ПЛА́ЗМЕННАЯ ТЕХНОЛО́ГИЯ

ПЛА́ЗМЕННАЯ ТЕХНОЛО́ГИЯ, тех­но­ло­гич. про­цес­сы, ос­но­ван­ные на ис­поль­зо­ва­нии низ­ко­тем­пе­ра­тур­ной плаз­мы, ге­не­ри­руе­мой ду­го­вы­ми или вы­со­ко­час­тот­ны­ми плаз­ма­тро­на­ми. При­ме­ня­ет­ся для про­ве­де­ния разл. ме­тал­лур­гич. про­цес­сов (см. Плаз­мен­ная ме­тал­лур­гия) и тер­мич. об­ра­бот­ки – свар­ки, резки, на­плав­ки ме­тал­лич. ма­те­риа­лов, а так­же уда­ле­ния (трав­ле­ния) при­по­верх­но­ст­ных сло­ёв твёр­дых тел или их уп­роч­не­ния (пу­тём их ион­но­го ле­ги­ро­ва­ния или мо­ди­фи­ци­ро­ва­ния) и др.

Про­цес­сы П. т. осу­ще­ст­в­ля­ют­ся при темп-ре плаз­мы (1–2)·10⁴ К и ха­рак­те­ри­зу­ют­ся боль­шим диа­па­зо­ном ре­гу­ли­ро­ва­ния мощ­но­сти (до 150 кВт) и воз­мож­но­стью со­сре­до­то­че­ния по­то­ка плаз­мы на об­ра­ба­ты­вае­мом из­де­лии; про­цес­сы мо­гут вы­пол­нять­ся при нор­маль­ном (ат­мо­сфер­ном) или по­вы­шен­ном дав­ле­нии ли­бо в ва­куу­ме. Эф­фек­ты от при­ме­не­ния П. т. дос­ти­га­ют­ся как те­п­ло­вым, так и ме­ха­нич. дей­ст­ви­ем ком­по­нен­тов плаз­мы (бом­бар­ди­ров­кой из­де­лия час­ти­ца­ми плаз­мы, дви­жу­щи­ми­ся с очень вы­со­кой ско­ро­стью, – т. н. ско­ро­ст­ной на­пор плаз­мен­но­го по­то­ка). Удель­ная мощ­ность, пе­ре­да­вае­мая по­верх­но­сти ма­те­риа­ла плаз­мен­ной ду­гой, дос­ти­га­ет 10⁵– 10⁶ Вт/см², в слу­чае плаз­мен­ной струи она со­став­ля­ет 10³–10⁴ Вт/см². Те­п­ло­вой по­ток, ес­ли это не­об­хо­ди­мо, мо­жет быть рас­сре­до­то­чен, обес­пе­чи­вая «мяг­кий» рав­но­мер­ный на­грев по­верх­но­сти, что ис­поль­зу­ет­ся при на­плав­ке и на­не­се­нии по­кры­тий.

Для свар­ки ме­тал­лов при­ме­ня­ют од­но­врем. воз­дей­ст­вие ду­го­во­го раз­ря­да и плаз­мен­ной струи, что по­зво­ля­ет глу­бо­ко про­ни­кать в ме­талл. Та­кая свар­ка от­ли­ча­ет­ся вы­со­кой про­из­во­ди­тель­но­стью и, вслед­ст­вие боль­шой ста­биль­но­сти дей­ст­вия ду­ги, хо­ро­шим ка­че­ст­вом; по­зво­ля­ет сва­ри­вать дос­та­точ­но тол­стый ме­талл (10–15 мм) без спец. раз­дел­ки кро­мок. Ма­ло­мощ­ная плаз­мен­ная ду­га на то­ках 0,1–40 А удоб­на для свар­ки тон­ких лис­тов (0,05 мм) при из­го­тов­ле­нии мем­бран, силь­фо­нов, те­п­ло­об­мен­ни­ков из Ta, Ti, Mo, W, Al.

Рез­ка ме­тал­лов осу­ще­ст­в­ля­ет­ся при од­но­врем. воз­дей­ст­вии плаз­мен­ной струи и ду­го­во­го раз­ря­да ме­ж­ду ано­дом (раз­ре­зае­мым ме­тал­лом) и ка­то­дом плаз­ма­тро­на. Плаз­мен­ная струя (Ar, N₂, H₂, NH₃ и их сме­си) фор­ми­ру­ет­ся и ста­би­ли­зи­ру­ет­ся в ка­на­ле ано­да при на­гре­ве ду­го­вым раз­ря­дом. Для ин­тен­си­фи­ка­ции рез­ки ме­тал­лов ис­поль­зу­ет­ся хи­ми­че­ски ак­тив­ная плаз­ма. Напр., при рез­ке возд. плаз­мой ки­сло­род, окис­ляя ме­талл, да­ёт до­пол­нит. энер­ге­тич. вклад в про­цесс рез­ки. Плаз­мен­ной ду­гой ре­жут не­ржа­вею­щие и хро­мо­ни­ке­ле­вые ста­ли, Cu, Al и др. ме­тал­лы и спла­вы, не под­даю­щие­ся ки­сло­род­ной рез­ке. Не­элек­тро­про­вод­ные ма­те­риа­лы (бе­то­ны, гра­нит, тон­ко­ли­сто­вые ор­га­нич. ма­те­риа­лы) об­ра­ба­ты­ва­ют плаз­мен­ной стру­ёй.

