Revêtement au plasma : équipement et technologie des procédés

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 10:27

L'efficacité et les problèmes du surfaçage au plasma sont extrêmement aigus pour les ingénieurs en matériaux. Grâce à cette technologie, il est possible non seulement d'augmenter considérablement la durée de vie et la fiabilité des pièces et assemblages fortement chargés, mais aussi de restaurer, semble-t-il, des produits usés et détruits à cent pour cent.

L'introduction du surfaçage plasma dans le processus technologique augmente considérablement la compétitivité des produits d'ingénierie. Le procédé n'est pas fondamentalement nouveau et est utilisé depuis longtemps. Mais il améliore et étend constamment ses capacités technologiques.

Dispositions générales

Le plasma est un gaz ionisé. Il est connu de manière fiable que le plasma peut être obtenu par diverses méthodes en raison d'effets électriques, thermiques ou mécaniques sur les molécules de gaz. Pour sa formation, il est nécessaire d'arracher les électrons chargés négativement des atomes positifs.

Dans certaines sources, vous pouvez trouverinformation selon laquelle le plasma est le quatrième état d'agrégation de la matière avec le solide, le liquide et le gazeux. Le gaz ionisé a un certain nombre de propriétés utiles et est utilisé dans de nombreuses branches de la science et de la technologie: surfaçage au plasma de métaux et d'alliages afin de restaurer et de durcir des produits fortement chargés qui subissent des charges cycliques, nitruration ion-plasma dans une décharge luminescente pour la saturation de diffusion et durcissement de surfaces de pièces, pour la mise en œuvre de procédés chimiques décapage (utilisé dans la technologie de fabrication électronique).

Préparation au travail

Avant de commencer à faire surface, vous devez configurer l'équipement. Conformément aux données de référence, il est nécessaire de sélectionner et de régler l'angle d'inclinaison correct de la buse du brûleur par rapport à la surface du produit, d'aligner la distance entre l'extrémité du brûleur et la pièce (elle doit être de 5 à 8 millimètres) et insérez le fil (si le matériau du fil fait surface).

Si le surfaçage sera effectué par des fluctuations de la buse dans les directions transversales, il est nécessaire de régler la tête de manière à ce que la soudure soit exactement au milieu entre les points extrêmes des amplitudes de fluctuation de la tête. Il est également nécessaire d'ajuster le mécanisme qui définit la fréquence et l'amplitude des mouvements oscillatoires de la tête.

Technologie de surfaçage à l'arc plasma

Le processus de surfaçage est assez simple et peut être réalisé avec succès par n'importe quel soudeur expérimenté. Cependant, il exigeinterprète d'une concentration et d'une attention maximales. Sinon, vous pouvez facilement ruiner la pièce.

Une puissante décharge d'arc est utilisée pour ioniser le gaz de travail. Le détachement des électrons négatifs des atomes chargés positivement est réalisé en raison de l'effet thermique de l'arc électrique sur le jet du mélange gazeux de travail. Cependant, dans un certain nombre de conditions, l'écoulement est possible non seulement sous l'influence de l'ionisation thermique, mais également sous l'influence d'un champ électrique puissant.

Le gaz est fourni sous une pression de 20-25 atmosphères. Pour son ionisation, une tension de 120-160 volts est nécessaire avec un courant d'environ 500 ampères. Les ions chargés positivement sont capturés par le champ magnétique et se précipitent vers la cathode. La vitesse et l'énergie cinétique des particules élémentaires sont si grandes que lorsqu'elles entrent en collision avec du métal, elles sont capables de lui donner une température énorme - de +10 à +18 000 degrés Celsius. Dans ce cas, les ions se déplacent à une vitesse pouvant atteindre 15 kilomètres par seconde (!). L'installation de surfaçage plasma est équipée d'un dispositif spécifique appelé "torche plasma". C'est ce nœud qui est responsable de l'ionisation du gaz et de l'obtention d'un flux dirigé de particules élémentaires.

La puissance de l'arc doit être telle qu'elle empêche la fusion du matériau de base. Dans le même temps, la température du produit doit être aussi élevée que possible afin d'activer les processus de diffusion. Ainsi, la température devrait se rapprocher de la ligne liquidus sur le diagramme fer-cémentite.

Une poudre fine d'une composition spéciale ou d'un fil d'électrode est introduite dans un jet de plasma à haute température, dans lequel le matériaufond. A l'état liquide, le revêtement tombe sur la surface durcie.

Pulvérisation au plasma

Pour mettre en œuvre la projection plasma, il est nécessaire d'augmenter significativement le débit de plasma. Ceci peut être réalisé en ajustant la tension et le courant. Les paramètres sont sélectionnés de manière empirique.

Les matériaux pour la projection plasma sont des métaux réfractaires et des composés chimiques: tungstène, tantale, titane, borures, siliciures, oxyde de magnésium et oxyde d'aluminium.

L'avantage incontestable de la projection par rapport au soudage est la possibilité d'obtenir les couches les plus fines, de l'ordre de quelques micromètres.

Cette technologie est utilisée pour la trempe de coupe, de tournage et de fraisage de plaquettes remplaçables en carbure, ainsi que de tarauds, forets, fraises, alésoirs et autres outils.

