Плазменное напыление

Г.И. Носова»
Презентация
По дисциплине: «Основы процессов нанесения защитных покрытий»
ПЛАЗМЕННОЕ НАПЫЛЕНИЕ

Выполнили: Студенты гр. ТГП-04
Коршенков С.В.
Дорофеев В.И.
Проверил: Полякова М.А.



Магнитогорск 2007

Кафедра машиностроительных и металлургических технологий

и упрочняющих покрытий на поверхность деталей. Это процесс, при котором наносимый материал

в виде порошка или проволоки вводится в струю плазмы и нагревается в процессе движения с потоком газа до температур, превышающих температуру его плавления, и разгоняется в процессе нагрева до скоростей порядка нескольких сотен м/с. Плазменное напыление является одним из наиболее распространенных и сложных процессов плазменной обработки. По степени распространенности оно уступает плазменной резке, но является более сложным в силу круга решаемых задач, состава плазмообразующих газов и смесей и бесконечного разнообразия наносимых материалов. Даже перечень классов плазменных покрытий выглядит весьма внушительно.

Покрытия, наносимые методом

плазменного напыления 1) Коррозионно-стойкие для работы в агрессивных жидкостях и газах, при низких, нормальных и высоких температурах, в кислотах и щелочах, в растворах и расплавах солей и металлов, в условиях дополнительного эрозионного, фрикционного или абразивного износа, с наличием дополнительного электрохимического взаимодействия или без и так далее. 2) Износостойкие в условиях сухого трения или со смазкой, при малых и больших давлениях и удельных нагрузках, при низких и высоких скоростях перемещения, при низких и высоких температурах и т.д. 3) Электроизоляционные и электропроводные в самых разных условиях. 4) Фрикционные и антифрикционные при самых различных нагрузках и условиях трения. 5) Декоративные 6) Каталитические и ингибиторные, разделительные, магнитные и магнитопрозрачные. 7) Высокопрочные 8) Жаростойкие

подшипники и запрессовку
роторные валы и крышки электродвигателей
роторы и

коленчатые валы
подшипники скольжения компрессоров
валы полиграфического и бумажного производства
валы, муфты насосов
защитные втулки
тормозные диски
винтовые транспортеры
ролики рольганов
детали ворсовальных станков и прядильно-ткацкого оборудования
пиноли и направляющие станков
лопатки турбин, компрессоров и вентиляторов
коленчатые валы
подшипники скольжения с антифрикционным слоем на основе бронз, баббитов
барабаны помольных мельниц
штампы
литейные оборудование и формы
быстроизнашиваемые детали полиграфического оборудования

и UC на основе работ Смита, предложившего устройство для нанесения

покрытий, содержащее катод в форме стержня и анод в форме сопла.

Плазменный распылитель состоит из катодного 1 и анодного 2 узлов. Между катодом 3 и анодом 4 возбуждается электрическая дуга 5. Дуга в сопле анода отжимается газовым потоком от стенок охлаждаемого сопла, что увеличивает плотность ее энергии и повышает температуру столба дуги

дуга удлиняется за счет последовательного переключения на аноды, разделенные между

собой электрически нейтральными межэлектродными вставками (б)

в конце 50-х годов. Тогда удалось получить невиданную производительность –

15 кг/ч вольфрама при мощности 12 кВт а) прутковый б) проволочный

с подачей в плазменную струю 1, под углом навстречу потоку

2, в сопло в заанодную зону дуги 3 или в доанодную зону, как в плазмотроне М8-27 конструкции В.М. Иванова

- подача плазмообразующего газа; 3 - подача порошка; 4 - слив воды; 5

- анодный узел; 6 - анод; 7 - изолятор; 8 - катодный узел; 9 - катод.

НАПЫЛЕНИЕ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ
ВНУТРУННЕЕ ПЛАЗМЕННОЕ НАПЫЛЕНИЕ

материалов на поверхность изделий. Процесс осуществляется в зависимости от требований

к покрытиям в открытой камере или в камере с контролируемой средой и давлением.
Новизна. Оригинальная конструкция плазмотрона позволяет получить достаточно высокой мощности плазменную струю из аргона при относительно низком значении тока дуги (до 300 А). Можно применять смеси газов на основе аргона с добавлением азота, водорода, гелия. Создаются наполненные профили температуры и скорости плазмы. Равномерный нагрев и ускорение напыляемого материала. Исключается нежелательный эффект химического взаимодействия материала с активными составляющими плазмы. Обеспечиваются высокое качество покрытий и стабильность процесса напыления. Значителен ресурс работы плазмотрона - сотни часов.
Основные характеристики. Мощность аргонового плазмотрона - 10 - 50 кВА. Расход аргона - 1,5 - 7,0 м3/ч. Расход воды на охлаждение - 0,7 м3 /ч. Ресурс работы катода и анода - 200 часов. Производительность по напыляемым материалам: NiСгВSi - 7 кг/ч, Аl2Оз - 2 кг/ч. Скорость напыляемых частиц, в открытой камере - до 600 м/с, в камере с разреженной средой -до 800м/с. Низкий уровень шума.
Качество покрытий. Покрытия, полученные традиционным плазменным напылением (ТПН) характеризуются высоким качеством. Пористость покрытий: в открытой камере - 1 - 6%, в камере с разреженной средой - 0-2%.
Область применения. Упрочнение поверхности ответственных узлов и деталей машин и механизмов. Нанесение легко окисляющихся материалов. Создание изделий из композиционных материалов практически любого состава и соотношения.

