بخشی از مقاله
تكنولوژي پاشش حرارتي
١- مقدمه :
با توجه به افزايش نرخ توليد و آرآيي تجهيزات ، پديده هايي مانند سايش
و خوردگي اجزا مختلف ماشين آلالات و سازه ها نيز بطور قابل ملالاحظه اي
رشد يافته ا ست . اين موضوع باعث توسعه روشهاي سطح پوشاني
شده است تا مقاومت قطعات را نسبت به سايش و خوردگي افزايش
دهد . همچنين با اين روشها مي توان بسياري از قطعات فرسوده را
بازسازي نمود و از هزينه تامين قطعات نو آاست .
ايجاد لالايه هاي سطحي روي قطعات مي تواند به منظورها ي متفاوتي
صورت گيرد از جمله مي توان به اين موارد اشاره آرد :
‐ افزايش مقاومت به سايش
‐ افزايش مقاومت به خوردگي
‐ بهبود خواص سطحي
‐ بهبود هدايت حرارتي يا عايق حرارتي
‐ هدايت يا عايق الكتريكي
‐ بهبود ظاهر قطعه
‐ ترميم و بازسازي قطعات
٢- فرآيندهاي سطح پوشاني :
لالايه هاي سطحي را ميتوان برروش هاي گوناگون روي قطعات ايجاد نمود .
جدول زير اين فرآيندها را نشان مي دهد .
٣- فرآيند سطح پوشاني ترمومكانيكي ( پاشش حرارتي )
در سالهاي اخير فرآيندهاي ترمومكانيكي در ساخت قطعات و يا بازسازي
آنها آاربرد زيادي يافته است . اين توسعه روز افزون آاربر د ، ب ه دلالايل زير
مي باشد :
‐ در پاشش حرارتي امكان ترآيب مواد گوناگوني بصورت لالايه و سطح
پايه وجود دارد .
‐ بدليل انعطاف پذيري فرآيند پاشش حرارتي امكان ترميم بسياري از
قطعات وجود دارد . در مقايسه با ساير روشهاي ترميم ، پاشش
حرارتي داراي هزينه آمتر و زمان توقف آوتاهتري
مي باشد .
‐ قطعه پوشش شده با اين روش حرارت آمي مي بيند در نتيجه
دچار تغيير ميكروساختار و پيچيدگي آمتري مي شوند . البته
روشهايي آه با عمليات حرارتي تكميلي همراه هستند ا ستثنا مي
باشند .
‐ آاربرد اين روش به ابعاد قطعه بستگي ندارد .
‐ حتي قطعات پيچيده را مي توان با رعايت شرايط خاص پوشش داد
.
‐ بسته به نوع پوشش و فرآيند مي توان به ضخامتهاي مختلف دست
30 است . μm يافت ، حد مينيمم
‐ روش ، مواد و تكنولوژي مورد استفاده در سالهاي اخير توسعه قابل
توجهي يافته است .
بدليل شرايط خاص فرآيند پاشش حرارتي ، پوششهاي ايجاد شده با اين
روش رفتار متفاوتي نسبت به مواد متراآم از خود نشان مي دهند .
از معايب اين روش مي توان موارد زير را فهرست آرد :
‐ تخلخل ميكروني لالايه پوشش
‐ استحكام اتصال محدود لالايه پوشش
‐ حساسيت پوشش نسبت به فشار لبه ها ، خمش و ضربه
‐ محدوديت هاي موجود ناشي از ابعاد هندسي مانند هنگامي آه
سطح داخلي لوله هايي با قطر آم پوشش مي شوند .
١- اصول فرآيند : -٣
پاشش حرارتي شامل فرآيندهايي مي شود آه در آنها ذرات ريز مذاب يا
گداخته روي سطح آماده شده يك قطعه پاشيده مي شو ند . سطوح پايه
گداخته نمي گردد .
در اثر انرژي حرارتي و جنبشي ذرات ، اين ذرات به سطح فلز و ذرات
بعدي متصل مي شوند . مكانيزم اصلي اتصال قفل شدن فيزيكي ذرات و
سطح در يكديگر است .
مكانيزمهاي ديگري آه در اتصال دخيل هستند عبارتنداز :
‐ جوش خوردگي سطوح
فرآيندهاي شيميايي و متالورژيكي ( نفوذ ، ترآيب و تشكيل فازهاي
جديد )
‐ چسبندگي فيزيكي و شيميايي
بدين ترتيب لالايه ها پشت سرهم پوشش داده مي شوند و يك ساختار
لالايه اي ايجاد مي آنند .
٢- آماده سازي سطوح قطعات جهت پاشش : -٣
از ملزومات فرآيند پاشش جهت ايجاد پوششي با چسبندگي خوب ،
آماده سازي سطوح قطعات
مي باشد . آماده سازي شامل مراحل زير مي گردد :
‐ تميز آاري سطح :
سطح بايد از پوسته ، اآسيد ، زنگ ، چربي ، رنگ و ساير آلودگي هاي
ممكن پاآسازي شود . بدين منظور بايد از مواد حلالال ، بخار و يا امواج
فراصوت استفاده گردد .
