Plasma surfacing: attrezzature e tecnologia di processo

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 10:31

L'efficienza ei problemi della superficie al plasma sono estremamente acuti per gli ingegneri dei materiali. Grazie a questa tecnologia, è possibile non solo aumentare in modo significativo la durata e l'affidabilità di parti e assiemi sottoposti a carichi elevati, ma anche ripristinare, a quanto pare, prodotti usurati e distrutti al cento per cento.

L'introduzione della superficie al plasma nel processo tecnologico aumenta significativamente la competitività dei prodotti di ingegneria. Il processo non è fondamentalmente nuovo ed è stato utilizzato per molto tempo. Ma migliora ed espande costantemente le sue capacità tecnologiche.

Disposizioni generali

Il plasma è un gas ionizzato. È noto in modo affidabile che il plasma può essere ottenuto con vari metodi come risultato di effetti elettrici, termici o meccanici sulle molecole di gas. Per la sua formazione, è necessario strappare gli elettroni caricati negativamente dagli atomi positivi.

In alcune fonti puoi trovareinformazione che il plasma è il quarto stato di aggregazione della materia insieme a solido, liquido e gassoso. Il gas ionizzato ha una serie di proprietà utili e viene utilizzato in molti rami della scienza e della tecnologia: rivestimento plasma di metalli e leghe per ripristinare e indurire prodotti fortemente caricati che subiscono carichi ciclici, nitrurazione ionica-plasma in una scarica a bagliore per la saturazione della diffusione e indurimento delle superfici delle parti, per l'implementazione di processi chimici decapaggio (usato nella tecnologia di produzione elettronica).

Preparazione al lavoro

Prima di iniziare a emergere, devi configurare l'attrezzatura. In base ai dati di riferimento, è necessario selezionare e impostare il corretto angolo di inclinazione dell'ugello del bruciatore rispetto alla superficie del prodotto, allineare la distanza dall'estremità del bruciatore alla parte (dovrebbe essere compresa tra 5 e 8 millimetri) e inserire il filo (se il materiale del filo sta affiorando).

Se la affilatura verrà effettuata per oscillazione dell'ugello in direzione trasversale, è necessario posizionare la testa in modo tale che la saldatura sia esattamente a metà tra i punti estremi delle ampiezze di oscillazione del testa. È inoltre necessario regolare il meccanismo che imposta la frequenza e l'entità dei movimenti oscillatori della testa.

Tecnologia di superficie ad arco al plasma

Il processo di affilatura è abbastanza semplice e può essere eseguito con successo da qualsiasi saldatore esperto. Tuttavia, richiedeesecutore di massima concentrazione e attenzione. Altrimenti, puoi facilmente rovinare il pezzo.

Una potente scarica ad arco viene utilizzata per ionizzare il gas di lavoro. Il distacco degli elettroni negativi dagli atomi caricati positivamente avviene per effetto termico dell'arco elettrico sul getto della miscela di gas di lavoro. Tuttavia, in una serie di condizioni, il flusso è possibile non solo sotto l'influenza della ionizzazione termica, ma anche per l'influenza di un potente campo elettrico.

Il gas viene fornito a una pressione di 20-25 atmosfere. Per la sua ionizzazione è necessaria una tensione di 120-160 volt con una corrente di circa 500 ampere. Gli ioni con carica positiva vengono catturati dal campo magnetico e si precipitano al catodo. La velocità e l'energia cinetica delle particelle elementari sono così grandi che quando si scontrano con il metallo, sono in grado di dargli un'enorme temperatura - da +10 a +18.000 gradi Celsius. In questo caso, gli ioni si muovono a una velocità fino a 15 chilometri al secondo (!). L'installazione di superficie al plasma è dotata di un dispositivo speciale chiamato "torcia al plasma". È questo nodo che è responsabile della ionizzazione del gas e dell'ottenimento di un flusso diretto di particelle elementari.

La potenza dell'arco deve essere tale da impedire la fusione del materiale di base. Allo stesso tempo, la temperatura del prodotto deve essere la più alta possibile per attivare i processi di diffusione. Pertanto, la temperatura dovrebbe avvicinarsi alla linea del liquidus sul diagramma ferro-cementite.

La polvere fine di una composizione speciale o il filo dell'elettrodo viene immessa in un getto di plasma ad alta temperatura, in cui il materialesi scioglie. Allo stato liquido, la superficie cade sulla superficie indurita.

Spruzzatura al plasma

Per implementare la spruzzatura al plasma, è necessario aumentare significativamente la portata del plasma. Questo può essere ottenuto regolando la tensione e la corrente. I parametri sono selezionati empiricamente.

I materiali per la spruzzatura al plasma sono metalli refrattari e composti chimici: tungsteno, tantalio, titanio, boruri, siliciuri, ossido di magnesio e ossido di alluminio.

L'indiscutibile vantaggio della spruzzatura rispetto alla saldatura è la possibilità di ottenere gli strati più sottili, dell'ordine di diversi micrometri.

Questa tecnologia viene utilizzata per la tempra da taglio, tornitura e fresatura di inserti in metallo duro sostituibili, nonché maschi, punte, svasatori, alesatori e altri utensili.

