Призначення та принцип роботи
Установка призначена для нанесення зносостійких, корозійностійких, теплозахисних та інших функціональних покриттів методом плазмового напилення порошкових матеріалів на основі металів, сплавів, карбідів, боридів, оксидів і металокераміки.
Конструкція плазмотрона забезпечує роботу як у дозвуковому, так і в надзвуковому режимах із числом Маха M = 1,5–2,0 і більше. Це дозволяє керувати температурою та швидкістю частинок у широкому діапазоні, оптимізувати процес напилення для різних класів матеріалів і формувати покриття з наперед заданими властивостями.
Система працює на постійному струмі у режимі прямої полярності (DCEN) із застосуванням триелектродного плазмотрона з термохімічним катодом. Така схема дозволяє використовувати як плазмоутворююче середовище повітря з добавкою 5–10 % горючого газу (метану або пропану / пропан-бутану) та формувати плазмові струмені з підвищеною питомою ентальпією 12–30 МДж/кг. Відсутність потреби у високочистих інертних газах забезпечує економічність і технологічну доступність процесу при збереженні високих енергетичних параметрів струменя.
Обладнання забезпечує кероване регулювання окислювально-відновлювальних умов плазми шляхом зміни співвідношення повітря та горючого газу, що дозволяє реалізовувати відновлювальний, нейтральний або окислювальний режим напилення. Завдяки цьому можна наносити високоякісні покриття з тугоплавких металів (W, Nb, Ta), їх сплавів, безкисневої та оксидної кераміки (ZrO2–Y2O3, Cr2O3, WC, TaB2, TaSi2, MoSi2), керметів (WC–Co, Cr3C2–NiCr), а також багатошарові та композиційні металокерамічні системи. Товщина покриттів — від 50 мкм до 1–2 мм і більше.
Основні показники процесу
| Показник | Значення |
|---|---|
| Температура плазми, K | 3500–12000 |
| Швидкість плазмового струменю, м/с | 1500–3000 |
| Швидкість частинок напилюваного матеріалу, м/с | 400–800 |
| Максимальна продуктивність напилення, кг/год | 8–20 |
| Електрична потужність, кВт | 40–180 |
| Коефіцієнт використання матеріалу | 0,6–0,8 |
Що дає надзвукова швидкість струменя
- швидкість частинок напилюваного матеріалу в момент зустрічі з основою зростає у 3–4 рази;
- кінетична енергія частинок підвищується у 9–16 разів, що дає якісний стрибок службових властивостей покриттів — адгезійної та когезійної міцності, зносостійкості;
- пористість покриття досягає менше 0,5–1 %.
Технологія, яка реалізується за допомогою цього обладнання, поєднує високу енергетичну щільність плазми, гнучке керування хімічним потенціалом струменя та економічність експлуатації. Це робить систему ефективною альтернативою традиційним аргоновим плазмовим і HVOF-процесам.
Специфікація основних та допоміжних вузлів
| Одиниці установки | Кількість, шт. |
|---|---|
| Надзвуковий плазмотрон | 1 |
| Спеціалізована система електроживлення з робочим струмом до 300–350 А і напругою до 540 В для живлення надзвукового плазмотрона потужністю 60–120 (180) кВт | 1 |
| Система управління, об’єднана з блоком газопідготовки, з PLC-програмованим контролером | 1 |
| Мобільний пульт системи управління з сенсорною панеллю | 1 |
| Двобункерний порошковий живильник, об’єм кожного бункера 5 л | 1 |
| Комплект кабелів, аксесуарів та запасних частин | 1 |
Допоміжні опції (за узгодженням із замовником):
- камера напилення з маніпулятором із числовим програмним управлінням або роботизований комплекс в ізольованому боксі;
- маніпулятор виробу — одноосьовий або двохосьовий обертач;
- система охолодження плазмотрона;
- компресор для повітря;
- рампа з балонами для горючого газу.
Основні технічні характеристики
| Параметр | Значення |
|---|---|
| Напруга холостого ходу, В | 540 |
| Робоча напруга на дузі, В | 200–550 |
| Робочий струм дуги, А | 150–350 |
| Тиск повітря в мережі, МПа | 0,8–2,5 |
| Витрата основного плазмоутворюючого газу — повітря, н.м³/год | 10–35 |
| Витрата добавки горючого газу в плазмоутворюючу суміш (метан, пропан), н.м³/год | 0,1–3,0 |
| Витрата охолоджувальної води, м³/год | 1,0 |
| Розмір частинок порошкових матеріалів, мкм: кераміка, кермети метали, сплави | 10–30 15–40 |
| Найбільша продуктивність по напилюваному матеріалу, кг/год: по керамічних порошках по металевих порошках | 8–18 15–20 |
| Коефіцієнт використання порошку | 0,6–0,7 |