پوشش دهی به روش اسپری حرارتی و انواع آن

اسپری حرارتی

به مجموعه ای از فرآیند های پوشش دهی گویند که در آنه ماده پوشان توسط گرمای یک منبع حرارتی به صورت ذوب یا خمیری در آمده و سپس توسط یک گاز با فشار زیاد به شکل قطرات ریز بر روی زمینه قرار می گیرد در این فرآیندها در واقع گرمای موجود برای ذوب کردن ماده پوشان صرف گرم نمودن گاز نیز می شود که با گرم شدن آن فشار گاز نیز افزایش می یابد و با سرعت زیادی ماده پوشان را به صورت اتمیزه بر روی قطعه می نشاند

تمام فرآیند های اسپری حرارتی دارا اجزائی از جمله منبع تغذیه ماده پوشان –مخازن گاز –تفنگ اسپری و سیستم کنترل می باشد

این فرآیند در سال 1910 در سوئیس ابداع شد نوع تغذیه مواد پوشش در این روش به دو صورت سیمی و پودری می باشد در نوع سیمی که ماده پوشان به صورت سیم یا مفتول می باشد از پشت تفنگ وارد شده و با گرم شدن به صورت قطرات مذاب در آمده و در اثر فشار و سرعت زیاد گاز به سمت قطعه پاشیده می شود در روش اسپری حرارتی با تغذیه پودری ماده پوشان به صورت پودر همرا با یک گاز حامل وارد شعله تفنگ می شود در واقع با حرکت سریع گازهای داغ شعله از جلوی دهانه تغذیه کننده پودر حالت خلا در این قسمت ایجاد می گردد و پودر همرا با گاز حامل به درون شعله کشیده می شود این ذرات نیز پس از ذوب شدن یا خمیری شدن به سطح قطع برخورد می نماید و به آن می چسبد

یکی دیگر از روش های تغذیه روش پیستوله ای می باشد در این روش ماده پوشان به صورت مذاب درآمده و در مخزنی نگه داری می شود و با عبور سریع جریان هوا از جلوی روزنه مخزن مذاب به بیرون کشیده شده و به صورت پودر بر روی زیر لایه قرار می گیرد البته این روش امروزه کمتر استفاده می شود

در اسپری حرارتی امکان استفاده از دو یا چند مده نیز وجود دارد بنابراین در مواردی که نیاز به پاشش مواد مرکب و یا مخلوط وجود داشته باشد می توان از دو یا چند مخزن و یا چند سیم از مواد پوشان استفاده می شود و یا می توان پودر مواد را با هم مخلوط کرد و پاشش را انجام داد در پاشش مواد مخلوط  نیز امکان ترکیب آنها با یکدیگر وجود دارد به عنوان مثال تولید پوشش  NiAL  می توان با اسپری پودر نیکل و AL  در شرایط مخصوص انتظار داشت که پوشش NiAL بدست آید در عین حال امکان اپری پودر ترکیب NiAL  نیز به صورت مستقیم  وجود دارد به این روش که در حین پاشش مواد پوشان دو ماده با هم ترکیب شوند و پوشش جدیدی را ایجاد ماید ترمو اسپری گفته می شود در این فرآیند اغلب ترکیب شدن دو ماده پوشان همراه با آاد سازی حرارت می باشد و این حرارت اضافی موجب بهتر شدن خواص پوشش و کیفیت آن می گردد امروزه از این روش در صنایع پیشرفته هوافضا استفاده می شود

 انواع اتصال پوشش به زیرلایه

در اثر برخورد ذرات ریز ماده پوشان به سطح قطعه این ذرات اتصال هایی را با زیر لایه بر قرار می کنند و در واقع می توان نوع اتصال پوشش به زیر لایه را در تمام انواع اسپری حرارتی به س نوع تقسم کرد

1-    اتصال مکانیکی : یعنی درگیر کردن ذرات در بین مشخصه های سطحی زیرلایه.

2-    ایجاد ترکیب بین زیر لایه و پوشش که در واقع به علت نفوذ و تشکیل آلیاژ ایجاد می گردد.

3-    اتصال ضعیف واندوالس بین ذرات و سطح که حاصل از جاذبه اتمی می باشد

انواع اسپری حرارتی

1 - اسپری شعله ای : FLAME SPRAY

در این روش که ساده ترین فرآیند اسپری حرارتی می باشد حرارت لازم برای ذوب نمودن مواد پوشان توسط سوختن یک گاز (استیلن ) تامین می گردد این روش یرای پوشش دهی فلزات و بعضی از موادی که نقطه ذوب بالایی ندارند استفاده می گردد در عین حال مقداری اکسید در پوشش های فلزی و تخلخل در همه پوشش های تولید شده به این روش زیاد می باشد و در نتیجه از این روش برای ایجاد پوشش های با  کیفیت متوسط و پوشش هایی که نیاز به تخلخل دارند مانند یاتاقان ها استفاده می شود ولی در واقع بهترین مزیت آنها ارزان بودن است و نیاز به کنترل زیادی ندارد.

در این روش گاز استیلن و اکسیژن از درون مجاری مخصوص به سر تفنگ رسیده و در این محل شعله ور می گردد مواد پوشان نیز به درون شعله تغذیه شده و پس از ذوب شدن بر روی زیر لایه قرار می گیرد .

