3.4.2 Обладнання для плазмового напилення

У даний час для плазмового напилення використовують таке стандартне обладнання: УМП–5, УМП–6, УМП–7, УПУ–3, ОБ1935–01, УН107.УХЛ4, УН108.УХЛ4, 15В–Б і інше. Характеристики установок приведені у таблиці 3.11.

Установка УМП–5 для плазмового напилення порошків складається з плазмового пальника, порошкового живника і пульта керування. Для живлення установки використовуються два зварювальних перетворювачі ПСО–500 або випрямляч ВКС–500.

Установка УМП–6 призначена для плазмового напилення покрить з керамічних і металевих порошків. Джерелом живлення служить АПР–402. Охолодження плазмотрона водяне від мережі водопроводу на злив. Плазмотрон комплектується електродами на увесь ресурс роботи (2100 годин). Недоліком установки є нестабільний режим роботи на кінцевому етапі ресурсу через зміну конфігурації електродів і недостатньо надійна система запалювання дугового розряду.

Універсальна плазмова установка УПУ–3 (Ржевське ВО "Електромеханіка") призначена для плазмового напилення порошкових матеріалів і дроту. У модифікаціях цієї установки (УПУ–3М, УПУ–3Д) плазмотрони ГН–5Р і П1–5М замінені на плазмотрони ПП–25 і ПМ–25.

Установка УН108.УХЛ4 призначена для плазмового напилення у захисному середовищі корозійностійких, жароміцних і інших покрить. В якості плазмоутворюючих газів використовується технічний азот, повітря і пропан–бутан. Для напилення використовуються металеві, керамічні і інші неорганічні порошки. Установка працює у напівавтоматичному режимі.

Крім даних установок існує багато розробок різних заводів, які призначені для відновлення конкретних деталей:

– вакуумна плазмова установка БИ–ПускЭМ (МВТУ ім. Н.Э.Баумана) – для нанесення зносостійких покрить з нітридів бору на металообробний інструмент;

– автоматизована установка плазмового напилення УПР–100/25 (МВТУ ім. Н.Э.Баумана) з цикловим програмним керуванням для нарощування канавок поршня двигуна внутрішнього згорання;

– установка ОКС–11192 (ГОСНИТИ) для плазмового напилення клапанів.

Будова і робота установки 15В–Б описана у [ 6 ]. Техніко-економічні показники приведені в таблиці 3.14.

3.4.3 Технологія плазмового напилення

Технологічний процес плазмового напилення складається з наступних етапів:

– підготування поверхні деталі;

– підготування матеріалів, що напиляються;

– нанесення проміжного і основного шару;

– наступна обробка напиленого шару.

Якісне підготування поверхні виробу перед напиленням визначає зносостійкі і інші властивості відновлюваних деталей, впливає на міцність зчеплення напиленого шару з підкладкою і на втомні властивості деталі. Попередня обробка поверхні повинна складатися з очищення від різного роду забруднень і наступної механічної обробки. Детально способи підготування поверхні описані у попередній роботі.

Технологічний процес плазмового напилення змінюється у залежності від форми деталі. На деталі плоскої форми напилення проводиться в основному ручним способом. При цьому, для усунення можливості появи залишкових напружень, по зовнішньому периметру плоскої поверхні виконують спеціальні канавки.

Підготування порошків до напилення полягає у висушувані порошку при температурі від 150 до 200 ⁰С на пательнях при товщині шару не більше 50 мм. Потім порошок просівають через набір сит, які відповідають потрібним розмірам порошку. Слід використовувати порошки однакової грануляції, так як при великій різниці у розмірах неможливо забезпечити їх рівномірне прогрівання. Для плазмового напилення використовують порошки розміром не більше 200 мкм. Найбільш раціональний розмір від 40 до 100 мкм. Максимальний розмір порошку визначається за формулою:

d _max = , (3.1)

де а = с – коефіцієнт температуропровідності;

t – час перебування частинок у плазмовому струмені.

Для ефективного нагрівання і транспортування частинок порошку треба, щоб конструкція плазмотрона забезпечувала отримання плазмового струменя достатньої потужності. Потужність плазмового струменя регулюється в основному зміною сили струму. При підвищенні сили струму потужність дуги і температура плазмового струменя зростають. Параметри плазмового струменя приведені у таблиці 3.11.

