RU2704680C1

RU2704680C1 - Method of plasma sputtering with plasmatron attachment and device for its implementation

Info

Publication number: RU2704680C1
Application number: RU2018144748A
Authority: RU
Inventors: Василий Иванович Калита; Дмитрий Игоревич Комлев; Алексей Александрович Радюк
Priority date: 2018-12-18
Filing date: 2018-12-18
Publication date: 2019-10-30

Abstract

FIELD: metallurgy.SUBSTANCE: invention relates to metallurgy, to sputtering of plasma coatings and can be used for formation of wear-resistant, corrosion-resistant and functional coatings with minimum content of oxides formed during sputtering. Method and device for sputtering of coatings using nozzle to plasmatron with extraction of plasma-forming gas after heating and acceleration of sputtered particles. Method involves attaching a chamber with a protective atmosphere to the plasmatron nozzle and returning the plasma-forming gas to the nozzle outlet end, sputtering and additional supply of pure inert gas. Plasma spraying device with a plasmatron attachment includes a nozzle for acceleration and heating of particles of the sputtered material, an annular channel for plasma jet gas extraction, a cooler, a compressor with a filter, nozzles for supply of returned gas to the spraying zone and supply of pure inert gas, and a chamber with a protective atmosphere attached to the end of the nozzle.EFFECT: reduced content of oxygen in sprayed coating.7 cl, 1 tbl, 7 ex, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области металлургии, а более конкретно к напылению плазменных покрытий и может быть использовано для формирования износостойких, коррозионностойких и функциональных покрытий с минимальным содержанием оксидов, формирующихся в процессе напыления.The invention relates to the field of metallurgy, and more specifically to the spraying of plasma coatings and can be used to form wear-resistant, corrosion-resistant and functional coatings with a minimum content of oxides formed during the spraying process.

Известен способ плазменного напыления с использованием конической насадки к плазмотрону с длиной равной дистанции напыления порошка (Johan М. Houben, United States Patent 4,199,104, Apr. 22, 1980 Int. Cl'В05В 17/04, U.S. C. 239/81; 239/85;219/76.16. Более подробно описанный в работе 23. Houben J.M., Liempd G.G. Problems Encoutered in the Development of locally shielding Plasma spray Devices. 9th. Inter. Thermal Spraying Conf. 1980, p.197-206). На рис. 1 схематично изображен плазмотрон (поз. 1) с конической насадкой (поз. 2). При напылении частицы напыляемого порошка подаются в плазменный поток (поз. 3) через штуцер (поз. 4) и под действием плазменного потока поступает в полость насадки (поз. 2). Угол раствора внутренней конической поверхности насадки равен 30°. В результате плазменный поток с напыляемыми частицами отрывается от стенок насадки и формируются зоны с местным вихревым движением плазмообразующего газа. Подача дополнительной среды, газа и/или жидкого азота в эти зоны через отверстия (поз. 5) насадки (поз. 2) приводит к повышению давления вдоль стенок, турбулентность плазменного потока в этом случае уменьшается. Дополнительная среда снижает температуру внутренней стенки насадки и предотвращают всасывание атмосферного воздуха через зазор между выходным торцом насадки и подложкой (поз. 6) на которой формируется покрытие (поз. 7). Недостатком данного способа напыления является снижение температуры газового потока, который должен нагревать и разгонять напыляемые частицы.A known method of plasma spraying using a conical nozzle to a plasma torch with a length equal to the distance of the spraying powder (Johan M. Houben, United States Patent 4,199,104, Apr. 22, 1980 Int. Cl'B05B 17/04, USC 239/81; 239/85; 219 / 76.16, described in more detail in 23. Houben JM, Liempd GG Problems Encoutered in the Development of locally shielding Plasma spray Devices. 9th. Inter. Thermal Spraying Conf. 1980, p.197-206). In fig. 1 schematically shows a plasmatron (pos. 1) with a conical nozzle (pos. 2). During spraying, particles of the sprayed powder are fed into the plasma stream (pos. 3) through the nozzle (pos. 4) and under the action of the plasma flow enters the nozzle cavity (pos. 2). The angle of the solution of the inner conical surface of the nozzle is 30 °. As a result, the plasma flow with the sprayed particles is detached from the nozzle walls and zones with local vortex motion of the plasma-forming gas are formed. The supply of additional medium, gas and / or liquid nitrogen to these zones through the openings (pos. 5) of the nozzle (pos. 2) leads to an increase in pressure along the walls, the turbulence of the plasma flow in this case decreases. The additional medium reduces the temperature of the inner wall of the nozzle and prevents the absorption of atmospheric air through the gap between the outlet end of the nozzle and the substrate (pos. 6) on which the coating is formed (pos. 7). The disadvantage of this method of spraying is to reduce the temperature of the gas stream, which should heat and disperse the sprayed particles.

