Способи плазмового напилення

Розрізняють ПН з використанням високочастотних індукційних і дугових плазмотронів. ВЧ - плазмотрони (рисунок 2.5) знаходяться у стадії розробки. Їх основна перевага - введення матеріалу, що розпилюється, по осі плазмового струменя (осьова подача). Недолік: громіздкість (Н ~ 600 мм, d ~ 300 мм).

Найбільше поширення для плазмового нагріву газу одержали дугові плазмотрони. В них джерелом нагріву газу і переведення його в стан низькотемпературної плазми є електрична дуга.

Рисунок 2.5 - Схема високочастотного індукційного плазмотрона:

1 - сопло плазмотрона; 2 - плазмовий струмінь; 3 - індуктор; I - подача матеріалу, що розпилюється; II - подача плазмоутворюючого газу

В основному в практиці напилення застосовуються однодугові плазмотрони. Принципова схема подібного плазмового пальника наведена на рисунку 2.6.

Рисунок 2.6 - Схема однодугового плазмотрона

Пальник складається з: стрижньового електрода 1; соплового електрода 2 і розділювальної ізолюючої вставки 3.

В однодугових плазмотронах осьова подача матеріалу утруднена. Тому застосовується його радіальне введення за схемами (див. рис. 2.6):

а) введення матеріалу, що розпилюється, вище за розташування активної плями дуги в сопловому пристрої (доанодна подача). При цьому досягаються найвищі значення ККД нагріву частинок;

б) введення матеріалу, що розпилюється, нижче за розташування активної плями дуги (заанодна подача)

в) введення матеріалу, що розпилюється нижче за зріз сопла (на зріз сопла).

Якщо негативний полюс джерела живлення приєднаний до стрижньового електрода, а позитивний - до соплового, говорять, що плазмотрон працює на «прямій» полярності. Якщо «+» приєднаний до стрижньового, а «-» до соплового електрода - плазмотрон працює на зворотній полярності.

В СНД набула поширення подача матеріалу за схемами а) і б). За кордоном – за схемою в). При цьому спрощується конструкція плазмового пальника.

Разом з однодуговими набувають поширення двоструменеві плазмотрони і плазмотрони з трифазною дугою. Їх принципові схеми наведені на

 рисунку 2.7.

Рисунок 2.7 – Схема двоструменевого плазмотрона (а) і плазмотрона з трифазною дугою (б)

Найбільше поширення набули однодугові розпилювачі, в яких використовуються два види дуг:

а) дуги з довжиною, що самовстановлюється, в яких анодна або катодна пляма в сопловому пристрої не фіксована. Струм дуги визначається її довжиною. Оскільки довжина дуги в цьому випадку непостійна, отже, не постійна і сила струму. Коливання довжини дуги відбувається з періодом, сумірним з часом нагріву порошку. Це погіршує умови його прогрівання. При короткій дузі спостерігатиметься слабкий нагрів плазмоутворюючого газу. Різко зросте частка тепла, що витрачається на нагрів електродів.

б) дуги з фіксованою довжиною. В одному з варіантів прив'язки опорної плями дуги робиться уступ в сопловому електроді на його торці. Кут забезпечує концентрацію напруженості електричного поля і тим самим стабілізацію довжини дуги. L_д ~ const, отже I_д ~ const.

В іншому - до торця соплового електрода через електроізолюючу прокладку під'єднують кільце з електропровідного матеріалу, і на нього перемикають відповідний потенціал від джерела живлення. В цьому випадку довжина дуги також залишається практично незмінною. Подібних міжелектродних вставок може бути декілька, що дозволяє максимально розтягнути електричну дугу (рис. 2.8).

Рисунок 2.8 - Плазмотрон з міжелектродними вставками (МЕВ)

В подібних плазмотронах при використанні аргону в якості плазмоутворюючого газу можна збільшити напругу на дузі до 120 В. Для звичайних плазмових пальників воно знаходиться на рівні 35-40 В.