Плазменная технология: Плазменная технология

Плазменная технология

Плазменная технология основана на обработке исходных материалов концентрированными потоками энергии.

Плазмохимия изучает процессы, протекающие при температуре 8000–10 000 °С, когда вещество находится в виде плазмы. Плазма – частично или полностью ионизированный газ, обладающий практически одинаковой плотностью положительных или отрицательных зарядов. Плазма может быть низкотемпературной (порядка + 105 °С) и высокотемпературной (+106..108 °С).

Установки, позволяющие осуществлять непрерывный регулируемый нагрев газа до высоких температур, называются генераторами низкотемпературной плазмы (дуговыми или высокочастотными плазмотронами).

Основными сферами применения плазменных технологий является химия, металлургия, машиностроение.

При плазменной обработке изменяются форма, размеры, структура обрабатываемого материала или состояние его поверхности. Плазменная обработка включает: разделительную и поверхностную резку, нанесение покрытий, наплавку, сварку, разрушение горных пород (плазменное бурение).

Низкотемпературная плазма получила более широкое применение в технологических процессах промышленных производств. Созданы плазмотроны и устройства для напыления порошковых металлов и их соединений, использование которых дает значительный эффект.

Неэлектропроводные материалы (бетоны, гранит, тонколистовые органические материалы) обрабатывают плазменной струей (дуга горит в сопле плазменной горелки между ее электродами). Нанесение покрытий (напыление) производится для защиты деталей, работающих при высоких температурах, в агрессивных средах или подверженных интенсивному механическому воздействию.

Материал покрытия (тугоплавкие металлы, окислы, карбиды, силициды, бориды и др.) вводят в виде порошка или проволоки в плазменную струю, в которой он плавится, распыляется, приобретает скорость -100-200 м/с и в виде мелких частиц (20-100 мкм) наносится на поверхность изделия.

Плазменные покрытия отличаются пониженной теплопроводностью и хорошо противостоят термическим ударам. Мощность установок для напыления 5-30 кВт, максимальная производительность 5-10 кг напыленного материала в час.

Для получения порошков со сферической формой частиц, применяемых в порошковой металлургии, в плазменную струю вводят материал, частицы которого, расплавляясь, приобретают под действием сил поверхностного натяжения сферическую форму. Размер частиц может регулироваться в пределах от нескольких мкм до 1 мм. Более мелкие (ультрадисперсные) порошки с размерами частиц 10 нм и выше получают испарением исходного материала в плазме и последующей его конденсацией.

Разработана технология плазменного напыления износостойкого порошка на поверхности лопастей, изготовленных из недорогой стали. Винты, полученные таким образом, относительно дешевы и служат в несколько раз дольше, чем выполненные из легированной стали.

Резка металлов осуществляется сжатой плазменной дугой, которая горит между анодом (разрезаемым металлом) и катодом плазменной горелки. Стабилизация и сжатие канала дуги, повышающие ее температуру, осуществляются соплом горелки и обдуванием дуги потоком плазмообразующего газа (Ar, N2, Н2, Nh5 и их смеси).

Для интенсификации резки металлов используется химически активная плазма. Например, при резке воздушной плазмой кислород, окисляя металл, дает дополнительный энергетический вклад в процесс резки. Плазменной дугой режут нержавеющие и хромоникелевые стали, Сu, Al и другие металлы и сплавы, не поддающиеся кислородной резке. Высокая производительность плазменной резки позволяет применять ее в поточных непрерывных производственных процессах. Мощность установок достигает 150 кВт.

Свойство плазменной дуги глубоко проникать в металл используется для сварки металлов. Можно производить сварку металла толщиной 10-15 мм без специальной разделки кромок. Сварка плазменной дугой отличается высокой производительностью и вследствие большой стабильности горения дуги хорошим качеством. Маломощная плазменная дуга на токах 0,1–40 А удобна для сварки тонких листов (0,05 мм) при изготовлении мембран, сильфонов, теплообменников из Та, Ti, Mo, W, Al.

