RU2754915C1 - Способ плазменной обработки металлических изделий - Google Patents
Способ плазменной обработки металлических изделий Download PDFInfo
- Publication number
- RU2754915C1 RU2754915C1 RU2020135391A RU2020135391A RU2754915C1 RU 2754915 C1 RU2754915 C1 RU 2754915C1 RU 2020135391 A RU2020135391 A RU 2020135391A RU 2020135391 A RU2020135391 A RU 2020135391A RU 2754915 C1 RU2754915 C1 RU 2754915C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plasma
- cathode
- product
- current
- anode
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
- C23C4/06—Metallic material
- C23C4/08—Metallic material containing only metal elements
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
- C23C4/137—Spraying in vacuum or in an inert atmosphere
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Изобретение относится способу плазменной химико-термической обработки поверхности металлического изделия. Выполняют предварительный нагрев и очистку поверхности металлического изделия посредством обработки плазменной дугой прямого действия обратной полярности тока, горящей между электродом-анодом второго плазмотрона и металлическим изделием-катодом. Проводят осаждение покрытия с насыщением поверхностного слоя изделия продуктами эрозии материала плазмообразующего сопла-катода первого плазмотрона путем обработки плазменной струей, образованной посредством плазменной дуги обратной полярности тока, горящей между электродом-анодом и плазмообразующим соплом-катодом упомянутого первого плазмотрона. Работу указанных первого и второго плазмотронов обеспечивают от отдельных источников питания. Осуществляется повышение эксплуатационных характеристик рабочих поверхностей изделий, а именно окалиностойкости, жаростойкости, твердости и коррозионной стойкости за счет улучшения адгезии переносимого плазменной дугой материала катода с поверхностью изделия. 1 ил., 1 пр.
Description
Изобретение относится к области поверхностной термической обработки, а именно плазменной термической и химико-термической обработки поверхностного слоя металлических изделий.
Известны способы плазменной термической обработки поверхностного слоя деталей, при которых (патент РФ №2064511 опубл. 27.07. 1996 г., №2069131, опубл. 20.11. 1996 г., №2343211 опубл. 10.01.2009 г.) плазменную обработку ведут плазменной струей (дугой косвенного действия), горящей между электродом-катодом плазмотрона и плазмообразующим соплом - анодом (прямая полярность тока). При этом обеспечивается технологическая гибкость процесса поверхностной термической обработки.
Признаки известных способов, совпадающие с признаками заявленного изобретения, заключаются в том, что поверхностную термическую обработку ведут плазменной струей.
Причина, препятствующая получению в известных способах технического результата, который обеспечивается заявляемым изобретением, заключается в том, что плазменная струя прямой полярности тока горит между электродом - катодом плазмотрона и плазмообразующим соплом-анодом. Материал катода обладает высокими эмиссионными свойствами, что сводит к минимуму эрозию катода. Это приводит к тому, что отсутствует повышение качества поверхностной обработки металлов (окалиностойкость, жаростойкость, твердость, коррозионная стойкость и др.) путем осаждения и насыщения поверхностного слоя изделия материалом катода (продуктами эрозии катода).
Известны технические решения (см. например, патент РФ №2430166 опубл. 27.09. 2011 г., патенты на полезную модель РФ №78193 опубл. 20.11.2008 г., №95665 опубл. 10.07. 2010 г.), при которых плазменную поверхностную термообработку изделий ведут путем перемещения по поверхности изделия одной или двух плазменных дуг прямого действия током прямой полярности (изделие является анодом). При этом обеспечивается высокая плотность теплового потока и скорость нагрева поверхности изделия, что повышает производительность и качество поверхностной термообработки.
Признаки известных способов, совпадающие с признаками заявленного изобретения, заключаются в том, что для поверхностной термической обработки используют плазменную дугу прямого действия.
Причина, препятствующая получению в известных способах технического результата, который обеспечивается заявляемым изобретением, заключается в том, что для обработки используется плазменная дуга прямого действия прямой полярности тока, которая горит между электродом-катодом плазмотрона и изделием - анодом. Это приводит к тому, что отсутствует повышение качества поверхностной обработки металлов (окалиностойкость, жаростойкость, твердость, коррозионная стойкость и др.) путем осаждения и насыщения поверхностного слоя изделия материалом катода.
