พื้นผิวพลาสม่า: อุปกรณ์และเทคโนโลยีกระบวนการผลิต

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 10:42

ประสิทธิภาพและปัญหาของพื้นผิวพลาสม่านั้นรุนแรงมากสำหรับวิศวกรวัสดุ ด้วยเทคโนโลยีนี้ ไม่เพียงแต่จะเพิ่มอายุการใช้งานและความน่าเชื่อถือของชิ้นส่วนและชุดประกอบที่รับน้ำหนักมากได้อย่างมากเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการบูรณะด้วย ดูเหมือนว่าผลิตภัณฑ์ที่สึกหรอและถูกทำลายร้อยเปอร์เซ็นต์

การนำพลาสมาที่ผิวหน้าเข้าสู่กระบวนการทางเทคโนโลยีช่วยเพิ่มความสามารถในการแข่งขันของผลิตภัณฑ์ด้านวิศวกรรมได้อย่างมาก กระบวนการนี้ไม่ใช่เรื่องใหม่โดยพื้นฐานและใช้มาเป็นเวลานาน แต่มีการปรับปรุงและขยายขีดความสามารถทางเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่อง

บทบัญญัติทั่วไป

พลาสม่าเป็นก๊าซไอออไนซ์ เป็นที่ทราบได้อย่างน่าเชื่อถือว่าสามารถรับพลาสมาได้ด้วยวิธีการต่างๆ อันเป็นผลมาจากผลกระทบทางไฟฟ้า ความร้อน หรือทางกลต่อโมเลกุลของแก๊ส สำหรับการก่อตัวของมัน จำเป็นต้องฉีกอิเล็กตรอนที่มีประจุลบออกจากอะตอมบวก

ในบางแหล่งคุณสามารถค้นหาข้อมูลที่พลาสมาเป็นสถานะการรวมตัวของสสารที่สี่พร้อมกับของแข็ง ของเหลว และก๊าซ ก๊าซที่แตกตัวเป็นไอออนมีคุณสมบัติที่มีประโยชน์หลายประการและถูกใช้ในสาขาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีหลายสาขา: การพ่นผิวด้วยพลาสมาของโลหะและโลหะผสมเพื่อฟื้นสภาพและชุบแข็งผลิตภัณฑ์ที่รับภาระหนักที่มีภาระเป็นวงกลม ไอออนพลาสม่าไนไตรด์ในการปลดปล่อยแสงเพื่อความอิ่มตัวของการแพร่กระจาย และการชุบแข็งพื้นผิวของชิ้นส่วนสำหรับการดำเนินการตามกระบวนการทางเคมี การดอง (ใช้ในเทคโนโลยีการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์)

เตรียมงาน

ก่อนเริ่มทำพื้นผิว คุณต้องตั้งค่าอุปกรณ์ก่อน ตามข้อมูลอ้างอิง จำเป็นต้องเลือกและตั้งค่ามุมเอียงของหัวเตาให้ถูกต้องกับพื้นผิวของผลิตภัณฑ์ จัดระยะห่างจากปลายหัวเตาไปที่ส่วน (ควรอยู่ระหว่าง 5 ถึง 8 มิลลิเมตร) แล้วสอดลวดเข้าไป (หากวัสดุลวดเป็นพื้นผิว)

หากพื้นผิวถูกกระทำโดยความผันผวนของหัวฉีดในทิศทางตามขวาง จำเป็นต้องตั้งหัวในลักษณะที่รอยเชื่อมอยู่ตรงกลางระหว่างจุดสุดขีดของแอมพลิจูดความผันผวนของ ศีรษะ. นอกจากนี้ยังจำเป็นต้องปรับกลไกที่กำหนดความถี่และขนาดของการสั่นของศีรษะ

เทคโนโลยีพื้นผิวพลาสม่าอาร์ค

ขั้นตอนการชุบผิวค่อนข้างเรียบง่ายและสามารถทำได้โดยช่างเชื่อมที่มีประสบการณ์ อย่างไรก็ตามเขาต้องการนักแสดงที่มีสมาธิและความสนใจสูงสุด มิฉะนั้น คุณสามารถทำลายชิ้นงานได้อย่างง่ายดาย

