• Главная
/
• Технологии компании «Плазмацентр»
/
• Финишное плазменное упрочнение

Технология финишного плазменного упрочнения

Технология финишного плазменного упрочнения (ФПУ) состоит в повышении долговечности деталей и инструмента за счет нанесения при атмосферном давлении тонкопленочных покрытий при бескамерном химическом осаждении из паровой фазы (PECVD процесс) с применением жидких элементоорганических соединений и активации электродуговой плазмой. Покрытие является продуктом реакций паров реагентов, прошедших через малогабаритный плазмохимический реактор.

Цель ФПУ - изготовление деталей, инструмента, штампов, прессформ, ножей, фильер, подшипников и др. изделий со специальными свойствами поверхности: износостойкостью, антифрикционностью, коррозионностойкостью, жаростойкостью, разгаростойкостью, антисхватыванием, стойкостью против фреттинг - коррозии и др.

Эффект от ФПУ достигается за счет изменения физико-механических свойств поверхностного слоя: увеличения микротвердости, уменьшения коэффициента трения, создания сжимающих напряжений, залечивания микродефектов, образования на поверхности диэлектрического и коррозионностойкого пленочного покрытия с низким коэффициентом теплопроводности, химической инертностью и специфической топографией поверхности.

Оборудование для ФПУ включает в себя специализированный источник тока, блок аппаратуры с жидкостным дозатором, плазмотрон с плазмохимическим реактором. Дополнительно данное оборудование может комплектоваться роботом, позиционером. манипулятором, блоком автономного охлаждения, мобильной вытяжной системой, прибором контроля нанесения покрытия, прибором измерения толщины покрытия, оборудованием для подготовки поверхности перед нанесением покрытия.

Технологический процесс ФПУ проводится при атмосферном давлении и состоит из операций предварительной очистки (любым известным методом) и непосредственно упрочнения обрабатываемой поверхности путем взаимного перемещения изделия и плазмотрона с плазмохимическим реактором. Скорость перемещения - 1-10 мм/с, расстояние между плазмотроном и изделием - 5-15 мм, диаметр пятна упрочнения - 12-15 мм, толщина покрытия - 0,5-3 мкм. Температура нагрева деталей при ФПУ не превышает 100-150°С. Параметры шероховатости поверхности после ФПУ не изменяются. В качестве газов используется аргон, азот, исходным материалом для прохождения плазмохимических реакций и образования покрытий являются жидкие технологические препараты семейства СЕТОЛ. Общий расход препаратов не превышает 0,5 г/ч (не более 0,5 литра в год).

Примеры применения ФПУ: упрочнение режущего инструмента, штампов, ножей, пил, пресс-форм, калибров, фильер, шестерен, подшипников, деталей машин типа валиков, кулачков, направляющих, фиксаторов, прижимов, толкателей и т.д.

Внедрение ФПУ на предприятиях России, стран СНГ и зарубежья показывает повышение стойкости упрочненных изделий в 2-10 раз.

Отличительные особенности ФПУ по сравнению с аналогами - ионно-плазменным напылением (PVD-процессами), CVD-процессами, лазерным и электроискровым упрочнением, эпиламированием и другими:

• проведение процесса упрочнения на воздухе при температуре окружающей среды не требует применения вакуумных или других камер и ванн;
• вследствие нанесения тонкоплёночного покрытия (толщиной не более 3 микрометров), укладывающегося в допуски на размеры деталей, процесс упрочнения используется в качестве окончательной финишной операции;
• отсутствие изменений параметров шероховатости поверхности после процесса упрочнения;
• минимальный нагрев в процессе обработки (не более 200°С) не вызывает деформаций деталей, а также - позволяет упрочнять инструментальные стали с низкой температурой отпуска;
• возможность упрочнения локальных (по глубине и площади) объемов деталей в местах износа с сохранением исходных свойств материала в остальном объёме; тонкоплёночное покрытие по аморфности, низкому коэффициенту трения, повышенной микротвёрдости, диэлектрическим свойствам, химической стойкости к кислотам и щелочам, прозрачности в ИК диапазоне, близко к алмазоподобным покрытиям;
• образующиеся на поверхности упрочненных изделий сжимающие остаточные напряжения при циклической нагрузке повышают их усталостную прочность (для сравнения: после операции шлифования возникают растягивающие напряжения, ведущие к снижению усталостной прочности);
• высокая адгезионная прочность сцепления покрытия с основой обеспечивает максимальную сопротивляемость истиранию (в том числе - при взаимодействии инструмента с обрабатываемым материалом);
• низкий коэффициент трения способствует подавлению процессов наростообразования при резании или налипания при штамповке и прессовании;
• формирование специфического микрорельефа поверхности способствует эффективному его заполнению смазочно-охлаждающей жидкостью при эксплуатации инструмента и деталей машин;
• образующееся на поверхности тонкоплёночное аморфное (стеклообразное) покрытие защищает изделие от воздействия высокой температуры (испытания на высокотемпературную воздушную коррозию в течение 100 часов при температуре 800°С);
• высокая производительность упрочнения (время обработки, например, кромок вырубного штампа средних размеров может составлять несколько минут);
• простота операций по очистке и обезжириванию перед упрочнением (отсутствие специальной предварительной подготовки);
• возможность упрочнения поверхностей деталей любых габаритов в ручном или автоматическом режимах;
• минимальное потребление и низкая стоимость расходных материалов;
• низкая потребляемая мощность установки для упрочнения - менее 5 кВт;
• незначительная площадь, занимаемая оборудованием - 1-2 м2;
• малогабаритный плазмотрон с плазмохимическим реактором для упрочнения (массой около 1,5 кг) может быть легко закреплён на манипуляторе, в руке робота, а также - позволяет вести обработку вручную;
• транспортабельность и маневренность оборудования (масса блока аппаратуры - менее 15 кг, источника питания – менее 50 кг);
• экологическая чистота процесса в связи с отсутствием отходов при упрочнении;
• минимальный уровень шума, не требующий специальных мер защиты;
• в отличие от методов упрочнения с использованием поверхностно-активных веществ - в данной технологии отсутствуют особые требования к помещению, нет контактирования с токсичными материалами, не требуется затрат времени на выдержку в растворах и сушку обработанных деталей.

При ФПУ применяются следующие типы покрытий:

Экономическая эффективность ФПУ деталей, инструмента, технологической оснастки и других изделий определяется повышением их ресурса, сокращением необходимого количества для заданной производственной программы, экономией инструментальной стали, уменьшением объёма заточных операций, сокращением времени и средств, связанных с настройкой прессов и металлообрабатывающих станков, возможностью интенсификации режимов работы.