Известен способ плазменной обработки (см., например, патент на изобретение РФ №2560493 опубл. 20.08.15), при котором плазменную обработку поверхности металла с целью повышения эксплуатационного ресурса изделий осуществляют плазменной дугой прямого действия обратной полярности тока. Обработка током обратной полярности обеспечивает равномерное распределение характеристик упрочненного слоя по ширине и глубине.
Признаки известного способа, совпадающие с признаками заявленного изобретения, заключаются в том, что для поверхностной обработки используют плазменную дугу прямого действия обратной полярности тока.
Причина, препятствующая получению в известном способе технического результата, который обеспечивается заявляемым изобретением, заключается в том, что для обработки используется плазменная дуга прямого действия и изделием-катодом. Это приводит к тому, что отсутствует повышение качества обратной полярности тока, которая горит между электродом-анодом плазмотрона поверхностной обработки металлов (окалиностойкость, жаростойкость, твердость, коррозионная стойкость и др.) путем осаждения и насыщения поверхностного слоя изделия материалом катода.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ плазменной термической обработки поверхностного слоя изделий (патент на изобретение РФ №2686505, опубл. 29.04.19), при котором повышение качества поверхностной обработки металлов (окалиностойкость, жаростойкость, твердость, коррозионная стойкость и др.) обеспечивается путем осаждения и насыщения поверхностного слоя изделия материалом катода плазмотрона (продуктами эрозии катода). Обработку в известном способе ведут расположенными соосно, плазменной струей обратной полярности тока, горящей между электродом плазмотрона-анодом и плазмообразующим соплом катодом и рабочей плазменной дугой прямой полярности, горящей между плазмообразующим соплом-катодом и изделием-анодом. Это обеспечивает эрозию и перенос материала сопла-катода на поверхность изделия. Для питания дуг используются отдельные источники питания. Техническим результатом изобретения является повышение качества (окалиностойкость, жаростойкость, твердость, коррозионная стойкость и др.) поверхностной обработки металлов (термической и химико-термической) путем покрытия и насыщения поверхностного слоя изделия материалом катода. Данный способ принят за прототип.
Признаки известного способа, совпадающие с признаками заявленного изобретения, заключаются в том, что способ плазменной обработки металлического изделия, а именно плазменной поверхностной термической и химико-термической обработки, путем покрытия и насыщения поверхностного слоя изделия продуктами эрозии материала плазмообразующего сопла-катода. Обработку ведут плазменной струей и плазменной дугой прямого действия. Эрозия катода обеспечивается тем, что между электродом плазмотрона-анодом и плазмообразующим соплом-катодом горит дуга обратной полярности тока. Для обработки используют два отдельных источника питания плазменных дуг.
Причина, препятствующая получению в известном способе технического результата, который обеспечивается изобретением, заключается в том, что рабочая плазменная дуга, горящая между соплом плазмотрона-катодом и изделием-анодом, работает на токе прямой полярности. Это приводит к тому, что снижается качество адгезии переносимого плазменной дугой материала катода с поверхностью изделия из-за наличия оксидов и других загрязнений на поверхности изделия. Кроме того, происходит снижение скорости движения и соударения положительных ионов материала катода с поверхностью изделия (является анодом).
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении качества поверхностной обработки металлов (термической и химико-термической) путем покрытия и насыщения поверхностного слоя изделия материалом катода за счет улучшения адгезии переносимого плазменной дугой материала катода с поверхностью изделия.
Техническим результатом является повышение эксплуатационных характеристик рабочих поверхностей изделий, таких как окалиностойкость, жаростойкость, твердость, коррозионная стойкость.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе плазменной обработки металлического изделия, а именно плазменной поверхностной термической и химико-термической обработки, путем покрытия и насыщения поверхностного слоя изделия продуктами эрозии материала плазмообразующего сопла - катода, при этом обработку ведут плазменной струей обратной полярности тока и плазменной дугой прямого действия, работающих от отдельных источников питания, согласно изобретению обработку ведут раздельно плазменной струей обратной полярности тока, горящей между электродом-анодом и плазмообразующим соплом-катодом отдельного плазмотрона и плазменной дугой прямого действия обратной полярности тока, горящей между электродом-анодом второго плазмотрона и изделием-катодом.
