Revestimento de Plasma: equipamentos e tecnologia de processo

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 10:38

A eficiência e os problemas do revestimento a plasma são extremamente agudos para engenheiros de materiais. Graças a essa tecnologia, é possível não apenas aumentar significativamente a vida útil e a confiabilidade de peças e conjuntos altamente carregados, mas também restaurar, ao que parece, cem por cento dos produtos desgastados e destruídos.

A introdução da superfície a plasma no processo tecnológico aumenta significativamente a competitividade dos produtos de engenharia. O processo não é fundamentalmente novo e tem sido usado há muito tempo. Mas está constantemente melhorando e expandindo suas capacidades tecnológicas.

Disposições Gerais

Plasma é um gás ionizado. Sabe-se com segurança que o plasma pode ser obtido por vários métodos como resultado de efeitos elétricos, térmicos ou mecânicos nas moléculas de gás. Para sua formação, é necessário arrancar elétrons carregados negativamente de átomos positivos.

Em algumas fontes você pode encontrarinformação de que o plasma é o quarto estado de agregação da matéria junto com sólido, líquido e gasoso. O gás ionizado tem várias propriedades úteis e é usado em muitos ramos da ciência e tecnologia: revestimento de plasma de metais e ligas para restaurar e endurecer produtos altamente carregados que sofrem cargas cíclicas, nitretação íon-plasma em uma descarga incandescente para saturação de difusão e endurecimento de superfícies de peças, para implementação de processos químicos decapagem (utilizada na tecnologia de fabricação de eletrônicos).

Preparação para o trabalho

Antes de começar a emergir, você precisa configurar o equipamento. De acordo com os dados de referência, é necessário selecionar e definir o ângulo correto de inclinação do bico do queimador para a superfície do produto, alinhar a distância da extremidade do queimador à peça (deve ser de 5 a 8 milímetros) e insira o fio (se o material do fio estiver na superfície).

Se o revestimento for realizado por flutuações do bocal em direções transversais, é necessário ajustar o cabeçote de forma que a solda fique exatamente no meio entre os pontos extremos das amplitudes de flutuação do cabeça. Também é necessário ajustar o mecanismo que define a frequência e magnitude dos movimentos oscilatórios da cabeça.

Tecnologia de superfície de arco de plasma

O processo de revestimento é bastante simples e pode ser realizado com sucesso por qualquer soldador experiente. No entanto, ele exigeperformer de máxima concentração e atenção. Caso contrário, você pode facilmente arruinar a peça de trabalho.

Uma poderosa descarga de arco é usada para ionizar o gás de trabalho. O destacamento de elétrons negativos de átomos carregados positivamente é realizado devido ao efeito térmico do arco elétrico no jato da mistura de gás de trabalho. No entanto, sob várias condições, o fluxo é possível não apenas sob a influência da ionização térmica, mas também devido à influência de um poderoso campo elétrico.

O gás é fornecido sob pressão de 20-25 atmosferas. Para sua ionização, é necessária uma tensão de 120-160 volts com uma corrente de cerca de 500 amperes. Íons carregados positivamente são capturados pelo campo magnético e correm para o cátodo. A velocidade e a energia cinética das partículas elementares são tão grandes que, quando colidem com o metal, são capazes de fornecer uma temperatura enorme - de +10 a +18.000 graus Celsius. Nesse caso, os íons se movem a uma velocidade de até 15 quilômetros por segundo (!). A instalação de revestimento de plasma está equipada com um dispositivo especial chamado "tocha de plasma". É este nó o responsável pela ionização do gás e pela obtenção de um fluxo direcionado de partículas elementares.

A potência do arco deve ser tal que evite o derretimento do material base. Ao mesmo tempo, a temperatura do produto deve ser a mais alta possível para ativar os processos de difusão. Assim, a temperatura deve se aproximar da linha liquidus no diagrama ferro-cementita.

Pó fino de composição especial ou fio de eletrodo é alimentado em um jato de plasma de alta temperatura, no qual o materialderrete. No estado líquido, o revestimento cai sobre a superfície endurecida.

Pulverização de plasma

Para implementar a pulverização de plasma, é necessário aumentar significativamente a taxa de fluxo de plasma. Isso pode ser alcançado ajustando a tensão e a corrente. Os parâmetros são selecionados empiricamente.

Os materiais para pulverização de plasma são metais refratários e compostos químicos: tungstênio, tântalo, titânio, boretos, silicídios, óxido de magnésio e óxido de alumínio.

A vantagem indiscutível da pulverização em relação à soldagem é a capacidade de obter as camadas mais finas, da ordem de vários micrômetros.

Esta tecnologia é usada para endurecimento, torneamento e fresamento de pastilhas de metal duro substituíveis, assim como machos, brocas, escareadores, alargadores e outras ferramentas.

