Установка для плазменного
напыления включает: распылитель (плазмотрон),
источник питания, газораспределительную
систему, механизм подачи материала, система
охлаждения, пульт управления и различные
элементы оснастки. На рисунке 1 представлена
принципиальная схема универсальной плазменной
установки УПУ-3Д.
В качестве источника питания
установки УПУ-3Д применен полупроводниковый
выпрямитель ИПН-160/600-Ш, состоящий из трехфазного
силового трансформатора с плавным регулированием
рабочего тока (до 600 А), выпрямительного
блока и пускорегулирующей аппаратуры.
В источнике предусмотрен переключатель
для получения напряжения холостого хода:
80, 120, 160 В. Источники питания плазменной
дуги имеют крутопадающую внешнюю вольт-амперную
характеристику [2].
Плазмотрон – газоразрядное
устройство, служащее для нанесения плазменных
покрытий. Наиболее важным элементом плазмотрона
является сопло, от конструкции которого
зависит длина дуги, стабильность ее горения,
а также скорость и характер истечения
струи. Сопловой (анодный) узел через электроизоляционный
блок стыкуется с катодным узлом, представляющим
собой стержневой электрод, изготовленный
из вольфрама с добавкой тория, иттрия
или лантана. Отрицательный вывод источника
постоянного тока присоединяется к вольфрамовому
стержню-катоду, а положительный к соплу-аноду.
Плазмообразующий газ подается во внутреннюю
межэлектродную камеру, образованную
медным соплом-анодом и вольфрамовым электродом.
Для возбуждения дуговой плазмы
напряжения, прикладываемого к электродам,
недостаточно. Поэтому для возбуждения
дуги прибегают к дополнительным мероприятиям,
обеспечивающим возникновение ионизированных
частиц в межэлектродном пространстве.
Для возбуждения плазменной струи обычно
используют высокочастотную искру, которую
получают от осциллятора, встроенного
в источник питания. Генератор высокой
частоты дает первоначальный импульс,
от которого газ возбуждается. Между полюсами
загорается дуга, поддерживающая уровень
ионизации.
Плазменная струя оформляется
медным соплом. Благодаря охлаждающему
действию стенок сопла, наружные слои
столба деионизируются и сечение ионизированной
части столба уменьшается. Это приводит
к повышению напряжения дуги и значительному
увеличению плотности тока в столбе дуги.
Плазменная струя обжимается еще магнитным
полем, создаваемым самим потоком заряженных
частиц в плазме. Обжатие плазменной струи
ведет к росту ее температуры. Нагретый
ионизированный поток газа выносится
с высокой скоростью из сопла в виде светлой,
светящейся плазменной струи.
|
|
K – дистанция ввода
полимера в плазменную струю;
L – дистанция напыления;
a – угол ввода полимера в плазменную
струю
1 - водяное охлаждение; 2 - ввод
плазмообразующего газа; 3 -электроизоляционный
блок; 4 - катод плазмотрона; 5 - анод плазмотрона;
6- плазменная струя; 7 - ввод напыляемого
порошка; 8 - плазменная струя с нагретым
порошком; 9 -покрытие; 10 - напыляемое изделие
Рисунок 6 – Схема плазменного
процесса нанесения покрытий |
Дистанционный пульт управления
позволяет плавно и достаточно точно регулировать
основные энергетические параметры плазменной
струи (электрические параметры, расход
плазмообразующего и транспортирующего
газов) [3].
Независимо от типа плазмотрона
надежная работа установок для плазменного
напыления зависит от ряда факторов, одним
из которых является эффективность системы
охлаждения. Наиболее эффективное охлаждение
можно обеспечить, используя системы замкнутого
типа с применением специальных устройств,
улучшающих отвод тепла. Надежная работа
плазменных установок может быть обеспечена
предварительным снижением температуры
охлаждающей воды в емкости холодильного
агрегата до +2С, электромагнитной обработкой
охлаждающей воды, использованием дистиллированной
воды в качестве хладагента.
