Opis
Przeznaczenie i zasada działania
Urządzenie służy do nanoszenia powłok odpornych na zużycie i korozję, powłok termoizolacyjnych oraz innych powłok funkcjonalnych metodą natryskiwania plazmowego materiałów proszkowych na bazie metali, stopów, węglików, borków, tlenków i cermetali.
Konstrukcja plazmotronu umożliwia pracę zarówno w trybie poddźwiękowym, jak i naddźwiękowym przy liczbie Macha M = 1,5–2,0 i wyższej. Pozwala to sterować temperaturą i prędkością cząstek w szerokim zakresie, optymalizować proces dla różnych klas materiałów oraz uzyskiwać powłoki o z góry określonych właściwościach.
System pracuje na prądzie stałym o biegunowości prostej (DCEN), z trójelektrodowym plazmotronem z katodą termochemiczną. Taki układ pozwala stosować jako medium plazmotwórcze powietrze z dodatkiem 5–10 % gazu palnego (metanu lub propanu / propanu-butanu) i wytwarzać strumienie plazmy o entalpii właściwej 12–30 MJ/kg. Brak konieczności stosowania gazów szlachetnych o wysokiej czystości zapewnia ekonomiczność i dostępność technologiczną procesu przy zachowaniu wysokich parametrów energetycznych strumienia.
Urządzenie umożliwia sterowanie warunkami utleniająco-redukcyjnymi plazmy przez zmianę proporcji powietrza i gazu palnego, co pozwala realizować tryb redukcyjny, neutralny lub utleniający. Dzięki temu można nanosić wysokiej jakości powłoki z metali trudnotopliwych (W, Nb, Ta) i ich stopów, ceramiki beztlenowej i tlenkowej (ZrO2–Y2O3, Cr2O3, WC, TaB2, TaSi2, MoSi2), cermetali (WC–Co, Cr3C2–NiCr), a także wielowarstwowe i kompozytowe układy metalowo-ceramiczne. Grubość powłok — od 50 µm do 1–2 mm i więcej.
Podstawowe parametry procesu
| Parametr | Wartość |
|---|---|
| Temperatura plazmy, K | 3500–12000 |
| Prędkość strumienia plazmy, m/s | 1500–3000 |
| Prędkość cząstek natryskiwanego materiału, m/s | 400–800 |
| Maksymalna wydajność natryskiwania, kg/h | 8–20 |
| Moc elektryczna, kW | 40–180 |
| Współczynnik wykorzystania materiału | 0,6–0,8 |
Co daje naddźwiękowa prędkość strumienia
- prędkość cząstek w chwili zderzenia z podłożem wzrasta 3–4-krotnie;
- energia kinetyczna cząstek rośnie 9–16-krotnie, co daje skokową poprawę właściwości użytkowych powłok — wytrzymałości adhezyjnej i kohezyjnej oraz odporności na zużycie;
- porowatość powłoki spada poniżej 0,5–1 %.
Technologia łączy wysoką gęstość energii plazmy, elastyczne sterowanie potencjałem chemicznym strumienia i ekonomiczność eksploatacji, co czyni system skuteczną alternatywą dla tradycyjnych procesów plazmowych argonowych i HVOF.
Specyfikacja zespołów podstawowych i pomocniczych
| Zespół | Ilość, szt. |
|---|---|
| Plazmotron naddźwiękowy | 1 |
| Specjalizowany układ zasilania o prądzie roboczym do 300–350 A i napięciu do 540 V, do zasilania plazmotronu o mocy 60–120 (180) kW | 1 |
| Układ sterowania zintegrowany z blokiem przygotowania gazów, ze sterownikiem PLC | 1 |
| Mobilny pulpit sterowniczy z panelem dotykowym | 1 |
| Dwuzbiornikowy podajnik proszku, po 5 l każdy | 1 |
| Komplet kabli, akcesoriów i części zamiennych | 1 |
Opcje dodatkowe (po uzgodnieniu z zamawiającym):
- komora natryskiwania z manipulatorem CNC lub gniazdo zrobotyzowane w izolowanej kabinie;
- manipulator wyrobu — pozycjoner jedno- lub dwuosiowy;
- układ chłodzenia plazmotronu;
- sprężarka powietrza;
- rampa z butlami gazu palnego.
Podstawowe dane techniczne
| Parametr | Wartość |
|---|---|
| Napięcie biegu jałowego, V | 540 |
| Napięcie robocze łuku, V | 200–550 |
| Prąd roboczy łuku, A | 150–350 |
| Ciśnienie powietrza w sieci, MPa | 0,8–2,5 |
| Zużycie podstawowego gazu plazmotwórczego — powietrza, Nm³/h | 10–35 |
| Zużycie dodatku gazu palnego (metan, propan), Nm³/h | 0,1–3,0 |
| Zużycie wody chłodzącej, m³/h | 1,0 |
| Wielkość cząstek proszku, µm: ceramika, cermetale metale, stopy |
10–30 15–40 |
| Największa wydajność natryskiwania, kg/h: proszki ceramiczne proszki metaliczne |
8–18 15–20 |
| Współczynnik wykorzystania proszku | 0,6–0,7 |