زبر سازي سطح :
سطح بايد توسط روشهاي خاصي زبر شود مانند بلالاست با ذرات آهني .
‐ اعمال لالايه هاي مياني :
در موارديكه ضريب انبساط فلز پايه و پوشش تفاوت زيادي دارد جهت
افزايش استحكام و قدرت چسبندگي پوشش از لالايه هاي مياني استفاده
مي شود . مواد مورد استفاده بع نوان لالايه هاي مياني نيكل -آلومينيوم ،
نيكل -آرم و موليبدن مي باشد .
پس از آماده سازي بدليل اآسيد شدن سريع سطح ايجاد شده بايد
پاشش سريعا" انجام شود .
٣- فرآيند پاشش حرارتي : -٣
فرآيندهاي پاشش بر اساس موارد زير دسته بندي مي گردند :
‐ شكل ماده پاششي ( سيم ، پودر ، مفتول و فلز مذاب )
‐ هدف آاربردي ( ضد خوردگي ، ضد سايش )
‐ نوع اجرا ( نيمه ماشيني ، تمام ماشيني و اتوماتيك )
‐ نوع انرژي مصرفي ( شعله ، الكتريسيته ، پلالاسما ، ليزر )
جهت ايجادپوششهاي پاششي تمامي فرآيندها به دو نوع انرژي نيازدارند
:
‐ انرژي حرارتي
‐ انرژي جنبشي
مقدار انرژي توسط انتخاب نوع روش ( انرژي مصرفي ) تعيين مي شود .
انرژي حرارتي جهت گداختن و ذوب ذرات مورد نياز است . انرژي جنبشي
از سرعت حرآت ذرات محاسبه مي گردد و در دانسيته پوشش و
استحكام چسبندگي آن تاثير دارد . انرژي جنبشي در فرآيندهاي مختلف
متفاوت است و به نوع ماده پاششي و ابعاد ذرات بستگي دارد .
بدليل سطوح انرژي مختلفي آه در يك فرآيند قابل دستيابي است ، هر
يك از فرآيندهاي پاشش داراي محدوده آاربري خاصي است .
پاشش اآسي استيلن با سيم :
در اين حالت سيم تغذيه توسط شعله بطور مداوم ذوب شده و هم راه
شعله روي سطح قطعه پاشيده
مي شود . اين روش بدليل ايجاد پوشش با آيفيت مناسب بسيار متداول
است . در صنايع اتومبيل سالالانه صدها تن موليبدن به اين روش روي
قطعات مانند رينگ پيستون پوشش داده مي شود .
پاشش شعله اي پودر :
در اين روش پودر توسط گاز سوختي به د رون نازل آشيده مي شود .
ذرات پودر در اثر انبساط ناشي از سوخت ترآيبي ا ستيلن - اآسيژن
شتاب مي گيرند . در اين حين ذرات در اثر انرژي حرارتي سوخت ذوب يا
گداخته مي شوند . جهت جلوگيري از بهم ريختگي در تغذيه پودر مي
توان از لرزاننده هاي الكتريكي در محفظه پودر استف اده آرد . بازده اين
دستگاه نسبت به نوع معمول سيمي بيشتر و مقدار اسپاتر آن آمتر
است . اما در مقايسه با نوع سيمي ، از اين روش نمي توان در تمامي
جهات استفاده آرد . ساختار پوشش ايجاد شده مشابه روش سيمي
مي باشد . جهت افزايش استحكام چسبندگي و آاهش تخلخل پوشش
موادي مانند بور و سيليس به پودر اضافه مي گردد و دماي پوشش توسط
1020 رساند ، مي شود . – 1140 °C شعله اآسي استيلن به
پاشش شعله اي پلالاستيك :
اين روش با روشهاي ديگر پاشش متفاوت است چرا آه مواد پلالاستيكي را
نمي توان بطور مستقيم در معرض شعله قرار داد . نازل مور د استفاده در
اين روش داراي يك خروجي پودر در وسط و دو خروجي دور خروجي اول
مي باشد . خروجي داخلي جهت هوا يا گاز خنثي و خروجي بيروني
جهت شعله اآسي استيلن استفاده مي شود . در نتيجه ذوب پلالاستيك
در اثر هواي گرم اطراف آن صورت
مي گيرد نه در اثر تماس مستقيم شعله .
پاشش شعله اي با سرعت بالالا :
در اين روش گاز سوختي با فشار بالالا و بصورت مداوم در محفظه تورچ مي
سوزد و پودر در راستاي محور مرآزي محفظه وارد مي گردد . استفاده از
فشار بالالا و نوع محفظه باعث افزايش قابل توجه شتاب ذرات مي گردد و
توليد پوششهايي ضخيم با چسبندگي عالي و تخلخل آم مي گردد .
