Плазменное напыление и его применение в области ремонта машин и оборудования

Plasma spraying and its application in the field of repairing machinery and equipment

Авторы:

Жачкин С.Ю.

Профессор технических наук Воронежский государственный технический университет, г. Воронеж, Россия.

Jackin S.Y.

Voronezh State Technical University, Voronezh, Russia.

Пеньков Н.А.

Кандидат технических наук, Воронежский государственный технический университет, г. Воронеж, Россия.

Penkov N.A.

Voronezh State Technical University, Voronezh, Russia.

Васильев А.А.

Воронежский государственный технический университет, г. Воронеж, Россия.

Vasilev A.A.

Voronezh State Technical University, Voronezh, Russia.

Аннотация: В данной научной статье описывается процесс технологии плазменного напыления. Также рассматривается применение данной технологии в области ремонта машин и оборудования на примере разработанного шарнира равных угловых скоростей.

Abstract: this scientific article describes the process of plasma deposition technology. We also consider the application of this technology in the field of repair of machinery and equipment on the example of the developed joint of equal angular speeds.

Ключевые слова: плазменное напыление, покрытие, полумуфта.

Keywords: plasma spraying, coating, half coupling.

Тематическая рубрика: Технические науки и технологии.

В современном мире особое значение приобретает повышение эффективности использования всего комплекса средств наземного обеспечения и обслуживания полетов, их обслуживание, хранение и сбережение.

Вместе с тем вопросы надёжности и экономичности в процессе эксплуатации конструкций авиационной наземной техники в настоящее время не нашли должного отражения. Очевидно, что упрочнение тонкого поверхностного слоя массивной детали является прогрессивным направлением в технологии машиностроения, так как позволяет повышать ресурс и надежность механизмов и успешно решать проблему восстановительного ремонта в целях повторного использования изношенных механизмов.

Проблема повышения износостойкости пар трения приобретает все большую актуальность в связи с необходимостью повышения качества, надежности и долговечности современных машин. В настоящее время в Воронежском государственном техническом университете (г. Воронеж), коллективом авторов был разработан шарнир равных угловых скоростей [1] в виде макетного образца, на базе которого проводятся исследования в области повышения износостойкости и твердости работающих механизмов путем плазменного напыления.

Проводились прочностные расчеты основной несущей детали шарнира в системе прочностного анализа APM FEM для КОМПАС-3D, где были выявлены критичные области износа при определенных нагрузках.

Большинство деталей машин и различных механизмов работают в сложных условиях. Условия работы оказывают значительное влияние на конструктивные и технологические параметры деталей. Зачастую требуется, чтобы поверхность детали была износостойкой, но при этом воспринимала различные ударные нагрузки. Решение просто, сделать поверхностный слой более твердым и прочным [2]. Среди всех известных методов повышения износостойкости, твердости и прочих характеристик деталей, а также избавления от коррозии, был выбран метод плазменного напыления.

Можно указать следующие преимущества плазменного напыления по сравнению с аналогами [3]:

- нанесение покрытия на изделия, изготовленные практически из любого материала;

- отсутствие ограничений по размерам напыляемых изделий, нанесение покрытия на локальные поверхности.

При плазменном напылении  порошок внутри или снаружи плазменного пистолета плавится плазменной струёй и ускоряется в направлении покрываемой детали. Плазма генерируется электрической дугой, горящей в аргоне, гелии, азоте, водороде или их смеси. При этом происходят диссоциация и ионизация газов, они приобретают высокую скорость на выходе, и при рекомбинации отдают своё тепло напыляемым частицам.

Электрическая дуга горит между центральным катодом и анодом. Этот способ используется при нормальной атмосфере, в защитном газе (например, аргоне), в вакууме и под водой. При соответствующем профилировании сопла возникает также сверхзвуковая плазма [4].

Структура процесса: инертный газ, охлаждающая вода, постоянный ток, порошок, катод, анод, деталь.

Описание динамики у плазменного напыления для сферической поверхности полумуфты шарнира равных угловых скоростей, а именно скорости вращения полумуфты, продольной скорости перемещения плазматрона, радиальной скорости перемещения плазматрона и контурной скорости перемещения плазматрона, в рассматриваемом случае для внутренней сферической поверхности после моделирования процесса напыления и математических преобразований имеет вид [5].

Исходя из проведенного анализа можно сделать вывод, что данный прогрессивный метод целесообразно использовать для развития предприятий по ремонту и эксплуатации машин.

Литература:

1. Жачкин С.Ю. Шарниры равных угловых скоростей, их эксплуатация и износ [Текст] / С.Ю. Жачкин, Г.И. Трифонов, А.В. Бакуменко // Инновационные технологии и оборудование машиностроительного комплекса. Межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2016. Вып. 19. – С 85-92.

2. Соснин Н.А. Плазменные технологии сварка, нанесение покрытий, упрочнение / Н.А. Соснин, С.А. Ермаков, П.А. Тополянский // М.: «Машиностроение», 2008. – 406 с.

3. Трифонов Г.И. Повышение износостойкости деталей машин с помощью высококонцентрированных потоков энергии [Электронный ресурс] / Г.И. Трифонов, А.В. Бакуменко // Сборник трудов победителей конкурса научно – исследовательских работ студентов и аспирантов ВГТУ по приоритетным направлениям развития науки и технологий «Научная опора воронежской области». Воронеж: ФГБОУ ВО “Воронежский государственный технический университет”, 2017. – С 114-117.

4. Пузряков А.Ф. Теоретические основы технологии плазменного напыления // Учеб. пособие по курсу «Технология конструкций из металлокомпозитов». 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Е. Баумана, 2008. – 360 с.