Obtenir un jet de plasma ouvert

Dans ce cas, la pièce elle-même agit comme une anode, sur laquelle le matériau est déposé par plasma. L'inconvénient évident de cette méthode de traitement est l'échauffement de la surface et de tout le volume de la pièce, ce qui peut entraîner des transformations structurelles et des conséquences indésirables: ramollissement, fragilisation accrue, etc.

Jet de plasma fermé

Dans ce cas, le brûleur à gaz, plus précisément sa buse, agit comme une anode. Cette méthode est utilisée pour le surfaçage plasma-poudre afin de restaurer et d'améliorer les performances des pièces etnœuds machines. Cette technologie a acquis une popularité particulière dans le domaine du génie agricole.

Avantages du rechargement plasma

L'un des principaux avantages est la concentration de l'énergie thermique dans une petite zone, ce qui réduit l'effet de la température sur la structure d'origine du matériau.

Le processus est bien gérable. Si on le souhaite, et avec des réglages d'équipement appropriés, la couche de revêtement peut varier de quelques dixièmes de millimètre à deux millimètres. La possibilité d'obtenir une couche contrôlée est particulièrement pertinente à l'heure actuelle, car elle permet d'augmenter considérablement l'efficacité économique du traitement et d'obtenir des propriétés optimales (dureté, résistance à la corrosion, résistance à l'usure et bien d'autres) des surfaces des produits en acier.

Un autre avantage non moins important est la possibilité de réaliser le soudage plasma et le rechargement d'une grande variété de matériaux: cuivre, laiton, bronze, métaux précieux, ainsi que des non-métaux. Les méthodes de soudage traditionnelles sont loin d'être toujours capables de le faire.

Matériel de rechargement

L'installation pour le surfaçage par plasma-poudre comprend un starter, un oscillateur, une torche à plasma et des alimentations. En outre, il doit être équipé d'un dispositif d'alimentation automatique des granulés de poudre métallique dans la zone de travail et d'un système de refroidissement avec circulation d'eau constante.

Les sources d'alimentation pour le rechargement au plasma doivent répondre à des exigences strictesconstance et fiabilité. Les transformateurs de soudage font le meilleur travail avec ce rôle.

Lors du surfaçage de matériaux en poudre sur une surface métallique, l'arc dit combiné est utilisé. Les jets de plasma ouverts et fermés sont utilisés simultanément. En ajustant la puissance de ces arcs, il est possible de modifier la profondeur de pénétration de la pièce. Dans des conditions optimales, le gauchissement des produits n'apparaîtra pas. Ceci est important dans la fabrication de pièces et d'assemblages d'ingénierie de précision.

Chargeur de matériel

La poudre de métal est dosée par un dispositif spécial et introduite dans la zone de fusion. Le mécanisme ou principe de fonctionnement de l'alimentateur est le suivant: les pales du rotor poussent la poudre dans le flux gazeux, les particules sont chauffées et adhèrent à la surface traitée. La poudre est alimentée par une buse séparée. Au total, trois buses sont installées dans le brûleur à gaz: pour l'alimentation en plasma, pour l'alimentation en poudre de travail et pour le gaz de protection.

Si vous utilisez du fil, il est conseillé d'utiliser le mécanisme d'alimentation standard d'une machine à souder à l'arc submergé.

Préparation de surface

Le surfaçage au plasma et la pulvérisation de matériaux doivent être précédés d'un nettoyage en profondeur de la surface des taches de graisse et autres contaminants. Si, lors d'un soudage conventionnel, il est permis d'effectuer uniquement un nettoyage grossier et superficiel des joints contre la rouille et le tartre, alors lors du travail avec un plasma gazeux, la surface de la pièce doit être idéalement (dans la mesure du possible) propre, sans inclusions étrangères. Le film d'oxyde le plus mince est capable deaffaiblir considérablement l'interaction adhésive entre le revêtement dur et le métal de base.

Afin de préparer la surface au surfaçage, il est recommandé d'éliminer une couche superficielle de métal insignifiante par usinage par découpage, suivi d'un dégraissage. Si les dimensions de la pièce le permettent, il est recommandé de laver et de nettoyer les surfaces dans un bain à ultrasons.

Caractéristiques importantes des revêtements métalliques

Il existe plusieurs options et méthodes pour le surfaçage au plasma. L'utilisation du fil comme matériau de surfaçage augmente significativement la productivité du procédé par rapport aux poudres. Cela est dû au fait que l'électrode (fil) agit comme une anode, ce qui contribue à un chauffage beaucoup plus rapide du matériau déposé, ce qui signifie qu'il vous permet d'ajuster les modes de traitement vers le haut.

Cependant, la qualité du revêtement et les propriétés d'adhérence sont clairement du côté des additifs en poudre. L'utilisation de fines particules métalliques permet d'obtenir une couche uniforme de n'importe quelle épaisseur sur la surface.

Poudre de surfaçage

L'utilisation de revêtements en poudre est préférable en termes de qualité des surfaces résultantes et de résistance à l'usure, c'est pourquoi les mélanges de poudres sont de plus en plus utilisés dans la production. La composition traditionnelle du mélange de poudres est constituée de particules de cob alt et de nickel. L'alliage de ces métaux présente de bonnes propriétés mécaniques. Après traitement avec une telle composition, la surface de la pièce reste parfaitement lisse et il n'y a pas besoin de sa finition mécanique et de l'élimination des irrégularités. La fraction de particules de poudre n'est que de quelques micromètres.