Известен способ напыления с насадкой, в которой в зоне формирования покрытия производят экстракцию плазменного потока (Бобров Г.В. Повышение качества плазменных покрытий изменением характера воздействия потока частиц на поверхность напыления //Исследование и разработка теоретических проблем в области порошковой металлургии и защитных покрытий. - Материалы Всесоюзной конференции. Минск. 24-26 мая 1984. - Т. 3. - с. 255.). В торцевой части насадки располагается коллектор, через который производится экстракция плазменной струи и дополнительный сопловой блок, обеспечивающий ввод дополнительного защитного потока из чистого газа. Экстракция плазменного потока производится со скоростью 5 литров в секунду, что в 5 раз превышает расход плазмообразующего газа. Недостатком данного способа напыления является несогласованность расходов удаляемого газа и чистого защитного газа, в результате чего на срезе насадки температура и скорость истечения струи резко снижаются.A known spraying method with a nozzle in which a plasma stream is extracted in the coating formation zone (Bobrov G.V. Improving the quality of plasma coatings by changing the nature of the effect of particle flow on the spraying surface // Research and development of theoretical problems in the field of powder metallurgy and protective coatings. Materials of the All-Union Conference. Minsk. May 24-26, 1984. - T. 3. - p. 255.). In the end part of the nozzle there is a collector through which the plasma jet is extracted and an additional nozzle block, which provides the input of an additional protective flow from pure gas. The plasma stream is extracted at a rate of 5 liters per second, which is 5 times higher than the consumption of plasma-forming gas. The disadvantage of this method of spraying is the inconsistency of the costs of the removed gas and the clean protective gas, as a result of which, at the nozzle exit, the temperature and velocity of the jet expiration are sharply reduced.