Рисунок 7 – Установка плазменного
напыления SG-100
Установка плазменного
напыления SG-100 (рисунок 7) предназначена
для получения на предварительно подготовленной
поверхности детали высококачественных
покрытий с высокой адгезионной прочностью.
Данная установка рекомендуется для распыления
тугоплавких материалов, таких как оксид
циркония, оксид хрома, оксид алюминия,
оксид титана, металлокерамических и самофлюсующихся
порошков. Мощность данных плазмотронов
составляет 80 кВт. Использование специальных
сменных комплектов катод-анод позволяет
получать на выходе плазмотрона высокоскоростную
плазменную струю (1, 2 скорости звука),
при этом пористость покрытий уменьшается
до 1 %. Наибольшее применение технология
плазменного напыления получила в авиации
и энергетике.
В качестве плазмообразующихся
газов при нанесении покрытий используют
аргон, азот, смесь аргона с азотом или
водородом, реже применяют аммиак, гелий
или смесь аргона с гелием. Все эти газы
поставляются в баллонах. Баллоны с редукторами
устанавливаются вне помещения, в специально
оборудованных шкафах. Аргоновая плазма
(ионизированный газ) имеет высокую температуру
15000-30000 К. Температура азотной плазмы ниже
(10000-15000 К), но имеет более высокое теплосодержание
за счет поглощенной энергии диссоциации
и ионизации, выделяемой при рекомбинации
(при охлаждении газа в свободной плазменной
струе). Аргон значительно дороже азота.
Исходя из вышеизложенного, наиболее широко
в качестве плазмообразующего газа применяется
азот.
ВЫВОДЫ
В данной работе был подробно
рассмотрен процесс антикоррозионной
защиты медицинских изделий с использованием
технологий плазменного напыления. Это
необходимо для увеличения срока службы
медицинского оборудования.
Были рассмотрены виды коррозии,
которой может подвергаться медицинское
оборудование, и причины по которым коррозия
появляется.
Подробно изучен технологический
процесс плазменного нанесения покрытий,
представлены виды покрытий, используемые
для защиты медицинской техники. Рассмотрены
как однокомпонентные покрытия, так и
покрытия сложного состава.
В заключительном разделе рассмотрено
оборудование для нанесения покрытия
плазменным способом.
ЛИТЕРАТУРА
1. Хасуй А. Техника напыления.–М.:
Машиностроение, 1975.–288 с.
2. Кудинов В. В. Плазменные покрытия.–М.:
Наука, 1977.–184 с.
3. Газотермическое напыление
композиционных порошков / А.Я. Кулик, Ю.С. Борисов,
А.С. Мнухин, М.Д. Никитин.–Л.: Машиностроение,
1985.–199 с.
4. Хасуй А., Моричаки О. Наплавка
и напыление.– М.: Машиностроение, 1985.–240
с.
5. Береснев В.М.,
Погребняк А.Д., Азаренков Н.А., Фареник
В.И., Кирик Г.В.
Нанокристаллические и нанокомпозитные
покрытия, структура, свойства // ФИП.
2007. Т. 5, № 1–2. С. 4–27.
6.Мовчан Б.А., Демчишин
А.В. Исследование структуры и свойств
толстых
вакуумных конденсатов никеля,
титана, вольфрама, окиси алюминия и двуокиси
циркония // ФММ. 1969. Т. 28, № 4. С. 653–660.
7. Физика тонких
пленок / под ред. Г. Хасса, Р.Э. Туна; пер.
с англ. под ред.
М.И. Елинсона, В.Б. Сандомирского.
– М.: Мир, 1967. – Т. II. – 396 с.
8. Sauerbrey G. // Physik Z.
– 1959. – Vol. 155. – P. 206.
9. Левашов Е.А., Штанский
Д.В. Многофункциональные наноструктурные
пленки // Успехи химии. – 2007. – Т. 76, № 5.
– С. 501–509.
10. Иевлев В.М. Компактные
пленочные наноструктуры // Алмазные пленки
и пленки родственных материалов: тр. Харьк.
науч. ассамблеи ISTFE-15. – Харьков, 2003. –
С. 82.