Реферат Плазменная наплавка

скачать

Реферат на тему:

План:

Введение

• 1 Технология
• 2 Применение
Литература

Введение

Плазменная наплавка (Plasma transfer Arc, PTA) является современным способом нанесения износостойких покрытий на рабочую поверхность при изготовлении и восстановления изношенных деталей машин.

1. Технология

  Плазмой называется высокотемпературный сильно ионизированный газ, состоящий из молекул, атомов, ионов, электронов, световых квантов и др. При дуговой ионизации газ пропускают через канал и создают дуговой разряд, тепловое влияние которого ионизирует газ, а электрическое поле создает направленную плазменную струю. Газ может ионизироваться также под действием электрического поля высокой частоты. Газ подается при давлении в 2 …3 атмосферы, возбуждается электрическая дуга силой 400 … 500 А и напряжением 120 … 160 В Ионизированный газ достигает температуры 10 … 18 тыс. С, а скорость потока — до 15000 м/сек. Плазменная струя образуется в специальных горелках — плазмотронах. Катодом является неплавящий вольфрамовый электрод. 

В зависимости от компоновки различают: 1. Открытую плазменную струю (анодом является деталь или пруток). В этом случае происходит повышенный нагрев детали. Используется эта схема для резки металла и для нанесения покрытий. 2. Закрытую плазменную струю (анодом является сопло или канал горелки). Хотя температура сжатой дуги на 20 …30% в этом случае выше, но интенсивность потока ниже, т. к. увеличивается теплоотдача в окружающую среду. Схема используется для закалки, металлизации и напыления порошков. 3. Комбинированная схема (анод подключается к детали и к соплу горелки). В этом случае горят две дуги, Схема используется при наплавке порошком.

Плазменную наплавку металла можно реализовать двумя способами: 1 — струя газа захватывает и подает порошок на поверхность детали; 2 — в плазменную струю вводится присадочный материал в виде проволоки, прутка, ленты. В качестве плазмообразующих газов можно использовать аргон, гелий, азот, кислород, водород и воздух. Наилучшие результаты наплавки получаются с аргоном и гелием.

Достоинствами плазменной наплавки являются: 1.Высокая концентрация тепловой мощности и минимальная ширина зоны термического влияния. 2.Возможность получения толщины наплавляемого слоя от 0,1 мм до нескольких миллиметров. 3. Возможность наплавления различных износостойких материалов (медь, латунь, пластмасса) на стальную деталь. 4.Возможность выполнения плазменной закалки поверхности детали. 5. Относительно высокий К. П. Д. Дуги (0.2 …0.45). 6.Малое (по сравнению с другими видами наплавки) перемешивание наплавляемого материала с основой, что позволяет достичь необходимых характеристик покрытий

Поверхность детали необходимо готовить к наплавке более тщательно чем при обычной электродуговой или газовой сварке, т. к. посторонние включения уменьшают прочность наплавленного слоя. Для этого производится механическая обработка поверхности (проточка, шлифование, пескоструйная обработка..) иногда обезжиривание. Мощность электрической дуги подбирают такой, чтобы сильно не нагревалась деталь, и чтобы основной металл был на грани расплавления.

2. Применение

Плазменная наплавка широко применяется для защиты от высокотемпературного износа формокомплектов стекольной промышленности, для защиты от коррозии и износа деталей запорной и запорно-регулирующей арматуры, для упрочнения поверхности деталей, работающих при высоких нагрузках.

Литература

• Хасуи А., Моригаки О. Наплавка и напыление. Пер. с яп. Москва « Машиностроение » 1985г.

Плазменная наплавка: оборудование и технология процесса

Эффективность и проблемы плазменной наплавки стоят перед инженерами-материаловедами чрезвычайно остро. Благодаря этой технологии можно не только значительно увеличить срок эксплуатации и надежность высоконагруженных деталей и узлов, но восстановить, казалось бы, на сто процентов изношенные и разрушенные изделия.

Внедрение плазменной наплавки в технологический процесс значительно повышает конкурентоспособность машиностроительной продукции. Процесс не является принципиально новым и используется уже достаточно давно. Но он постоянно совершенствуется и расширяет технологические возможности.

Общие положения

Плазмой называется ионизированный газ. Достоверно известно, что плазму можно получить различными методами в результате электрического, температурного или механического воздействия на молекулы газа. Для ее образования необходимо оторвать отрицательно заряженные электроны от положительных атомов.

В некоторых источниках можно встретить информацию о том, что плазма является четвертым агрегатным состоянием вещества наряду с твердым, жидким и газообразным. Ионизированный газ обладает рядом полезных свойств и применяется во многих отраслях науки техники: плазменная наплавка металлов и сплавов с целью восстановления и упрочнения высоконагруженных изделий, испытывающих циклические нагрузки, ионно-плазменное азотирование в тлеющем разряде для диффузионного насыщения и упрочнения поверхностей деталей, для осуществления процессов химического травления (используется в технологии производства электроники).

Подготовка к работе

Прежде чем приступить к наплавке, нужно настроить оборудование. В соответствии со справочными данными, необходимо подобрать и установить правильный угол наклона сопла горелки к поверхности изделия, выверить расстояние от торца горелки до детали (оно должно составлять от 5 до 8 миллиметров) и вставить проволоку (если осуществляется наплавка проволочного материала).

Если наплавка будет осуществляться путем колебаний сопла в поперечных направлениях, то необходимо выставить головку таким образом, чтобы сварной шов находился ровно посередине между крайними точками амплитуд колебания головки. Также необходимо отрегулировать механизм, который задает частоту и величину колебательных движений головки.

Технология плазменно-дуговой наплавки

Процесс наплавки довольно прост и может с успехом выполняться любым опытным сварщиком. Однако он требует от исполнителя максимальной концентрации и внимания. В противном случае можно запросто испортить заготовку.

Для ионизации рабочего газа используется мощный дуговой разряд. Отрыв отрицательных электронов от положительно заряженных атомов осуществляется за счет теплового воздействия электрической дуги на струю рабочей газовой смеси. Однако при соблюдении ряда условий возможно протекание не только под влиянием тепловой ионизации, но и за счет воздействия мощного электрического поля.

Газ подается под давлением 20-25 атмосфер. Для его ионизации необходимо напряжение 120-160 вольт с силой тока порядка 500 ампер. Положительно заряженные ионы захватываются магнитным полем и устремляются к катоду. Скорость и кинетическая энергия элементарных частиц настолько велика, что при соударении с металлом они способны сообщать ему огромную температуру – от +10…+18 000 градусов по Цельсию. При этом ионы движутся со скоростью до 15 километров в секунду (!). Установка плазменной наплавки оборудована специальным устройством под названием «плазмотрон». Именно этот узел отвечает за ионизацию газа и получение направленного потока элементарных частиц.

Мощность дуги должна быть такой, чтобы исключить оплавление основного материала. В то же время температура изделия должна быть максимально высокой, чтобы активизировать диффузионные процессы. Таким образом, температура должна приближаться к линии ликвидус на диаграмме железо-цементит.

Мелкодисперсный порошок специального состава или электродная проволока подается в струю высокотемпературной плазмы, в которой материл расплавляется. В жидком состоянии наплавка попадает на упрочняемую поверхность.

Плазменное напыление

Для того чтобы реализовать плазменное напыление, необходимо существенно увеличить скорость потока плазмы. Этого можно добиться регулировкой напряжения и силы тока. Параметры подбираются опытным путем.

Материалами при плазменном напылении служат тугоплавкие металлы и химические соединения: вольфрам, тантал, титан, бориды, силициды, окись магния и оксид алюминия.

Неоспоримым преимуществом напыления по сравнению с наплавкой является возможность получения тончайших слоев, порядка нескольких микрометров.

Данная технология применяется при упрочнении режущих токарных и фрезерных сменных твердосплавных пластин, а также метчиков, сверл, зенкеров, разверток и другого инструмента.

Получение открытой плазменной струи

В этом случае в роли анода выступает непосредственно сама заготовка, на которую осуществляется плазменная наплавка материала. Очевидный недостаток данного метода обработки – нагрев поверхности и всего объема детали, что может привести к структурным превращениям и нежелательным последствиям: разупрочнению, повышению хрупкости и так далее.

Закрытая плазменная струя

В этом случае в роли анода выступает непосредственно газовая горелка, точнее — ее сопло. Данный способ используется для плазменно-порошковой наплавки с целью восстановления и повышения эксплуатационных характеристик деталей и узлов машин. Особую популярность данная технология завоевала в сфере сельскохозяйственного машиностроения.

