Порошковые напыляемые материалы

Некоторые твердые и хрупкие металлы и сплавы для напыле­ния, а также химические соединения, из которых обычными спосо­бами невозможно изготовить проволоку или пруток, могут постав­ляться в виде порошков. Порошковые материалы экономически более выгодны, поскольку изготовление проволоки или прутков из твердых и хрупких материалов требует дорогостоящих специаль­ных способов. Практически любой напыляемый материал можно изготовить в виде порошка.

Плазменное, детонационное и газопламенное напыление некото­рыми материалами может быть осуществлено только путем исполь­зования порошковых материалов.

Форма, гранулометрический состав, сыпучесть порошковых на­пыляемых материалов оказывают влияние на технологические па­раметры процесса напыления и свойства получаемых покрытий. Размер частиц порошка следует выбирать в зависимости от харак­теристик источника тепловой энергии (горелки) и теплофизических свойств напыляемого материала — температуры плавления, удель­ной теплоемкости, плотности и других параметров.

Применение мелкодисперсного. порошка обычно способствует повышению плотности напыляемого покрытия. Недостаток такого покрытия заключается в том, что в нем содержится большое коли­чество, оксидов, образовавшихся в результате перегрева частиц при движении в высокотемпературном потоке газа.

При напылении порошка, состоящего из смеси частиц разного размера, однородность покрытия нарушается из-за большого раз­личия между крупными и мелкими частицами по степени расплав­ления и скорости их движения в напылительной струе. Для напы­ления обычно используют порошки, подобранные по грануляции таким образом, чтобы размеры их не выходили за пределы 44— 74 мкм. В последнее время при напылении мощными плазменными горелками используют мелкие порошки с размером частиц в не­сколько микрометров.

Металлыи сплавы.Ниже перечислены металлы и сплавы, приме­няемые для напыления:

1) алюминий используют для защиты черных металлов от кор­розии; при нагреве за счет диффузии алюминия в основной металл образуется упрочненный слой, стойкий к окислению при высокой температуре. Плазменное напыление порошка алюминия исполь­зуют для образования электропроводного покрытия;

2) цинк обеспечивает защиту черных металлов от коррозии (в Японии практически не применяют);

3) сплавы цинка с алюминием напыляют для получения   анти­коррозионных покрытий. При высоком содержании алюминия (~50%) эти сплавы малопластичны, из них трудно изготовить проволоку волочением, для напыления такие сплавы используют в виде порошка;.

4) медь и ее сплавы обычно применяют для наплавки, напыле­нием наносят      только электропроводные покрытия;

5) молибден используют в качестве подслоя перед последую­щим нанесением на него желаемого материала. Кроме того,     он
пригоден для повышения износостойкости и коррозионной стойко­сти к соляной кислоте. Напыление порошка молибдена осущест­вляют плазменным способом;

6) вольфрам — наиболее тугоплавкий из всех    металлов. Его необходимо применять в чистом виде при незначительном содер­жании примесей, особенно железа. Он интенсивно окисляется на воздухе при сравнительно невысокой температуре.

В инертной и восстановительной среде может выдерживать высокую температу­ру. Вольфрамовое покрытие имеет хорошее сцепление с керамическими поверхностями. При плазменном напылении получают вольфрамовое покрытие, значительно превосходящее соответствующие
покрытия, наносимые электролитическим или вакуумным (субли­мационным) способом;

6) коррозионно-стойкая сталь и нихром используют как напы­ляемый материал не только в форме проволоки, но и виде порош­ка, который имеет некоторые специфические особенности. Покрытие
из коррозионно-стойкой стали обладает антикоррозионными свой­ствами и износостойкостью. Нихромовые покрытия являются анти­коррозионными и жаростойкими. При напылении керамики и других материалов слой нихрома может быть использован как подслой;

    8) прочие сплавы — сплав олова со свинцом (баббит) и анти-

фрикционную свинцовистую бронзу можно применять в виде порош­ка и проволоки. Оба сплава используют в подшипниках.