2- روش اسپری با تفنگ انفجاری  DETONATION GUN (DG)

 این روش از روش های جدید  است که جهت ایجاد پوشش هایی با کیفیت بسیار بالا به کار می رود در این روش مخلوط اکسیژن و استیلن با نسبت خاصی وارد لوله تفنگ می گردد که پس از انفجار حجم گاز زیاد شده و با سرعت زیادی از تفنگ خارج می شود در این حال با تغذیه مواد پوشان می توان پوششی بسیار متراکم و با کیفیت را به دست آورد در این روش انفجار به طور مداوم وجود ندارد بلکه توسط جرقه هایی و در زمان های خاصی احتراق صورت می گیرد این روش سرعت پوشش دهی پایینی دارد و صدای آن بسیار زیاد است به همین دلیل از این روش در موارد خاصی که نیاز به پوشش هایی باکیفیت بالا باشد استفاده می شود از این روش به طور معمول برای ایجاد پوشش های سرامیکی جهت کار در دمای بالا استفاده می شود .

3 – روش پوشش دهی با قوس الکتریکی

در این روش منبع حرارتی با ایجاد قوس الکتریکی بین دو سیم از جنس ماده پوشان  تامین می گردد و به عبارت دیگر این روش مخصوص پوشش دادن مواد رسانا می باشد  قوس بین دو سیم از جنس ماده پوشان ایجاد می گردد و آنه را ذوب اتمیزه می کند سپس با استفاده از یک جریان گاز ذرات بر روی زیر لایه قرار می گیرند این روش سرعت پوشش ذهی بالایی دارد و نسبتا ارزان می باشد و نیاز به گازهای گران قیمت ندارد این پوشش ها دارای چسبندگی و پیوستگی خوبی هستند

4 – روش اسپری سوخت و اکسیژن با سرعت زیاد  (HVOF)

این روش یکی از پیشرفته ترین روش های اسپری است که در آن سوخت واکسیژن با نسبت خاصی باهم مخلوط شده و پس از احتراق با فشار و سرعت زیادی از دهانه تفنگ خارج می شوند ، سرعت گاز به بالای سرعت صوت می رسد در این روش دمای ماده پوشش بالا نمی رود و ذرات نیمه مذاب ماده پوشان در اثر برخورد شدید با سطح زیر لایه انرژی لازم برای ذوب شدن را بدست می آورند که در نتیجه پس از برخورد بر روی سطح به صورت  مذاب در آمده و به زیر لایه می چسبند . این روش کیفیت بسیار خوبی دارد و مقدار اکسید وتخلخل کمتری نیز دارد

گازهای مورد استفاده این روش پروپن – پروپیلن یا هیدروژن می باشند و این روش در تولید قطعات توربین های جت کاربرد زیادی دارد.

5 – روش اسپری پلاسمایی:

این روش از پر استفاده ترین روش ها در صنعت می باشد که علت آن ارزان بودن سرعت بالای پوششمی باشد در واقع پلاسما اسپری روش مناسب برای ایجاد پوشش های دیر گداز و مقاوم به سایش و خوردگی با کیفیتی مناسب می باشد و به عنوان مثال از آن برای پوشش دهی انواع سرامیک ها بر روی غلطک ها استفاده می گردد و عملکرد آن به این صورت است که تفنگ پلاسمایی متشکل از یک آند مسی به صورت آبگرد و یک کاتد تنگستنی و نازل مواد پوشان می باشد طرز کار به این صورت است که ابتدا اختلاف پتانسیلی بین آند و کاتد برقرار شده و سپس گاز بین آند و کاتد یونیزه شده و با برقراری جریان برق گاز به شذت گرم می گردد و حجم آن اضافه می شود در این حال گاز با فشار از دهانه تفنگ خارج شده که اگر ماده پوشان به صورت پودر باشد ذرات ماده پوشان در دهانه خروجی تفنگ به درون شعله تغذیه می گردد و اگر به صورت سیم باشد از عقب تفنگ و به کمک چند غلطک وارد قسمت پلاسما می گردد پی از ورود ذرات به درون شعله پلاسما  این ذرات بر حسب اندازه ای که دارند ذوب و یا نیمه مذاب می شوند و با سرعت بر روی سطح زیر لایه برخورد می کنند تا پوشش تشکیل شود .

شرایط ایده آل شرایطی است که دمای ذرات بر روی سطح برابر نقطه ذوب آنها باشد

6 – اسپری حرارتی تحت خلا و گاز خنثی

در اسپری حرارتی عاملی که در افت کیفیت پوشش دهی بسیار نقش دارد اتمسفر محیط است به طوری که پس از خروج ذرات همراه با شعله از دهانه تفنگ گازها نحیطی وارد شعله گردیده و علاوه بر کم کردن دما و سرعت شعله و ذرات باعث ایجاد ترکیب با ذرات مذاب پوشش می گردد در چنین شرایطی حذف گاز های محیط بسیار مفید خواهد بود و در عین حال کیفیت پوشش بالا می رود که جهت این کار از دو روش استفاده می کنند

الف – پوشش دهی تحت اتمسفر گاز خنثی

ب – پوشش دهی در فشار پایین (خلاء)

در هر دو این روش ها پوشش دهی در محفظه بسته انجام می شود بنابراین در اندازه قطعات محدودیت داریم