Научная статья на тему 'Разработка конструкции плазматрона для нанесения покрытий методом плазменного напыления'

Разработка конструкции плазматрона для нанесения покрытий методом плазменного напыления Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
303
125
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПЛАЗМЕННОЕ НАПЫЛЕНИЕ / ТЕРМОСТОЙКИЕ ПОКРЫТИЯ / ПЛАЗМОТРОН / ВОЛЬФРАМОВЫЙ СТЕРЖЕНЬ / МЕДНОЕ СОПЛО / PLASMA SPRAYING / HEAT-RESISTANT COATS / PLASMA TORCH / TUNGSTEN ROD / COPPER NOZZLE

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Беломестнов А.С., Большаков М.А.

Рассмотрена конструкция плазмотрона для нанесения термостойких покрытий и его технические характеристики. Представлены его основные недостатки. Были проведены сравнения отечественного плазматрона с французским F4. Предложена конструкция плазматрона для нанесения термостойких, жаростойких, износостойких и других покрытий.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Беломестнов А.С., Большаков М.А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

CONSTRUCTION DEVELOPMENT PLASMA TORCH FOR APPLYING COATINGS BY PLASMA SPRAYING

We considered the import of plasma torch design for the application of heat-resistant coatings and its specifications. Presented it’s main drawbacks. Comparisons were made with the French domestic plasma torch F4. Designed of the plasma torch, plasma spraying satisfying the requirements.

Текст научной работы на тему «Разработка конструкции плазматрона для нанесения покрытий методом плазменного напыления»

УДК 621.387.143

РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ПЛАЗМАТРОНА ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ МЕТОДОМ ПЛАЗМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ

А. С. Беломестнов, М. А. Большаков Научный руководитель - А. В. Гирн

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-mail: bolshakov_mihail@mail.ru

Рассмотрена конструкция плазмотрона для нанесения термостойких покрытий и его технические характеристики. Представлены его основные недостатки. Были проведены сравнения отечественного плазматрона с французским F4. Предложена конструкция плазматрона для нанесения термостойких, жаростойких, износостойких и других покрытий.

Ключевые слова: плазменное напыление, термостойкие покрытия, плазмотрон, вольфрамовый стержень, медное сопло.

CONSTRUCTION DEVELOPMENT PLASMA TORCH FOR APPLYING COATINGS

BY PLASMA SPRAYING

A. S. Belomestnov, M. A. Bolshakov Scientific Supervisor - A. V. Girn

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: bolshakov_mihail@mail.ru

We considered the import of plasma torch design for the application of heat-resistant coatings and its specifications. Presented it's main drawbacks. Comparisons were made with the French domestic plasma torch F4. Designed of the plasma torch, plasma spraying satisfying the requirements.

Keywords: plasma spraying, heat-resistant coats, plasma torch, tungsten rod, copper nozzle.

Большинство деталей машин современного технологического оборудования работает при тяжелых режимах нагружения и часто выходит из строя по причине износа рабочих поверхностей. В связи с этим, как у нас в стране, так и за рубежом все больший интерес проявляют к защитным покрытиям [1].

Существует большое количество газотермических методов нанесения покрытий - газопламенное, детонационное, электродуговая металлизация, но особое место среди них занимает плазменное напыление. Плазменный метод нанесения покрытий - один из наиболее перспективных. Данный метод позволяет наносить покрытия различного функционального назначения на поверхности деталей из самых разнообразных материалов. В зависимости от назначения напыляемого порошкового материала можно получать различные виды покрытий: износостойкие, антифрикционные, термостойкие, жаростойкие, коррозионностойкие и декоративные. Напыление позволяет также восстанавливать изношенные детали [3]. К достоинствам метода плазменного напыления можно отнести высокую температуру струи, высокую производительность, простоту технологии, относительно низкую себестоимость, высокие показатели прочности сцепления покрытия с подложкой, возможность обработки деталей различной конфигурации и габаритов. Процесс является многофакторным и позволяет в широких пределах управлять качеством покрытий на основе оптимизации режимов напыления.