Рис.4.1. – Частицы плакированного порошка, Рис.4.2. – Частицы плакированного порошка,

состоящего из никеля (82%) и алюминия (18%) состоящего из никеля (85%) и графита

Композиционные материалы. Для напыления иногда ис­пользуют плакированные порошки, частицы которых состоят из яд­ра— основы размером от нескольких микрометров до нескольких десятков микрометров, окруженного плакирующим слоем второго компонента (толщина слоя 2—3 мкм). Частицы плакированного по­рошка показаны на рис. 4.1 и 4.2.

Плакированные порошки могут быть получены из самых разно­образных материалов, применение которых для напыления обеспе­чивает нанесение композиционных покрытий. Такие материалы, по внешнему виду являясь однородными, представляют собой в сущ­ности механическую смесь различных компонентов. В случае напы­ления отдельных компонентов порошка, входящих в состав покры­тия, оно может разрушиться из-за отсутствия должного сцепления между составляющими смеси, тогда как при использовании плаки­рованного порошка опасность такого разрушения полностью отсут­ствует. Напыление плакированным порошком имеет и другие преи­мущества, связанные, в частности, с повышением коэффициента ис­пользования материала и отсутствием окисления основного компо­нента при напылении, поскольку он защищен плакирующим слоем второго компонента. В процессе напыления плакированным порош­ком под действием высокотемпературной газовой струи происходят экзотермические реакции между компонентами порошка с образова­нием между ними интерметаллического соединения. Теплота экзо­термических реакций способствует повышению прочности сцепле­ния покрытия с основным металлом. К числу сочетаний материалов, склонных к экзотермическим взаимодействиям, в частности отно­сится никель — алюминий. Покрытие из алюминида никеля может успешно работать при высоких температурах (до 650°С), обладая высокой термо- и износостойкостью.

Композиционное покрытие в виде сочетания двух разнородных материалов обладает свойствами, присущими каждому из материа­лов. В частности, плакированный порошок, сочетающий никель с графитом (рис.4.2), обеспечивает получение покрытия с хоро­шей обрабатываемостью резанием при удовлетворительной стойкости к эрозионному износу. Композиционное покрытие, содержащее Ni, Cr и А1, обладает стойкостью к окислению в воздушной среде при высокой температуре. Этот композиционный материал пригоден также для напыления подслоя под керамику. Композиционный ма­териал, сочетающий молибден с алюминием, применяют для нане­сения покрытий на поверхности подшипников скольжения и рестав­рации деталей из углеродистой стали. При этом он обладает высо­кой износостойкостью.

Существуют плакированные порошки, состоящие из кобальт-кар­бида вольфрама, никель-карбида хрома и др., позволяющие полу­чать износостойкие покрытия, а также порошки, сочетающие никель с фтористым кальцием, оксид никеля с фтористым кальцием, алю­миний или алюминиевую бронзу с полиэфиром для нанесения покрытий, обладающих низким коэффициентом трения. г Самофлюсующиеся сплавы. Нанесение покрытий из самофлюсующихся сплавов и последующее их оплавление позволяет получить слои без пор и с высокой плотностью. Покрытия из самофлюсую­щихся сплавов можно использовать и без последующего оплавле­ния. Самофлюсующиеся сплавы представляют собой сплавы на ос­нове никеля, хрома и никеля или кобальта, содержащие добавки бора и кремния. Покрытия из этих сплавов обладают высокими из­носостойкостью, коррозионной стойкостью и стойкостью к окисле­нию в воздушной среде при высоких температурах. Из-за низкой пластичности эти сплавы поставляют для напыления в виде по­рошков.

Составы нескольких видов самофлюсующихся сплавов определе­ны японским промышленным стандартом Н8303 (1976) (табл. 10.2). Сплавы MSFNi называют сплавами типа колмоной, a MSFCo — типа стеллит. Для наплавки используют также порошковые сплавы типа MSFWC, представляющие собой механическую смесь само­флюсующихся сплавов с карбидом вольфрама (20—80%). В
табл. 10.3 приведены свойства покрытий, полученных    напылением самофлюсующимися сплавами.

