ציפוי פלזמה: ציוד וטכנולוגיית תהליך

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

היעילות והבעיות של משטח פלזמה חריפות ביותר עבור מהנדסי חומרים. הודות לטכנולוגיה זו, ניתן לא רק להגדיל משמעותית את חיי השירות והאמינות של חלקים ומכלולים עמוסים מאוד, אלא גם לשחזר, כך נראה, במאה אחוז מוצרים שחוקים והרוסים.

הכנסת משטח פלזמה לתהליך הטכנולוגי מגדילה משמעותית את התחרותיות של מוצרים הנדסיים. התהליך אינו חדש ביסודו ונמצא בשימוש זמן רב. אבל הוא כל הזמן משפר ומרחיב את היכולות הטכנולוגיות שלו.

הוראות כלליות

פלזמה היא גז מיונן. ידוע באופן אמין שניתן להשיג פלזמה בשיטות שונות כתוצאה מהשפעות חשמליות, תרמיות או מכניות על מולקולות גז. לצורך היווצרותו, יש צורך לקרוע אלקטרונים בעלי מטען שלילי מאטומים חיוביים.

בכמה מקורות אתה יכול למצואמידע שפלזמה היא המצב הרביעי של צבירה של חומר יחד עם מוצק, נוזלי וגזי. לגז מיונן מספר תכונות שימושיות והוא נמצא בשימוש בענפים רבים של מדע וטכנולוגיה: משטח פלזמה של מתכות וסגסוגות על מנת לשחזר ולהקשיח מוצרים בעלי עומסים כבדים שחווים עומסים מחזוריים, חנקת יון-פלזמה בפריקה זוהרת לרוויון דיפוזיה והקשחת משטחים של חלקים, ליישום תהליכים כימיים. כבישה (בשימוש בטכנולוגיית ייצור אלקטרוניקה).

הכנה לעבודה

לפני שתתחיל לעלות על פני השטח, עליך להגדיר את הציוד. בהתאם לנתוני ההתייחסות, יש צורך לבחור ולהגדיר את זווית הנטייה הנכונה של פיית המבער לפני השטח של המוצר, ליישר את המרחק מקצה המבער לחלק (הוא צריך להיות בין 5 ל-8 מילימטרים) והכנס את החוט (אם חומר החוט עולה).

אם השטח יבוצע על ידי תנודות של הזרבובית בכיוונים רוחביים, אז יש צורך לכוון את הראש בצורה כזו שהריתוך יהיה בדיוק באמצע בין הנקודות הקיצוניות של אמפליטודות התנודות של רֹאשׁ. יש צורך גם להתאים את המנגנון שקובע את התדירות והגודל של תנועות הראש.

טכנולוגיית שטח פני קשת פלזמה

תהליך השטח הוא די פשוט וניתן לבצע אותו בהצלחה על ידי כל רתך מנוסה. עם זאת, הוא דורשמבצע ריכוז ותשומת לב מרביים. אחרת, אתה יכול בקלות להרוס את חומר העבודה.

פריקת קשת חזקה משמשת ליינון גז העבודה. ניתוק אלקטרונים שליליים מאטומים טעונים חיובית מתבצע עקב ההשפעה התרמית של הקשת החשמלית על סילון תערובת הגז הפועלת. עם זאת, במספר תנאים, הזרימה אפשרית לא רק בהשפעת יינון תרמי, אלא גם בשל השפעת שדה חשמלי רב עוצמה.

הגז מסופק בלחץ של 20-25 אטמוספרות. ליינון שלו נדרש מתח של 120-160 וולט בזרם של כ-500 אמפר. יונים טעונים חיובית נלכדים על ידי השדה המגנטי וממהרים אל הקתודה. המהירות והאנרגיה הקינטית של חלקיקים אלמנטריים כה גדולה שכאשר הם מתנגשים במתכת, הם מסוגלים להעניק לה טמפרטורה עצומה - מ-+10 … +18,000 מעלות צלזיוס. במקרה זה היונים נעות במהירות של עד 15 קילומטרים לשנייה (!). מתקן משטח הפלזמה מצויד במכשיר מיוחד הנקרא "לפיד פלזמה". הצומת הזה הוא שאחראי על יינון הגז וקבלת זרימה מכוונת של חלקיקים אלמנטריים.

