Natryskiwanie plazmowe

Technologia natryskiwania plazmowego została wdrożona do przemysłu około 50 lat temu, a wywodzi się z doświadczeń zdobytych w trakcie badań przestrzeni kosmicznej.

Metoda natryskiwania plazmowego polega na stapianiu proszku metalicznego (lub z niemetali) w strumieniu plazmy i kierowaniu roztopionych cząstek przez strumień gazu plazmowego na pokrywaną powierzchnię.

W palniku do natryskiwania plazmowego, łuk plazmowy o temperaturze do ok. 16 000ºC jest zajarzany między nietopliwą katodą wolframową a anodą miedzianą, stanowią cą równocześnie dyszę wylotową dla strumienia plazmy i natryskiwanych cząstek. Palnik plazmowy jest intensywnie chłodzony wodą , aby zabezpieczyć elektrody przed stopieniem. Jako gazy plazmowe stosuje się argon lub azot, a jako gaz pomocniczy wodór lub hel. Gazy służą do wytworzenia plazmy, stabilizacji jarzenia się łuku wewnątrz palnika i przenoszenia proszku plazmowego. Proszek jest podawany do komory plazmowej palnika przez mechanizm dozujący, jego czas przebywania w palniku wynosi ok. 10-5s, gdy ulega stopieniu, a strumień plazmy wyrzuca go w kierunku podłoża. Typowe materiały natryskiwane metodą plazmową to: metale – tantal, molibden, wolfram, aluminium, miedź, nikiel, chrom, stopy: Ni-Cr-Co-Al, Ni-Cr, węgliki: Ti, W, Cr, tlenki: Zr, Ce, Al, Ti, Cr, a także spieki metalowo-ceramiczne.

Odmianą natryskiwania plazmowego jest impulsowe natryskiwanie plazmowe materiałów proszkowych. Silnie sprężona plazma, do której wprowadza się materiał powłokowy wytwarzana jest w postaci impulsów o częstotliwości do 3 Hz. Metoda ta jest bardziej ekonomiczna w stosunku do technologii natapiania powłok przy pomocy urządzeń laserowych.

Podstawowym czynnikiem decydującym o jakości połączenia powłoki natryskanej plazmowo jest przygotowanie podłoża, tj.: usunięcie zanieczyszczeń, tłuszczu, lakierów, pyłu, nadania chropowatości przez śrutowanie, trawienie lub obróbkę wiórową, podobnie jak przy natryskiwaniu gazowym.

Podstawowymi parametrami natryskiwania plazmowego są: wydajność podawania proszku, rodzaj i ciśnienie gazów plazmowych, odleg łość palnika od przedmiotu oraz prę dkość przesuwu palnika. Zaleca się stosować odległość rzędu 50 ÷ 150 mm, a przesuw dobiera się tak, aby w każdym przejściu natryskana warstwa nie była grubsza niż 0,25 mm.

Natryskiwane przedmioty podgrzewa się wstępnie do 100 ÷ 150oC w celu zapobieżenia kondensacji pary na powierzchni i obniżeniu naprężeń w powłoce po ochłodzeniu. Metodą plazmową można natryskiwa ć elementy z metali, stopów, materia łów ceramicznych, tworzyw sztucznych. Pomię dzy natryskaną powłoką a podłożem może wystąpić połączenie mechaniczne adhezyjne, chemiczne lub dyfuzyjne w mikroobszarach. Zaleca się aby cząstki natryskiwanych proszków miały jednolitą wielkość i małe wymiary, ażeby mogły ulec stopieniu w strumieniu plazmy.

Natryskiwanie plazmowe jest powszechnie stosowane w przemyśle chemicznym, elektronice, energetyce jądrowej, kosmonautyce, produkcji samolotów, w celu zapewnienia odporności cieplnej, korozyjnej, odporności na ścieranie, obciążenia dynamiczne, jako izolacja elektryczna, osłony nuklearne oraz w wielu wypadkach łączenia tych właściwości.

Schemat natryskiwania plazmowego;

1 - katoda wolframowa,

2 - woda chłodząca,

3 - doprowadzenie gazu plazmotwórczego,

4 - doprowadzenie proszku do natryskiwania,

5 - strumień plazmowy ze stopionymi cząstkami,

6 - podłoże z natryskaną powłoką