Преимущества плазменной технологии наплавки

Одним из основных преимуществ является концентрация тепловой энергии в небольшой зоне, что позволяет уменьшить влияние температуры на исходную структуру материала.

Процесс хорошо поддается управлению. При желании и соответствующих настройках аппаратуры слой наплавки может варьироваться от нескольких десятых долей миллиметра до двух миллиметров. Возможность получения контролируемого слоя особенно актуальна на данный момент, так как позволяет значительно увеличить экономическую эффективность обработки и получить оптимальные свойства (твердость, коррозионная стойкость, износостойкость и многие другие) поверхностей стальных изделий.

Еще одно не менее важное преимущество – возможность осуществлять плазменную сварку и наплавку самых разных материалов: медь, латунь, бронза, драгоценные металлы, а также неметаллы. Традиционные методы сварки далеко не всегда могут позволить это сделать.

Оборудование для наплавки

Установка для плазменно-порошковой наплавки включает в себя дроссель, осциллятор, плазмотрон и источники питания. Также она должна быть оснащена устройством автоматической подачи гранул металлического порошка в рабочую зону и системой охлаждения с постоянной циркуляцией воды.

Источники тока для плазменной наплавки должны удовлетворять строгим требованиям постоянства и надежности. С этой ролью как нельзя лучше справляются сварочные трансформаторы.

При наплавке порошковых материалов на металлическую поверхность используется так называемая комбинированная дуга. Одновременно используются открытая и закрытая плазменная струя. Регулируя мощность этих дуг, можно менять глубину проплавления заготовки. При оптимальных режимах коробление изделий не будет проявляться. Это важно при изготовлении деталей и узлов точного машиностроения.

Устройство для подачи материала

Металлический порошок дозируется специальным устройством и подается в зону оплавления. Механизм, или принцип действия питателя, заключается в следующем: лопатки ротора выталкивают порошок в газовый поток, частицы разогреваются и прилипают к обрабатываемой поверхности. Подача порошка осуществляется через отдельное сопло. Всего в газовой горелке установлено три сопла: для подачи плазмы, для подачи рабочего порошка и для защитного газа.

Если вы используете проволоку, целесообразно использовать стандартный механизм подачи сварочного автомата для сварки под флюсом.

Подготовка поверхностей

Плазменной наплавке и напылению материалов должна предшествовать тщательная очистка поверхности от жировых пятен и других загрязнений. Если при обычной сварке позволительно производить только грубую, поверхностную очистку стыков от ржавчины и окалины, то при работе с плазмой газа поверхность обрабатываемого изделия должна быть идеально (насколько это возможно) чистой, без посторонних включений. Тончайшая пленка окислов способна значительно ослабить адгезионное взаимодействие наплавки и основного металла.

С целью подготовки поверхности под наплавку рекомендуется снять незначительный поверхностный слой металла посредством механической обработки резанием с последующим обезжириванием. Если габариты детали позволяют, то рекомендуется провести промывку и очистку поверхностей в ультразвуковой ванной.

Важные особенности наплавки металлов

Существует несколько вариантов и способов осуществления плазменной наплавки. Применение проволоки в качестве материала для наплавки значительно повышает производительность процесса по сравнению с порошками. Это объясняется тем, что электрод (проволока) выступает в роли анода, что способствует значительно более быстрому нагреву наплавляемого материала, а значит позволяет скорректировать режимы обработки в сторону увеличения.

Однако качество покрытия и адгезионные свойства явно на стороне порошковых присадок. Использование мелких частиц металла позволяет получать на поверхности равномерный слой любой толщины.

Наплавочный порошок

Использование порошковой наплавки является предпочтительным с точки зрения качества получаемых поверхностей и износостойкости, поэтому на производстве все чаще используют именно порошковые смеси. Традиционный состав порошковой смеси – кобальтовые и никелевые частицы. Сплав данных металлов обладает хорошими механическими свойствами. После обработки таким составом поверхность детали остается идеально гладкой и не возникает необходимости в ее механической доводке и устранении неровностей. Фракция частиц порошка – всего несколько микрометров.

Плазменная наплавка: установки, технология, оборудование

Плазменная наплавка – это современный метод наложения износоустойчивого покрытия на рабочую поверхность. Он применяется при производстве и восстановлении изношенных машинных деталей. В современной технологии сварки этот метод занял важное место.

Плазменная наплавка

Где применяют эту технологию

Ее используют для наделения рабочей поверхности такими свойствами:

• антифрикционность;
• жароустойчивость;
• кислотоупорность;
• устойчивость к коррозии;
• устойчивость к износу.

При помощи плазменной наплавки получаются разные изделия:

• зубцы для ковша экскаватора;
• вкладыши на подпятники для габаритного турбогенератора;;
• поршни;
• подшипники и др.

В конструкциях из металла, произведенных способом наплавления, выходит сварочное соединение разных металлов. Характеристики таких изделий напрямую зависимы от показателя глубины проплавки основы, от перемещения элементов из металла-основы в состав наплавки. При таком соединении образуются новые фазы и составляющие структуры, которых не было в основе и материале-присадке.

Выпуск высокопрочных изделий – это дорогостоящий процесс. Поэтому, финансово выгодно выпускать их из достаточно прочного металла, а затем наложить защитное покрытие.

Суть применения

Она совсем не сложная. Для покрытия используют материал из проволоки или мелкий порошок в гранулах. Попадая в струю плазмы, он греется, а после плавится. В таком состоянии материал-защита подается на деталь. Одновременно с этим процессом непрерывно нагревают и саму деталь.

Преимущества данной технологии:

1. Поток плазмы дает возможность наложить материалы, которые отличаются по своим параметрам. Выполнить это можно в несколько слоев. Таким образом, металл покрывают разными покрытиями с индивидуальными защитными особенностями.
2. Широкие границы регулирования энергетических возможностей плазменной дуги, потому, что она является наиболее гибким источником тепла.
3. Плазменный поток имеет очень высокую температуру, из-за чего он плавит тугоплавкие материалы.
4. Формы и размеры детали для наплавления не снижают показатели технических характеристик данного метода. Также при этом не снижается показатель результата.

Если сравнить эту технологию с электродуговой сваркой, то плазменная наплавка имеет значительное преимущество:

1. Металл перемешивается по минимуму.
2. Минимальные тепловые затраты.
3. Абсолютный контроль дуги.
4. Полученное покрытие гладкое при небольшой механической обработке.
5. Чистота наплавленных слоев.
6. Цельное покрытие без пор.
7. Высокий показатель прочности соединения.

Технология метода и его особенности

Наплавка металла по описываемой технологии производиться двумя методами:

• В струю вводят проволоку, ленту, или прут (они являются присадочным материалом).
• В струю подают смесь из порошка. Она смещается на поверхность металла газом.

Струя плазмы по компоновке разделяется на такие виды:

• закрытая;
• открытая;
• комбинированный вариант.

Из газов для создания огня используется:

• кислород;
• водород;
• аргон;
• гелий.

Профессионалы отдают предпочтение аргону и гелию.

Установки для этого вида наплавки

Для этого процесса применяют различные установки, их вид зависит от объемов производства, от требований к уровню автоматики. Соответственно этим потребностям выполнены универсальные и специализированные установки. Универсальное оборудование позволяет выполнять наплавку на деталях разной формы. Специализированные установки предназначены для деталей одного вида (например: клапаны для моторов внутреннего сгорания, для дисков, элементов-соединений бурильных труб и так далее).

Плазматрон для наплавки металлических порошковых материалов

Все эти установки оснащают новейшими системами управления с применением промышленных компьютеров. Это в значительной мере поднимает качество, стабильность и надежность работы.

Установка плазменной наплавки и сварки УПНС-3040

Каждая установка отвечает требованиям современности по экобезопасности. В них установлены автономные блоки охлаждения водяным путем и камеры-защиты. Эта камера отлично защищает мастера от вредного влияния излучения плазменной дуги и от газов и пыли, которая выделяются при наплавке.

Плазменная наплавка зарекомендовала себя, как успешная новейшая технология, которая отличается высоким показателем качества. Она снижает затраты на ремонт больших агрегатов. Рабочие поверхности изделий после обработки становятся износоустойчивыми, жаропрочными, кислоупорными. Данный метод, благодаря широкому ряду технических характеристик, нашел широкое применение в разных областях.

