Плазменная обработка

Низкотемпературная плазма (Т=10 -10 К) нашла применение в процессах, требующих концентрированного нагрева. Она используется при плавлении вещества, сварке и наплавке, резке металлов и неметаллов, получении тонких пленок и нанесении покрытий из тугоплавких металлов, оксидов, нитридов и карбидов. Источниками плазмы являются плазменные ускорители для обработки в вакууме и плазмотроны (плазменные горелки) для обработки на воздухе. Наибольшее распространение получили дуговые плазмотроны, в которых плазма получается при различных видах взаимодействия электронной дуги с плазмообразующим газом (аргон, гелий, азот, водород, кислород). Стабилизация дуги может быть потоком газа (аксиальным и тангенциальным), а также охлаждаемой стенкой (см. рис.7).

Обработка может вестись в режимах плазменной дуги, когда заготовка проводящая и включена в цепь как электрод, и плазменной струи, когда она не включена в электрическую цепь. В первом случае эффективность нагрева выше. Распределение температур по радиусу и длине дуги и струи приведены на рис.7.

Плавка металлических и неметаллических материалов плазмой отличается высокой стабильностью, простотой и гибкостью технологического процесса.

Рис.7. Распределение температур по радиусу и длине плазменных

дуги и струи

Сварка позволяет получить большую глубину и малую ширину шва, идет с большой скоростью при высоком качестве шва. За один проход сваривают детали толщиной до 20 мм. Микроплазменная сварка применяется при толщине заготовок 0,025-1 мм и деталей РЭС.

Наплавка используется для нанесения на заготовку металлических слоев с целью повышения эксплуатационных свойств детали. За один проход можно нанести слой в 4-5 мм, что позволяет восстанавливать дорогостоящие изделия.

Напыление отличается от наплавки тем, что напыленный материал нагревается в плазмотроне, и затем осаждается на подложку с различной температурой. Может быть напыление металла, подаваемого в плазмотрон в виде прутка или проволоки (рис.а); и напыление оксидов, нитридов, карбидов и т. п., подаваемых в виде порошка. Этим методом получают тонкие покрытия (10 -10 м) с особыми свойствами.

Плазменное формование используют для получения тонкостенных деталей и заготовок сложной формы из труднообрабатываемых металлов. При этом материал напыляется на оправки или шаблоны, затем растворяемые.

Резка применяется для любых металлов и сплавов толщиной <300 мм. В основе процесса лежит локальное плавление и удаление расплава из зоны реза потоком плазмы.