На міцність покриття впливає попереднє підігрівання поверхні, яка напиляється. При напиленні хромо–нікелевих порошкових сплавів рекомендується підігрівати поверхню не більше 250 ⁰С, так як при нагріванні вище цієї температури, відбувається швидкий ріст окисної плівки, яка перешкоджає приварюванню частинок до підкладки і утворенню щільного з'єднання. Для напилення інших матеріалів (молібден, мідь, вольфрам, мідь) рекомендована температура підігрівання від 450 до 600 ⁰С.

Таблиця 3.11 – Розрахункові дані плазмового струменя при діаметрі сопла 5,5 мм і довжині каналу плазмотрона – 28 мм для різних газів

Параметри плазмового струменя	Аргон	Азот
Сила струму дуги, А	400	400
Потужність, підведена до плазмотрона, кВт	96	25,2
Втрати потужності в електродах плазмотрона, кВт	5	10
Витрата плазмоутворюючого газу, м3год	2,58	2,58
Швидкість холодного газу, мс	30,2	30,2
Енергія плазмового струменя, кВт	4,6	15,2
Температура плазми на виході з сопла, К	7000	5000
Швидкість плазмового струменя, мс	750	550
Напруга дуги, В	24	63

Основними недоліками плазмових покрить є висока пористість, недостатня міцність зчеплення, можливість їх відшарування. Для покращання цих властивостей покриття піддають оплавленню тим же плазмовим пальником або одним з методів, викладених у попередньому розділі.

Наступна механічна обробка напилених покрить може здійснюватись токарною обробкою або шліфуванням. Рекомендовані режими обробки приведені у таблиці 3.12.

Таблиця 3.12 – Рекомендовані режими токарної обробки

Напилений матеріал	Різець з швидкорізальної сталі		Твердосплавний різець ВК6
	швидкість різання, мс	подача, ммоб	швидкість різання, мс	подача, ммоб
Низьковуглецева і низьколегована сталь	15,24 – 30,48	0,08 – 0,13	15,24 – 30,48	0,08 – 0,13
Вуглецеві і корозійностійкі сталі	–	–	9,15 – 12,18	0,08 – 0,10
Латунь, бронза, нікель, мідь, монель	30,48 – 45,72	0,08 – 0,13	76,2 – 106,7	0,05 – 0,15
Свинець, олово, цинк, алюміній, бабіт	45,72 – 60,96	0,08 – 0,18	76,2 – 106,7	0,05 – 0,10

Можна проводити мокре і сухе шліфування напилених покрить. Мокре шліфування краще використовувати у випадку малої пористості покриття, так як у цьому випадку малі пори не забиваються охолоджувальною рідиною. Для шліфування використовують карбокорундовий (круги КЗ зернистістю М25, М40 і твердістю СМ1,СТ1) або алмазний інструмент (круги АПП на металевій зв'язці М016, М013, МВ1 з алмазами АСКМ, АСК, АСВ зернистістю 250200, 200160). Рекомендовані режими шліфування приведені у таблиці 3.13.

Таблиця 3.13 – Рекомендовані режими шліфування

Тип інструменту	Швидкість круга, мс	Швидкість деталі, мхв	Поздовжня подача, мхв	Поперечна подача, ммхід
	Режим круглого шліфування
Карборундовий	30 – 35	30 – 32	1,2 – 1,5	0,016 – 0,006
Алмазний	35 – 50	25 – 35	1	0,08 – 0,15
	Режим плоского шліфування
Карборундовий	30 – 35	0,01	18	1,8

Таблиця 3.14 – Техніко–економічні показники установок

Показник	УМП–5	УМП–6	УПУ–3	УН108	15В–Б
Потужність плазмотрона, кВт	40	30	30	120	70
Продуктивність по матеріалу, кг/год	5	7	3,5	1,4	5
Плазмоутворюючі гази	Азот, аргон, водень	Азот, аргон, водень	Аргон, водень	Азот, повітря, пропан–бутан	Азот, аргон, пропан–бутан
Витрата плазмоутворюючих газів, м3/год	до 3,5	до 4,0	до 10	від 2 до 10	від 2 до 10
Тиск газів, кПа	400 – 500	400 – 500	500 – 600	–	500 – 600
Маса установки без джерела живлення, кг	120	265	200	–	2450
Ресурс електродів при номінальному режимі, год	до 10	до 20	до 10	–	до 20