Плазменная наплавка — Студопедия

Широкое применение в настоящее время находят плазменные способы наплавки. При плазменной наплавке (ПН) в качестве источника нагрева используется плазма, которая представляет собой вещество в сильно ионизированном состоянии. В 1 см³ плазмы содержится 10⁹ – 10¹⁰ и более заряженных частиц. Практически в любом дуговом разряде образуется плазма. Основным методом получения плазмы для технологических целей является пропускание газовой струи через электрическую дугу, расположенную в узком медном канале. При этом в связи с отсутствием возможности расширения столба дуги возрастает число упругих и неупругих соударений заряженных частиц, т. е. увеличивается степень ионизации, возрастает плотность и напряжение дуги, что вызывает повышение температуры до 10000 – 15 000

оС.

Наличие у плазменных горелок стабилизирующего водоохлаждаемого канала сопла является основным отличием от обычных горелок, применяемых при сварке в среде защитных газов неплавящимся электродом.

При упрочнении и восстановлении деталей в зависимости от их формы, условий работы применяют несколько разновидностей плазменной наплавки, отличающихся типом присадочного металла, способом его подачи на упрочняемую поверхность и электрическими схемами подключения плазмотрона.

При плазменной наплавке по отношению к наплавляемой детали применяют два вида сжатой дуги: прямого и косвенного действия. В обоих случаях зажигание дуги плазмотрона и осуществление процесса наплавки выполняют комбинированным способом: вначале между анодом и катодом плазмотрона с помощью осциллятора возбуждают дугу косвенного действия.

Дуга прямого действия образуется при соприкосновении малоамперной (40 – 60 А) косвенной дуги с токоведущей деталью. В зону дуги могут подаваться материалы: нейтральная или токоведущая проволока, две проволоки (рис. 8.8), порошок, порошок одновременно с проволокой.

Метод косвенной дуги заключается в том, что между дежурной дугой и токоведущей проволокой образуется прямая дуга, продолжение которой является косвенной независимой дугой по отношению к электрически нейтральной детали.

Высокую производительность (до 30 кг/ч) обеспечивает плазменная наплавка с подачей в ванну двух плавящихся электродов 1 (рис.8.8), подключенных последовательно к источнику питания и нагреваемых почти до температуры плавления. Защитный газ подается через сопло 2.

Универсальный способ плазменной наплавки – наплавка с вдуванием порошка в дугу (рис.8.9). Горелка имеет три сопла: 3 – для формирования плазменной струи, 4 – для подачи присадочного порошка, 5 – для подачи защитного газа. Один источник тока служит для зажигания дуги осциллятором 2 между электродом и соплом, а другой источник тока формирует плазменную дугу прямого действия, которая оплавляет поверхность изделия и плавит порошок, подающийся из бункера 6 потоком газа. Изменяя ток обеих дуг устройствами 1, можно регулировать количество теплоты, идущей на плавление основного металла и присадочого порошка и, следовательно, долю металла в наплавленном слое.

Рис. 8.9 . Плазменная порошковая наплавка

Увеличение производительности процесса плазменной наплавки во многом зависит от эффективности нагрева порошка в дуге. Температура, которую приобретают частицы порошка в дуге, определяется интенсивностью и продолжительностью нагрева, зависящими от параметров плазмы, условия ввода порошка в дугу, технических параметров процесса наплавки. Наибольшее влияние на нагрев порошка оказывают ток дуги, размер частиц и расстояние между плазмотроном и анодом.

Основные достоинства метода ПН: высокое качество наплавленного металла; малая глубина проплавления основного металла при высокой прочности сцепления; возможность наплавки тонких слоев; высокая культура производства.

Основные недостатки ПН: относительно невысокая производительность; необходимость в сложном оборудовании.

Плазменная сварка и наплавка

Темы: Плазменная сварка, Наплавка, Технология сварки.

Предложения участников по теме

Плазменная сварка и наплавка

:

Еще страницы по теме
Плазменная сварка, наплавка

Плазменная сварка и наплавка является наиболее прогрессивным способом восстановления изношенных деталей машин и нанесения износостойких покрытий (сплавов, порошков, полимеров,…) на рабочую поверхность при изготовлении деталей.

Плазмой называется высокотемпературный сильно ионизированный газ, состоящий из молекул, атомов, ионов, электронов , световых квантов и др.

При дуговой ионизации газ пропускают через канал и создают дуговой разряд, тепловое влияние которого ионизирует газ, а электрическое поле создает направленную плазменную струю. Газ может ионизироваться также под действием электрического поля высокой частоты. Газ подается при 23 атмосферах, возбуждается электрическая дуга силой 400-500 А и напряжением 120-160 В Ионизированный газ достигает температуры 10-18 тыс.^оС, а скорость потока — до 15000 м/сек. Плазменная струя образуется в специальных горелках — плазмотронах. Катодом является неплавящий вольфрамовый электрод.

В зависимости от схемы подключения анода различают (см.рис.1) :

1. Открытую плазменную струю (анодом является деталь или пруток). В этом случае происходит повышенный нагрев детали. Используется эта схема при резке металла и для нанесения покрытий.

2. Закрытую плазменную струю (анодом является сопло или канал горелки). Хотя температура сжатой дуги на 20 …30% в этом случае выше, но интенсивность потока ниже, т.к. увеличивается теплоотдача в окружающую среду. Схема используется для закалки, металлизации и напыливания порошков.

3. Комбинированная схема (анод подключается к детали и к соплу горелки). В этом случае горят две дуги, Схема используется при наплавке порошком.

Рис.1. Схема плазменной сварки открытой и закрытой плазменной струей.

Наплавку металла можно реализовать двумя способами :

1-струя газа захватывает и подает порошок на поверхность детали;

2-вводится в плазменную струю присадочный материал в виде проволоки, прутка, ленты.

В качестве плазмообразующих газов можно использовать аргон, гелий, азот, кислород, водород и воздух. Наилучшие результаты сварки получаются с аргоном.

Достоинствами плазменной наплавки являются :

1. Высокая концентрация тепловой мощности и возможность минимальной ширины зоны термического влияния.

2. Возможность получения толщины наплавляемого слоя от 0,1 мм до нескольких миллиметров.

3. Возможность наплавления различных износостойких материалов (медь, латунь, пластмасса) на стальную деталь.

4. Возможность выполнения плазменной закалки поверхности детали.

5. Относительно высокий К. П. Д. дуги (0.2-0.45).

Очень эффективно использовать плазменную струю для резки металла, т.к. газ из-за высокой скорости очень хорошо удаляет расплавленный металл, а из-за большой температуры он плавится очень быстро.

Установка (рис. 2.) состоит из источников питания, дросселя, осциллятора, плазменной головки, приспособлений подачи порошка или проволоки, системы циркуляции воды и т.д.

Для источников питания важно выдержка постоянным произведение J U, т.к. мощность определяет постоянство плазменного потока. В качестве источников питания применяют сварочные преобразователи типа ПСО — 500. Мощность определяется длиной столба и объемом плазменной струи. Можно реализовать мощности свыше 1000 кВт.

Подача порошка осуществляется с помощью специального питателя, в котором, вертикально расположенный, ротор лопатками подает порошок в струю газа. В случае использования сварочной проволоки подача ее выполняется аналогично как и при наплавке под слоем флюса .

Путем колебания горелки в продольной плоскости с частотой 40-100 мин -1 за один проход получают слой наплавленного металла шириной до 50 мм. У горелки имеется три сопла : внутреннее для подачи плазмы, среднее для подачи порошки и наружное для подачи защитного газа.

Рис.2. Схема плазменного наплавления порошка.

При наплавке порошков реализуется комбинированная дуга, т. е. одновременно будут гореть открытая и закрытая дуги . Регулировкой балластных сопротивлений можно регулировать потоки мощности на нагрев порошка и на нагрев и оплавление металла детали. Можно добиться минимального проплавления основного материала, следовательно будет небольшая тепловая деформация детали.

Поверхность детали необходимо готовить к наплавке более тщательно чем при обычной электродуговой или газовой сварке, т.к. при этом соединение происходит без металлургического процесса, поэтому посторонние включения уменьшают прочность наплавленного слоя. Для этого производится механическая обработка поверхности (проточка, шлифование, пескоструйная обработка,…) и обезжиривание. Величину мощности электрической дуги подбирают такой, чтобы сильно не нагревалась деталь, и чтобы основной металл был на грани расплавления.