Новые признаки способа заключаются в том, что плазменная поверхностная обработка выполняется раздельно плазменной струей обратной полярности тока, горящей между электродом-анодом и плазмообразующим соплом-катодом отдельного плазмотрона и плазменной дугой обратной полярности тока, горящей между электродом-анодом второго плазмотрона и изделием-катодом. Эрозия материала катода (сопла) перенос и осаждение продуктов эрозии на поверхность изделия осуществляется плазменной струей обратной полярности тока, горящей между электродом-анодом и плазмообразующим соплом-катодом отдельного плазмотрона. Плазменная дуга обратной полярности тока, горящая между электродом-анодом второго плазмотрона и изделием-катодом обеспечивает предварительный нагрев и очистку поверхности изделия. Очистка поверхности от оксидов и загрязнений осуществляется за счет эффекта катодного распыления.
Отличительные признаки, в совокупности с известными, обеспечивают улучшенную адгезию и диффузию материала катода отдельного плазмотрона (продуктов эрозии сопла плазмотрона) переносимых плазменной струей и, как следствие, повышение эксплуатационных характеристик рабочих поверхностей изделий, таких как окалиностойкость, жаростойкость, твердость, коррозионная стойкость и др.
Улучшение адгезии и диффузии обеспечивается тем, что продукты эрозии материала сопла - катода отдельного плазмотрона, переносимые плазменной струей, взаимодействуют с поверхностью изделия, предварительно очищенной и нагретой плазменной дугой прямого действия обратной полярности тока второго плазмотрона. Кроме того, отсутствует снижение скорости движения и соударения положительных ионов материала катода с поверхностью изделия.
На чертеже показана поверхность изделия из стали 16ГСА, после алитирования (один проход).
Осуществление способа заключаются в следующем.
Плазменную поверхностную термическую и химико-термическую обработку выполняют плазменной дугой прямого действия обратной полярности тока, перемещающейся относительно изделия. Производится предварительный нагрев и очистка поверхности изделия плазменной струей обратной полярности тока, горящей между электродом-анодом плазмотрона и плазмообразующим соплом-катодом обеспечивается перенос и осаждение продуктов эрозии материала катода (плазмообразующего сопла) на нагретую и очищенную поверхность изделия. В зависимости от температуры поверхности изделия и длительности воздействия происходит осаждение или осаждение с диффузией материала плазмообразующего сопла на рабочих поверхностях изделия. При этом обеспечивается получение заданных характеристик рабочих поверхностей изделий.
Заявляемый способ иллюстрируется следующим примером.
Разработан и изготовлен стенд (опытный образец) для осуществления описанного способа плазменной обработки металлов. Стенд включает два плазмотрона (один для плазменной обработки плазменной дугой прямого действия током обратной полярности, второй - для плазменной обработки плазменной струей прямого действия током обратной полярности) два источника питания плазменных дуг с напряжением холостого хода не ниже 70 В и падающей внешней вольт-амперной характеристикой, необходимое вспомогательное оборудование. При осуществлении способа ток дуги прямого действия обратной полярности анод плазмотрона - изделие изменяли в диапазоне 50-120А, ток плазменной струи между анодом плазмотрона и плазмообразующим соплом-катодом (алюминий) - 50-150A. Расход плазмообразующих газов (аргон) составлял 2-5 л/мин. Расстояние от рабочего торца плазмотронов до поверхности изделия (дистанция обработки) составляло 8-20 мм. Перемещение плазмотронов относительно изделия производилось со скоростью 1-10 мм/сек. Материалом рабочей вставки был алюминий. Изделие-образец из стали 16ГСА. Ширина дорожки составляла 10-16 мм. Толщина алитированного слоя составила 0,03-0,3 мм. На чертеже представлен результат обработки за один проход. Материалами, наносимыми на поверхность изделия, могут быть никель медь, и др.
Процесс плазменной поверхностной обработки отличается высокой стабильностью.