В работе (Сидоренко В.В., Кругляков Е.А., Затока А.Е. Напыление газотермических покрытий термосиловым воздействием струи. Технические достижения в области газотранспортного оборудования: Сб. научных трудов ВНИИГаМ. 1986, с. 124-129), по сравнению со способом в котором экстракцию плазменного потока производят в зоне формирования покрытия, расход экстрагируемого газа увеличен с 5 до 15 л/с.Недостатком данного способа также является несогласованность между количеством газа экстракции и произвольной подачей в выходную часть насадки, защитного газа, а высокая скорость экстракции плазмообразующего газа создает большие трудности для сохранения инертности атмосферы в пятне напыления, из за поступления (захвата) воздуха атмосферы в зазор между торцем насадки и напыляемой поверхностью. Известена конструкция насадки для плазменного напыления, описанная в работе (Houben J.M., Liempd G.G. Problems Encoutered in the Development of locally shielding Plasma spray Devices. 9 th. Inter. Thermal Spraying Conf. 1980, p.197-206.). В представленной на рис. 2 конструкции входной диаметр насадки (поз. 2) в три раза больше диаметра выходного отверстия анода плазмотрона (поз. 1). При истечении плазменной струи из плазмотрона внутри насадки формируются зоны разряжения с местным вихревым движением плазмообразующего газа. Из этих пристеночных областей насадки плазменный поток удаляют (поз. 8) и подают компрессором (поз. 9) через сопла в области выходной части насадки (поз. 10), для повышения инертности атмосферы в пятне напыления. Недостатками данного способа является то, что отверстия для экстракции плазменной струи расположены перпендикулярно направлению ее движения, в результате чего экстракция высокоскоростного потока газа не эффективна и не реализуется ее 100% экстракция в области пятна напыления, не эффективен и возврат плазмообразующего газа на торце насадки, так как он направлен только внутрь насадки. В результате насадка подобной конструкции взаимодействует преимущественно с периферийной частью плазменной струи. Для формирования покрытий с аморфной и нано структурой известно устройство насадки со 100% экстракцией плазменного потока после ускорения и нагрева напыляемых частиц (Калита В.И., Комлев Д.Н. Плазменные покрытия с нанокристаллической и аморфной структурой. М: Лидер, 2008. 386 с). Для этой конструкции насадки, представленной на рис. 3, экспериментально установлено, что даже при оптимальной конфигурации профиля сопла (поз. 2), для полной (100%) экстракции плазменного потока, количество экстрагируемого газа должно в 1,5 раза превышать количество плазмообразующего газа, что является естественным при наличии сквозного отверстия в выходной части насадки. Во избежание поступления воздуха атмосферы в насадку, необходима подача дополнительного газа на ее свободный торец. Такую подачу дополнительного газа можно осуществить за счет повторного использования плазмообразующего газа после его экстракции, охлаждения и очистки от нано частиц, образовавшихся при конденсации испарившегося в плазменной струе напыляемого материала. Экстракция газа осуществляется через кольцевой канал (поз. 11), удаленный от выходного отверстия анода на дистанцию необходимую для нагрева и ускорения напыляемых частиц. Профиль данного канала плавно разворачивает натекающий на него плазменный поток и направляет его в охлаждающее устройство (холодильник) (поз. 12). Компрессор (поз. 9) оснащается фильтром, улавливающим захваченную вместе с газовым потоком часть напыляемого материала, для предотвращения попадания в зону напыления нано размерной пылевидной фракции (до 10% от массы напыляемого порошка), что повышает качество покрытий и дополнительно улучшается экологическое состояние напылительного пространства. Возврат охлажденного и очищенного газа производиться через сопловую часть насадки (поз. 10) в двух направлениях; внутрь насадки (этот поток замещает объем экстрагируемого через кольцевой канал (поз. 11) плазменного потока) и перпендикулярно подложке, на которой формируется покрытие (для сохранения инертности атмосферы в пятне напыления). Схематично система «плазмотрон - насадка» (рис. 3) может быть разбита на четыре зоны: А - зона нагрева и ускорения порошка в цилиндрической части канала плазмотрона; В - зона нагрева и ускорения порошка в конической части насадки; С - зона экстракции плазменного потока; D - зона формирования покрытия.In the work (Sidorenko V.V., Kruglyakov E.A., Zatoka A.E. Spraying of gas-thermal coatings by the thermal force of the jet. Technical advances in the field of gas transmission equipment: Collection of scientific works of VNIIGaM. 1986, pp. 124-129), compared with the method in which the plasma stream is extracted in the coating formation zone, the flow rate of the extracted gas is increased from 5 to 15 l / s. A disadvantage of this method is also the inconsistency between the amount of extraction gas and the arbitrary supply of protective gas to the nozzle outlet, and the high rate of extraction of the plasma-forming gas creates great difficulties for maintaining the inertia of the atmosphere in the spray spot, due to the entry (capture) of atmospheric air into the gap between the nozzle end and the sprayed surface. A known design for a plasma spray nozzle is described in (Houben J.M., Liempd G.G. Problems Encoutered in the Development of locally shielding Plasma spray Devices. 9 th. Inter. Thermal Spraying Conf. 1980, p.197-206.). In presented on fig. 2 designs, the inlet diameter of the nozzle (pos. 2) is three times the diameter of the outlet of the anode of the plasma torch (pos. 1). When the plasma jet flows out of the plasma torch, rarefaction zones are formed inside the nozzle with local vortex motion of the plasma-forming gas. From these near-wall regions of the nozzle, the plasma stream is removed (pos. 8) and fed by a compressor (pos. 9) through nozzles in the area of the outlet of the nozzle (pos. 10) to increase the inertness of the atmosphere in the spray spot. The disadvantages of this method is that the holes for the extraction of the plasma jet are perpendicular to the direction of its movement, as a result of which the extraction of a high-speed gas stream is not effective and its extraction is not 100% in the area of the spray spot, and the return of the plasma-forming gas at the nozzle end face is not effective either, how it is directed only inside the nozzle. As a result, a nozzle of a similar design interacts mainly with the peripheral part of the plasma jet. For the formation of coatings with amorphous and nano-structure, a nozzle device with 100% extraction of the plasma stream after acceleration and heating of the sprayed particles is known (Kalita V.I., Komlev D.N. Plasma coatings with nanocrystalline and amorphous structure. M: Leader, 2008. 386 from). For this nozzle design shown in fig. 3, it was experimentally established that even with the optimal configuration of the nozzle profile (pos. 2), for complete (100%) extraction of the plasma stream, the amount of extracted gas should be 1.5 times the amount of plasma-forming gas, which is natural when there is a through hole in output part of the nozzle. In order to avoid atmospheric air entering the nozzle, additional gas must be supplied to its free end. Such a supply of additional gas can be achieved by reusing the plasma-forming gas after its extraction, cooling and purification from nano-particles formed during the condensation of the sprayed material evaporated in the plasma jet. Gas extraction is carried out through an annular channel (pos. 11), remote from the anode outlet at a distance necessary for heating and accelerating the sprayed particles. The profile of this channel smoothly unfolds the plasma stream flowing onto it and directs it to the cooling device (refrigerator) (item 12). The compressor (pos. 9) is equipped with a filter that captures a portion of the sprayed material captured along with the gas flow to prevent the nanosized dust fraction from entering the spraying zone (up to 10% of the weight of the sprayed powder), which increases the quality of the coatings and further improves the ecological state of the spraying space . The return of the cooled and purified gas is carried out through the nozzle part of the nozzle (pos. 10) in two directions; inside the nozzle (this flow replaces the volume of the plasma flow extracted through the annular channel (pos. 11)) and perpendicular to the substrate on which the coating is formed (to preserve the inertness of the atmosphere in the spray spot). Schematically, the “plasmatron - nozzle” system (Fig. 3) can be divided into four zones: A — zone of heating and acceleration of the powder in the cylindrical part of the plasma torch channel; In - zone of heating and acceleration of the powder in the conical part of the nozzle; C is the plasma stream extraction zone; D is the coating formation zone.