• < Плазменная сварка

Сущность и особенности плазменной наплавки металлов 2

При плазменной наплавке независимой дугой с токоведущей присадочной проволокой плазменная струя преимущественно используется для   плавления  присадочной проволоки и в незначительной степени для нагрева основного металла. Главным источником тепла для нагрева материала изделия является расплавленный присадочный металл, переходящий с проволоки на наплавляемую поверхность в виде капель, а при больших токах — даже в виде струи [7].

При таком способе плазменной наплавки по существу происходит заливка поверхности изделия жидким присадочным металлом. В этом случае для надежного сплавления присадочного металла с основным необходимо обеспечить смачивание поверхности последнего жидким присадочным металлом. Для этого поверхность основного металла надо нагреть до температуры не ниже температуры плавления присадочного металла. При наплавке относительно небольших изделий (валы диаметром до 100—150 мм, плоские изделия толщиной до 30—50 мм) тепла, переносимого к изделию жидким присадочным металлом, оказывается достаточно для обеспечения смачивания твердого металла жидким и получения наплавленных изделий высокого качества [4].

При плазменной наплавке независимой дугой с токоведущей присадочной проволокой массивных изделий (валов сплошного сечения диаметром свыше 150— 200 мм, плоских изделий толщиной более 50 мм) тепла, переносимого на изделие жидким присадочным металлом, может оказаться недостаточно для обеспечения смачивания основного металла. В этом случае целесообразно применять комбинированный способ наплавки (см. рис. 16,в и д), при котором основной металл дополнительно подогревается маломощной дугой электрод — изделие.

Рис. 16. Принципиальные схемы плазменной наплавки: а — зависимой дугой на прямой полярности; б — независимой дугой на прямой полярности с токоведущей присадочной проволокой; в — полунезависимой сжатой дугой на прямой полярности; г — зависимой дугой на обратной полярности; д — полунезависимой дугой на обратной полярности с токоведущей присадочной проволокой; 1 — неплавящийся электрод; 2 — водоохлаждаемое сопло; 3 — охлаждающая вода; 4 — изделие; 5 — присадочная проволока; 6 — источник питания.

Плазменная наплавка металлов как с токоведущей, так и с нетоковедущей присадочной проволокой может выполняться как на прямой (минус на неплавящемся электроде, см. рис. 16,а, б, в), так и на обратной (плюс на неплавящемся электроде, см. рис. 1,6, г и д) полярности.

Недостатком первого способа является то, что в процессе наплавки на прямой полярности на поверхности основного металла и на ранее наплавленном валике образуется слой окислов и грязи, ухудшающий смачивание твердого металла жидким. Кроме того, указанным способом нельзя без применения специальных приемов наплавлять металлы и сплавы, в состав которых входят элементы, образующие в процессе наплавки тугоплавкие пленки окислов (например, алюминий, алюминиевые бронзы, никелевые сплавы и др.). Так, наплавка плазменной струей с токоведущей присадочной проволокой на токах прямой полярности бронзы БрАМц9-2 на сталь может осуществляться только с использованием специальных флюсов, удаляющих образующиеся в процессе наплавки окислы Al₂O₃ (например, флюс марки 34А).

Чтобы обеспечить в процессе наплавки очистку поверхности основного металла и сварочной ванны от окислов, плен, загрязнений, наплавку осуществляют на токе обратной полярности [3, 11]. При этом способе используется эффект катодного распыления, при котором значительно улучшается смачивание поверхности изделия жидким металлом, обеспечивается разрушение образующихся или имевшихся на присадочной проволоке окисных плен и повышается качество сплавления металлов. Применение способа плазменной наплавки на обратной полярности стало возможным благодаря созданию во ВНИИЭСО специального плазмотрона.

Плазменная наплавка — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Плазменная наплавка (Plasma transfer Arc, PTA) является современным способом нанесения износостойких покрытий на рабочую поверхность при изготовлении и восстановлении изношенных деталей машин.

Технология

Плазменно-порошковая наплавка износостойких материалов на заводе в г. Щербинка

Плазмой называется высокотемпературный сильно ионизированный газ, состоящий из молекул, атомов, ионов, электронов, световых квантов и др. При дуговой ионизации газ пропускают через канал и создают дуговой разряд, тепловое влияние которого ионизирует газ, а электрическое поле создаёт направленную плазменную струю. Газ может ионизироваться также под действием электрического поля высокой частоты. Газ подаётся при давлении в 2 …3 атмосферы, возбуждается электрическая дуга силой 400 … 500 А и напряжением 120 … 160 В Ионизированный газ достигает температуры 10 … 18 тыс. С, а скорость потока — до 15000 м/сек. Плазменная струя образуется в специальных горелках — плазмотронах. Катодом является неплавящий вольфрамовый электрод. 

В зависимости от компоновки различают:

1. Открытую плазменную струю (анодом является деталь или пруток). В этом случае происходит повышенный нагрев детали. Используется эта схема для резки металла и для нанесения покрытий.
2. Закрытую плазменную струю (анодом является сопло или канал горелки). Хотя температура сжатой дуги на 20 …30% в этом случае выше, но интенсивность потока ниже, т. к. увеличивается теплоотдача в окружающую среду. Схема используется для закалки, металлизации и напыления порошков.
3. Комбинированная схема (анод подключается к детали и к соплу горелки). В этом случае горят две дуги. Схема используется при наплавке порошком.

Плазменную наплавку металла можно реализовать двумя способами:

1. Струя газа захватывает и подаёт порошок на поверхность детали;
2. В плазменную струю вводится присадочный материал в виде проволоки, прутка, ленты.

В качестве плазмообразующих газов можно использовать аргон, гелий, азот, кислород, пар, водород и воздух. Наилучшие результаты наплавки получаются с аргоном и гелием.

Достоинствами плазменной наплавки являются:

1. Высокая концентрация тепловой мощности и минимальная ширина зоны термического влияния.
2. Возможность получения толщины наплавляемого слоя от 0,1 мм до нескольких миллиметров.
3. Возможность наплавления различных износостойких материалов (медь, латунь, пластмасса) на стальную деталь.
4. Возможность выполнения плазменной закалки поверхности детали.
5. Относительно высокий КПД дуги (0.2 …0.45).
6. Малое (по сравнению с другими видами наплавки) перемешивание наплавляемого материала с основой, что позволяет достичь необходимых характеристик покрытий.

Поверхность детали необходимо готовить к наплавке более тщательно, чем при обычной электродуговой или газовой сварке, т. к. посторонние включения уменьшают прочность наплавленного слоя. Для этого производится механическая обработка поверхности (проточка, шлифование, пескоструйная обработка..), иногда обезжиривание. Мощность электрической дуги подбирают такой, чтобы сильно не нагревалась деталь, и чтобы основной металл был на грани расплавления.

Применение

Плазменная наплавка широко применяется для защиты от высокотемпературного износа формокомплектов стекольной промышленности, для защиты от коррозии и износа деталей запорной и запорно-регулирующей арматуры, для упрочнения поверхности деталей, работающих при высоких нагрузках.

Литература

• Соснин Н. А., Ермаков С. А., Тополянский П. А. Плазменные технологии. Руководство для инженеров. Изд-во Политехнического ун-та. СПб.: 2013. — 406 с.
• Попов В. Ф., Горин Ю. Н. Процессы и установки электронно-ионной технологии. — М.: Высш. шк., 1988. — 255 с. — ISBN 5-06-001480-0.

• Виноградов М.И., Маишев Ю.П. Вакуумные процессы и оборудование ионно — и электронно-лучевой технологии. — М.: Машиностроение, 1989. — 56 с. — ISBN 5-217-00726-5.

• Хасуи А., Моригаки О. Наплавка и напыление. Пер. с яп. Москва « Машиностроение » 1985г.
• Достанко А.П., Грушецкий С.В., Киселевский Л.И., Пикуль М.И., Ширипов В.Я. Плазменная металлизация в вакууме. — Мн.: Наука и техника, 1983. — 279 с.