การคายประจุอาร์คอันทรงพลังจะใช้เพื่อทำให้แก๊สทำงานแตกตัวเป็นไอออน การแยกอิเล็กตรอนเชิงลบออกจากอะตอมที่มีประจุบวกเกิดขึ้นเนื่องจากผลกระทบทางความร้อนของอาร์คไฟฟ้าบนไอพ่นของส่วนผสมของก๊าซที่ใช้งานได้ อย่างไรก็ตาม ภายใต้เงื่อนไขหลายประการ การไหลสามารถทำได้ไม่เพียงแค่ภายใต้อิทธิพลของไอออนไนซ์จากความร้อน แต่ยังเกิดจากอิทธิพลของสนามไฟฟ้ากำลังสูงด้วย

ก๊าซถูกจ่ายภายใต้ความกดดัน 20-25 บรรยากาศ สำหรับการแตกตัวเป็นไอออนต้องใช้แรงดันไฟฟ้า 120-160 โวลต์โดยมีกระแสไฟประมาณ 500 แอมแปร์ สนามแม่เหล็กจะจับไอออนที่มีประจุบวกและพุ่งไปที่แคโทด ความเร็วและพลังงานจลน์ของอนุภาคมูลฐานนั้นยอดเยี่ยมมากจนเมื่อชนกับโลหะ พวกเขาสามารถให้อุณหภูมิมหาศาลได้ตั้งแต่ +10 … +18,000 องศาเซลเซียส ในกรณีนี้ ไอออนจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงถึง 15 กิโลเมตรต่อวินาที (!) การติดตั้งพื้นผิวพลาสม่านั้นติดตั้งอุปกรณ์พิเศษที่เรียกว่า "ไฟฉายพลาสม่า" เป็นโหนดนี้ที่รับผิดชอบในการแตกตัวเป็นไอออนของก๊าซและได้รับการไหลของอนุภาคมูลฐานโดยตรง

พลังของส่วนโค้งควรเป็นเช่นเพื่อป้องกันการหลอมของวัสดุฐาน ในเวลาเดียวกัน อุณหภูมิของผลิตภัณฑ์ควรสูงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อกระตุ้นกระบวนการแพร่ ดังนั้น อุณหภูมิควรเข้าใกล้เส้น liquidus บนแผนภาพเหล็ก-ซีเมนต์

ผงละเอียดขององค์ประกอบพิเศษหรือลวดอิเล็กโทรดถูกป้อนเข้าในพลาสมาที่มีอุณหภูมิสูงซึ่งวัสดุดังกล่าวละลาย ในสถานะของเหลว พื้นผิวจะตกลงบนพื้นผิวที่ชุบแข็ง

พ่นพลาสม่า

ในการพ่นพลาสม่า จำเป็นต้องเพิ่มอัตราการไหลของพลาสม่าอย่างมาก สามารถทำได้โดยการปรับแรงดันและกระแส พารามิเตอร์จะถูกเลือกโดยสังเกตุ

วัสดุสำหรับพ่นพลาสม่าคือโลหะทนไฟและสารประกอบเคมี: ทังสเตน แทนทาลัม ไททาเนียม บอไรด์ ซิลิไซด์ แมกนีเซียมออกไซด์และอะลูมิเนียมออกไซด์

ข้อดีที่ไม่อาจโต้แย้งได้ของการฉีดพ่นเมื่อเทียบกับการเชื่อมคือความสามารถในการได้ชั้นที่บางที่สุด ตามลำดับของไมโครมิเตอร์หลายตัว

เทคโนโลยีนี้ใช้สำหรับการชุบแข็งสำหรับการตัดกลึงและกัดเม็ดมีดคาร์ไบด์แบบเปลี่ยนได้ เช่นเดียวกับดอกต๊าป ดอกสว่าน ดอกเคาเตอร์ รีมเมอร์ และเครื่องมืออื่นๆ