Для на­не­се­ния по­кры­тий ма­те­ри­ал (ту­го­плав­кие ме­тал­лы, ок­си­ды, кар­би­ды, си­ли­ци­ды, бо­ри­ды и др.) вво­дят в ви­де про­во­ло­ки, по­рош­ка или сус­пен­зии в плаз­мен­ную струю, в ко­то­рой он пла­вит­ся, рас­пы­ля­ет­ся и в ви­де мел­ких час­тиц с вы­со­кой ско­ро­стью на­но­сит­ся на по­верх­ность из­де­лия (под­лож­ку). Вы­со­кие ско­ро­сти на­пы­ляе­мых час­тиц (до 700 м/с) оп­ре­де­ля­ют фор­ми­ро­ва­ние на под­лож­ке по­кры­тия в ви­де дис­ков ма­лой тол­щи­ны (2–10 мкм) и их вы­со­кую ско­рость ох­ла­ж­де­ния – до 10⁸ К/с; в за­ви­си­мо­сти от на­пы­ляе­мо­го ма­те­риа­ла в по­кры­тии фор­ми­ру­ет­ся аморф­ная или на­но­ст­рук­ту­ра с вы­со­кой мик­ро­твёр­до­стью. При раз­дель­ном за­твер­де­ва­нии на­пы­ляе­мых час­тиц на под­лож­ке воз­мож­но кон­ст­руи­ро­ва­ние мак­ро­струк­ту­ры по­кры­тия, в т. ч. соз­да­ние трёх­мер­ных ка­пил­ляр­но-по­рис­тых по­кры­тий (по­рис­тость оп­ре­де­ля­ет низ­кий ка­жу­щий­ся мо­дуль уп­ру­го­сти по­кры­тия, что обес­пе­чи­ва­ет вы­со­кую тер­мо­стой­кость те­п­ло­за­щит­ных по­кры­тий). По­вы­ше­ние темп-ры под­лож­ки су­ще­ст­вен­но уве­ли­чи­ва­ет ко­ге­зию и ад­ге­зию по­кры­тий. Осн. об­ласть при­ме­не­ния плаз­мен­но­го на­пы­ле­ния – фор­ми­ро­ва­ние те­п­ло­за­щит­ных ок­сид­ных по­кры­тий с по­рис­то­стью до 20% или плот­ных по­кры­тий с тре­щи­на­ми, пер­пен­ди­ку­ляр­ны­ми под­лож­ке. Плаз­мен­ное на­пы­ле­ние так­же ус­пеш­но ис­поль­зу­ет­ся для по­лу­че­ния во­лок­ни­стых ком­по­зиц. ма­те­риа­лов с алю­ми­ние­вой, ти­та­но­вой и ин­тер­ме­тал­лид­ной мат­ри­ца­ми.

Трав­ле­ние с ис­поль­зо­ва­ни­ем ком­по­нен­тов га­зо­раз­ряд­ной плаз­мы при­ме­ня­ют для уда­ле­ния ве­ще­ст­ва с по­верх­но­сти (напр., об­ра­ба­ты­вае­мой де­та­ли). Плаз­мен­ное трав­ле­ние ино­гда на­зы­ва­ют «су­хим» в от­ли­чие от клас­сич. «мок­ро­го», свя­зан­но­го с при­ме­не­ни­ем жид­ких тра­ви­те­лей. Пре­иму­ще­ст­вом пла­з­мен­но­го трав­ле­ния пе­ред жид­ким (по­ми­мо су­ще­ст­вен­но мень­ше­го по­треб­ле­ния реа­ген­тов) яв­ля­ет­ся воз­мож­ность пре­ци­зи­он­ной раз­мер­ной об­ра­бот­ки из­де­лий и пол­ной ав­то­ма­ти­за­ции про­цес­са.

П. т. при­ме­ня­ет­ся так­же для по­лу­че­ния по­рош­ков со сфе­рич. фор­мой час­тиц, при­ме­няе­мых в по­рош­ко­вой ме­тал­лур­гии. В плаз­мен­ную струю вво­дят мате­ри­ал, час­ти­цы ко­то­ро­го, рас­плав­ля­ясь, при­об­ре­та­ют под дей­ст­ви­ем сил по­верх­но­ст­но­го на­тя­же­ния сфе­рич. фор­му. Раз­мер час­тиц мо­жет ре­гу­ли­ро­вать­ся в пре­де­лах от не­сколь­ких мкм до 1 мм. Бо­лее мел­кие (ульт­ра­дис­перс­ные) по­рош­ки с раз­ме­ра­ми час­тиц 10 нм и вы­ше по­лу­ча­ют ис­па­ре­ни­ем ис­ход­но­го ма­те­риа­ла в плаз­ме и по­сле­дую­щей его кон­ден­са­ци­ей.