См. также

Плазменная обработка поверхности нетканых материалов

1. Введение

1.1. Функционализация поверхности нетканых материалов с помощью плазменных технологий

Нетканые материалы производятся путем соединения или переплетения волокон различными способами, такими как механические, химические, термические или физические. Эти ткани могут иметь ограниченный срок службы, одноразовые или очень прочные. Технологии позволяют производить от простых рулонных изделий до полотен из микро- и нановолокон. Структура типичного нетканого материала, изготовленного из полипропиленовых волокон методом экструзии из расплава, показана на рис.1. Нетканые материалы используются в широком диапазоне продуктов, таких как салфетки, детские подгузники, фильтрующие материалы, прокладки для одежды, набивки для мебели и многие другие. Свойства конечного использования нетканых материалов определяются свойствами волокон, из которых они изготовлены, структурой ткани и другими функциональными возможностями, такими как впитывающая способность, гидрофобность, смачиваемость и антимикробные свойства, которые вносятся в результате возможных модификаций. Модификация поверхности волокна — это способ повысить ценность нетканого материала и улучшить функциональные характеристики конечного продукта.

Рисунок 1.

Изображения, полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии, демонстрирующие текстуру поверхности нетканого материала

Плазма представляет собой смесь частично и полностью ионизированного газа, фотонов, свободных электронов и химически активных атомов и радикалов [1]. Плазма генерируется за счет увеличения содержания энергии в веществе с помощью различных методов, таких как диэлектрический барьерный разряд, тлеющий разряд, коронный разряд или приложение сильного электрического поля.

Молекулы газа ионизируются, когда кинетическая энергия молекул газа превышает их энергию ионизации.Активные частицы в плазме взаимодействуют только с самой внешней поверхностью подложки, глубиной примерно 10 нм, без изменения объемных свойств подложки [2].

Плазменная обработка признана альтернативой экологической обработки поверхности по сравнению с традиционными обработками текстильных покрытий на жидкой основе, при которых используются растворители, добавки и органические реагенты и образуются большие объемы жидких отходов.

Плазменная обработка может использоваться для изменения поверхностных свойств нетканых материалов для:

• Повышение поверхностной энергии, тем самым улучшая смачиваемость и адгезионные свойства нетканых материалов

• Улучшение поверхностных свойств натуральных и синтетических волокон для улучшения смачиваемости , пригодность для печати и окрашивание нетканых материалов

• Гидрофобизация, олеофобизация (грязе- и маслоотталкивающий эффект), а также функциональные и биоактивные покрытия (антибактериальные, фунгицидные)

С плазмой, различные реакции, такие как очистка поверхности, травление, возможно осаждение, сшивание, придание шероховатости поверхности и прививка [2].Полимерные поверхности можно очищать или протравливать, в основном с использованием неполимеризуемых газов, таких как O ₂ , N ₂ , H ₂ , благородных газов или газовых смесей [3]. Плазменное травление использовалось для удаления загрязнений, таких как смазочные материалы, масла, поверхностно-активные вещества, с текстильных волокон, а также для увеличения смачиваемости поверхности за счет изменения шероховатости поверхности [3].

1.2. Плазменные реакции

1.2.1. Плазменная прививка

Поверхностные свойства полимерных материалов, таких как нетканые материалы, могут быть изменены с помощью влажной химической обработки или физических методов, таких как плазменная обработка тлеющим разрядом [2, 3, 4, 5].

Прививка — это метод модификации и функционализации волокнистых поверхностей, который приводит к образованию тонкопленочного покрытия на подложках (рис. 2). При поверхностной прививке второй полимер прикрепляется к полимерному каркасу волокнистой поверхности посредством ковалентного связывания. С помощью этого метода можно резко изменить такие свойства поверхности, как смачиваемость, гидрофобность, адгезия и трение [2, 3].

Рис. 2.

Схема поверхностной прививки полимера на подложку [2]

Плазменный тлеющий разряд — это метод, используемый для реакции поверхностной прививки, при котором к электроду прикладывается радиочастотная энергия (Рис.3) пара для возбуждения газа, такого как кислород, воздух, гелий или аргон, при низком давлении (0,1 — 1,0 торр). Свободные радикалы генерируются на высоких уровнях энергии за счет отрыва электронов от частиц газа. Затем полимеризация начинается с введения одного или нескольких типов мономерных газов, таких как акриловая кислота, карбоксильные и аминогруппы, в камеру плазменной обработки, где радикалы реагируют с мономерными газами [2, 3, 6].

Рисунок 3.

Схема реактора плазменной обработки для модификации и осаждения поверхности [3]

Условия плазмы контролируются параметрами плазмы, такими как мощность плазмы, частота, продолжительность, газ-носитель, давление газа, скорость потока и типы мономеров [3].

Коронный разряд обычно используется для обработки поверхности полиэтилена и полипропилена, имеющих низкую поверхностную энергию. В этом методе электрод с высоким электрическим потенциалом (15 кВ при 20 кГц) ионизирует окружающий газ, что вызывает коронный разряд (рис. 4). Пока ткань проходит между электродом с высоким потенциалом и заземленным электродом, между некоторыми частицами ионизированного газа и поверхностью подложки происходят химические реакции. Во время этого процесса происходит придание шероховатости поверхности и добавление к поверхности ткани функциональных групп, таких как карбонилы, гидроксилы, карбоновые кислоты и ненасыщенные связи.Окисление поверхности подложки происходит при проведении коронного разряда при атмосферном давлении на воздухе, который окисляет поверхность [6].

Рисунок 4.

Схема процесса обработки коронным разрядом [6]

1.2.2. Осаждение тонких пленок

Плазменная полимеризация включает образование и осаждение тонких полимерных пленок на поверхности подложек под воздействием плазмы, генерируемой каким-либо электрическим разрядом [6].

Процесс плазменной полимеризации включает фрагментацию парообразных молекул органических, кремнийорганических или металлоорганических мономеров, образование реакционноспособных радикалов и рекомбинацию активированных фрагментов, при которой время обработки влияет на толщину нанесенных покрытий [6].

Тонкие пленки металлов и оксидов металлов были нанесены на нетканые подложки с использованием различных методов осаждения тонких пленок, таких как обработка ионизированным газом, плазменная обработка, химическое осаждение из паровой фазы (CVD), физическое осаждение из паровой фазы (PVD), поверхностная прививка и послойное нанесение. послойное напыление [2, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13].

При физическом осаждении из паровой фазы (PVD) испаренный материал равномерно осаждается на поверхность подложки в виде тонкой пленки в вакуумной среде, где возможно использование различных материалов покрытия [14].Было обнаружено, что покрытия на полимерных материалах методами PVD улучшают поверхностные свойства без изменения объемных свойств [15, 16, 17, 18]. Технологии PVD обладают преимуществами по сравнению с обычным текстильным покрытием [10, 12, 16, 19, 20, 21], поскольку это экологически чистый процесс без растворителей, без необходимости утилизировать какие-либо жидкие отходы. Кроме того, между волокнистой подложкой и слоем покрытия достигается прочное соединение.

PVD-технологии обычно используются для нанесения очень тонких металлических или керамических пленок на различные подложки.Распыление — это технология PVD, при которой атомы выбрасываются из твердого материала мишени путем бомбардировки мишени энергичными ионами в ограничении плазмы. Эти атомы конденсируются на подложке и образуют тонкую пленку. Методы распыления включают распыление постоянным током (DC), высокочастотное (RF) распыление, реактивное распыление и магнетронное распыление [12].

Wei et al. [22] исследовали межфазное соединение между полипропиленовой (ПП) волокнистой нетканой подложкой и медью, покрытой напылением.Было обнаружено, что на адгезию слоя покрытия к волокнистой основе из полипропилена влияют плазменная обработка и нагрев во время процесса напыления. Нетканый полипропиленовый нетканый материал показал самую низкую стойкость к истиранию среди испытанных материалов, в то время как покрытие из напыленной меди значительно улучшило его сопротивление истиранию.

Нанесение слоев на подложки методом химического осаждения из паровой фазы (CVD) достигается за счет химических реакций в газовой среде [23]. Тонкая пленка осаждается на поверхности подложки посредством разложения и / или реакции одного или нескольких летучих материалов-предшественников с использованием энергии плазмы [2].Различные мономеры, такие как метан, гексаметилдисилоксан, тетраметилсилан, гексафторпропиленэтилен, бутадиен, гидроксиэтилметакрилат и N -винилпирролидон, были использованы в процессах химического осаждения из паровой фазы с плазменным усилением для получения поверхностных покрытий с различными функциональными возможностями, такими как олеофобные и гидрофобные, стойкий [24].

