266
VOJN
OTE
HN
IK
I GLA
SN
IK/M
ILIT
AR
Y T
EC
HN
ICA
L C
OU
RIE
R, 2
012.
, Vol
. LX
, No.
1 MOGUNOSTI REGENERACIJE DELOVA BRODSKIH GASOTURBINSKIH MOTORA PRIMENOM METODE METALIZACIJE PLAZMA POSTUPKOM
Dautovi D. Jovo, Vojska Srbije, Tehniki opitni centar, Beograd
Rezime: U radu je prikazana mogunost regeneracije delova brodskih ga-
soturbinskih motora metodom metalizacije plazma postupkom. Jedan od najsavremenijih postupaka metalizacije je plazma postupak, koji ima vie prednosti i specifinosti u odnosu na druge postupke metali-zacije. U ovom radu bie obraeni postupci metalizacije, odnosno po-stupak metalizacije plazma-postupkom i mogunosti primene tog po-stupka kod regeneracije delova brodskih gasoturbinskih motora (GTM).
Kljune rei: regeneracija delova, metalizacija, plazma postupak, pre-vlaka.
Uvod U savremenim uslovima odravanja mainskih delova, sklopova i
tehnikih materijalnih sredstava (TMS) sve vie se javlja potreba da se oteeni i pohabani mainski delovi regeneriu, jer se time znatno sma-njuje cena remonta i odravanje TMS.
Nauna dostignua iz oblasti metoda regeneracije dala su vie teh-nolokih reenja koja omoguavaju postizanje takvih rezultata da svoj-stva regenerisanih delova po svojim karakteristikama prevazilaze svoj-stva novih delova ili bar zadravaju kvalitet novih.
Za izvoenje regenerativnih zahvata primenjuje se vie metoda u zavisnosti od vrsta materijala, oblika oteenja, konstruktivno-tehnolokih karakteristika oteenog dela, uslova rada i mogunosti primene pojedi-nih metoda u datim uslovima.
U ovom radu bie obraeni postupci metalizacije, odnosno, postu-pak metalizacije plazma-postupkom i mogunosti primene tog postupka kod regeneracije delova brodskih gasoturbinskih motora (GTM).
OBLAST: mainstvo, tehnologija povrinske zatite metala VRSTA LANKA: struni lanak
[email protected]
267
Dau
tovi
, J.,
Mog
uno
sti r
egen
erac
ije d
elov
a br
odsk
ih g
asot
urbi
nskih
mot
ora
prim
enom
met
ode
met
aliza
cije
plaz
ma
post
upko
m, p
p. 2
662
83
Metalizacija (rasprivanje po povrini metala) Nabrizgavanje metala je jedna vrsta obrade povrine materijala koja
se ve nekoliko decenija primenjuje za zatitu od korozije, za popravak na-noenjem jednog sloja na istroene povrine delova, kao i za druge svrhe. Prvi ureaj za nabrizgavanje napravio je op 1910. godine u vicarskoj. Nabrizgavanje moe u nekim sluajevima zameniti druge postupke obrade kao to su: galvanizacija, pocinkavanje, alitriranje, bojenje komprimiranim vazduhom, elektrostatiko nanoenje slojeva i neke druge [1].
Metalizacija je proces rasprivanja plamenom, pri kojem se koriste metalne (ili keramike) prevlake, za presvlaenje povrina u toku procesa proizvodnje, za poveanje otpornosti na habanje, toplotu i koroziju.
Proces termikog rasprivanja sastoji se od zagrevanja metala (ili nemetalnih materijala) i njegovog izbacivanja u atomiziranom obliku na podlogu. Materijal izvorno moe biti u obliku ice namotane na kalem, ili u obliku praha zagrejanog do stanja topljenja oksigensko-gasnim plame-nom. Ako se za rasprivanje koristi prah, on se na mesto metalizacije do-vodi pitoljem, iz suda montiranog na njemu i nosaa plamena, sistemom za dovod vazduha. Komprimirani vazduh mora da bude ist, filtriran i ta-no regulisan za uniformnu atomizaciju. Kao gasovito gorivo za odrava-nje plamena moe da se koristi acetilen, propan ili vodonik, koji su naro-ito pogodni za plameno prskanje metala sa malim takama topljenja, ka-kvi su na primer: aluminijum, cink i drugi.
Danas je poznato vie postupaka metalizacije, od kojih su u indu-strijskoj primeni najei: a) metalizacija icom; b) elektroluna metaliza-cija; c) metalizacija prahom; d) metalizacija Dimond Jet procesom i e) metalizacija plazma-postupkom.
Metalizacija plazma-postupkom Osnovni pojmovi o plazma prevlakama
Naziv plazma nastao je kao potreba da se opie stanje materijala, koji je doveden u parno stanje na vii energetski nivo od obinog gasovitog stanja.
Sa nekim oblicima plazme ovek se sretao odvajkada, kroz zvezde, munju, vatru i severnu svetlost.
Egzaktno nauno ovekovo bavljenje plazmom novijeg je datuma i poinje negde u drugoj polovini 19. veka intenzivnijim izuavanjem elek-trinog pranjenja u gasovima.
Posebno interesovanje pobuivalo je tzv. tinjavo pranjenje, koje se uspostavlja u ureaju, ematski prikazanom na slici 1. Ono nastaje ukoliko je pritisak gasa u cevi za pranjenje vrlo nizak (ispod 100 Pa) i ukoliko je
268
VOJN
OTE
HN
IK
I GLA
SN
IK/M
ILIT
AR
Y T
EC
HN
ICA
L C
OU
RIE
R, 2
012.