Claims (1)
- Способ плазменной химико-термической обработки поверхности металлического изделия, включающий осаждение покрытия с насыщением поверхностного слоя изделия продуктами эрозии материала плазмообразующего сопла-катода первого плазмотрона, отличающийся тем, что выполняют предварительный нагрев и очистку поверхности металлического изделия посредством обработки плазменной дугой прямого действия обратной полярности тока, горящей между электродом-анодом второго плазмотрона и металлическим изделием-катодом, а упомянутое осаждение проводят путем обработки плазменной струей, образованной посредством плазменной дуги обратной полярности тока, горящей между электродом-анодом и плазмообразующим соплом-катодом упомянутого первого плазмотрона, при этом работу указанных первого и второго плазмотронов обеспечивают от отдельных источников питания.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020135391A RU2754915C1 (ru) | 2020-10-27 | 2020-10-27 | Способ плазменной обработки металлических изделий |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020135391A RU2754915C1 (ru) | 2020-10-27 | 2020-10-27 | Способ плазменной обработки металлических изделий |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2754915C1 true RU2754915C1 (ru) | 2021-09-08 |
Family
ID=77670294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020135391A RU2754915C1 (ru) | 2020-10-27 | 2020-10-27 | Способ плазменной обработки металлических изделий |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2754915C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998048073A1 (en) * | 1997-04-23 | 1998-10-29 | Sierra Applied Sciences, Inc. | Plasma processing system utilizing combined anode/ion source |
| US8685213B2 (en) * | 2001-06-14 | 2014-04-01 | Cemecon Ag | Method and apparatus for plasma generation |
| RU150716U1 (ru) * | 2014-09-08 | 2015-02-20 | Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военно-технический университет" Министерства обороны Российской Федерации | Устройство для плазменного напыления |
| RU2686505C1 (ru) * | 2018-06-25 | 2019-04-29 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Способ плазменной обработки металлических изделий |
| RU2705847C1 (ru) * | 2018-12-21 | 2019-11-12 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Плазмотрон для плазменно-селективного припекания металлических порошков |
-
2020
- 2020-10-27 RU RU2020135391A patent/RU2754915C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998048073A1 (en) * | 1997-04-23 | 1998-10-29 | Sierra Applied Sciences, Inc. | Plasma processing system utilizing combined anode/ion source |
| US8685213B2 (en) * | 2001-06-14 | 2014-04-01 | Cemecon Ag | Method and apparatus for plasma generation |
| RU150716U1 (ru) * | 2014-09-08 | 2015-02-20 | Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военно-технический университет" Министерства обороны Российской Федерации | Устройство для плазменного напыления |
| RU2686505C1 (ru) * | 2018-06-25 | 2019-04-29 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Способ плазменной обработки металлических изделий |
| RU2705847C1 (ru) * | 2018-12-21 | 2019-11-12 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Плазмотрон для плазменно-селективного припекания металлических порошков |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wei et al. | Surface modification of 5CrMnMo steel with continuous scanning electron beam process | |
| Proskurovsky et al. | Use of low-energy, high-current electron beams for surface treatment of materials | |
| CA2623169C (en) | Plasma torch with corrosive protected collimator | |
| US4645895A (en) | Method and apparatus for surface-treating workpieces | |
| CN107109626B (zh) | 用于在部件的表面上形成涂层的装置 | |
| CN111058035B (zh) | 铜及铜合金表面激光熔覆制备耐磨耐蚀合金涂层的工艺及合金涂层 | |
| KR20130041389A (ko) | 펄스 아크 소스의 작동방법 및 아크 소스 | |
| RU2686505C1 (ru) | Способ плазменной обработки металлических изделий | |
| RU2754915C1 (ru) | Способ плазменной обработки металлических изделий | |
| Khafizov et al. | Steel surface modification with plasma spraying electrothermal installation using a liquid electrode | |
| CN1215740C (zh) | 层流电弧等离子体射流的材料表面处理方法 | |
| US3582604A (en) | Method of plasma treatment of metals | |
| KR20240021300A (ko) | 중공 물품의 내부 표면을 코팅하기 위한 장치 및 방법 | |
| Gabdrakhmanov et al. | Surface thermohardening by the fast-moving electric arch | |
| Changjun et al. | Mass transfer trends and the formation of a single deposition spot during high-energy micro-arc alloying of AZ31 Mg alloy | |
| JPH06336662A (ja) | 溶融亜鉛めっき鋼板の連続製造方法 | |
| Takeda et al. | Surface modification by cathode spots of a vacuum arc | |
| RU2595185C2 (ru) | Способ плазменной обработки металлов | |
| RU2478141C2 (ru) | Способ модификации поверхности материала плазменной обработкой | |
| US11214861B2 (en) | Arrangement for coating substrate surfaces by means of electric arc discharge | |
| RU2146724C1 (ru) | Способ нанесения композиционных покрытий | |
| Xu et al. | Plasma surface metallurgy of materials based on double glow discharge phenomenon | |
| RU2621750C2 (ru) | Способ формирования износостойкого слоя на поверхности детали из титана или титанового сплава | |
| RU2607398C2 (ru) | Способ нанесения покрытий путем плазменного напыления и устройство для его осуществления | |
| JPH07300665A (ja) | 金属基材のホウ素拡散浸透層・ホウ素膜形成方法 |