Спосіб плазмового напилення

Реферат: Винахід належить до галузі напилення покриттів, зокрема до отримання плазмових покриттів, і може бути використаний в машинобудуванні. Запропонований спосіб плазмового напилення включає нанесення покриттів на основу шляхом розігрівання та прискорення напилюваного матеріалу плазмовим струменем. Згідно з пропозицією, до шайби, що ізольована від анода плазмотрона, та напилюваної деталі підключають додаткове джерело імпульсної напруги. При цьому напилювану деталь підключають до анода джерела імпульсної напруги, а шайбу - до катода, та накладають високовольтні імпульси певної амплітуди та частоти. За рахунок цього досягається зниження пористості, підвищення твердості та адгезійної міцності покриттів. UA 111031 C2 (12) UA 111031 C2 UA 111031 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до галузі напилення покриттів, зокрема до отримання плазмових покриттів з підвищеними фізико-механічними властивостями, і може бути використаний в машинобудуванні для отримання покриттів на поверхні металевих деталей. Відомо про спосіб нанесення плазмового покриття, що включає розміщення перед плазмотроном напилюваної деталі, подачу в плазмотрон газу, підключення катода і анода плазмотрона до джерела постійного струму, запалювання між катодом і анодом плазмотрона дуги непрямої дії, подачу в утворений плазмовий струмінь порошку і в процесі напилювання модуляцію струму дуги непрямої дії. При цьому здійснюється попередня термоактивація деталі модульованою дугою прямої дії, яку запалюють між катодом плазмотрона і деталлю, з середнім струмом 15….20 А, середньою напругою 130…160 В, частотою модуляції розрядного струму 900…1600 Гц, тривалістю імпульсу 3…5 мкс, а також подальше оплавлення нанесеного покриття модульованою дугою прямої дії між анодом плазмотрона і деталлю, із середнім струмом 8…15 А, середньою напругою 110…150 В, частотою модуляції розрядного струму 300…400 Гц, тривалістю імпульсу 14…16 мкс [1]: Способ нанесения покрытия. Патент РФ № 2211256 С23С 4/00, 27.08.2003. Недоліками запропонованого способу є його застосування переважно для отримання покриттів із самофлюсівних сплавів та підвищення їх вартості за рахунок значних енерговитрат на попередню термоактивацію та подальше оплавлення модульованою дугою прямої дії. Найбільш близькою за технічною суттю до пропонованого рішення є установка плазмового напилення, що містить основне джерело живлення, корпус з катодом та анодом, систему подачі плазмотвірного газу, що виконана у вигляді отворів, розміщених навколо катода, шайбу з жароміцного матеріалу, систему подачі напилюваного порошкового матеріалу, сопло, встановлене послідовно з анодом та шайбою з утворенням циліндричного каналу транспортування плазми до системи подачі порошкового матеріалу, розташованої в стінці сопла, причому катод і анод підключені до основного джерела електричного живлення, а отвір анода розміщено симетрично щодо осі корпусу, що відрізняється тим, що сопло пов'язано з анодом додаткового джерела електричного живлення, катод якого призначений для приєднання до напилюваної поверхні [2]: Установка плазменного напыления. Патент РФ № 2335347 В05В 7/22, 10.10.2008. Недоліком запропонованого способу є те, що його використання не забезпечує підвищення твердості та зниження пористості покриттів. Задача винаходу підвищення фізико-механічних властивостей плазмових покриттів шляхом здрібнення та прискорення напилюваних частинок у двофазному високотемпературному потоці на дистанції напилення. Поставлена задача вирішується завдяки тому, що в установці для плазмового напилення, катод 1 і анод 2 плазмотрона підключені до основного джерела живлення 3, а шайба 4 через ізолятор 5, відповідно до винаходу, підключена до катода додаткового джерела імпульсної напруги 6, анод котрого призначений для підключення до напилюваної деталі 7. Винахід пояснюється схематичним кресленням. Імпульсна різниця потенціалів між анодом плазмотрона та напилюваною поверхнею, що здійснюється за допомогою додаткового джерела імпульсної напруги, призводить до того, що частинки порошку набувають заряду та додаткової кінетичної енергії. Заряд частинок викликає зменшення внутрішнього тиску, а відповідно й поверхневого натягу. Зі зменшенням поверхневого натягу розплавлених частинок підвищується ефективність впливу аеродинамічних сил плазмового струменя, що призводить до більш активного їх подрібнення. Додаткова кінетична енергія, набута під дією зовнішнього електричного поля, призводить до підвищення швидкості напилюваних частинок. У зв'язку з цим досягається здрібнення структури, зниження пористості, підвищення твердості та адгезійної міцності отриманих покриттів. Порівняння технічного рішення, що заявляється не лише з прототипом, але й з іншими технічними рішеннями в даній галузі техніки, не виявило в них ознаки, характерні для технічного рішення, яке заявляється, що дозволяє зробити висновок про відповідність критерію "винахідницький рівень". Розглянемо приклад плазмового напилення порошку на основі міді марки ПГ-19М-01 на основу зі сталі 45 на наступному режимі: напруга на дузі - 180 В, сила струму - 150 А, дистанція 3 напилення - 180 мм, витрати плазмотвірного газу - 6,5 м /год., тиск транспортуючого газу - 0,01 МПа. Режим електроімпульсного впливу полягає у використанні високовольтних електричних імпульсів напругою 5 кВ, частотою 5 кГц. Як плазмотвірний та транспортуючий газ використовували стиснене повітря. Після напилення провели визначення основних характеристик отриманих покриттів (табл.). 60 1 UA 111031 C2 Таблиця Спосіб напилення Традиційний спосіб Запропонований спосіб 5 10 Характеристики покриття Міцність зчеплення, МПа 17 21 Твердість HV5, ГПа 1,3 1,6 Пористість, % 8 4 Таким чином, при напиленні з електроімпульсним впливом твердість покриттів підвищилася на 22 %, міцність зчеплення з основою - на 23 %, пористість покриття знизилася з 8 % до 4 %. Використання способу, що пропонується, є ефективним при отриманні нових та відновленні зношених поверхонь конструкцій, деталей, вузлів тощо. Економічний ефект від впровадження пропонованого технічного рішення слід очікувати за рахунок суттєвого збільшення строку експлуатації покриттів внаслідок підвищення їх твердості та міцності зчеплення. Суспільна користь технічного рішення, що заявляється, полягає в збільшенні ресурсу роботи різноманітних деталей машин та механізмів за рахунок використання плазмових покриттів, напилених з використанням електроімпульсної дії, що мають вищі фізико-механічні властивості у порівнянні з покриттями, отриманими за традиційною технологією. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 20 Спосіб плазмового напилення, що включає нанесення покриття на основу шляхом нагрівання та прискорення напилюваного матеріалу плазмовим струменем у бік поверхні, що напилюється, який відрізняється тим, що між анодом плазмотрона та напилюваною поверхнею накладають високовольтні електричні імпульси за допомогою джерела імпульсної напруги, анод якого підключається до напилюваної деталі, а катод - до шайби, що ізольована від анода плазмотрона. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2