Керамика

К керамике относят такие соединения, как оксиды металлов,бориды, нитриды, силикаты и карбиды. Керамика является туго­плавким материалом, для плавления которого необходима темпе­ратура до 3000°С, так что газопламенное напыление не обеспечи­вает температуры, необходимой для напыления керамическими материалами. При использовании плазменного и детонационного способов температура плавления напыляемого материала не имеет значения, поэтому названными способами можно напылять любые материалы, способные к расплавлению при нагреве. Тем не менее в настоящее время из большого многообразия керамических мате­риалов для напыления наиболее широко используют только окси­ды и карбиды.

Оксиды. По сравнению с другими высокотемпературными мате-' риалами оксиды имеют наиболее низкие теплопроводность и элек­тропроводимость и значительную прочность при высоких темпера­турах. Оксиды можно разделить на простые и сложные. Простые оксиды представляют собой соединение одного металла с кислоро­дом, а сложные — соединения оксидов двух металлов или более. Наиболее высокие температуры, как правило, могут выдерживать простые оксиды. Сложные оксиды в большинстве своем являются тугоплавкими материалами, однако их температура плавления бо­лее низкая, чем температура плавления входящих в них компонен­тов.

Не все оксиды при высоких температурах химически устойчи­вые. Например, в восстановительной среде при высокой температу­ре оксиды таких металлов, как церий, хром, никель, олово, титан и цинк, легко восстанавливаются и превращаются в металлы или низшие оксиды, имеющие невысокие температуры плавления. Напротив, тугоплавкие оксиды ниобия, марганца, ванадия и урана становятся неустойчивыми при нагреве в окислительной среде, пре­вращаясь в оксиды более высокой валентности, имеющие более низкую температуру плавления. При нагреве оксида хрома до 2000°С начинается его активное испарение, тогда как оксиды берил­лия, магния, циркония и тория остаются устойчивыми до высоких температур. Температура, при которой эти материалы становятся неустойчивыми и взаимодействуют при нагревании в вакууме с другими материалами, очень высока.

Во время нагрева диоксида циркония при температуре около 1200°С протекает эндотермическая реакция, сопровождающаяся усадкой из-за структурных превращений. При от­жиге диоксида циркония с добавками оксида кальция или оксида магния эти превращения можно подавить, и такой диоксид цирко­ния называется стабилизированным. Покрытия из стабилизированного диоксида циркония обладают большей стойкостью к тепловым ударам и реже отделяются от основы, чем покрытия из нестабилизированного ZrO₂.

Карбиды. Температура плавления карбидов металлов значительно выше температур плавления самих металлов. Температуры, при кото­рых происходит размягчение карбидов, превышают 3000°С. При нагреве в окислительной атмосфере некоторые карбиды могут разрушаться, однако большинство из них обладает этих условиях лучшей жаростойкостью по сравнению с жаростойкими металлами, а значительная часть карбидов имеет большую стойкость к  окислению, чем углерод и графит. Эта особенность карбидов и достаточный уровень механических свойств при высокой температуре предполагает их использование в качестве жаростойкого покрытия.

Особенно высокой жаростойкостью обладают карбиды кремния и титана. Почти все карбиды имеют высокие теплопроводность и электропроводность, а карбиды кремния, титана и вольфрама, об­ладая особо высокой твердостью, находят широкое применение для изготовления режущих и шлифовальных инструментов, а так­же для напыления с целью повышения износостойкости. Для на­пыления в основном применяют карбиды вольфрама, хрома, тита­на, циркония и тантала. Наиболее широкое применение получил карбид вольфрама. Как напыляемые материалы, карбиды нередко применяют в смеси со связующим, в качестве которого для карби­да вольфрама используют кобальт (12—17%), а для карбида хро­ма — сплавы никеля (15—25%).