, Vol
. LX
, No.
1 napon izmeu elektroda iznad kritine vrednosti SU , tzv. napon pranje-nja. Utvreno je da ovaj napon zavisi od ukupnog broja atoma gasa u me-uelektrodnom prostoru, tj. od proizvoda p d (pritisak gasa u cevi, d rastojanje izmeu elektroda) i da pri izvesnoj vrednosti tog parametra, slika 2, zavisnoj od prirode gasa, on ima minimum (tzv. Paschenov zakon).
Slika 1 ematski prikaz ureaja za prouavanje karakteristika gasnog pranjenja
Figure 1 Schematic of a device for testing the gas discharge characteristics
U upaljenom tinjavom pranjenju oko obe elektrode obrazuje se ne-koliko uoljivih, naizmenino rasporeenih svetlih i tamnih zona. Idui od katode ka unutranjosti gasa, nailazi se, redom, na Astonov (Aston) tam-ni prostor, katodno tinjanje, Kruksov (Crookes) tamni prostor, negativno tinjanje i Faradejev (Faraday) tamni prostor, a idui od anode, opet ka unutranjosti gasa, zapaa se anodni tamni prostor i anodno tinjanje.
Najvei deo cevi za pranjenje ispunjen je intenzivno svetleim pozi-tivnim stubom, koji je naao primenu kod neonskih reklama.
U pozitivnom stubu, gas u cevi za pranjenje nalazi se u vrlo specifinom fizikom stanju, za koje je Kruks 1879. godine rekao da predstavlja etvrto agregatno stanje, a koje je Lagmur (Lagmuir) 1929. godine nazvao plazma [2].
Slika 2 Ilustracija Paschen-ovog zakona: napon paljenja u funkciji prizvoda pd
Figure 2 Illustration of Paschens law: ignition voltage as a function of pd product
269
Dau
tovi
, J.,
Mog
uno
sti r
egen
erac
ije d
elov
a br
odsk
ih g
asot
urbi
nskih
mot
ora
prim
enom
met
ode
met
aliza
cije
plaz
ma
post
upko
m, p
p. 2
662
83
Sintagma plazma etvrto agregatno stanje ubrzo ulazi u svakodnev-nu upotrebu, te je i fiziari tako prihvataju, ne samo kao lepo sroenu stilsku fi-guru ve se za njenu upotrebu moe nai i dublje fiziko opravdanje.
Stanje gasa odreeno je vrednou srednjih energija po jednoj esti-ci. Ova energija izraava se u elektronvoltima ( eV ).
Jedinica 1eV predstavlja srednju kinetiku energiju toplotnog kretanja jednog molekula gasa na temperaturi od oko 10.000 K (tanije 11.600 K ).
U vrstom agregatnom stanju srednje energije po jednoj estici kre-u se od 310 eV do 210 eV , a u tenostima 210 eV do 110 eV .
Kod gasova, srednja energija po estici kree se u dijapazonu od 110 eV do 1eV . Daljim dovoenjem energije sistemu, u rasponu od 1eV do 10eV ,
dovodi se u stanje plazme. Plazma je nala primenu, u sledeim oblastima: elektronici i teleko-
munikacijama, gasnim laserima sa elektrinim pranjenjem, plazmenim izvorima svetlosti, plazmenoj hemii i primeni plazme u metalurgiji.
Pobuivanje i prevoenje u stanje plazma-gasa vri se jonizacijom po-mou visokonaponskog luka, koji nastaje izmeu anode i katode u pitolju.
Visokonaponski luk jednosmerne struje formira se izmeu negativne elektrode od tungstena i komore hlaene vodom koja predstavlja pozitiv-nu elektrodu. Inertni gas, npr. argon, pod pritiskom se ubacuje u prostor izmeu elektroda, koji je zagrejan do temperature izmeu 8.000C i 16.000C. Vreli mlaz plazme prolazi velikom brzinom kroz mlaznik od ba-kra, hlaen vodom, a pri tome metal u obliku praha, koji se koristi za pre-vlaku, biva injektiran u vreli gas plazme, gde se topi i nanosi na podlogu.
Na slici 3 prikazan je izgled preseka jednog plazma pitolja (brenera) [3]. Kao plazma gas najee se koriste argon ili azot, koji se ujedno ko-
riste kao izvor toplote i kao sredstvo za transport istopljenih estica.
(a) (b)
Slika 3 Strukturna ema plazma pitolja za prah (a) i za icu (b) 1 Cu sapnica, 2,3 ulaz i izlaz vode, 4 izolacioni prsten, 5 ulaz gasa za plazmu,
6 volfram elektroda, 7 dodavanje praha za nabrizgavanje, 8 kontakt struje, 9 ica za nabrizgavanje, 10 cev vodilica
Figure 3 Schematic of the plasma gun for powder (a) and wire(b)
270
VOJN
OTE
HN
IK
I GLA
SN
IK/M
ILIT
AR
Y T
EC
HN
ICA
L C
OU
RIE
R, 2
012.
, Vol
. LX
, No.
1 Na slici 4 prikazano je nanoenje prevlake na rukavac kolenastog vratila plazma-pitoljem za prah [3].
Slika 4 Nanoenje prevlake na rukavac kolenastog vratila plazma pitoljem
Figure 4 Coating deposition on a cranckshaft pin by the plasma gun
Prah za metalizaciju uvodi se pod odreenim pritiskom u plazma mlaz. estice praha se tope i vri se njihovo nanoenje velikom brzinom na pripremljenu povrinu.
Kao rezultat ovog proc