Для оптимизации системы «плазмотрон - насадка», были использованы следующие положения, опубликованные в научно-технической литературе:To optimize the system "plasmatron - nozzle", the following provisions were used, published in the scientific and technical literature:

- бесступенчатый переход между плазмотроном и соплом насадки должен свести к минимуму потери кинетической энергии плазменного потока;- stepless transition between the plasmatron and nozzle nozzle should minimize the loss of kinetic energy of the plasma flow;

- плавное расширение сопла в зоне экстракции позволяет направленно удалять плазменный поток при минимальном захвате атмосферы воздуха;- smooth expansion of the nozzle in the extraction zone allows you to directionally remove the plasma stream with minimal air capture;

- для увеличения степени экстракции плазменного потока начальная часть сопла в зоне С имеет экран;- to increase the degree of extraction of the plasma stream, the initial part of the nozzle in zone C has a screen;

- длина сопла до экстракции плазменного потока должна быть выбрана равной дистанции, на которой происходит эффективный нагрев и ускорение частиц напыляемого порошка.- the length of the nozzle before the extraction of the plasma stream should be chosen equal to the distance at which the effective heating and acceleration of the particles of the sprayed powder occurs.

Этот источник является наиболее близким к способу плазменного напыления с насадкой к плазмотрону, его взяли в качестве прототипа.This source is the closest to the method of plasma spraying with a nozzle to the plasmatron, it was taken as a prototype.

Покрытие, сформированное по способу, указанному в прототипе, имеет следующие недостатки. В зазор шириной 5-10 мм между выходным торцом насадки и покрытием на подложке возможно попадание воздуха из окружающей атмосферы, не смотря на подачу возвратного плазмообразующего газа в направлении подложки. Из-за чего невозможно исключить взаимодействие напыляемого материала с кислородом окружающей атмосферы.The coating formed by the method specified in the prototype has the following disadvantages. In the gap of 5-10 mm wide between the outlet end of the nozzle and the coating on the substrate, air may enter from the surrounding atmosphere, despite the supply of returning plasma-forming gas in the direction of the substrate. Because of this, it is impossible to exclude the interaction of the sprayed material with oxygen in the surrounding atmosphere.

