186126. lajstromszámú szabadalom • Védett felületű plazmagenerátor
185126 2 A találmány tárgya plázmágenerátor {plazmaégő, plazmapisztoly, plazmotron), amellyel az ipar és kutatás területén számos eljárás foganatosítható. Ismeretes a plazmotronok olyan típusa, amelynél a vízzel vagy más hűtőközeggel közvetlenül vagy közvetve hűtött elektródok között létrehozott villamos kisüléssel, ívvel hevítik a plazmagenerátorba bevezetett közeget; és így előállított áramló plazma egy fúvókán távozik a plazmagenerátorból. A villamos íves plazmagenerátorok belsőíves és külsőíves (átvittíves) megoldása, illetve ezek kombinációja ismert. A belsőíves konstrukciónál a fúvóka az egyik elektród — általában anód — szerepét is betölti. A leggyakrabban a plazmavágásnál és a fémolvasztásnál alkalmazott külső vagy átvittíves megoldás esetén a villamos ív a fúvókán kilépő plazmasugárban áll fenn, a két elektród — amelyek között az ívkisülés létrejön — egyike a plazmagenerátorban (pl. katód) másika pedig a plazmagenerátoron kívül helyezkedik el. Ismeretes a fenti elv szerint működő plazmagenerátorok olyan megoldása, melynél — tekintettel a fúvóka korlátozott élettartamára — a fúvóka cserélhető elemként van kialakítva, és rögzítése kézzel vagy szerszámmal oldható rögzítőelem (pl. menetes fúvókasapka, menetes gyűrű) segítségével történik a fúvókatartóban; de ismeretes olyan megoldás is, melynél maga a fúvóka menetes kiképzésű. Az említett plazmagenerátorok felépítésének közös jellemzője, hogy a fúvóka kilépő nyílásának közvetlen környezetében a plazmagenerátor külső felületét a fúvóka homlok-, ill. palástfelülete alkotja, e körül pedig, a kilépő nyílástól radiálisán távolodva vagy egy rögzítőelem (pl. fúvókasapka), vagy — menetes fúvóka esetén — a fúvókatartó felülete következik. A szóbanforgó plazmagenerátorokat gyakran alkalmazzák olyan eljárások foganatosítására, melyeknél (mint pl. fémvágás, fémolvasztás, fémek és szilikátipari termékek felületi hőkezelése) az említett felületek — vagyis a fúvóka, az esetleges rögzítőelem, a fúvókatartó külső felületei a plazma kilépési helyének környezetében —, nagymértékű hőigénybevételnek, a munkadarabról visszajutó szilárd vagy olvadt anyagrészek eróziós hatásának, illetőleg iverziós hatásának vannak kitéve. Közismertek pl. a plazmavágó pisztolyokkal végzett fémlyukasztási technológiával kapcsolatos nehézségek. Itt — amíg a lyukasztás meg nem történik — a plazmasugár által megolvasztott fém nagy része a visszatérített plazmával együtt a plazmagenerátor felületére csapódik; így ennél az eljárásnál — az ismert berendezések esetén — igen nagy az érintett alkatrészek sérülésének gyakorisága. A legnagyobb igénybevétel és az alkatrészek leggyorsabb elhasználódása abban az esetben lép fel, ha a plazmagenerátor külső felületén ívtalppontok alakulnak ki. (Az ívtalppont által okozott hőigánybevétel elviselésére csak a fúvóka csatorna belső felületén vannak biztosítva a szükséges feltételek: intenzív hűtés, nagy gázsebesség, ívmozgatás). Ez az üzemállapot belsőíves és külsőíves berendezésnél egyaránt előfordulhat. Belsőíves plazmagenerátornál, különösen örvénylő gázbevezetés esetén a gázparaméterektől, a villamos paraméterektől, a geometriai méretektől és a fúvóka elhasználódásának mértékétől függően a fúvóka csatornában mozgó ívtalppont — az ív megnyúlásával egyidejűleg — elhagyhatja a fúvóka csatornát, és á fúvóka homlokfelületére, és az azt körülvevő, és a fúvókával azonos potenciálon lévő fémalkatrészek felületére is ráléphet. Az átvittíves plazmagenerátorok esetén a fúvóka és a vele azonos potenciálon lévő fúvókasapka, vagy más rögzítőelem ki van téve esetenként a kettős ívek létrejöttekor fellépő iverziós hatásnak. Mint ismeretes, a kettős ív, tehát az a rendellenes üzemállapot, amikor a villamos ív nem a plazmagenerátor belsejében lévő katód és a külső anód (munkadarab) között a fúvóka csatornán áthaladva, de attól villamosán elszigetelve alakul ki, henem a katód-fúvóka közötti és a fúvóka-anód közötti ívszakaszokból áll, több ok miatt létrejöhet: pl. a plazmavágásnál a nagymértékben elhasználódott katód, fém freccsenés vagy a megengedettnél kisebb munkadarab távolság esetén. A tapasztalatok szerint a kettős ív fúvóka-anód között égő szakaszának katód-talppontja a fúvókáról az azt körülvevő elemek (pl. fúvókasapka, fúvókatartó) felületére is átvándorolhat, amelyek kevésbé hatásos hűtésük, és kisebb falvastagságuk következtében a fúvókánál is gyorsabban károsodnak, tönkremennek. Az ismertetett igénybevételek hatásának kitett fúvóka, fúvóka rögzítőelem és fúvókatartó élettartama sok esetben nem kielégítő. Ismeretes hőálló kerámia elemek (pl. kerámiasapka) alkalmazása a fúvóka környezetében. Ez a homlokfelület védelmét nem oldja meg, törékenysége, nem kielégítő hőlökésállósága korlátozza felhasználhatóságát. A találmány célja olyan ellenálló felületű szerkezeti elemek előállítása a plazmagenerátorok számára, amelyek az ismertetett igénybevételek mellett nagyobb élettartamot biztosítanak, mint az ismert megoldások. A találmány értelmében a feladatot olyan védőrétegek kialakításával oldjuk meg, amelyeket a plazmagenerátor külső felületén hőigénybevételnek, a felületre áramló fémolvadékok illetve szilárd anyagrészek által okozott igénybevételnek és az íveróziós igénybevételnek kitett részeken plazmaszórással alakítunk ki a fúvóka kilépő nyílásának legfeljebb 80 mm sugarú környezetében. A hűtött fémfelületeken elhelyezkedő, megfelelő összetételű védőréteg — mint pl. az alumíniumoxid (AI2Q3), vagy cirkóniumoxid (ZrCE) és szilíciumoxid (SÍO2) keverék magas olvadáspontja, hőlökésállósága, hő- és villamos szigetelőképessége folytán csökkenti, vagy megakadályozza a felületek erózióját, megolvadását. Ismeretes, hogy a plazmaszórással előállított kerámiai ill. fém-kerámia kompozícióból álló bevonatok a rakétatechnikai alkalmazások után —, az ipar más területein is felhasználásra kerültek, mint kopásálló, hőálló, korrózióálló védőrétegek. A találmány szerint azonban a plazmagenerátorok védelmére kialakítandó plazmaszórt bevonatok esetén az ismert alaptulajdonságok (elsősorban hőállóság, hőlökésállóság) mellett egyes speciális bevonatok íverózióval szembeni ellenállóképessége kap szerepet. Kísérletileg bizonyítottuk, hogy 50 A és 500 A közötti áramerőség tartományban, hűtött rézelektródok között mágneses erőtérben mozgó ív talppontjainak előrehaladását és roncsoló hatását már 0,2...0,3 mm vastagságú, pl. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