1.2.2.1. Применение в промышленных масштабах

CVD плазмы атмосферного давления (APCVD) предлагает возможность непрерывной обработки в текстильном производстве.Такие недостатки, как затраты и эксплуатационные трудности, связанные с высоковакуумным оборудованием, устраняются, и устраняется необходимость в прерывании линии, поскольку вместо периодического процесса возможен непрерывный процесс нанесения покрытия. Система плазменного CVD атмосферного давления схематически показана на рис. 5.

Рисунок 5.

Схематическое изображение системы APCVD [25]

В промышленном масштабе геометрия реактора, подача газа и распределение тепла важны для нанесения покрытий. однородные по всей подложке [12].

Окислительное химическое осаждение из паровой фазы (OCVD) — это новый метод получения однородных слоев полимера на различных гибких и жестких подложках, который не требует обработки какого-либо растворителя при нанесении однородных тонких слоев полимера на различные подложки [26].

ALD (осаждение атомных слоев) — это еще один метод осаждения вакуумной пленки из паровой фазы, который может генерировать тонкие конформные осажденные слои за счет последовательных поверхностных реакций прекурсора и реактивного газа [27, 28].Этот метод имеет преимущества точного контроля толщины, однородности и соответствия осажденного слоя на подложке [27]. С помощью этой техники на нетканые материалы можно наносить металлические, нитридные или оксидные пленки, такие как оксид алюминия [28]. По сравнению с обычным термическим ALD, в ALD с плазменным усилением газ-реагент протекает через источник плазмы, обеспечивая более короткое время осаждения, а более низкие температуры осаждения позволяют наносить покрытия на термочувствительные волокна и получать более плотные пленки [28].

2. Плазменная обработка для улучшения смачиваемости, пригодности для печати и окрашивания нетканых материалов

Плазменная обработка, в зависимости от типа технологического газа, изменяет не только морфологию поверхности, но также приводит к изменению химического состава поверхности. Например, при использовании кислорода в качестве технологического газа на поверхность нетканого материала вводятся различные кислородсодержащие функциональные группы, такие как –OH, –C = O, –COOH [3, 29]. Таким образом, было обнаружено, что обработка кислородной плазмой увеличивает поглощение красителя и пригодность для печати текстильных изделий [3].

DuPont Tyvek® — это каландрированный нетканый материал, полученный методом мгновенного формования из волокон полиэтилена высокой плотности. Это плотная основа, похожая на бумагу, на которой можно печатать вывески, баннеры и другую графику. Тайвек® обработан коронным разрядом с одной стороны. Изображение поперечного сечения SEM (рис. 6) показывает микропоры, созданные на обработанной стороне, где краска проникает через [30]. Электронная зарядка во время обработки подложки коронным разрядом окисляет поверхность и увеличивает смачиваемость подложки.Это улучшает адгезию краски, клея и покрытия к Тайвек® [31].

Рисунок 6.

SEM-изображение поперечного сечения поверхности Tyvek®, обработанной плазмой [30]

Enercon Industries Corp. [32] производит промышленные системы атмосферной плазменной обработки нетканых материалов, работающих при низких температурах и атмосферном давлении.

3. Плазменная обработка для улучшения адгезионных свойств нетканых материалов

Модификация поверхности текстильных материалов с помощью плазменной обработки была использована для улучшения адгезии волокон и тканей.Введение функциональных групп на поверхность волокна способствует образованию аффинных или химических связей с материалом покрытия, что приводит к улучшению адгезии [33, 34, 35]. Например, Шимор и др. [36] использовали азотную плазму атмосферного давления в качестве предварительной обработки, чтобы сделать поверхность полиэфирного нетканого материала гидрофильной для последующего химического никелирования.

Однако склеивание следует проводить сразу же после плазменной обработки, поскольку хранение может привести к снижению или потере адгезии к обрабатываемой поверхности [6].

Rombaldoni et al. [33] использовали низкотемпературную кислородную плазменную обработку для улучшения адгезии между полипропиленовым нетканым материалом и нановолоконными матами из поли (этиленоксида) и полиамида-6, нанесенными на полипропиленовый нетканый материал. Сообщалось об улучшении адгезии между нетканым материалом и нановолоконным покрытием, которое было приписано повышенной смачиваемости поддерживающей полипропиленовой ткани и полярным функциональным группам, введенным в результате плазменной обработки, что позволяет более прочно взаимодействовать между обработанной тканью и покрытиями [33, 35].

Ли и др. [37] изготовили высокоэффективный сепаратор аккумуляторных батарей, в котором в качестве материала подложки использовался нетканый полипропилен. Фторированный полимер, октафторпентилметакрилат, был привит на поверхность полипропиленового нетканого материала с помощью плазменной обработки для улучшения адгезии нетканого материала с сополимером поливинилиденфторида и гексафторпропилена.

Прочность адгезии (отслаивания) между двумя слоями полипропиленовых нетканых материалов фильерного производства, обработанных плазмой и ламинированных клеем на основе полиуретана, была улучшена на 150% по сравнению с необработанными ламинированными образцами [38, 39].Это было связано с повышенной шероховатостью поверхности полипропиленовых волокон из-за эффекта травления при плазменной обработке (рис. 7), что привело к усилению механической адгезии между ламинированными слоями.

Рис. 7.

СЭМ-изображения волокон ПП, (а) необработанных (× 5060) и (б) обработанных аргоновой плазмой при 80 Вт в течение 10 мин (× 5490) [38]

Изменения в плазме, вызванные плазмой. Морфология поверхности полипропиленовых волокон фильерного нетканого материала в нанометровом масштабе была продемонстрирована [40] с помощью анализа АСМ (атомно-силовая микроскопия) (рис.8). Было обнаружено, что плазменная обработка увеличивает площадь поверхности волокна и шероховатость поверхности из-за травления волокна за счет бомбардировки поверхности волокна генерируемыми плазмой энергетическими частицами и реактивными частицами.

Рис. 8.

АСМ-изображения (а) необработанной и (б) обработанной плазмой спанбонд полипропиленовой ткани с диэлектрическим барьерным разрядом [40]

Armağan et al. [29] сообщили о 28-60% улучшении прочности сцепления (отслаивания) предварительно обработанных кислородной плазмой и ламинированных хлопчатобумажных / полипропиленовых тканей с использованием клея на акриловой основе по сравнению с необработанными ламинированными образцами.После 40 циклов стирки также сообщалось об улучшении прочности отслаивания предварительно обработанных плазмой и ламинированных образцов по сравнению с необработанными ламинированными образцами. Улучшение объяснялось повышенной смачиваемостью поверхностей при обработке кислородной плазмой, что способствовало адекватному смачиванию поверхности клеем. Функциональные группы, введенные на поверхность волокна, привели к лучшему взаимодействию между клеями и предварительно обработанной плазмой поверхностью ткани.

Изменение функциональных боковых групп на полипропиленовом нетканом материале фильерного способа производства после обработки кислородной плазмой определяли с помощью XPS-анализа пиков C1s с высоким разрешением [29].Было замечено, что количество групп C – C / C – H уменьшилось, в то время как количество связанных с кислородом групп увеличилось (рис. 9) после плазменной обработки, что сделало поверхность ткани более смачиваемой.

Рисунок 9.

Пик C1s необработанного и обработанного кислородной плазмой образца при 80 Вт и 10 минут, (A1) необработанный PP, (A2) PP, обработанный кислородной плазмой, (B1) хлопок, необработанный, (B2) хлопок, обработанный кислородной плазмой [29]

4. Плазменное покрытие нетканых материалов для функциональных и биоактивных покрытий

Методы плазменного покрытия использовались для получения функциональных и биоактивных покрытий на нетканых материалах для улучшения гидрофильности поверхности, гидрофобности, электропроводности, защиты от ультрафиолетового излучения и электромагнитного излучения и антибактериальных свойств .

Полипропиленовые нетканые материалы обычно используются для гигиенических и одноразовых впитывающих изделий, таких как подгузники, предметы женской гигиены, перевязочные материалы для ран и салфетки. Во всех этих случаях нетканый материал должен смачиваться водой или жидкостями на водной основе [41, 42]. Обычно это достигается путем покрытия ткани раствором поверхностно-активного вещества, снижающего поверхностное натяжение водной жидкости, и последующей сушкой ткани. В таком случае поверхностно-активные вещества эффективны для придания ткани смачиваемости в течение ограниченного времени во время использования продукта.Обработка поверхности нетканых материалов с помощью плазмы является альтернативным методом улучшения их смачиваемости [41].