Ottenere un getto plasma aperto

In questo caso, il pezzo stesso funge da anodo, sul quale il materiale viene depositato dal plasma. L'evidente inconveniente di questo metodo di lavorazione è il riscaldamento della superficie e dell'intero volume del pezzo, che può portare a trasformazioni strutturali e conseguenze indesiderate: rammollimento, aumento della fragilità, ecc.

Jet plasma chiuso

In questo caso il bruciatore a gas, più precisamente il suo ugello, funge da anodo. Questo metodo viene utilizzato per la superficie con polvere di plasma al fine di ripristinare e migliorare le prestazioni delle parti enodi macchina. Questa tecnologia ha guadagnato particolare popolarità nel campo dell'ingegneria agricola.

Vantaggi del rivestimento duro al plasma

Uno dei principali vantaggi è la concentrazione di energia termica in una piccola area, che riduce l'effetto della temperatura sulla struttura originale del materiale.

Il processo è ben gestibile. Se lo si desidera, e con adeguate impostazioni dell'attrezzatura, lo strato superficiale può variare da pochi decimi di millimetro a due millimetri. La possibilità di ottenere uno strato controllato è particolarmente rilevante in questo momento, in quanto consente di aumentare notevolmente l'efficienza economica della lavorazione e ottenere proprietà ottimali (durezza, resistenza alla corrosione, resistenza all'usura e molte altre) delle superfici dei prodotti in acciaio.

Un altro vantaggio non meno importante è la capacità di eseguire saldature e riporti al plasma di un'ampia varietà di materiali: rame, ottone, bronzo, metalli preziosi e non metalli. I metodi di saldatura tradizionali non sono sempre in grado di farlo.

Apparecchiature per rivestimento duro

L'installazione per il rivestimento di polvere al plasma include un'induttanza, un oscillatore, una torcia al plasma e alimentatori. Inoltre, dovrebbe essere dotato di un dispositivo per l'alimentazione automatica dei granuli di polvere metallica nell'area di lavoro e di un sistema di raffreddamento con circolazione dell'acqua costante.

Le sorgenti di alimentazione per riporti al plasma devono soddisfare requisiti severicostanza e affidabilità. I trasformatori di saldatura fanno il miglior lavoro con questo ruolo.

Quando si affiorano materiali in polvere su una superficie metallica, viene utilizzato il cosiddetto arco combinato. Entrambi i getti di plasma aperti e chiusi vengono utilizzati contemporaneamente. Regolando la potenza di questi archi, è possibile modificare la profondità di penetrazione del pezzo. In condizioni ottimali, la deformazione dei prodotti non apparirà. Questo è importante nella produzione di parti e assiemi di ingegneria di precisione.

Caricatore materiale

La polvere di metallo viene dosata da un dispositivo speciale e alimentata nella zona di fusione. Il meccanismo o il principio di funzionamento dell'alimentatore è il seguente: le pale del rotore spingono la polvere nel flusso di gas, le particelle vengono riscaldate e si attaccano alla superficie trattata. La polvere viene alimentata attraverso un ugello separato. In totale, nel bruciatore a gas sono installati tre ugelli: per l'alimentazione del plasma, per l'alimentazione della polvere di lavoro e per il gas di protezione.

Se si utilizza il filo, si consiglia di utilizzare il meccanismo di alimentazione standard di una saldatrice ad arco sommerso.

Preparazione della superficie

La superficie al plasma e la spruzzatura dei materiali devono essere precedute da un'accurata pulizia della superficie da macchie di grasso e altri contaminanti. Se durante la saldatura convenzionale è consentito eseguire solo una pulizia superficiale dei giunti da ruggine e incrostazioni, quando si lavora con plasma a gas, la superficie del pezzo deve essere idealmente (per quanto possibile) pulita, senza inclusioni estranee. Il film di ossido più sottile è capaceindebolire significativamente l'interazione adesiva tra il riporto duro e il metallo di base.

Per preparare la superficie alla superficie, si raccomanda di rimuovere uno strato superficiale insignificante di metallo mediante lavorazione a macchina mediante taglio, seguito da sgrassaggio. Se le dimensioni del pezzo lo consentono, si consiglia di lavare e pulire le superfici in un bagno ad ultrasuoni.

Caratteristiche importanti delle superfici metalliche

Ci sono diverse opzioni e metodi per la superficie del plasma. L'utilizzo del filo come materiale per la superficie aumenta notevolmente la produttività del processo rispetto alle polveri. Ciò è dovuto al fatto che l'elettrodo (filo) funge da anodo, il che contribuisce a un riscaldamento molto più rapido del materiale depositato, il che significa che consente di regolare le modalità di lavorazione verso l' alto.

Tuttavia, la qualità del rivestimento e le proprietà di adesione sono chiaramente dalla parte degli additivi in polvere. L'utilizzo di fini particelle metalliche permette di ottenere uno strato uniforme di qualsiasi spessore sulla superficie.

Cipria per superfici

L'uso del rivestimento in polvere è preferibile in termini di qualità delle superfici risultanti e resistenza all'usura, quindi le miscele di polvere sono sempre più utilizzate nella produzione. La composizione tradizionale della miscela di polvere è costituita da particelle di cob alto e nichel. La lega di questi metalli ha buone proprietà meccaniche. Dopo la lavorazione con tale composizione, la superficie del pezzo rimane perfettamente liscia e non è necessaria la sua finitura meccanica ed eliminazione delle irregolarità. La frazione di particelle di polvere è di pochi micrometri.