ТЕХНОЛОГИЯ НАПЫЛЕНИЯ

По типу источника тепловой энергии, которая используется для расплавления напыляемого материала, напыление подразде­ляют на газопламенное и электрическое. При газопламенном на­пылении нагрев напыляемого материала осуществляют теплотой сгорания смеси горючего газа с кислородом, а при электрическом — теплотой электрической дуги. Повышение интереса к технологии на­пыления сопровождалось совершенствованием оборудования и улучшением напыляемых материалов, что создало предпосылку для постепенного повышения свойств напыленных покрытий.

Газопламенное напыление

Газопламенное напыление в зависимости от состояния напыляе­мого материала может быть трех типов: напыление проволокой, прутком и порошком.

На рис. 5.1 показан принцип газопламенного напыления прово­локой, аналогичного напылению прутком. В обоих случаях напыляе­мый материал, имеющий форму прутка или проволоки, подают че­рез центральное отверстие горелки и расплавляют пламенем горю­чей смеси. Расплавленные частицы металла подхватываются струей сжатого воздуха и в мелкораспыленном виде направляются на по­верхность изделия. Проволока подается с заданной скоростью роликами, приводимыми в движение встроенной в горелку воздуш­ной турбиной, работающей на сжатом воздухе, используемом при напылении, или электродвигателем через редуктор. В случае пода­чи проволоки воздушной турбиной невозможно точно регулировать скорость подачи проволоки и поддерживать ее постоянно на одном уровне. В этом случае горелка более компактна и имеет меньшую массу, что позволяет осуществлять ручное напыление.

Горелка (пистолет) с приводом от электродвигателя позволяет более точно регулировать подачу проволоки и поддерживать ее постоянную скорость. Однако такие горелки имеют большую мас­су, поэтому их устанавливают в механизированных установках для напыления. Для напыления обычно используют проволоку диа­метром не более 3 мм, однако при напылении легкоплавкими ме­таллами (алюминий, цинк и т. п.) в интересах повышения производительности процесса допускается использование проволок диаметром 5—7 мм.

Рис. 5.1 – Газопламенное напыление проволокой: 1 – сжатый воздух; 2 – ацетилено – кислородная или пропано – кислородная горючая смесь; 3 – проволока; 4 – насадок; 5 – ядро ацетилено – кислородного пламени; 6 – оплавляющийся конец проволоки; 7 – факел пламени; 8 – воздушный поток; 9 – покрытие; 10 – поток частиц напыляемого материала; 11 – основной материал

При напылении порошком последний поступает в горелку сверху из бункера

через отверстие, разгоняется потоком транспортирую­щего газа (смесь кислорода с горючим газом) и на выходе из сопла попадает в пламя, где происходит его нагрев. Увлекаемые струей горячего газа частицы порошка попадают на напыляемую поверх­ность. В порошковых горелках, как и в проволочных, подача напы­ляемого материала в пламя и разгон образующихся расплавленных частиц могут осуществляться струей сжатого воздуха.

Схема установки для напыления проволокой показана на рис. 3.2. В этой установке редуктор снижает давление сжатого воздуха, поступающего из воздушной емкости, а осушитель удаляет из воз­духа влагу и масло. В качестве горючего газа в большинстве случаев используют ацетилен, можно также применять пропан и водород. При полном сгорании ацетилена в среде кислорода протекает следующая химическая реакция:

Это значит, что для полного сгорания на одну часть по массе ацетилена необходимо 2,5 части по массе кислорода, однако на практике для напыления используют смесь при соотношении в сме­си кислорода и ацетилена, равном 1,1. При сгорании смеси такого состава образуется нейтральное пламя, поскольку во время горе­ния в него поступает дополнительный кислород из окружающего воздуха. На начальном участке факела, который образуется непо­средственно у выхода из сопла, газообразные продукты имеют восстановительный характер, а в середине пламени в связи с прони­канием туда кислорода окружающего воздуха происходит полное сгорание ацетилена. При движении напыляемых частиц в факеле они непрерывно нагреваются. Вместе с тем при напылении прово­локой с использованием струи сжатого воздуха из-за поступления большого его количества в пламя последнее в большей своей части имеет окислительные свойства.