Немало внимания необходимо уделить плазменному оборудованию, без которого невозможно произвести напыление. Плазмотрон - техническое устройство, в котором при протекании электрического тока и плазмообразующего газа (Ar/H2, Ar/He, Ar/N2) через разрядный промежуток образуется

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 1

плазма, используемая для обработки материалов. Буквально, плазмотрон означает - генератор плазмы.

В лаборатории «Плазхим» СибГАУ имеется новая плазменная установка с французским плазмотроном Б4. Анализ технических характеристик (ТХ) плазмотрона, показал, что ресурс работы Б4 составляет 50 часов, так как вольфрамовый стержень, являющийся катодом, имеет конечную длину, и при уменьшении его длины на 2-3 мм подлежит замене. Вставка вдоль канала сопла выполнена из вольфрама, что повышает стоимость изделия. Цена плазмотрона составляет от 400 до 500 тыс. руб, а отечественные плазменные горелки и плазматроны не выпускаются серийно.

Конструкция импортного плазматрона устроена так, что напыляемый материал подводится к срезу сопла, где температура струи не такая высокая, как в начале и поэтому, для повышения температуры прибегают к увеличению мощности работы устройства вследствие чего, сопло и катод подвергаются воздействию более высоких температур и быстрой выработке своего ресурса. Вольфрамовый стержень, запрессованный в держатель, как говорилось выше, имеет конечную нерегулируемую длину и при работе уменьшается в длине на 2-3 мм и на эту же длину увеличивается расстояние между соплом и катодом, что не соответствует техническим требованиям работы плазматрона (рис. 1, а). На отечественных плазмотронах, катод имеет регулируемую длину, и после выработки подвергался заточке и выставлялся на заданное расстояние от сопла (см. рисунок) [2].

Разработка новой или модернизированной модели плазматрона - сложная техническая задача, в которой необходимо учесть недостатки нового Б4 и конструктивные особенности отечественных плазматронов. Важнейшей задачей является увеличение время работы плазмотрона. Предложена конструкция держателя вольфрамового стержня, позволяющая регулировать длину, в то же время использовать водяное охлаждение. Конструктивные особенности модели должны позволить выставить длину катода, таким образом, что после выработки и изменения длины, стержень извлекается из держателя, подвергается механической обработке, после чего снова устанавливается в держатель и выставляется заданную длину удовлетворяющему техническому требованию изделия. Также предусмотрено водяное охлаждение, как и на Б4, что позволяет значительно продлить срок эксплуатации одного вольфрамового стержня.

На основе анализа преимуществ и недостатков схем предложена модернизация держателя стержня. Основным направлением предлагаемой разработки является увеличение ресурса работы катода. Развитие технологии плазменного напыления не стоит на месте, осваиваются различные виды покрытий, отрабатываются режимы напыления. В лаборатории института космической техники СибГАУ ведутся работы не только по повышению качества плазменных покрытий, но и по усовершенствованию и модернизации оборудования для напыления, необходимых для проведения исследовательских, практических и лабораторных работ.

а

б

Схемы импортного и отечественного катодов: а - катод Б4: 1 - отверстие под охлаждение; 2 - медный держатель; 3 - вольфрамовый стержень (катод); б - отечественный катод: 1 - медный держатель; 2 - вольфрамовый стержень (катод)

Библиографические ссылки

1. Птицын С. В., Чёсов Ю. С., Зверев Е. А. Установка для плазменного нанесения покрытий ; МГТУ. М., 2006.

2. Игнатик А. В., Иванов А. И., Смирнов А. Н., Шориков. Плазменные устройства для нанесения покрытий разного функционального назначения ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2010.

3. Пузряков А. Ф. Теоретические основы плазменного напыления : учеб. пособие по курсу «Технология конструкций и металлокомпазитов». М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003.

© Беломестнов А. С., Большаков М. А., 2016

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.