В промышленных организациях применяют плазменно-механическую обработку металлов, суть которой состоит в разупрочнении поверхности заготовок перед резанием. Это дает возможность повысить скорость обработки и увеличить толщину снимаемой стружки. Установлено, что внедрение плазменно-механического метода обработки марганцовистых сталей способствует повышению производительности труда в 4–10 раз, а титановых сплавов – в 15 раз.

Плазменная технология связывается с появлением металлобетонов, где в качестве связующего вещества используют сталь, чугун, алюминий, свинец и т.д. Раньше это было невозможно сделать из-за слабого контактного сцепления между металлом и минеральным наполнителем.

Плазменная технология позволяет производить быстрое поверхностное оплавление частиц горной породы, что обеспечивает хорошую совместную работу металла и минерального наполнителя. Полученный металлобетон прочнее обычного бетона при сжатии в 10 раз, при растяжении – в 100 раз.

При обработке плазмой поверхности кирпичных, бетонных стен или стен, поверхность которых облицована керамической плиткой, образуется стекловидный расплав, который надежно защищает здание от влаги и атмосферных воздействий. Если же на стены здания предварительно нанести растворы солей различных металлов, то их поверхности приобретут соответствующую окраску.

С помощью плазмотронов можно перерабатывать хлорорганические отходы, которые до сих пор выбрасывались. Из них можно получать новые вещества, необходимые для различных отраслей. Это путь к безотходным экологически чистым технологиям.

В технологических процессах создания сверхбольших и сверхскоростных ионных источников широко используются ионные, ионно-плазменные и плазмохимические процессы взаимодействия ионных потоков и низкотемпературной плазмы с поверхностью твердого тела. В универсальных технологических системах, оборудованных ионными источниками можно проводить многие операции очистки, ионно-пучкового травления и распыления.

В полупроводниковой микроэлектронике широко применяют технологии ионной имплантации и реактивного ионно-лучевого травления (РИЛТ).

Применение совокупности электронно-ионных процессов – элионная технология – позволяет повысить точность изготовления микроструктур, создать высокопроизводительное автоматизированное промышленное оборудование.

ПЛАЗМЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ • Большая российская энциклопедия

Авторы: В. В. Кудинов, В. И. Калита

ПЛА́ЗМЕННАЯ ТЕХНОЛО́ГИЯ, тех­но­ло­гич. про­цес­сы, ос­но­ван­ные на ис­поль­зо­ва­нии низ­ко­тем­пе­ра­тур­ной плаз­мы, ге­не­ри­руе­мой ду­го­вы­ми или вы­со­ко­час­тот­ны­ми плаз­ма­тро­на­ми. При­ме­ня­ет­ся для про­ве­де­ния разл. ме­тал­лур­гич. про­цес­сов (см. Плаз­мен­ная ме­тал­лур­гия) и тер­мич. об­ра­бот­ки – свар­ки, резки, на­плав­ки ме­тал­лич. ма­те­риа­лов, а так­же уда­ле­ния (трав­ле­ния) при­по­верх­но­ст­ных сло­ёв твёр­дых тел или их уп­роч­не­ния (пу­тём их ион­но­го ле­ги­ро­ва­ния или мо­ди­фи­ци­ро­ва­ния) и др.

Про­цес­сы П. т. осу­ще­ст­в­ля­ют­ся при темп-ре плаз­мы (1–2)·10⁴ К и ха­рак­те­ри­зу­ют­ся боль­шим диа­па­зо­ном ре­гу­ли­ро­ва­ния мощ­но­сти (до 150 кВт) и воз­мож­но­стью со­сре­до­то­че­ния по­то­ка плаз­мы на об­ра­ба­ты­вае­мом из­де­лии; про­цес­сы мо­гут вы­пол­нять­ся при нор­маль­ном (ат­мо­сфер­ном) или по­вы­шен­ном дав­ле­нии ли­бо в ва­куу­ме. Эф­фек­ты от при­ме­не­ния П. т. дос­ти­га­ют­ся как те­п­ло­вым, так и ме­ха­нич. дей­ст­ви­ем ком­по­нен­тов плаз­мы (бом­бар­ди­ров­кой из­де­лия час­ти­ца­ми плаз­мы, дви­жу­щи­ми­ся с очень вы­со­кой ско­ро­стью, – т. н. ско­ро­ст­ной на­пор плаз­мен­но­го по­то­ка). Удель­ная мощ­ность, пе­ре­да­вае­мая по­верх­но­сти ма­те­риа­ла плаз­мен­ной ду­гой, дос­ти­га­ет 10⁵– 10⁶ Вт/см², в слу­чае плаз­мен­ной струи она со­став­ля­ет 10³–10⁴ Вт/см². Те­п­ло­вой по­ток, ес­ли это не­об­хо­ди­мо, мо­жет быть рас­сре­до­то­чен, обес­пе­чи­вая «мяг­кий» рав­но­мер­ный на­грев по­верх­но­сти, что ис­поль­зу­ет­ся при на­плав­ке и на­не­се­нии по­кры­тий.