Рис. 5.2 - . Схема обору­дования для напыления проволокой (прутком): / — осушитель воздуха; 2 — ресивер со сжатым возду­хом; 3 — баллон с горючим газом; 4 — редукторы; 5 — фильтр; 6 — баллон с кис­лородом; 7 —ротаметры; 8 — напылительная горелка для подачи проволоки (прутка); 9 — канал

При газопламенном способе напыление осуществляется в основ­ном теми материалами температура плавления которых ниже тем­пературы пламени.

При газопламенном напылении порошком на расстоянии 60— 70 мм от сопла температура пламени превышает 2500°С; по мере дальнейшего увеличения расстояния она постепенно снижается: на расстоянии 100 мм температура составляет 1900°С, на расстоянии150 мм—1400°С. При напылении проволокой быстрое снижение температуры пламени начинается от самого среза сопла горелки и нарастает по мере увеличения расстояния: на расстоянии 50 мм температура пламени составляет 1500°С, на расстоянии 100 и 150 мм — 500 и 200°С соответст­венно. Это связано с охлаждаю­щим действием на пламя струи сжатого воздуха.

После напыления иногда про­водят оплавление покрытия, кото­рому, в частности, подвергают по­крытия, напыленные самофлюсующимися сплавами на никелевой и кобальтовой основе с добавле­нием в них бора и кремния. Оплавление обеспечивает получение плотного покрытия, практически без пористости.

Технология газопламенного напыления довольно проста, а стои­мость оборудования и затраты на эксплуатацию низкие. В связи с этим данный способ нашел наиболее широкое применение в прак­тике.

Детонационное напыление

Схема детонационного напыления показана на рис.5.3. В камеру водоохлаждаемого ствола установки диаметром 25,4 мм подается кислород и ацетилен в строго определенных количествах; ствол направляется на обрабатываемую деталь (а). Затем через спе­циальное отверстие в камере азотом подается порошок напыляемо­го материала, например карбид вольфрама с добавлением неболь­шого количества металла, оксид алюминия и т. п. (б). Газовую смесь, в которой во взвешенном состоянии находится напыляемый порошок, поджигают электрической искрой (в). В результате взры­ва смеси, происходит выделение теплоты и образуется ударная волна, которая разогревает и разгоняет частицы порошка в на­правлении к поверхности изделия (г).

Азот и горючий газ выходят из ствола установки сразу же пос­ле взрыва, затем ствол продувается азотом для удаления продуктов горения. Процесс отрегулирован таким образом, что точно пов­торяется с частотой 3—4 цикла в секунду. За один цикл напыления получают покрытие толщиной ~ 6 мкм. Напыление осуществляют до получения покрытия заданной толщины (0,25—0,3 мм).

Во время взрыва порошковый материал приобретает большую кинетическую энергию, так что скорость частиц на расстоянии 75 мм от среза ствола установки составляет ~820 м/с. При разме­щении поверхности основного материала на указанном расстоянии порошок в момент столкновения с поверхностью разогревается до температуры 4000°С. Высокая скорость движения частиц и их разо­грев при детонационном напылении обеспечивают получение по­крытия высокой плотности и прочности сцепления с основой. При этом температура основного материала остается низкой, исключа­ющей его деформацию или иное физическое изменение, что позво­ляет использовать этот способ напыления для прецизионных дета­лей.

Вместе с тем детонационному напылению свойственны недостат­ки, связанные, в частности, с возможностью нанесения покрытия только на те материалы, в которых не возникает остаточная дефор­мация при действии взрывной волны. Из-за большого шума (до 140 дБ) оборудование для детонационного напыления устанавли­вают в камере с двойными стенами, а наблюдение за процессом осуществляют через смотровое окно. К недостаткам этого способа относится также относительно высокая стоимость оборудования.