практически любых металлов, простота используемого оборудования - в результате нет

баллонов со сжатыми газами, низкая себестоимость напыленных покрытий, простота управления. Высокая степень воспроизводимости процесса напыления.
Основные характеристики. Мощность воздушного плазмотрона 10 …60 кВА. Расход воздуха - 1…5 м3/час. Расход воды на охлаждение - 0,54 - 0,72 м3/час. Ресурс работы катода - 10 час, анод - 20 час. Производительность по напыляемым порошковым материалам: NiCrBSi до 10 кг/час, Al2O3 до 3 кг/час.
Качество покрытий. Напыленные методом ВПН покрытия не ниже, а в некоторых случаях выше, чем покрытия, полученные традиционным плазменным напылением (ТПН) с использованием оборудования известных фирм.
Область применения. Восстановление изношенных деталей различных машин и механизмов. Изготовление изделий методом плазменного формования с уникальными характеристиками и параметрами.

и изделия реализуется с помощью метода сверхзвукового напыления. Этот метод

применим для коленчатых валов даже самых больших машин (типа МАЗ, КАМАЗ, КрАЗ), коленчатых валов судовых дизелей, шаровых клапанов вентилей, матриц пресс-форм, гребней шнеков и других аналогичных деталей.
Сверхзвуковая плазменная установка для напыления высокопрочных покрытий включает источник питания типа АПР - 404 , дозатор порошка, сверхзвуковой плазмотрон и пульт управления. Камера для напыления и устройство перемещения детали в зависимости от её размеров и габаритов не поставляется. Компрессор для сжатого воздуха поставляется по отдельному заказу. Источник питания АПР-404н используется с напряжением холостого хода 320 В, рабочее напряжение 250 - 280 В, ток дуги регулируется в пределах 160 - 250 А и определяется порошком, который напыляется.
Качество покрытий. Покрытия, реализуемые сверхзвуковым способом, характеризуются максимальными данными по плотности и пористости. Лучшими данными по износостойкости.
Область применения. Нанесение сверхпрочных покрытий на некоторые изделия, преимущественно валы тяжелых машин, судовых колен валов и других деталей спец назначения.

порошковых материалов (металлов, сплавов, некоторых видов керамики, пластмасс) на внутреннюю

поверхность деталей - труб, внутреннюю цилиндров и других деталей.

Основные характеристики. Отличаются тем, что применяется малогабаритный плазмотрон, выполненный в виде головки на длинном стебле. Рабочий ток до 300 А. Расход газа (аргон или аргон с азотом). Напыление с производительностью 2 кг/час.

Область применения. Упрочнение различных деталей машин и механизмов преимущественно нефтяных, двигателей внутреннего сгорания, деталей специального назначения и других деталей.

в качестве
плазмообразующего газа (воздух, аммиак,
пропан, водород, вода)

технология вакуумного плазменного

напыления

использование микроплазменных распылителей
(для нанесения покрытий на мелкие детали)

газов аргона, азота, водорода при расходе аргона до 100 л/мин,

азота - до 50 л/мин, водорода - до 20 л/мин, транспортирующего газа - до 30 л/мин. Производительность напыления по металлическим сплавам - до 5 кг/ч. Плотность порошковых покрытий - 92 - 99%, прочность сцепления - 30…80 МПа. Установка комплектуется плазмотронами F-4 мощностью 55 кВт или F-1 для нанесения покрытий на внутренние поверхности диаметром от 90 мм при мощности 25 кВт, плазмотроном SG-100 мощностью 80 кВт и снабжена роботом KUKA KR-15/2 грузоподъемностью на руке 15 кг. Установка разработана и поставляется ООО "Технологические Системы Защитных Покрытий" (Россия).

изменением энергетического спектра и степени ионизации лазерного эрозионного факела позволяет

решить задачу
получения пленок с различными структурными
характеристиками от предельно неупорядоченного и
даже аморфного состояния до эпитаксиальных пленок.
При этом могут создаваться сверхтонкие пленки
металла, в которых могут наблюдаться классический и
квантовый размерный эффекты.

на поверхности твердой мишени. Под действием лазерного излучения с поверхности

мишени испаряется вещество и, как правило, образуется плазма. Вакуумная камера откачивается турбомолекулярным или диффузионным насосом до давления порядка 10-6 мм рт.ст. Внутри камеры располагаются мишень, сепаратор капель и нагреватель подложки. Нагреватель позволяет поддерживать температуру подложки в пределах 50-1000°С. Плазма, расширяясь при разлете по нормали к мишени, достигает подложки, на поверхности которой и происходит рост пленки. В качестве мишени применяются диски из необходимых материалов (металлы, сплавы, полупроводниковые кристаллы, керамики, и составные мишени). Плоскости мишени и подложки, как правило, параллельны друг другу и отклонены на 20° от вертикали. Расстояние между ними может составлять от 25 до 120 мм. ВЧ возбуждение буферного газа осуществляется генератором с частотой 50 - 100 кГц.

воздействия излучения лазера на конденсированные среды // Труды ФИ АН

СССР.-1970.-52.-c.118-170.

2. Гапонов С. В., Салащенко Н, Н. Электронная промышленность, 1976,© 1, c.11-20.

3. Жерихин А.Н. Лазерное напыление тонких пленок. Итоги науки и техники. Серия: Современные проблемы лазерной физики, М.:ВИНИТИ, 1990,107с.

4. А.Н. Жерихин, А.И. Худобенко, Р.Т. Вилльямс, и др., Квантовая электроника, 33 (11) 975 (2003).

5. Ашкрофт H.Н., Мермин Н.// Физика твердого тела. Москва. 1979. 400 C.

6. Комник Ю.Ф. // Физика металлических пленок. Москва.1979. 273 С.