รับพลาสมาเจ็ตแบบเปิด

ในกรณีนี้ ชิ้นงานเองทำหน้าที่เป็นขั้วบวก ซึ่งพลาสมาจะสะสมวัสดุไว้ ข้อเสียเปรียบที่ชัดเจนของวิธีการประมวลผลนี้คือความร้อนที่พื้นผิวและปริมาตรทั้งหมดของชิ้นส่วน ซึ่งอาจนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างและผลที่ไม่พึงประสงค์ ได้แก่ การอ่อนตัว ความเปราะบางที่เพิ่มขึ้น และอื่นๆ

พลาสมาเจ็ทปิด

ในกรณีนี้ หัวเผาแก๊สที่แม่นยำยิ่งขึ้นคือหัวฉีดทำหน้าที่เป็นแอโนด วิธีนี้ใช้สำหรับพื้นผิวพลาสมาผงเพื่อฟื้นฟูและปรับปรุงประสิทธิภาพของชิ้นส่วนและโหนดเครื่อง เทคโนโลยีนี้ได้รับความนิยมเป็นพิเศษในด้านวิศวกรรมเกษตร

ข้อดีของการชุบแข็งด้วยพลาสม่า

ข้อดีหลักประการหนึ่งคือความเข้มข้นของพลังงานความร้อนในพื้นที่ขนาดเล็ก ซึ่งช่วยลดผลกระทบของอุณหภูมิต่อโครงสร้างดั้งเดิมของวัสดุ

กระบวนการนี้จัดการได้ดี หากต้องการ และด้วยการตั้งค่าอุปกรณ์ที่เหมาะสม ชั้นพื้นผิวอาจแตกต่างกันตั้งแต่สองสามในสิบของมิลลิเมตรถึงสองมิลลิเมตร ความเป็นไปได้ที่จะได้รับชั้นที่ควบคุมนั้นมีความเกี่ยวข้องอย่างยิ่งในขณะนี้ เนื่องจากช่วยเพิ่มประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจของการประมวลผลได้อย่างมากและได้รับคุณสมบัติที่เหมาะสม (ความแข็ง ความต้านทานการกัดกร่อน ความต้านทานการสึกหรอ และอื่นๆ อีกมากมาย) ของพื้นผิวของผลิตภัณฑ์เหล็ก

ข้อดีอีกอย่างที่สำคัญไม่แพ้กันคือความสามารถในการเชื่อมพลาสม่าและพื้นผิวของวัสดุที่หลากหลาย: ทองแดง ทองเหลือง ทองแดง โลหะมีค่า และอโลหะ วิธีการเชื่อมแบบดั้งเดิมนั้นยังห่างไกลจากการทำเช่นนี้

อุปกรณ์ชุบแข็ง

การติดตั้งสำหรับพื้นผิวผงพลาสม่ารวมถึงโช้ค ออสซิลเลเตอร์ ไฟฉายพลาสม่า และอุปกรณ์จ่ายไฟ นอกจากนี้ ควรติดตั้งอุปกรณ์สำหรับป้อนเม็ดผงโลหะโดยอัตโนมัติไปยังพื้นที่ทำงาน และระบบทำความเย็นที่มีการไหลเวียนของน้ำอย่างต่อเนื่อง

แหล่งพลังงานสำหรับการชุบแข็งด้วยพลาสม่าต้องเป็นไปตามข้อกำหนดที่เข้มงวดความมั่นคงและความน่าเชื่อถือ หม้อแปลงเชื่อมทำงานได้ดีที่สุดกับบทบาทนี้

เมื่อพื้นผิววัสดุที่เป็นผงบนพื้นผิวโลหะจะใช้ส่วนโค้งรวมที่เรียกว่า ใช้เครื่องพ่นพลาสมาทั้งแบบเปิดและแบบปิดพร้อมกัน ด้วยการปรับกำลังของส่วนโค้งเหล่านี้ ทำให้สามารถเปลี่ยนความลึกของการเจาะของชิ้นงานได้ ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม สินค้าจะไม่เกิดการบิดงอ นี่เป็นสิ่งสำคัญในการผลิตชิ้นส่วนและการประกอบของวิศวกรรมความแม่นยำ