Behary et al. [43] активировали поверхность кардного и гидроперепутанного ПЭТ (полиэтилентерефталата) нетканого материала атмосферной плазмой воздух-диэлектрического барьерного разряда. Смачиваемость нетканого материала из полиэтилентерефталата была улучшена за счет плазменной обработки, о чем свидетельствовало значительное уменьшение значений краевого угла смачивания водой и увеличение доли полярных групп, в частности карбоксильных групп –O – C = O–.

С другой стороны, супергидрофобные, самоочищающиеся поверхности нетканых материалов были получены путем нанесения оксидов, таких как TiO ₂ , и полиметилсилоксанового покрытия на целлюлозу методом химического осаждения из паровой фазы [12]. Собчик-Гузенда и др. [44] использовали метод химического осаждения из паровой фазы, усиленный радиочастотной плазмой, для нанесения тонкой пленки TiO ₂ (рис. 10) на хлопчатобумажную ткань для придания эффекта самоочищения при УФ-освещении за счет фотоокислительной активности.

Рисунок 10.

Изображение на растровом электронном микроскопе покрытия TiO2, нанесенного плазмой на хлопчатобумажную ткань [44]

Смачиваемость поверхности нетканых материалов была изменена путем нанесения различных материалов путем распыления. Wei et al. [10] выполнили нанесение меди, оксида цинка (ZnO) и политетрафторэтилена (ПТФЭ) на поверхность полипропиленового нетканого материала, полученного выдуванием из расплава, путем распыления. В то время как медное покрытие улучшило поверхностную проводимость материала, покрытие ZnO значительно увеличило поглощение УФ-излучения материалом, необходимое для защиты от УФ-излучения.Покрытие Cu и ZnO придавало поверхности нетканого материала гидрофильность. Нанесение ПТФЭ обеспечило гидрофобность поверхности нетканого материала за счет увеличения угла контакта и шероховатости поверхности [10]. Покрытия из меди и серебра на нетканых материалах из спанбонд из полипропилена обеспечивали пониженное пропускание как в УФ, так и в видимом диапазонах света [20].

Deng et al. [45] и Wei et al. [46] сообщили о снижении электрического сопротивления нетканых материалов из полипропилена, напыленного алюминием и медью.Пленки легированного алюминием оксида цинка (AZO) и оксида индия (ITO) были нанесены на полипропиленовые нетканые материалы с помощью магнетронного распыления. При одинаковой толщине нетканые материалы, покрытые ITO, показали более низкое электрическое сопротивление, чем материалы, покрытые AZO. Наноразмерное покрытие AZO на нетканом материале обеспечивает лучшую защиту от ультрафиолета, чем покрытие ITO той же толщины [20]. Jianfeng et al. [47] исследовали эффективность электромагнитного экранирования нетканых материалов из ПЭТФ путем распыления наноразмерных пленок Cu, Ag, Ag / Cu и Ag / Cu / Ag.

В другом исследовании Baek et al. [48] ​​использовали индуцированную микроволнами аргоновую плазму для модификации и напыления на поверхность нановолоконных каркасов из фиброина шелка с золотом / платиной для усиления прикрепления и размножения культур суставных хондроцитов человека.

Нетканые материалы в настоящее время находят применение в различных отраслях промышленности, таких как медицина и гигиена, домашний текстиль, такой как матрасы, напольные покрытия и обувные покрытия. Подходящая среда для заражения микроорганизмами создается, особенно в нетканых материалах, используемых в больницах, гостиницах, а также в одежде персонала.Нетканые материалы, изготовленные из натуральных волокон, таких как хлопок, более восприимчивы к размножению бактерий, чем синтетические, из-за содержания влаги в натуральных волокнах.

Антибактериальные свойства нетканым материалам придают антибактериальные покрытия, такие как металлические ионы серебра [40, 49], меди и их соединений, а также фенолов, четвертичных аммониевых солей и кремнийорганических соединений. Нетоксичность антибактериального агента становится критической в ​​зависимости от конечного использования продукта.

Mazloumpour et al. [50] использовали плазму тлеющего разряда атмосферного давления для придания противомикробных свойств полипропиленовому нетканому материалу фильерного производства. Прочные антимикробные свойства нетканого материала были достигнуты путем плазменной трансплантации хлорида диаллилдиметиламмония (DADMAC) в присутствии сшивающего агента.

Несколько исследований показали, что металл, то есть серебро, напыляется на полипропиленовые и полиэфирные нетканые материалы и полиакрилонитриловые электропряденые нетканые материалы, чтобы придать антибактериальные свойства [51, 52, 53].Shahidi et al. [16] нанесли медь на поверхность образцов хлопчатобумажной ткани с помощью магнетронного распыления на постоянном токе для получения антибактериального эффекта и обнаружили, что продолжительность процесса нанесения была короче по сравнению с обычными процессами нанесения с использованием неионных моющих средств и солей металлов. Полученный антибактериальный эффект оказался стойким после 30 циклов стирки.

Плазменное осаждение также использовалось для придания нетканым материалам огнестойкости. Акрилатные мономеры, содержащие фосфор, были привиты плазмой на хлопчатобумажные и ПЭТ / хлопковые ткани.Плазменное химическое осаждение из газовой фазы тонкой кремнийорганической пленки на полиамид 6 было выполнено с использованием процесса холодной азотной плазмы [54].

5. Заключение

Нетканые материалы находят широкое применение, например, салфетки для чистки, салфетки, фильтры, одноразовые халаты и простыни, детские подгузники, покрытия для матрасов, подкладки для обуви, изоляционные материалы и многое другое. По данным EDANA [55], торговой организации в Европе, в 2012 году было произведено около 1 954 миллиона тонн нетканых материалов (рулонных изделий).Рынок нетканых материалов значительно вырос в период с 2013 по 2018 год; согласно рыночному отчету Smithers Apex [56], для мирового рынка нетканых материалов прогнозируется значительный темп роста 7,6% (тоннаж).

Нетканые технологии предлагают возможность легко управлять такими свойствами ткани, как пористость, вес, механическая прочность и текстура поверхности, гораздо более экономично, чем их тканые или вязаные аналоги. Дополнительные функциональные возможности могут быть добавлены к нетканым материалам путем обработки набивкой и покрытием; следовательно, функциональные характеристики конечного продукта могут быть улучшены.Традиционные методы нанесения покрытий включают влажные химические процессы, в которых используются большие количества химикатов, растворителей, воды и энергии. У традиционных мокрых процессов есть серьезные недостатки, такие как использование токсичных растворителей, вредных для здоровья человека и окружающей среды, большое количество энергии и воды и утилизация химикатов.

Плазменная обработка поверхности продемонстрировала уникальные преимущества, в том числе экологически безопасный процесс, низкую стоимость производства и модификацию только верхних молекулярных слоев подложек без изменения объемных свойств материала.Плазменная обработка была признана альтернативой экологической обработки поверхности по сравнению с обычным влажным текстильным покрытием и отделкой.

Методы, основанные на плазме, предлагают множество возможностей для получения различной функционализации поверхности на различных подложках. Поверхностные свойства нетканых материалов могут быть изменены от гидрофильных до супергидрофобных с помощью плазменной обработки. Плазменные методы предоставляют множество возможностей обработки поверхности, таких как очистка поверхности, активация поверхности, травление, придание шероховатости поверхности, нанесение тонких пленок в наномасштабе и прививка.С помощью методов плазменного покрытия можно создавать индивидуальные поверхности с особыми функциями, такими как огнестойкость, электропроводность, антибактериальный эффект или самоочищение.

Волокна с низкой поверхностной энергией, такие как полипропилен и полиэфир, широко используются во многих областях применения нетканых материалов и по своей сути являются гидрофобными, поэтому их смачиваемость обычно достигается за счет гидрофильной обработки поверхности, такой как влажная химическая обработка. Плазменные процессы успешно применялись для улучшения смачиваемости по своей природе гидрофобных поверхностей.Более того, плазменная обработка была признана методом предварительной обработки для улучшения адгезии нетканой поверхности к другой или слоя покрытия к нетканой подложке. Было обнаружено, что добавление кислородсодержащих функциональных групп, таких как –OH, –C = O, –COOH, на поверхности посредством плазменной обработки увеличивает поглощение красителя и возможность печати на нетканых материалах.