Задачей изобретения является: создание способа плазменного напыления с насадкой к плазмотрону для повышения инертности атмосферы в зоне формирования покрытия на подложке и устройства для его осуществления.The objective of the invention is: the creation of a plasma spraying method with a nozzle to the plasmatron to increase the inertness of the atmosphere in the zone of formation of the coating on the substrate and a device for its implementation.

Техническим результатом изобретения является: снижение содержания кислорода в напыленном покрытии.The technical result of the invention is: reducing the oxygen content in the sprayed coating.

Технический результат достигается тем, что при реализации способа плазменного напыления с насадкой к плазмотрону в промежуток между торцом насадки и напыляемой деталью подается охлажденный и очищенный экстрагируемый из плазменной струи газ, чистый инертный газ подают внутрь сопловой части насадки с расходом, до 3 раз превышающим расход плазмообразующего газа, а напыление производится в защитной газовой атмосфере в присоединенной к насадке камере. В устройстве для плазменного напыления (показано на рис. 4) между каналом экстракции газа плазменной струи (поз. 11) и соплом выхода возвратного газа на диаметре равном выходному диаметру насадки устанавливается сопло подачи чистого инертного газа (поз. 13), возвратный плазмообразующий газ подают через кольцевой зазор (поз. 10) с диаметром равным 1,1÷1,2 от диаметра пятна напыления в торцевой части насадки, а к торцу насадки присоединена камера (поз. 14). Канал экстракции газа плазменной струи (поз. 4) располагается на дистанции необходимой для максимального нагрева и ускорения частиц напыляемого материала (зона В), сечение канала выполнено с плавным поворотом для минимальной потери скорости при развороте экстрагируемого газа. Сопло подачи чистого инертного газа (поз. 13) выполнено в виде кольцевого зазора на диаметре равном выходному диаметру насадки, сопловая часть которого направлена под углом 90° по отношению к оси плазменной струи для равномерного распределения поступающего через него инертного газа в объеме выходной части насадки и предотвращения попадания кислорода атмосферы в выходную часть насадки при экстракции газа плазменной струи. Сопло выхода возвратного газа (поз. 10) выполнено в виде кольцевого зазора сопловая часть которого направлена параллельно оси плазменной струи для снижения содержания кислорода в зоне затвердевания и охлаждения частиц напыляемого материала. Промежуточное сопло (поз. 15) между кольцевым каналом экстракции газа плазменной струи и соплами подачи чистого инертного газа и возвращаемого газа, установлено для максимальной (до 100%) экстракции газа плазменной струи и замены его чистым инертным газом. К выходному торцу насадки присоединена камера (поз. 14), позволяющая производить в ней перемещение детали (поз. 6) в момент напыления, защитная атмосфера в камере поддерживается за счет поступающего через сопло (поз. 13) чистого инертного газа и охлажденного возвратного газа плазменной струи, выход газа из камеры производится направленно в вентиляционную систему через обратный клапан (поз. 16), для предотвращения попадания внутрь камеры атмосферного кислорода.The technical result is achieved by the fact that when implementing the method of plasma spraying with a nozzle, a cooled and purified gas extracted from a plasma jet is supplied to the plasma torch between the nozzle end and the sprayed part, and pure inert gas is fed into the nozzle part of the nozzle with a flow rate that is up to 3 times the plasma-forming flow rate gas, and spraying is carried out in a protective gas atmosphere in a chamber attached to the nozzle. In the plasma spraying device (shown in Fig. 4), a pure inert gas nozzle is installed between the gas extraction channel of the plasma jet (key 11) and the return gas outlet nozzle at a diameter equal to the nozzle exit diameter (key 13), the plasma-forming gas is fed back through an annular gap (pos. 10) with a diameter equal to 1.1–1.2 of the diameter of the spray spot at the end of the nozzle, and a chamber is attached to the end of the nozzle (pos. 14). The plasma jet gas extraction channel (item 4) is located at a distance necessary for maximum heating and acceleration of the particles of the sprayed material (zone B), the channel cross section is made with a smooth turn for minimal loss of speed when the extracted gas is turned. The nozzle for supplying pure inert gas (pos. 13) is made in the form of an annular gap with a diameter equal to the nozzle outlet diameter, the nozzle part of which is directed at an angle of 90 ° with respect to the axis of the plasma jet for uniform distribution of the inert gas entering through it in the volume of the nozzle outlet part and prevent atmospheric oxygen from entering the outlet of the nozzle during plasma gas extraction. The return gas outlet nozzle (pos. 10) is made in the form of an annular gap, the nozzle part of which is directed parallel to the axis of the plasma jet to reduce the oxygen content in the solidification zone and to cool the particles of the sprayed material. An intermediate nozzle (pos. 15) between the annular channel of plasma jet gas extraction and nozzles for supplying pure inert gas and return gas has been established for maximum (up to 100%) extraction of plasma jet gas and replacing it with pure inert gas. A chamber (pos. 14) is attached to the outlet end of the nozzle, which allows moving the part (pos. 6) in it at the time of spraying, and the protective atmosphere in the chamber is maintained by a pure inert gas and a cooled plasma return gas coming through the nozzle (pos. 13) jets, gas escapes from the chamber directed to the ventilation system through a non-return valve (key 16) to prevent atmospheric oxygen from entering the chamber.