Рис.5.3 - Схема детонационного напыле­ния:

/ — сопло для подачи кислорода; 2 — водо-охлаждаемый ствол; 3 — камера сгорания; 4 — сопло для подачи ацетилена; 5 — основ­ной материал (подложка); 6 — сопло для по­дачи в камеру сгорания карбида вольфрама с азотом; 7 — покрытие.

Дуговая металлизация

Принципиальная схема дуговой металлизации показана на рис.3.4. Через два канала в горелке непрерывно подают две проволоки (диаметром 1,5—3,2 мм), между концами которых воз­буждается дуга и происходит расплавление проволоки. Расплав­ленный металл подхватывается струей сжатого воздуха, истекаю­щего из центрального сопла электрометаллизатора, и в мелкорасплавленном виде переносится на поверхность основного материа­ла. Распыление и транспортирование расплавляемого металла осу­ществляются обычно сжатым воздухом, хотя при напылении корро­зионно-стойкой сталью 308 и алюминиевыми сплавами используют азот. При дуговом напылении на "постоянном токе процесс протека­ет стабильно, обеспечивая получение слоя покрытия с мелкозер­нистой структурой при высокой производительности процесса. По­этому в настоящее время для дугового напыления применяют ис­точники постоянного электрического тока со стабилизатором напряжения или источники со слегка возрастающей характерис­тикой.

Рис.5.4 -  Схема дугового напыления: 1 — насадок, 2 — место ввода напыляемо­го материала (проволоки); 3 — место по­дачи сжатого воздуха

На рис. 5.4 приведена схема расплавления электродной прово­локи при напылении и переноса частиц расплавленного металла воздушной струей [5]. Температура дуги зависит от вида транс­портирующего газа, состава электродной проволоки, режимов на­пыления и других параметров. При использовании металлических электродов и силе тока дуги 280 А достигается температура при­мерно 6100+200 К [6]. Во время дуговой металлизации, проте­кающей при такой температуре, легче образуются капли напыляе­мого материала.

Рис. 5.5 -  Процесс расплавления на­пыляемого материала в электрометаллизаторе: 1 — анод; 2 — катод

Дуговая металлизация обладает следующими преимуществами. Применение мощных электрометаллизационных установок позво­ляет значительно повысить производительность процесса и сокра­тить затраты времени. Например, при силе тока 750 А можно на­пылять стальное покрытие с производительностью 36 кг/ч, а при силе тока 500 А — цинковое покрытие с производительностью 1,2 кг/мин, что в несколько раз превышает производительность га­зопламенного напыления. По сравнению с газопламенным напыле­нием электрометаллизация позволяет получать более прочные покрытия, которые лучше соединяются с основой. При использова­нии в качестве электродов проволок из двух различных металлов можно получить покрытие из их сплава. Такого рода сплавы назы­вают псевдосплавами. Эксплуатационные расходы при электроме­таллизации небольшие. При напылении покрытия распылением двух электродов из разнородных материалов желательно приме­нять такие электрометаллизаторы, которые позволяют отдельно регулировать скорости подачи каждого электрода.

К числу недостатков дугового напыления относится опасность перегрева и окисления напыляемого материала при малых скорос­тях подачи распыляемой проволоки. Кроме того, большое количест­во теплоты, выделяющейся при горении дуги, приводит к значитель выгоранию легирующих элементов, входящих в напыляемый сплав (например, содержание углерода в материале покрытия сни­жается на 40—60%, а кремния и марганца — на 10—15%).

Плазменное напыление

При температуре около абсолютного нуля состоящие из двух атомов молекулы газа (водорода, азота и т. п.), имеющие вид ган­тели, совершают только параллельное перемещение по осям х, у и z, при температуре 10 К возникают также вращательные движе­ния. При дальнейшем повышении температуры, например до 1000 К, возникают колебания атомов. Интенсивные столкновения моле­кул вызывают их диссоциацию (распад на атомы). Температу­ра перехода в атомарное состояние зависит в основном от рода газа и его парциального давления. Для кислорода она составляет 3000 К, для азота ~4500 К.

