NATRYSKIWANIE

PLAZMOWE

Tietz Rafael

Natryskiwanie plazmowe

jest to metoda natryskiwania

powierzchni metali innymi metalami, stopami lub materiałami

niemetalicznymi (np. ceramicznymi) za pomocą palników plazmowych.

• Plazmę stanowi strumień gazu (np. argonu) o

wysokiej temperaturze i dużym stopniu
zjonizowania. Plazma powstaje w palniku w
którym wytwarza się „skondensowany” łuk
elektryczny. Łuk ten powstaje między elektrodą
wolframową umieszczoną centralnie i miedzianą
dyszą chłodzoną wodą, która stanowi anodę.
Przez palnik jest przedmuchiwany gaz
przechodzący w stan plazmy o temperaturze
dochodzącej do 10000 °C.

Natryskiwanie plazmowe (atmosferic plasma spray

APS)

• W natryskiwaniu plazmowym nanoszony materiał w postaci

proszku zwykle wtryskiwany jest do palnika przez który
przepuszczany jest gaz plazmotwórczy - zwykle argon (czasem z
dodatkiem wodoru, azotu lub helu). W centrum palnika znajduje
się katoda z wolframu torowanego wokół której koncentrycznie
umocowana jest miedziana anoda. Dzięki różnicy napięć
pomiędzy katodą i anodą, a także dzięki obecności argonu
dochodzi do wyładowania łukowego wewnątrz palnika.
Gwałtownie rozgrzany przepływającym w łuku prądem argon
zmienia stan skupienia na plazmowy i wydostaje się przez otwór
w czole palnika wraz z rozgrzanym proszkiem. Z uwagi na dużą
temperaturę gazów palnik chłodzony jest wodą. Palnik zwykle
zasilany jest prądem DC (stałym). W odpowiednio
przeprowadzonym procesie APS podłoże praktycznie nie jest
rozgrzewane.

Schemat palnika do natryskiwania

plazmowego

1

, anoda; 2, kanał wewnętrznego injektora proszków; 3, natryskiwany proszek w stożku

gorącego gazu; 4, natryśnięta warstwa; 5, podłoże; 6, łuk wyładowania elektrycznego; 7,
kanały z wodną chłodzącą palnik; 8, katoda; 9, zasilanie, woda; 10, woda; 11, gaz roboczy
(argon), zasilanie; 12, wtryskiwany proszek w gazie nośnym.

WADY I ZALETY

Zalety:

- Temperatura w palniku plazmowym może osiągać 14000K. Z tego powodu
technika umożliwia nanoszenie warstw materiałów trudnotopliwych np. stopów
trudnotopliwych, wolframu lub cyrkonu.

- APS jest metodą uniwersalną. Pozwala na wykorzystywanie materiału w

formie proszków a także prętów (rzadko stosowane). Z uwagi na możliwość
zamontowania elementu podającego materiał natryskiwany poza palnikiem
możliwe jest natryskiwanie również substancji o niskiej temperaturze topnienia.

- Powłoki natryskiwane plazmowo są czystsze i gęstsze niż w natryskiwaniu
łukowym czy płomieniowym.
- Natryskiwanie plazmowe jest najczęściej wykonywane w normalnych
warunkach atmosferycznych. Niekiedy wykonuje się je w atmosferze gazu
obojętnego (argonu) lub w próżni. Można też przeprowadzać natryskiwanie
plazmowe w atmosferze gazu obojętnego pod niskim ciśnieniem.

Wady:

- Negatywne strony natryskiwania plazmowego, w stosunku do natryskiwania
łukowego i płomieniowego
to wyższa cena i złożoność procesu.

CEL I ZAKRES PRACY

• Coraz wyższe wymagania co do własności powłok natryskiwanych

plazmowo, pociągają za sobą poszukiwanie nowych materiałów jak np.
azotki, albo węgliki. Powłoki z nich uzyskane posiadają atrakcyjne własności
użytkowe: wysoką odporność na zużycie, mogą być stosowane jako bariery
cieplne, mogą też być eksploatowane w środowiskach agresywnych.
Jednakże materiały te narzucają szereg wymagań co do procesu
technologicznego natryskiwania plazmowego, charakteryzują się one
wysokimi temperaturami topnienia i wysokimi wartościami ciepeł topnienia
oraz wrażliwością na kontakt z tlenem. Dlatego trzeba dysponować
skutecznym plazmotronem zapewniającym dobre przetopienie ziaren i
ograniczać zawartość tlenu w strudze plazmy. Dla ograniczenia zawartości
tlenu można natryskiwać powłoki w próżni albo w atmosferach ochronnych,
ale są to technologie drogie. Dla obniżenia kosztów opracowano technologię
natryskiwania powłok w warunkach otoczenia, z warstwą ochronną gazu.
Tak więc dla uzyskania powłok z wyżej przedstawionych materiałów należało
zarówno opracować konstrukcję plazmotronu jak i opracować technologię
natryskiwania z warstwą ochronną gazu.

PODSUMOWANIE

• Metoda natryskiwania powłok z materiałów wrażliwych na

obecność tlenu przy ciśnieniu atmosferycznym z ochronną strugą
gazu ma szereg zalet technologicznych, a w konsekwencji i
ekonomicznych. Eliminuje szereg czasochłonnych operacji
związanych z koniecznością hermetyzacji procesu. Zapewnia
dobry dostęp do przedmiotu natryskiwanego, jego dobre
chłodzenie i kontrolę powstającej powłoki. Jednocześnie należy
podkreślić, że otrzymano powłoki o wysokiej jakości. Zwarta
budowa powłok o dobrej adhezji do podłoża. Porowatość w
granicach 5-11%, a więc na poziomie powłok otrzymywanych przy
obniżonym ciśnieniu. Dla pełnej weryfikacji metody wykonano
szereg powłok aplikacyjnych, które wdrożono do eksploatacji i
które się w pełni sprawdziły. Na uszczelniaczach pomp wirowych
na elektrorolkach i nożycach do kęsisk dla przemysłu hutniczego)
oraz na elementach roboczych łopatek turbin, silników i narzędzi.