3 مي باشد بنابراين تنها از گازهاي مقاوم به – 7 bar فشار گاز سوختي
فشار مانند پروپان ، اتيلن ، هيدروژن و پروپيلن مي توان استفاده آرد .
علالاوه بر مسائل اقتصادي بايد تاثير گاز بر ماده پوشش نيز در انتخاب گاز
مد نظر قرار گيرد .
در سالهاي اخير سيستم هاي جديدي با استفاده از اين روش ابداع شده
است . يكي از اين سيستم هاي جديد پاشش با گاز سرد مي باشد . در
اين روش انرژي جنبشي افزايش داده شده و انرژي حرارتي آاهش مي
يابد . در نتيجه مي توان پوششهايي بدون اآسيد ايجاد آرد . دماي گاز
3 مي – 15 kg/h 100 و نرخ پوشش دهي m/s 600 ، سرعت بيشتر از °C
باشد .
پوششهاي توليد شده به روش پاشش شعله اي با سرعت بالالا داراي
خواص زير مي باشند :
• تخلخل آم ، مناسب براي خوردگي
تنشي در مقايسه با
پوششهاي توليدي روشهاي ديگر
• سطح پوشش بسيار صاف بوده و هزينه عمليات تك ميلي را
آاهش مي دهد .
• تبديل آاربيد ها به مواد ترآيبي در اثر گاز گرم در اين روش
بسيار آمتر است .
با اين روش تمامي مواد را ميتوان اسپري آرد .
پاشش با نازل انفجاري :
در اين روش جهت ايجاد انرژي جنبشي مناسب از انفجارهاي آنترل شده
استفاده مي شود . نازل مو رد استفاده بصورت لوله اي بلند است آه
درون آن مخلوط گازآسيژن - استيلن قرار دارد و مواد پودري به آن اضافه
مي گردد و انفجار در اثر جرقه الكتريكي تشكيل مي شود . انرژي ناشي
از انفجار باعث ذوب شدن و شتاب گرفتن ذرات مي گردد . فرآانس فرآيند
4 پاشش بر ثانيه مي باشد . پس از هر انفجار ، نازل بايد از محصولات – 8
انفجار پاآسازي گردد آه اين امر توسط اآسيژن صورت مي گيرد .آلودگي
150 ) بنابراين بايد در يك محفظه dB صوتي فرآيند بسيار زياد است ( حدود
با عايق صوتي اجرا گردد . بدليل شرايط خا ص اين فرآيند تنها ذرات با
5 قابل استفاده مي باشند . - 60 μm ابعاد
پاشش قوسي :
در اين روش از الكتريسيته بعنوان منبع انرژي استفاده مي شود . سيم و
يا مفتول لوله اي شكل از جنس ماده پوشش توسط ايجاد قوس ذوب
شده و توسط گاز اتميزه آننده ( مانند هواي فشرده ) پاشيده شده و به
سطح قطعه مي چسبد . قوس الكتريكي بين دو سيم تغذيه و در اثر
تماس ايجاد مي گردد . خواص پوششهاي ايجاد شده بدليل تفاوت در
رفتار مواد در آند وآاتد و تفاوت اندازه ذرات ايجاد شده غير همسان مي
باشد . تفاوت در انرژي جنبشي و دماي انجماد ذرات پاششي و از بين
2 ) در عمل نمي تواند بعنوان عيب عمده – رفتن عناصر آلياژي (حداآثر % 3
مطرح گردد . تاثير اآسيژن روي ذرات پاششي در ناحيه ذوبي مي تواند
نامطلوب باشد آه با استفاده از گاز نيتروژن مي توان اين اثر را آاهش داد
. آيفيت لالايه هاي پوشش شده توسط اين روش نسبت به فرآيندهاي
ديگر آمي پايين تر است . بدليل ن رخ رسوب بالالاي پاشش قوسي از اين
روش بيشتر جهت لالايه هاي مقاوم به سايش و خوردگي استفاده مي
شود .
پاشش پلاسما :
در اين روش مواد پودري توسط پلاسما ذوب شده و با انرژي جنبشي زياد
به سطح قطعه پاشيده
مي شوند . پلاسما توسط ايجاد قوس در گاز آرگون ، هليم ، نيترو ژن ،
هيدروژن و يا ترآيبي از آنها ايجاد مي گردد . در اين حالت قوس بين يك
الكترود مرآزي تنگستن و نازل خنك شونده با آب ايجاد مي گردد . در
ناحيه قوس گاز يونيزه شده و با سرعت بالالا بسمت قطعه آار از نازل خارج
مي گردد . ذرات توسط گاز پلالاسما همزمان ذوب شده و بسمت قطعه
شتاب مي گيرند .
پاشش پلالاسما مي تواند در محيط اتمسفر عادي ، در گاز محافظ منند
آرگون و يا در خلالا اجرا گردد . همچنين با استفاده از نازلهاي خاص مي
توان به پلالاسما با سرعت بالالا دست يافت . بيشتر مصارف اين روش در
صنايع هوا فضا و بيومتريال است .