Получаемый технический результат можно объяснить тем, что инертность атмосферы в зоне формирования покрытия на подложке повышается.The obtained technical result can be explained by the fact that the inertia of the atmosphere in the coating formation zone on the substrate increases.

Данные по содержанию кислорода в плазменном покрытии Ni-20% Cr при подаче охлажденного плазмообразующего (возвратный) газа и чистого Ar в зону выходного торца насадки в массовых % приведено в таблице 1. При содержании в исходном порошке для напыления 0,173 мас. % кислорода.Data on the oxygen content in the plasma coating of Ni-20% Cr when a cooled plasma-forming (return) gas and pure Ar are supplied to the nozzle outlet end area in mass% are given in Table 1. When the content in the initial powder for spraying is 0.173 wt. % oxygen.

Пример 1. Покрытие Ni-20%Cr напылили плазменным способом с насадкой, без камеры, без возвратного газа в зону напыления и без подачи в эту зону дополнительного чистого газа аргона. Содержание кислорода в покрытии равно 2,16 мас. %Example 1. The coating of Ni-20% Cr was sprayed in a plasma manner with a nozzle, without a chamber, without return gas to the spray zone and without supplying additional pure argon gas to this zone. The oxygen content in the coating is 2.16 wt. %

Пример 2. Покрытие Ni-20%Cr напылили плазменным способом с насадкой, без камеры, с возвратом плазмообразующего газа в зону напыления, 34 литра в минуту, без подачи в эту зону дополнительного чистого газа аргона. Содержание кислорода в покрытии равно 1,51 мас. %.Example 2. The coating of Ni-20% Cr was sprayed in a plasma manner with a nozzle, without a chamber, with the return of the plasma-forming gas to the spraying zone, 34 liters per minute, without supplying additional pure argon gas to this zone. The oxygen content in the coating is equal to 1.51 wt. %

Пример 3. Покрытие Ni-20%Cr напылили плазменным способом с насадкой, без камеры, с возвратом плазмообразующего газа в зону напыления, 34 литра в минуту, и с подачей в эту зону дополнительного чистого газа аргона, 61 литра в минуту. Содержание кислорода в покрытии равно 0,783 мас. %.Example 3. The coating of Ni-20% Cr was sprayed in a plasma manner with a nozzle, without a chamber, with the return of the plasma-forming gas to the spraying zone, 34 liters per minute, and with the addition of additional pure argon gas to this zone, 61 liters per minute. The oxygen content in the coating is 0.783 wt. %

Пример 4. Покрытие Ni-20% Cr напылили плазменным способом с насадкой, без камеры, с возвратом плазмообразующего газа в зону напыления, 34 литра в минуту, и с подачей в эту зону дополнительного чистого газа аргона, 74 литра в минуту. Содержание кислорода в покрытии равно 0,651 мас. %.Example 4. The coating of Ni-20% Cr was sprayed in a plasma manner with a nozzle, without a chamber, with the return of the plasma-forming gas to the spraying zone, 34 liters per minute, and with the supply of additional pure argon gas to this zone, 74 liters per minute. The oxygen content in the coating is 0.651 wt. %