Для свар­ки ме­тал­лов при­ме­ня­ют од­но­врем. воз­дей­ст­вие ду­го­во­го раз­ря­да и плаз­мен­ной струи, что по­зво­ля­ет глу­бо­ко про­ни­кать в ме­талл. Та­кая свар­ка от­ли­ча­ет­ся вы­со­кой про­из­во­ди­тель­но­стью и, вслед­ст­вие боль­шой ста­биль­но­сти дей­ст­вия ду­ги, хо­ро­шим ка­че­ст­вом; по­зво­ля­ет сва­ри­вать дос­та­точ­но тол­стый ме­талл (10–15 мм) без спец. раз­дел­ки кро­мок. Ма­ло­мощ­ная плаз­мен­ная ду­га на то­ках 0,1–40 А удоб­на для свар­ки тон­ких лис­тов (0,05 мм) при из­го­тов­ле­нии мем­бран, силь­фо­нов, те­п­ло­об­мен­ни­ков из Ta, Ti, Mo, W, Al.

Рез­ка ме­тал­лов осу­ще­ст­в­ля­ет­ся при од­но­врем. воз­дей­ст­вии плаз­мен­ной струи и ду­го­во­го раз­ря­да ме­ж­ду ано­дом (раз­ре­зае­мым ме­тал­лом) и ка­то­дом плаз­ма­тро­на. Плаз­мен­ная струя (Ar, N₂, H₂, NH₃ и их сме­си) фор­ми­ру­ет­ся и ста­би­ли­зи­ру­ет­ся в ка­на­ле ано­да при на­гре­ве ду­го­вым раз­ря­дом. Для ин­тен­си­фи­ка­ции рез­ки ме­тал­лов ис­поль­зу­ет­ся хи­ми­че­ски ак­тив­ная плаз­ма. Напр., при рез­ке возд. плаз­мой ки­сло­род, окис­ляя ме­талл, да­ёт до­пол­нит. энер­ге­тич. вклад в про­цесс рез­ки. Плаз­мен­ной ду­гой ре­жут не­ржа­вею­щие и хро­мо­ни­ке­ле­вые ста­ли, Cu, Al и др. ме­тал­лы и спла­вы, не под­даю­щие­ся ки­сло­род­ной рез­ке. Не­элек­тро­про­вод­ные ма­те­риа­лы (бе­то­ны, гра­нит, тон­ко­ли­сто­вые ор­га­нич. ма­те­риа­лы) об­ра­ба­ты­ва­ют плаз­мен­ной стру­ёй.