Плазменная технология продолжает предлагать возможности для адаптации поверхностных свойств нетканых материалов и придания тканям уникальных характеристик; Тем не менее, по-прежнему существуют проблемы с интеграцией систем плазменной резки в промышленные линии производства рулонных материалов.Хотя существуют доступные промышленные системы атмосферной плазменной обработки, в частности, внедрение плазменного осаждения тонких пленок в промышленные процессы прокатки с рулона на рулон все еще находится на стадии развития.

.

Плазменная наплавка | Scientific.Net

Влияние тока наплавки на микроструктуру и износостойкость наплавочного покрытия из сплава Fe60

Авторы: Бо Чен, И Ли, Пэн Сяо Чжу, Хуэй Цзи Фань, Цай Тан, Синь Цзинь

Аннотация: На Q345 методом плазменной наплавки получено поверхностное покрытие из сплава Fe60.Твердость и износостойкость наплавочного покрытия проверяли с помощью прибора для определения твердости по Роквеллу и прибора для испытания на абразивное истирание при динамической нагрузке. Микроструктуру наплавочного покрытия исследовали методом оптической микроскопии. Было исследовано влияние тока наплавки на твердость, микроструктуру и износостойкость. Результаты показали, что образцы, приготовленные на 140 А, показали отличную износостойкость, в то время как многие равноосные зерна равномерно распределялись в образцах.

51

Исследование износостойкости плазменно-дуговой наплавки резца туннельной машины

Авторы: Нин Чжан, На Ши, Мин Хе, Фэн Ян, Хао Чен

Аннотация: Рабочая среда проходческой машины очень суровая.В условиях сильных ударов, напряжений и абразивного износа резец представляет собой большое количество изнашиваемых деталей в процессе проходки туннелей. В этом эксперименте головка зуба резца, сваренная пайкой в ​​печи, была упрочнена плазменно-дуговой наплавкой порошком сплава F30, затем проанализированы топография поверхности и детали, распределение твердости от наплавочного слоя до внутренней части матрицы. , фрикционные и износостойкие свойства наплавочного слоя, исследование микроструктуры следов шлифования и механизма изнашивания.Чтобы улучшить износостойкость резца, решить проблему износа и обеспечить хороший ориентир для продления срока службы.

105

Исследование микроструктуры и свойств слоя плазменно-дуговой наплавки для резца

Авторы: Нин Чжан, Ли Ян, Фэн Ян, Мин Хе, Мин Ши

Реферат: Срезание зуба, особенно из-за низкого качества пайки очистного комбайна, вызвало большой расход резцов и задержку рабочего времени.Износ корпуса зуба резца резца составляет половину его общего разрушения. В этом эксперименте резец резца, сваренный индукционной пайкой, был упрочнен плазменно-дуговой порошковой наплавкой, затем проанализированы микроструктура, топография поверхности и механические свойства сварного шва, чтобы предложить новую схему решения проблемы износа зуба. выход из строя и продление срока службы. Проблема отказа резца, вызванная более низкой твердостью вершины зуба, износом зуба и преждевременной потерей твердосплавной головки.

231

Микроструктура и свойства ремонтных слоев Ni25 и Fe304, полученных плазменной наплавкой

Авторы: Вэнь Цюань Ван, Бао Шэн Лу, Чанг Лун Шань

Аннотация: Исследованы микроструктура и свойства слоев Ni25 и Fe304 с плазменной наплавкой на подложке из чугуна с шаровидным графитом.Исследование показало, что между слоями и подложкой существует межфазная граница. По сравнению с типичной микроструктурой сварного соединения наблюдались аналогичные столбчатые зерна в слоях, перпендикулярных линии раздела, которые практически не наблюдались в покрытии, нанесенном плазменным напылением. Можно сделать вывод, что связь между слоями Ni25 и Fe304 и подложкой из чугуна с шаровидным графитом принадлежала металлургической когезии. Рентгеноструктурный анализ показал, что в слоях были обнаружены соединения металлов, такие как Ni ₄ B ₃ ， Cr ₇ BC ₄ ， γ- (Fe, Ni) и Cr ₇ C ₃ .Исследование показало, что слои обладают необходимой прочностью и твердостью для ремонта поверхностных дефектов чугуна с шаровидным графитом.

357

Исследование частиц WC, растворенных при плазменной наплавке.

Авторы: Чун Хуа Чжан, Линь Ци, Фанг Ху, Сун Чжан, Мао Цай Ван

Аннотация: Специальные покрытия часто используются для увеличения срока службы механических деталей, подвергающихся сильной коррозии и износу.Плазменная наплавка используется для получения высококачественных покрытий с быстрым развитием технологий нанесения покрытий. В данной работе был изучен процесс растворения частиц WC при плазменной наплавке композитных покрытий на основе Fe и карбидов вольфрама на нержавеющей стали AISI 316L. Процесс растворения частиц WC исследован методами SEM, EDS и феноменологического анализа. Результаты показывают, что растворение частиц WC во время процесса плазменной наплавки представляет собой последовательный процесс, состоящий из растворения и реакции диффузии.Кроме того, обсуждалось влияние растворенного WC на ​​микротвердость покрытия.

193

.

Исследование микроструктуры и свойств слоя плазменно-дуговой наплавки для резца

[1] Янг Л.Дж. Влияние толщины образца на твердость образцов из стали ASSAB 760, закаленной плазменной поверхностью [J]. Журнал технологий обработки материалов. 2007, 185: 113-119.

DOI: 10.1016 / j.jmatprotec.2006.03.117

[2] Бинь Ван, Венбин Сюэ, Цзе Ву, Сяоюй Цзинь, Мин Хуа, Чжэнлун Ву, Характеристика поверхностно-упрочненных слоев низкоуглеродистой стали Q235, обработанной плазменным электролитическим бороуглероживанием [J].Журнал сплавов и соединений. 2013, 578: 162-169.

DOI: 10.1016 / j.jallcom.2013.04.153

[3] Б. Подгорник, Ю. Вижинтин, В. Лесковшек, Износостойкие свойства стали AISI 4140, подвергнутой индукционной закалке, стандартной плазменной азотированной и импульсной плазменной азотированной стали в условиях сухого скольжения [J].Wear, 1999. 232: 231-242.

DOI: 10.1016 / s0043-1648 (99) 00151-9

[4] М.К. Лей, З.Л. Чжан, Плазменное ионное азотирование чистого железа: формирование слоя нитрида железа и упрочненного диффузионного слоя при низкой температуре [Дж]. Технология поверхностей и покрытий. 1997, 91: 25.

DOI: 10.1016 / s0257-8972 (96) 03155-6

[5] Инсуп Ли, Икмин Парк, Микроструктура и механические свойства поверхностно-упрочненного слоя, полученного на стали SKD 61 плазменным радикальным азотированием [J].Материаловедение и инженерия. 2007, 449–451: 890–893.

DOI: 10.1016 / j.msea.2006.02.412

[6] Б. Эденхофер, В. Грефен, Дж. Мюллер-Циллер, Плазменное науглероживание — процесс термообработки поверхности в новом веке [J].Технология поверхностей и покрытий, 2001, 142–144: 225-234.

DOI: 10.1016 / s0257-8972 (01) 01136-7

[7] Гю-Рак Ким, Хюнук Ли, Ральф Л.Уэбб, Гидрофильная обработка поверхности плазмой для осушающих теплообменников [J]. Экспериментальная терминология и гидродинамика, 2002, 27: 1-10.

DOI: 10.1016 / s0894-1777 (02) 00219-4

.

Плазменная Переведен Arc наплавка Технология Thrust Face

[1] H.W. Конг и Л.П. Лю: Анализ и обсуждение технологии сварки и свойств чугуна. Исследования литейного оборудования, 2001, (10), стр.28-31.

[2] Д.М. Стефанешдку: Чугун. В Справочнике по металлу, 9-е изд. ASM International, Metal Park, OH, 1988, (15), стр. 168-181.

[3] H.J.Ким и Y.J. Ким: Износостойкость и коррозионная стойкость слоев сплава Ni и Co, наплавленных методом PTA. Surface Engineering, 1999, (6), стр. 495-501.

DOI: 10.1179 / 026708499101516911

[4] Ю.Дж. Ван: Исследование технологии плазменной сварки распылением и ее применения в направляющих пластинах для горячей прокатки. Поверхностные технологии. 2005, 34 (4), стр 58-61.

[5] ИКС.Ф. Ван, П. Шань, X.B. Ван: Микроструктура и свойства покрытия TiB2-металлокерамика путем плазменной дуговой наплавки. Сделка Китайского института сварки. 2005, 26 (7), стр.33-36.

.