172563. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és plazmagenerátor szilárd építőelemek felületi megömlesztésére
3 172563 4 Az eljárás alapja az a felismerés, hogy sorozatgyártásra is alkalmas, gazdaságos és jó minőséget biztosító megoldáshoz akkor jutunk, ha az építőelemek felületének megömlesztésére a villamos ívet a felülettel nem közvetlenül hozzuk érintkezésbe, hanem nagy sebességgel áramoltatott gáz felmelegítésére hőforrásként alkalmazzuk és a szükséges hőt az így létesített jól irányítható plazma útján visszük át a felületre. Ennek megfelelően a találmány abban van, hogy a villamos íven gázt áramoltatunk keresztül és a hőhatást az így létesített irányított plazmával biztosítjuk. Ezzel a megoldással lehetővé vált a villamos ív hőtartalmának olyan fokú hasznosítása, hogy a felülettel érintkező plazma hőfoka egy nagyságrenddel (15-30000 K°) meghaladja az összes eddig ismert megömlesztési technológiáknál alkalmazott hőfokot. Kísérleteink szerint a nagy hőfokú plazma igen gyorsan jó minőségű üvegszerű felületet alakít ki, miközben az épületelem csak igen vékony rétegben melegszik át és így a plazma hőtartalmának nagy része közvetlenül a megömlesztésre fordítódik. A plazma alakja a nagy sebességgel áramló gáz következtében változatlan marad és lehetővé válik a plazma tetszés szerinti irányítása, illetve a megömlesztendo felület legcélszerűbb, leggazdaságosabb elhelyezése (mozgatása). Az eljárás további előnye, hogy a plazma felmelegítésére használt villamos ívet kisfeszültségű (30-150 V) egyenárammal hozzuk létre. A találmány szerinti eljárásnál ugyanis egészen rövid (néhány mm-es) ív alkalmazására van lehetőség, amelynek stabilitása könnyen biztosítható és hőtartalma az áramerősség változtatásával (300-700 A) úgyszólván tetszés szerinti értékre állítható. A legkedvezőbb hatást akkor érjük el, ha a plazmaforrást a felülettől 2—80 mm távolságba helyezzük és a plazma tengelyét a felülethez viszonyítva 10—90°-os szögbe állítjuk. A sávokban hőkezelt anyag felületén ezáltal teljesen egyenletesen megömlesztett réteg biztosítható. De a. sávszélesség és a beégetési mélység változtatása által mód van tetszőleges rajzok kialakítására, a legkülönfélébb esztétikai igények kielégítésére is. A plazmaforrás elhelyezésére fent megadott értékek annak figyelembevételével kerültek megállapításra, hogy a megömlesztendo anyag minőségétől függően szükségessé válhat a plazmaforrás üzemelési paramétereinek (áramerősség, gázsebesség, stb.) és a plazmaforrás, ill. a munkaanyag mozgási sebességének változtatása. A megömlesztendo anyag összetételétől és a hőkezelt felület kívánt minőségétől függően a plazmagenerátor munkagázának változtatására is lehetőség van. Plazmagázként argon, nitrogén, levegő, szénhidrogén gáz, hidrogén, vagy ezek keveréke alkalmazható. Korróziv gáz felhasználása esetén védő gázburok kialakításával külön megoldás biztosítja a katódvédelmet. A többféle gáz alkalmazhatósága növeli a megmunkálás variációs lehetőségeit és a megmunkálandó anyagok minősége és mennyisége, valamint gazdaságossági kérdések döntik el az egyes esetekben alkalmazandó legkedvezőbb összetételt. A találmány szerinti eljárás nagy lehetőséget biztosít a megömlesztendo felületek időálló színezésére is. Színezésre anorganikus anyagokat alkalmazunk. Már az alapanyag összetételétől függően is különböző színezetű felületek alakulnak ki, amelyek önmagukban is esztétikailag elfogadhatók. A alapanyagtól függő színhatást háttérnek tekintve — a plazmakezelést megelőzően, vagy azzal egyidőben — szórási technika alkalmazásával színező anyagokat vihetünk a felületre. Az ömledék fázisban levő anorganikus színező anyagok a lehűlés során beépülnek, feloldódnak, ill. elkeverednek az alapanyaggal és az üvegszerű bevonat védelme alatt egyenletes színes felületet adnak. A színező anyagokat ún. kísérő komponensekkel (pl. A1203, Si02) különböző arányban elkeverve a kívánt szín árnyalatai érhetők el, ugyanakkor a költséges színező anyagok — célszerűen fémoxidok — fajlagos felhasználása is csökkenthető. Redukáló, semleges, ill. oxidáló atmoszféra hatása a színezőanyag jellegétől függő újabb variációs lehetőséget jelent. Egyidejűleg több plazmaforrást alkalmazva a találmány szerinti megoldással tetszés szerint növelhető a beégetés sebessége, ugyanakkor a plazmaforrásokat előre meghatározott program szerint automatikusan mozgatva a legkülönfélébb rajzolatok kialakítására van lehetőség. A találmány szerinti megömlesztési eljáráshoz célszerűen 100-250 mm hosszú és 6—100 mm széles plazmalángot állítunk elő. Ennek biztosítására a plazmaforrásként alkalmazott plazmagenerátor anódjának kúpszögét 20-60°-ra, a katód kúpszögét pedig 16—50°-ra választjuk. Az így kialakított plazmagenerátor, a nagyüzemi gyártás szempontjait is figyelembe véve, alkalmas minden felületi megömlesztés megvalósítására. A nagyüzemi gyártás megkívánja a plazmaforrás folyamatos üzemét, ami a plazmagenerátor katódjától és anódjától hosszú élettartamot követel. Ennek érdekében a plazmagenerátor katódját porkohászati eljárással készült wolframból, vagy tóriumozott wolframból, anódját pedig vízhűtésű vörösrézből készítjük. Kísérleteink bizonyították, hogy ezen anyagokkal még gazdaságos körülmények között minimálisan 10—12 órás üzem biztosítható, ami után az elektródok cseréje néhány perc alatt végrehajtható. Ez a nagyüzemi gyártási igényeket messzemenően kielégíti. A katód intenzív hűtésének megoldásával vált lehetségessé 600—700 A-es ív alkalmazása (ez nagyobb sávszélességet és beégetési mélységet jelent), az anód közvetlen hűtőrendszerének kidolgozásával pedig lehetővé vált olcsó vörösréz anódok alkalmazása A találmányt részletesebben a rajz alapján ismertetjük, amelyen a találmány szerinti eljárás foganatosításához való plazmagenerátor példakénti kiviteli alakjának hosszmetszetét tüntettük fel. A rajzon a házgyári panelek felületi hőkezelésének sorozatgyártásához kialakított plazmagenejátorban az ellentétes polaritású 1 katód és 2 anód 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