Для на­не­се­ния по­кры­тий ма­те­ри­ал (ту­го­плав­кие ме­тал­лы, ок­си­ды, кар­би­ды, си­ли­ци­ды, бо­ри­ды и др.) вво­дят в ви­де про­во­ло­ки, по­рош­ка или сус­пен­зии в плаз­мен­ную струю, в ко­то­рой он пла­вит­ся, рас­пы­ля­ет­ся и в ви­де мел­ких час­тиц с вы­со­кой ско­ро­стью на­но­сит­ся на по­верх­ность из­де­лия (под­лож­ку). Вы­со­кие ско­ро­сти на­пы­ляе­мых час­тиц (до 700 м/с) оп­ре­де­ля­ют фор­ми­ро­ва­ние на под­лож­ке по­кры­тия в ви­де дис­ков ма­лой тол­щи­ны (2–10 мкм) и их вы­со­кую ско­рость ох­ла­ж­де­ния – до 10⁸ К/с; в за­ви­си­мо­сти от на­пы­ляе­мо­го ма­те­риа­ла в по­кры­тии фор­ми­ру­ет­ся аморф­ная или на­но­ст­рук­ту­ра с вы­со­кой мик­ро­твёр­до­стью. При раз­дель­ном за­твер­де­ва­нии на­пы­ляе­мых час­тиц на под­лож­ке воз­мож­но кон­ст­руи­ро­ва­ние мак­ро­струк­ту­ры по­кры­тия, в т. ч. соз­да­ние трёх­мер­ных ка­пил­ляр­но-по­рис­тых по­кры­тий (по­рис­тость оп­ре­де­ля­ет низ­кий ка­жу­щий­ся мо­дуль уп­ру­го­сти по­кры­тия, что обес­пе­чи­ва­ет вы­со­кую тер­мо­стой­кость те­п­ло­за­щит­ных по­кры­тий). По­вы­ше­ние темп-ры под­лож­ки су­ще­ст­вен­но уве­ли­чи­ва­ет ко­ге­зию и ад­ге­зию по­кры­тий. Осн. об­ласть при­ме­не­ния плаз­мен­но­го на­пы­ле­ния – фор­ми­ро­ва­ние те­п­ло­за­щит­ных ок­сид­ных по­кры­тий с по­рис­то­стью до 20% или плот­ных по­кры­тий с тре­щи­на­ми, пер­пен­ди­ку­ляр­ны­ми под­лож­ке. Плаз­мен­ное на­пы­ле­ние так­же ус­пеш­но ис­поль­зу­ет­ся для по­лу­че­ния во­лок­ни­стых ком­по­зиц. ма­те­риа­лов с алю­ми­ние­вой, ти­та­но­вой и ин­тер­ме­тал­лид­ной мат­ри­ца­ми.

Трав­ле­ние с ис­поль­зо­ва­ни­ем ком­по­нен­тов га­зо­раз­ряд­ной плаз­мы при­ме­ня­ют для уда­ле­ния ве­ще­ст­ва с по­верх­но­сти (напр. , об­ра­ба­ты­вае­мой де­та­ли). Плаз­мен­ное трав­ле­ние ино­гда на­зы­ва­ют «су­хим» в от­ли­чие от клас­сич. «мок­ро­го», свя­зан­но­го с при­ме­не­ни­ем жид­ких тра­ви­те­лей. Пре­иму­ще­ст­вом пла­з­мен­но­го трав­ле­ния пе­ред жид­ким (по­ми­мо су­ще­ст­вен­но мень­ше­го по­треб­ле­ния реа­ген­тов) яв­ля­ет­ся воз­мож­ность пре­ци­зи­он­ной раз­мер­ной об­ра­бот­ки из­де­лий и пол­ной ав­то­ма­ти­за­ции про­цес­са.

П. т. при­ме­ня­ет­ся так­же для по­лу­че­ния по­рош­ков со сфе­рич. фор­мой час­тиц, при­ме­няе­мых в по­рош­ко­вой ме­тал­лур­гии. В плаз­мен­ную струю вво­дят мате­ри­ал, час­ти­цы ко­то­ро­го, рас­плав­ля­ясь, при­об­ре­та­ют под дей­ст­ви­ем сил по­верх­но­ст­но­го на­тя­же­ния сфе­рич. фор­му. Раз­мер час­тиц мо­жет ре­гу­ли­ро­вать­ся в пре­де­лах от не­сколь­ких мкм до 1 мм. Бо­лее мел­кие (ульт­ра­дис­перс­ные) по­рош­ки с раз­ме­ра­ми час­тиц 10 нм и вы­ше по­лу­ча­ют ис­па­ре­ни­ем ис­ход­но­го ма­те­риа­ла в плаз­ме и по­сле­дую­щей его кон­ден­са­ци­ей.