Необходимую для распада молекул энергию диссоциации выра­жают обычно в электрон-вольтах (эВ) в расчете на одну молекулу

При повышении температуры развивается процесс ионизации га­зов, выражающейся в потере атомами электронов. Достаточно полная ионизация кислорода при атмос­ферном давлении наступает при 10 000 К.

Энергию  ионизации выражают в электрон-вольтах в расчете на один атом.

Газ, в котором значительная часть атомов или молекул ионизи­рована, а концентрация электронов и отрицательных ионов равна концентрации положительных ионов, называется плазмой. Плазма, которая в целом является квазинейтральной, не имеет электрическо­го заряда. Отличительная черта плазмы — высокая электропроводи­мость. Обычная электрическая дуга также находится в плазменном состоянии.

При охлаждении диссоциированного и ионизированного высо­котемпературного газа происходит обратный процесс: соединение электронов с ионами и атомов в молекулы. При этом происходит выделение энергии рекомбинации, равной энергии диссоциации молекул и энергии ионизации атомов. При одной и той же температуре двухатомные газы обладают более высокой' энтальпией, чем одноатомные.

Принцип напыления показан на рис. 3.6. Между катодом (из чистого вольфрама или с добавлением 2% тория) и медным водоохлаждаемым соплом, слу­жащим анодом, возникает дуга, нагрева­ющая поступающий в сопло горелки ра­бочий газ, который истекает из сопла в виде плазменной струи. В качестве рабо­чего газа используют аргон или азот, к которым иногда добавляют водород. Порошковый наплавочный материал подает­ся в сопло струей транспортирующего газа, нагревается плазмой и с ускорением переносится на поверх­ность основного материала для образования покрытия.

Рис. 5.6 - Схема плазменного напы­ления: / — плазмообразующий газ; 2 — место вво­да напыляемого материала; 3 — источник питания; 4 — катод; 5— анод

КПД плазменной горелки составляет 50—70%, в среднем 60%. Это значит, что 50—70% общего потребления электрической энер­гии затрачивается на нагрев рабочего газа до средней температу­ры на выходе из сопла. Для рабочего газа данного вида при задан­ном его расходе среднюю температуру можно рассчитать по кри­вым изменения температуры факела в зависимости от расстояния от среза сопла плазмотрона. При данной потребляемой мощности аргон имеет гораздо более высокую температуру, чем азот и водород. Высокая скорость истечения плазменной струи связана с резким расширением газа при повышении температуры, а следовательно, для газа характерна более высокая скорость плазменной струи. Это значит, что при данном уров­не потребляемой мощности и данном расходе рабочего газа аргон обеспечивает более высокую скорость плазменной струи, чем азот и водород.

На расстоянии 50 мм от среза сопла количество воздуха в струе достигает 55—60%, а на расстоя­нии 100 мм —90%.

Плазменное напыление обла­дает рядом важных преимуществ: высокая температура плазмы поз­воляет проводить напыление туго­плавких материалов; возможность регулирования температуры и скорости плазменной струи путем выбора формы и диаметра сопла и режима напыления расширяет диапазон напыляемых материа­лов (металлы, керамика и орга­нические материалы); использо­вание инертного газа в качестве рабочего газа открывает возможность напыления в камерах с ат­мосферой инертного газа. Покрытия, полученные методом плазмен­ного напыления, обладают высокой плотностью и хорошим сцепле­нием с основой. Сравнительно низкая производительность процесса напыления, шум при работе и интенсивное ультрафиолетовое излу­чение— недостатки плазменного напыления. Кроме того, плазмен­ный способ отличается высокой стоимостью оборудования и боль­шими эксплуатационными затратами.