. Điều này rất quan trọng trong việc sản xuất các bộ phận và bộ phận lắp ráp của cơ khí chính xác.

Bộ nạp nguyên liệu

Bột kim loại được định lượng bằng một thiết bị đặc biệt và đưa vào khu vực nấu chảy. Cơ chế hay nguyên lý hoạt động của máy cấp liệu như sau: cánh quạt đẩy bột vào dòng khí, các hạt được đốt nóng và bám vào bề mặt đã xử lý. Bột được cấp qua một vòi riêng biệt. Tổng cộng, ba vòi phun được lắp đặt trong đầu đốt khí: để cung cấp plasma, cung cấp bột làm việc và để che chắn khí.

Nếu bạn đang sử dụng dây điện, thì nên sử dụng cơ cấu cấp nguồn tiêu chuẩn của máy hàn hồ quang chìm.

Chuẩn bị bề mặt

Bề mặt và phun plasma của vật liệu nên được thực hiện trước bằng cách làm sạch bề mặt kỹ lưỡng khỏi các vết dầu mỡ và các chất bẩn khác. Nếu trong quá trình hàn thông thường, chỉ được phép làm sạch bề mặt thô ráp của mối nối khỏi gỉ và cáu cặn, thì khi làm việc với plasma khí, bề mặt của phôi lý tưởng phải sạch (càng nhiều càng tốt), không có tạp chất lạ. Màng oxit mỏng nhất có khả nănglàm suy yếu đáng kể tương tác kết dính giữa bề mặt cứng và kim loại cơ bản.

Để chuẩn bị bề mặt cho bề mặt, nên loại bỏ một lớp bề mặt không đáng kể của kim loại bằng cách gia công bằng cách cắt, sau đó là tẩy dầu mỡ. Nếu kích thước của bộ phận cho phép, bạn nên rửa và làm sạch bề mặt trong bể siêu âm.

Các tính năng quan trọng của bề mặt kim loại

Có một số tùy chọn và phương pháp để tạo bề mặt plasma. Việc sử dụng dây làm vật liệu cho bề mặt làm tăng đáng kể năng suất của quá trình so với bột. Điều này là do điện cực (dây) hoạt động như một cực dương, góp phần làm nóng vật liệu lắng đọng nhanh hơn nhiều, có nghĩa là nó cho phép bạn điều chỉnh các chế độ xử lý lên trên.

Tuy nhiên, chất lượng của lớp phủ và đặc tính bám dính rõ ràng là ở phía phụ gia dạng bột. Việc sử dụng các hạt kim loại mịn giúp có thể có được một lớp đồng nhất với bất kỳ độ dày nào trên bề mặt.

Phấn phủ

Việc sử dụng bột tạo bề mặt được ưu tiên hơn về chất lượng của bề mặt tạo thành và khả năng chống mài mòn, vì vậy hỗn hợp bột ngày càng được sử dụng nhiều hơn trong sản xuất. Thành phần truyền thống của hỗn hợp bột là các hạt coban và niken. Hợp kim của các kim loại này có cơ tính tốt. Sau khi xử lý với thành phần như vậy, bề mặt của bộ phận vẫn hoàn toàn nhẵn và không cần phải hoàn thiện cơ học cũng như loại bỏ các bất thường. Phần nhỏ của các hạt bột chỉ là vài micromet.