Возможности

Возможности Plasma Technology, Inc. предлагает более 300 материалов для покрытий и выступает в качестве партнера по НИОКР (исследованиям и разработкам) для передовых компаний в таких различных отраслях, как: Аэрокосмическая промышленность | Криогенный | Нефтехимия | Автомобильная | Морской |Текстиль | Компьютер | Производство электроэнергии | Ваша отрасль Строгий контроль качества: Высочайшее качество и полное соответствие спецификациям заказчика обеспечивается обширными лабораторными испытаниями и процедурами проверки PTI. PTI сочетает статистическое управление процессами (SPC) и современное испытательное оборудование, чтобы выпускать детали, которые обрабатываются в соответствии с самыми высокими доступными стандартами. Высокоскоростное кислородно-топливное покрытие (HVOF) Кислород и горючий газ сжигаются, а конструкция сопла и конструкция горелки ускоряются до очень высоких скоростей. Популярные топливные газы включают водород, пропилен, ацетилен и керосин.   HVOF стал стандартом качества для карбидных и металлокерамических материалов, поскольку скорость газа более 6000 футов в секунду позволяет частицам двигаться со скоростью более 3000 футов в секунду. В результате покрытие приближается к теоретической плотности с прочностью сцепления выше 10 000 фунтов на квадратный дюйм.   Поскольку температура газа порядка 6000 градусов по Фаренгейту, это неподходящий способ нанесения керамических материалов.   Компания PTI провела значительные исследования и разработки в области оборудования HVOF и поставляет более сорока покрытий для этих устройств.   По уровню качества поставки этих устройств PTI входит в число двух-трех лучших в отрасли. В случае каждого из этих методов нанесения покрытия PTI продает покрытие, используемое в состоянии «как покрытое», для зеркальной отделки поверхности в зависимости от требований применения.   Высокоскоростное плазменное покрытие Типичные используемые уровни мощности составляют 40-80 кВт постоянного тока. Доступная дополнительная энергия в сочетании со слегка измененной конструкцией горелки приводит как к более высокой тепловой энергии, так и к более высокой скорости частиц. Результатом является более полное плавление высокотемпературных материалов (керамики) и большая целостность полученного покрытия. PTI наносит более двухсот покрытий с помощью дополнительных плазменных технологий.   В процессе плазменного покрытия есть тридцать две важные переменные. Манипуляции с этими переменными позволяют адаптировать свойства покрытия в соответствии с желаемыми свойствами для каждого применения. Именно контроль этих переменных определяет повторяемость процесса.   Низкоскоростное плазменное покрытие Поток высокотемпературной плазмы создается непереносимой плазменной дугой внутри горелки. Многие газы могут быть ионизированы таким образом, аргон или азот с небольшими добавками водорода и гелия являются популярным выбором.   В ионизированном газе свободные электроны отрываются от атомов, и рекомбинация высвобождает очень значительную тепловую энергию. Поток плазмы может достигать температуры от 10 000 до 50 000 градусов по Фаренгейту. Покрытие для горения Кислород и топливо, обычно ацетилен или пропан, тщательно смешивают и сжигают. Исходный материал в форме проволоки или порошка одновременно подается в горелку и ускоряется к подложке концентрированным сжатым воздухом. PTI наносит около 20 покрытий с помощью этой технологии, часто для низких требований к производительности или для мягких материалов, предназначенных для истирания. Wire Arc Coatings В Wire Arc Coating исходная проволока, обычно диаметром 1/16, может состоять практически из любого материала, который можно приобрести в этом размере. Два провода с электрическим потенциалом соединены под углом около 20 градусов. По проводам проходит ток, и они «плавятся» в точке соприкосновения. Распыляющий газ продвигает расплавленные частицы к подложке с низкой скоростью. По этой методике PTI применяет около 10 различных материалов.

Сертификаты

Сертификаты Сертификаты Восточное побережье Западное побережье Сертификат NADCAP — покрытия Сертификат NADCAP — неразрушающий контроль — Аэрокосмические системы качества — ISO 9001 и AS9100D Политика в отношении наркотиков и алкоголя — Ремонтная станция FAA № DN3R455L — ЕАСА. No related posts. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт