Плазменное напылениепредставляет собой сложный процесс нанесения покрытия, в котором в качестве источника тепла используется дуговая плазма для плавления и нанесения материалов на подложку. Этот метод широко применяется в различных отраслях промышленности для улучшения поверхностных свойств материалов, таких как повышение коррозионной стойкости, термостойкости, износостойкости и электроизоляции. Вот подробный обзор того, как выполняется плазменное напыление.
Плазменное напыление работает по принципу генерации дуговой плазмы. Дуга создается между двумя электродами, обычно изготовленными из неплавящихся материалов, которые служат источником тепла. Через дугу пропускают поток газа, например аргона, азота или водорода. Этот газ ионизируется и нагревается до чрезвычайно высоких температур от 10 000 до 20 000 °C, образуя плазменную струю. Плазменная струя выходит через сопло и направляется на подложку, на которую необходимо нанести покрытие.
Для создания дуги между электродами используется источник питания высокого напряжения.
Дуга поддерживается стабильным током, обычно в диапазоне от десятков до сотен ампер.
В плазмотрон подается инертный или химически активный газ.
Газ нагревается и ионизируется дугой, образуя высокотемпературную плазменную струю.
Плазмотрон является центральным компонентом системы плазменного напыления.
В нем расположены электроды и сопло, через которое выходит плазменная струя.
Исходный материал, который может быть в виде порошка, проволоки или стержня, вводится в плазменную струю.
Материал нагревается и плавится плазмой, а расплавленные капли ускоряются по направлению к подложке.
Основание очищается и подготавливается для обеспечения хорошей адгезии покрытия.
Его можно предварительно нагреть, чтобы уменьшить термический шок во время процесса нанесения покрытия.
Этапы процесса плазменного напыления
Подложку предварительно нагревают до температуры, близкой к температуре плавления исходного материала.
Это помогает снизить термическое напряжение и улучшить связь между покрытием и подложкой.
Исходный материал вводится в плазменную струю либо с помощью порошкового питателя, либо путем плавления проволоки или стержня.
Материал мгновенно нагревается и плавится высокотемпературной плазмой.
Расплавленные капли ускоряются к подложке плазменной струей.
Когда капли попадают на подложку, они растекаются и выравниваются, образуя слой покрытия.
Процесс повторяется, при этом наносится несколько слоев для достижения желаемой толщины покрытия.
После достижения желаемой толщины покрытия плазмотрон отключается.
Подложке с покрытием дают медленно остыть, чтобы избежать трещин и внутренних напряжений.
Тип газа и скорость потока. Тип и скорость потока газа влияют на температуру плазмы и скорость струи.
Источник питания и ток дуги. Ток дуги контролирует температуру плазмы и скорость плавления материала.
Свойства исходного материала. Химический состав, размер частиц и температура плавления исходного материала влияют на свойства покрытия.
Расстояние распыления и конструкция сопла. Расстояние между соплом и подложкой, а также конструкция сопла влияют на однородность покрытия и скорость осаждения.
Плазменное напыление используется в широком спектре применений, в том числе:
Устойчивость к коррозии и износу. Для защиты поверхностей от коррозии и износа наносятся покрытия, такие как керамические и оксиды металлов.
Теплозащитные покрытия. Покрытия, подобные диоксиду циркония, используются в аэрокосмической и автомобильной промышленности для обеспечения теплоизоляции.
Электрическая изоляция. Покрытия, такие как оксид алюминия, наносятся на электрические компоненты для улучшения их изоляционных свойств.
Биомедицинские покрытия. Покрытия, такие как гидроксиапатит, используются в имплантатах для улучшения их биосовместимости.
Плазменное напыление— это универсальный и мощный процесс нанесения покрытия, в котором используется высокотемпературная плазма для плавления и нанесения материалов на подложку. Тщательно контролируя параметры процесса, такие как тип газа, ток дуги, материал сырья и расстояние распыления, можно получить широкий спектр покрытий с различными свойствами. Эта технология необходима во многих отраслях промышленности для повышения производительности и долговечности компонентов и продуктов.