Пример 5. Покрытие Ni-20% Cr напылили плазменным способом с насадкой, с камерой, с возвратом плазмообразующего газа в зону напыления, 34 литра в минуту, без подачи в эту зону дополнительного чистого газа. Содержание кислорода в покрытии равно 0,987 мас. %.Example 5. The coating of Ni-20% Cr was sprayed in a plasma manner with a nozzle, with a chamber, with the return of the plasma-forming gas to the spraying zone, 34 liters per minute, without supplying additional clean gas to this zone. The oxygen content in the coating is equal to 0.987 wt. %

Пример 6. Покрытие Ni-20% Cr напылили плазменным способом с насадкой, с камерой, с возвратом плазмообразующего газа в зону напыления, 34 литра в минуту, и с подачей в эту зону дополнительного чистого газа аргона 61 литра в минуту. Содержание кислорода в покрытии равно 0,198 мас. %.Example 6. The coating of Ni-20% Cr was sprayed in a plasma manner with a nozzle, with a chamber, with the return of the plasma-forming gas to the spraying zone, 34 liters per minute, and with the addition of additional pure argon gas of 61 liters per minute to this zone. The oxygen content in the coating is equal to 0.198 wt. %

Пример 7. Покрытие Ni-20% Cr напылили плазменным способом с насадкой, с камерой, с возвратом плазмообразующего газа в зону напыления, 34 литра в минуту, и с подачей в эту зону дополнительного чистого газа аргона 74 литра в минуту. Содержание кислорода в покрытии равно 0,121 мас. %, что в 1,4 раза меньше чем в исходном порошке, 0,173 мас. %, и в в 2 раза меньше, чем при напылении этого порошка в динамическом вакууме, 0,24 мас. %.Example 7. The coating of Ni-20% Cr was sprayed in a plasma manner with a nozzle, with a chamber, with the return of the plasma-forming gas to the spraying zone, 34 liters per minute, and with the supply of additional pure argon gas of 74 liters per minute to this zone. The oxygen content in the coating is 0.121 wt. %, which is 1.4 times less than in the original powder, 0.173 wt. %, and 2 times less than when spraying this powder in a dynamic vacuum, 0.24 wt. %

Claims

1. Способ плазменного напыления, включающий использование плазмотрона с насадкой, при этом осуществляют экстракцию плазменной струи после нагрева и ускорения напыляемых частиц, охлаждение и очистку газа плазменной струи, подачу его в зону формирования покрытия, отличающийся тем, что охлажденный и очищенный экстрагируемый из плазменной струи газ подают в промежуток между торцом насадки и напыляемой деталью, а внутрь сопловой части насадки подают чистый инертный газ с расходом, не более чем в 3 раза превышающим расход плазмообразующего газа, при этом напыление производят в защитной газовой атмосфере в присоединенной к насадке камере.1. A plasma spraying method, including the use of a plasma torch with a nozzle, the plasma jet being extracted after heating and accelerating the sprayed particles, the plasma jet gas is cooled and purified, and fed to the coating formation zone, characterized in that it is cooled and purified extracted from the plasma jet gas is supplied between the nozzle end and the sprayed part, and pure inert gas is supplied into the nozzle part of the nozzle with a flow rate not exceeding 3 times the flow rate of the plasma-forming ha for, while spraying is carried out in a protective gas atmosphere in a chamber attached to the nozzle.