עוצמת הקשת צריכה להיות כזו שתמנע התכה של חומר הבסיס. יחד עם זאת, טמפרטורת המוצר צריכה להיות גבוהה ככל האפשר על מנת להפעיל תהליכי דיפוזיה. לפיכך, הטמפרטורה צריכה להתקרב לקו הליקווידוס בתרשים הברזל-צמנטיט.

אבקה דקה של הרכב מיוחד או חוט אלקטרודה מוזנת לתוך סילון של פלזמה בטמפרטורה גבוהה, שבה החומרנמס. במצב נוזלי, המשטח נופל על המשטח המוקשה.

ריסוס פלזמה

כדי ליישם ריסוס פלזמה, יש צורך להגדיל משמעותית את קצב זרימת הפלזמה. ניתן להשיג זאת על ידי התאמת המתח והזרם. פרמטרים נבחרים באופן אמפירי.

חומרים להתזת פלזמה הם מתכות עקשנות ותרכובות כימיות: טונגסטן, טנטלום, טיטניום, בורידים, סיליקידים, תחמוצת מגנזיום ותחמוצת אלומיניום.

היתרון הבלתי מעורער של ריסוס בהשוואה לריתוך הוא היכולת להשיג את השכבות הדקות ביותר, בסדר גודל של מספר מיקרומטרים.

טכנולוגיה זו משמשת להקשחת חיתוך של סיבוב וכרסום תוספות קרביד הניתנות להחלפה, כמו גם ברזים, מקדחות, שקעים, חולצים וכלים אחרים.

השגת סילון פלזמה פתוח

במקרה זה, חומר העבודה עצמו פועל כאנודה, עליה החומר מופקד על ידי פלזמה. החיסרון הברור של שיטת עיבוד זו הוא חימום פני השטח וכל נפח החלק, מה שעלול להוביל לתמורות מבניות ולהשלכות לא רצויות: ריכוך, שבריריות מוגברת וכדומה.

סילון פלזמה סגור

במקרה זה, מבער הגז, ליתר דיוק, הזרבובית שלו, פועלת כאנודה. שיטה זו משמשת לציפוי אבקת פלזמה על מנת לשחזר ולשפר את הביצועים של חלקים וצמתי מכונה. טכנולוגיה זו צברה פופולריות מיוחדת בתחום ההנדסה החקלאית.

היתרונות של ציפוי פלזמה קשיח

אחד היתרונות העיקריים הוא ריכוז האנרגיה התרמית בשטח קטן, מה שמפחית את השפעת הטמפרטורה על המבנה המקורי של החומר.

התהליך ניתן לניהול היטב. אם רוצים, ועם הגדרות ציוד מתאימות, שכבת השטח יכולה לנוע בין כמה עשיריות המילימטר לשני מילימטרים. האפשרות להשיג שכבה מבוקרת רלוונטית במיוחד כרגע, שכן היא מאפשרת להגדיל משמעותית את היעילות הכלכלית של העיבוד ולקבל תכונות אופטימליות (קשיות, עמידות בפני קורוזיה, עמידות בפני שחיקה ועוד רבים אחרים) של משטחי מוצרי הפלדה.

יתרון נוסף לא פחות חשוב הוא היכולת לבצע ריתוך פלזמה והשטחה של מגוון רחב של חומרים: נחושת, פליז, ברונזה, מתכות יקרות וגם לא מתכות. שיטות ריתוך מסורתיות רחוקות מלהיות תמיד מסוגלות לעשות זאת.