ป้อนวัสดุ

ผงโลหะถูกเติมด้วยอุปกรณ์พิเศษและป้อนเข้าไปในเขตหลอมละลาย กลไกหรือหลักการทำงานของตัวป้อนมีดังนี้: ใบพัดของโรเตอร์ดันผงเข้าไปในกระแสแก๊ส อนุภาคจะถูกให้ความร้อนและเกาะติดกับพื้นผิวที่ผ่านการบำบัดแล้ว ผงถูกป้อนผ่านหัวฉีดแยกต่างหาก มีการติดตั้งหัวฉีดทั้งหมด 3 หัวในหัวเตาแก๊ส: สำหรับการจ่ายพลาสมา สำหรับการจ่ายผงทำงาน และสำหรับป้องกันแก๊ส

หากคุณใช้ลวด ขอแนะนำให้ใช้กลไกการป้อนมาตรฐานของเครื่องเชื่อมอาร์คที่จมอยู่ใต้น้ำ

การเตรียมพื้นผิว

การพ่นพื้นผิวพลาสม่าและการพ่นวัสดุควรนำหน้าด้วยการทำความสะอาดพื้นผิวอย่างทั่วถึงจากคราบไขมันและสารปนเปื้อนอื่นๆ หากในระหว่างการเชื่อมแบบธรรมดา อนุญาตให้ทำความสะอาดรอยต่อที่พื้นผิวขรุขระจากสนิมและสะเก็ดเท่านั้น เมื่อทำงานกับแก๊สพลาสม่า พื้นผิวของชิ้นงานจะต้องสะอาด (เท่าที่จะทำได้) โดยไม่มีสิ่งแปลกปลอมเจือปน ฟิล์มออกไซด์ที่บางที่สุดมีความสามารถทำให้ปฏิกิริยาการยึดเกาะระหว่างผิวชุบแข็งและโลหะฐานอ่อนลงอย่างมีนัยสำคัญ

เพื่อเตรียมพื้นผิวสำหรับการขัดผิว ขอแนะนำให้เอาชั้นผิวที่ไม่สำคัญของโลหะออกด้วยการตัดเฉือนโดยการตัดแล้วตามด้วยการล้างไขมัน หากขนาดของชิ้นส่วนอนุญาต แนะนำให้ล้างและทำความสะอาดพื้นผิวในอ่างอัลตราโซนิก

คุณสมบัติที่สำคัญของพื้นผิวโลหะ

การพ่นพลาสมามีหลายทางเลือกและหลายวิธี การใช้ลวดเป็นวัสดุสำหรับพื้นผิวช่วยเพิ่มผลผลิตของกระบวนการได้อย่างมากเมื่อเทียบกับผง นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าอิเล็กโทรด (ลวด) ทำหน้าที่เป็นขั้วบวก ซึ่งทำให้วัสดุที่สะสมความร้อนเร็วขึ้นมาก ซึ่งหมายความว่าจะช่วยให้คุณปรับโหมดการประมวลผลขึ้นไป

อย่างไรก็ตามคุณภาพของสารเคลือบและคุณสมบัติการยึดติดนั้นชัดเจนที่ด้านข้างของสารเติมแต่งแบบผง การใช้อนุภาคโลหะละเอียดทำให้ได้ชั้นความหนาบนพื้นผิวที่สม่ำเสมอ

แป้งรองพื้น

การใช้พื้นผิวแบบผงเป็นที่นิยมในแง่ของคุณภาพของพื้นผิวที่ได้และความทนทานต่อการสึกหรอ ดังนั้นจึงมีการใช้ส่วนผสมที่เป็นผงมากขึ้นในการผลิต องค์ประกอบดั้งเดิมของส่วนผสมผงคือโคบอลต์และอนุภาคนิกเกิล โลหะผสมของโลหะเหล่านี้มีคุณสมบัติทางกลที่ดี หลังจากผ่านกรรมวิธีด้วยองค์ประกอบดังกล่าวแล้ว พื้นผิวของชิ้นงานยังคงเรียบสนิท และไม่มีความจำเป็นในการตกแต่งผิวด้วยกลไกและขจัดสิ่งผิดปกติเศษผงที่มีขนาดเพียงไม่กี่ไมโครเมตร