2. Устройство для плазменного напыления способом по п.1, содержащее коническое сопло для разгона и нагрева частиц напыляемого материала, кольцевой канал для экстракции газа плазменной струи, холодильник для снижения температуры экстрагируемого газа, компрессор с фильтром для перекачки охлажденного газа и сопло для подачи возвращаемого газа в зону напыления, при этом между каналом экстракции газа плазменной струи и соплом выхода возвратного газа установлено сопло подачи чистого инертного газа на диаметре, равном выходному диаметру насадки, для предотвращения попадания кислорода атмосферы в выходную часть насадки при экстракции газа плазменной струи, а к выходному торцу насадки присоединена камера, выполненная с возможностью обеспечения перемещения подложки во время напыления и сохранения инертной атмосферы в зоне напыления.2. The plasma spraying device according to claim 1, comprising a conical nozzle for dispersing and heating the particles of the sprayed material, an annular channel for gas extraction of the plasma jet, a refrigerator for lowering the temperature of the extracted gas, a compressor with a filter for pumping cooled gas and a nozzle for supplying return gas into the spraying zone, while between the gas extraction channel of the plasma jet and the return gas outlet nozzle, a clean inert gas nozzle is installed at a diameter equal to the outlet diameter of the nozzle ki, to prevent ingress of atmospheric oxygen into the output portion of the nozzle in the extraction gas of the plasma jet, and to the nozzle outlet end is connected a camera adapted to ensure movement of the substrate during the deposition time and maintaining an inert atmosphere in the sputtering zone.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что кольцевой канал для экстракции газа плазменной струи расположен от торца анода плазмотрона на расстоянии, необходимом для максимального нагрева и ускорения частиц напыляемого материала, а сечение канала выполнено с плавным поворотом для минимальной потери скорости при развороте экстрагируемого газа.3. The device according to claim 2, characterized in that the annular channel for gas extraction of the plasma jet is located from the end of the plasma torch anode at a distance necessary for maximum heating and acceleration of the particles of the sprayed material, and the channel cross section is made with a smooth rotation for minimal loss of speed during a turn extractable gas.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что сопло подачи чистого инертного газа выполнено в виде кольцевого зазора на диаметре, равном выходному диаметру насадки, при этом сопловая часть насадки направлена под углом 90° к оси плазменной струи для равномерного распределения поступающего через него инертного газа в объеме выходной части насадки.4. The device according to claim 2, characterized in that the nozzle for supplying a pure inert gas is made in the form of an annular gap at a diameter equal to the outlet diameter of the nozzle, while the nozzle part of the nozzle is directed at an angle of 90 ° to the axis of the plasma jet for uniform distribution of the incoming through it inert gas in the volume of the outlet of the nozzle.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что сопло выхода возвратного газа выполнено в виде кольцевого зазора на торце насадки с диаметром, равным 1,1÷1,2 диаметра пятна напыления, при этом сопловая часть насадки направлена параллельно оси плазменной струи для снижения содержания кислорода в зоне затвердевания и охлаждения частиц напыляемого материала.5. The device according to claim 2, characterized in that the return gas outlet nozzle is made in the form of an annular gap at the nozzle end face with a diameter equal to 1.1 ÷ 1.2 of the diameter of the spray spot, while the nozzle part of the nozzle is directed parallel to the axis of the plasma jet for reducing the oxygen content in the solidification zone and cooling the particles of the sprayed material.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно снабжено промежуточным соплом, установленным между кольцевым каналом экстракции газа плазменной струи и соплами подачи чистого инертного газа и возвращаемого газа, для получения максимальной до 100% экстракции газа плазменной струи и замены его чистым инертным газом.6. The device according to claim 2, characterized in that it is equipped with an intermediate nozzle installed between the annular channel of gas extraction of the plasma jet and nozzles for supplying pure inert gas and return gas, to obtain a maximum up to 100% extraction of gas from the plasma jet and replacing it with pure inert gas gas.

7. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно снабжено вентиляционной системой и обратным клапаном, через который производится выход газа из камеры в вентиляционную систему для предотвращения попадания внутрь камеры атмосферного кислорода, при этом камера у выходного торца насадки выполнена с возможностью перемещения детали в момент напыления и поддерживания защитной атмосферы в камере за счет поступающего через насадку инертного газа и охлажденного возвратного газа плазменной струи, камера не имеет принудительного охлаждения.7. The device according to claim 2, characterized in that it is equipped with a ventilation system and a check valve through which gas is released from the chamber into the ventilation system to prevent atmospheric oxygen from entering the chamber, while the chamber at the outlet end of the nozzle is configured to move the part at the moment of spraying and maintaining the protective atmosphere in the chamber due to the inert gas and the cooled return gas of the plasma jet coming through the nozzle, the chamber does not have forced cooling.