ציוד קשיח

התקנה לציפוי אבקת פלזמה כוללת משנק, מתנד, לפיד פלזמה וספקי כוח. כמו כן, יש להצטייד בהתקן להזנה אוטומטית של גרגירי אבקת מתכת לאזור העבודה ובמערכת קירור עם זרימת מים קבועה.

מקורות חשמל עבור פלזמה קשיח חייבים לעמוד בדרישות מחמירותקביעות ואמינות. שנאי ריתוך עושים את העבודה הטובה ביותר בתפקיד זה.

כאשר משטחים חומרי אבקה על משטח מתכת, משתמשים בקשת המשולבת. סילוני פלזמה פתוחים וסגורים משמשים בו זמנית. על ידי התאמת העוצמה של קשתות אלו, ניתן לשנות את עומק החדירה של חומר העבודה. בתנאים אופטימליים, עיוות של מוצרים לא יופיע. זה חשוב בייצור חלקים ומכלולים של הנדסת דיוק.

מזון חומרים

אבקת מתכת מוזנת על ידי מכשיר מיוחד ומוכנסת לאזור ההיתוך. המנגנון או עקרון הפעולה של המזין הוא כדלקמן: להבי הרוטור דוחפים את האבקה לזרם הגז, החלקיקים מחוממים ונצמדים למשטח המטופל. האבקה מוזנת דרך זרבובית נפרדת. בסך הכל מותקנות במבער הגז שלוש חרירים: לאספקת פלזמה, לאספקת אבקת עבודה ולהגנה על גז.

אם אתה משתמש בחוט, רצוי להשתמש במנגנון ההזנה הסטנדרטי של מכונת ריתוך קשת שקועה.

הכנת פני השטח

יש להקדים את משטח הפלזמה והתזת חומרים בניקוי יסודי של המשטח מכתמי שומן ומזהמים אחרים. אם במהלך ריתוך קונבנציונלי מותר לבצע רק ניקוי משטח מחוספס של מפרקים מחלודה ואבנית, אז כאשר עובדים עם פלזמה גז, פני השטח של חומר העבודה חייבים להיות נקיים באופן אידיאלי (עד כמה שניתן), ללא תכלילים זרים. סרט התחמוצת הדק ביותר מסוגללהחליש באופן משמעותי את האינטראקציה הדביקה בין הכיסוי הקשיח למתכת הבסיס.

כדי להכין את המשטח לשטח, מומלץ להסיר שכבת משטח לא משמעותית של מתכת בעיבוד שבבי בחיתוך ולאחר מכן הסרת שומנים. אם מידות החלק מאפשרות, מומלץ לשטוף ולנקות את המשטחים באמבט קולי.

מאפיינים חשובים של משטח מתכת

ישנן מספר אפשרויות ושיטות לציפוי פלזמה. השימוש בחוט כחומר למשטח מעלה משמעותית את הפרודוקטיביות של התהליך בהשוואה לאבקות. זאת בשל העובדה שהאלקטרודה (חוט) פועלת כאנודה, מה שתורם לחימום מהיר הרבה יותר של החומר המופקד, מה שאומר שהיא מאפשרת לכוון את מצבי העיבוד כלפי מעלה.

עם זאת, איכות הציפוי ותכונות ההדבקה הן בבירור בצד של תוספי אבקה. השימוש בחלקיקי מתכת עדינים מאפשר להשיג שכבה אחידה בכל עובי על פני השטח.

אבקת משטח

השימוש בציפוי אבקה עדיף מבחינת איכות המשטחים המתקבלים ועמידות בפני שחיקה, ולכן יותר ויותר נעשה שימוש בתערובות אבקה בייצור. ההרכב המסורתי של תערובת האבקה הוא חלקיקי קובלט וניקל. לסגסוגת של מתכות אלה תכונות מכניות טובות. לאחר עיבוד עם הרכב כזה, פני השטח של החלק נשארים חלקים לחלוטין ואין צורך בגימור מכני שלו ובביטול אי סדרים.החלק של חלקיקי האבקה הוא רק כמה מיקרומטרים.