Плазменное напыление металла. 4 - ое состояние вещества как помощник.

В XX веке человечество шагнуло далеко вперёд - металл течет подобно мёду, мы можем придать изделию любую форму от эйфелевой башни до подкованной блохи, как герой Левша из рассказа Н.Лескова.

Для придания изделию из металла новых и нужных человеку свойств есть целая практическая область - газотермическое напыление металлов (ГТН).

В неё входят 6 наиболее популярных методов - как с наименьшем ущербом для детали и с наилучшим КПД добавить необходимый нам наплав на уже имеющуюся поверхность :

(спойлер: все методы объединяет одно - в процессе выделятся тепло и один металл соприкасается с другим).

1.Газопламенное напыление (кислород + топливо расплавляют нашу смесь, а сжатый воздух переносит ее на поверхность детали);

2 Электродуговая металлизация (электрическая дуга и 2 разнозаряженные проволоки материала при участии потока сжатого воздуха переносятся на деталь);

3 Холодно - динамическое напыление (расплавленные порошковые частицы металла разгоняются до высокой скорости сверхзвуковым воздушным потоком и наносятся на изделие);

4 Высокоскоростное газопламенное напыление (струя расплавленного металла со скоростью 8300 - 10700 км/час подается на деталь и образует новое покрытие);

5 Детонационное напыление (Ба- бах! Газовая смесь, соприкасаясь с напыляемым материалом направленным взрывом переносится на поверхность детали);

И 6 способ - плазменное напыление! Описание технологии, зачем её применяют и почему плазменный способ дает те свойства, какие ни один другой дать не способен - разбираемся!

Плазменное напыление на примере покраски забора. СУТЬ ТЕХНОЛОГИИ

Представьте, вы взяли большой аппарат - пульверизатор для покраски забора и планомерно работаете им, окрашивая каждый миллиметр. Наночастицы - брызги краски заполняют все пространство на поверхности, получается новый, окрашенный слой. Наш забор из неприметного ржаво - коричневого становится белоснежным и радует глаз.

Проводя аналогию с плазменным напылением - у нас есть огромный “пульверизатор” - он же плазмотрон. Кстати, знакомьтесь, плазмотрон (ещё мы собрали 3 факта об этом устройстве - найдёте их под картинками):

Факт №1. Применение плазменной технологии даёт сильную сцепку. Прочность при испытаниях на гидравлической разрывной машине составляет в среднем составляет 10-55 МПа, в части случаев - до 120 МПа.

А теперь как на рентгене:

Что нужно знать о плазмотроне? Плазмотрон - устройство, генерирующее плазму (вот это поворот).

А если копнуть глубже - в плазмотроне газ нагревается до десятков тысяч градусов цельсия под воздействием электрической дуги и сначала используется для расплавления материала покрытия, куда будет наноситься слой напыляемого материала. Далее в игру вступает само вещество (напыляемый материал), чаще всего будучи в порошкообразной форме (реже в форме проволоки, прутков). Затем вся смесь (газ в плазменном состоянии + расплавленный порошкообразный материал) выбрасываются на рабочую поверхность детали и происходит равномерный цикл напыления. Мы получаем “броню” на нашем изделии в виде нового слоя с необходимыми характеристиками (повышенная прочность, электропроводимость, устойчивость к агрессивным средам - что душе угодно).

Работа плазмотрона:

Факт №2 Для плазмотрона с мощностью 30-40 кВт производительность составляет от 3 до 20 кг/ч, что являеется хорошей производительностью

Факт № 3 Греет максимально жарко. Классическим горением таких градусов не достичь, а аппаратом можно выжать температуру до 150 000 °C, но для большего спектра работ хватает 10 000 - 30 000 °C. Кстати, распалить можно любой металл.

Зачем человечеству технология плазменного напыления?

Разве условный цилиндр в гидроударном механизме не может жить своей жизнью, работая всё время в агрессивной среде (там, где с огромной вероятностью металл подвергается коррозии), стараясь, потом снова работая и так в своём нескончаемом жизненном цикле, пока не придётся его заменить и отправить на металлолом?

Но, плазменное напыление - своеобразный биохакинг, который может продлить жизнь изделию, порадовав все его атомы и снизить расходы на капитальный ремонт (увеличив срок службы критически важных компонентов, находящихся под нагрузкой). Но это не единственное его применение. Плазменное напыление сочетает плюсы газопламенного + дугового напыления и может помочь нашим металлическим братьям следующими способами:

1.Наносить защитные покрытия (в т.ч. образуя оксидные пленки) на габаритные изделия сложной формы. Как на гильзы цилиндров:

2.Способ подойдёт материалам не терпящим термообработки в печи (конструкции из стекло, фарфор, дерево, ткань) - так как в процессе изделие нагревается +/- до 200 *c + избежать его деформации

3.Значительно увеличить размеры детали (восстановление и ремонт изношенных частей целостной конструкции); так же можно восстановить деталь (наплавив требуемое количество миллиметров материала).

Сам процесс автоматизируется, а это значит, что:

исключается риск неравномерного нанесения нового слоя напыления на изделие в рабочем цикле (отсутствие человеческого фактора в момент нанесения напыления);
прост в эксплуатации (автоматические и полуавтоматические модели регулируются оператором: параметры пуска, остановки, мощности).

Какие покрытия в широком ходу при газоплазменном напылении?

оксид хрома, керамика
оксид алюминия, керамика
оксид титана, керамика
карбид хрома
диоксид циркония, керамика

ИЗ ОЧЕВИДНЫХ ПЛЮСОВ ГАЗОТЕРМИЧЕСКОГО НАПЫЛЕНИЯ:

Качество. На выходе получается стандартное качество изделия благодаря воспроизводимости процесса (автоматические и полуавтоматические модели плазмотрона регулируются оператором: параметры пуска, остановки, мощности). Слой напыляемого материала распределяется равномерно с минимальными погрешностями.

Экологичность. Плазменный способ напыления встраивается в современную экологическую повестку. Газ (может использоваться гелий, водород, азот, аргон, их комбинации, а также из смеси газов с воздухом) в процессе нанесения смеси - инертный (частицы газа не проникают в металл и не окисляют его и не выделяют уйму вредных веществ для земной атмосферы).

В каких отраслях применяют?

А так же в машиностроении, защите элементов горнорудного оборудования (усиление защитных свойств деталей, постоянно контактирующих с песком, кирпичом и т.д), ремонте лопастей судовых винтов.

Но, не плазменным напылением едины! Любая технология из области ГТН имеет свои особенности и ощутимые преимущества. Главная задача - подобрать пригодный способ наплавки для вашего изделия, так как, для восстановления условного коленчатого вала подойдёт газопламенный метод, а для нанесения электропроводящего материала на фарфоровый изолятор (для ЛЭП) не обойтись без плазмотрона и его уникальных свойств, чтобы придать новому слою электропроводимость.

Пользуйтесь газотермическими технологиями на благо вашего дела и интересуйтесь областями металлургии как с точки зрения применения передовых технологий для своего предприятия, так и с точки зрения науки, знания из которой могут пригодиться Вам в течение всей жизни!