Obtenção de um jato de plasma aberto

Neste caso, a própria peça funciona como um ânodo, sobre o qual o material é depositado por plasma. A desvantagem óbvia deste método de processamento é o aquecimento da superfície e de todo o volume da peça, o que pode levar a transformações estruturais e consequências indesejáveis: amolecimento, aumento da fragilidade, etc.

Jato de plasma fechado

Neste caso, o queimador de gás, mais precisamente, seu bico, atua como um ânodo. Este método é usado para revestimento de pó de plasma para restaurar e melhorar o desempenho de peças enós da máquina. Esta tecnologia ganhou popularidade particular no campo da engenharia agrícola.

Vantagens do Plasma Hardfacing

Uma das principais vantagens é a concentração de energia térmica em uma pequena área, o que reduz o efeito da temperatura na estrutura original do material.

O processo é bem gerenciável. Se desejado, e com as configurações apropriadas do equipamento, a camada de revestimento pode variar de alguns décimos de milímetro a dois milímetros. A possibilidade de obter uma camada controlada é especialmente relevante no momento, pois permite aumentar significativamente a eficiência econômica do processamento e obter propriedades ótimas (dureza, resistência à corrosão, resistência ao desgaste e muitas outras) das superfícies dos produtos de aço.

Outra vantagem não menos importante é a capacidade de realizar soldagem a plasma e revestimento de uma ampla variedade de materiais: cobre, latão, bronze, metais preciosos e não metais. Os métodos tradicionais de soldagem nem sempre conseguem fazer isso.

Equipamento de revestimento duro

A instalação para revestimento em pó de plasma inclui um indutor, oscilador, tocha de plasma e fontes de alimentação. Além disso, deve ser equipado com um dispositivo de alimentação automática de grânulos de pó metálico na área de trabalho e um sistema de refrigeração com circulação constante de água.

Fontes de energia para revestimento duro de plasma devem atender a requisitos rigorososconstância e confiabilidade. Os transformadores de soldagem fazem o melhor trabalho com essa função.

Ao revestir materiais em pó em uma superfície metálica, o chamado arco combinado é usado. Os jatos de plasma abertos e fechados são usados simultaneamente. Ajustando a potência desses arcos, é possível alterar a profundidade de penetração da peça. Em condições ideais, a distorção dos produtos não aparecerá. Isso é importante na fabricação de peças e montagens de engenharia de precisão.

Alimentador de material

Pó de metal é dosado por um dispositivo especial e alimentado na zona de fusão. O mecanismo ou princípio de funcionamento do alimentador é o seguinte: as pás do rotor empurram o pó para o fluxo de gás, as partículas são aquecidas e aderem à superfície tratada. O pó é alimentado através de um bico separado. No total, três bicos são instalados no queimador de gás: para fornecer plasma, para fornecer pó de trabalho e para gás de proteção.

Se você estiver usando arame, é aconselhável usar o mecanismo de alimentação padrão de uma máquina de solda a arco submerso.

Preparação de superfície

A superfície de plasma e a pulverização de materiais devem ser precedidas por uma limpeza completa da superfície de manchas de graxa e outros contaminantes. Se durante a soldagem convencional é permitido realizar apenas a limpeza áspera da superfície das juntas contra ferrugem e incrustações, ao trabalhar com plasma de gás, a superfície da peça deve estar idealmente (na medida do possível) limpa, sem inclusões estranhas. O filme de óxido mais fino é capaz deenfraquecer significativamente a interação adesiva entre o revestimento duro e o metal base.

Para preparar a superfície para o revestimento, recomenda-se remover uma camada superficial insignificante de metal por usinagem por corte, seguida de desengorduramento. Se as dimensões da peça permitirem, recomenda-se lavar e limpar as superfícies em banho ultrassônico.

Características importantes do revestimento de metal

Existem várias opções e métodos para revestimento de plasma. A utilização do arame como material de revestimento aumenta significativamente a produtividade do processo em relação aos pós. Isso se deve ao fato de que o eletrodo (fio) atua como um ânodo, o que contribui para um aquecimento muito mais rápido do material depositado, o que significa que permite ajustar os modos de processamento para cima.

No entanto, a qualidade do revestimento e as propriedades de adesão estão claramente do lado dos aditivos em pó. O uso de partículas finas de metal permite obter uma camada uniforme de qualquer espessura na superfície.

Pó de revestimento

O uso de revestimento em pó é preferível em termos de qualidade das superfícies resultantes e resistência ao desgaste, de modo que as misturas de pó estão sendo cada vez mais usadas na produção. A composição tradicional da mistura em pó são partículas de cob alto e níquel. A liga desses metais tem boas propriedades mecânicas. Após o processamento com tal composição, a superfície da peça permanece perfeitamente lisa e não há necessidade de seu acabamento mecânico e eliminação de irregularidades. A fração de partículas de pó é de apenas alguns micrômetros.