پاشش حرارتی به روش HVOF

معرفی

فرایند پاشش حرارتي به مجموعه‌اي از فرايندهاي پوشش‌دهي اطلاق مي‌شود كه طي آن قطرات ريز مذاب يا نيمه مذاب با استفاده از ترکیب انرژی حرارتی و جنبشی به سطح قطعه پاشيده شده و سبب تشكيل يك پوشش سخت می‌شوند. این فرایند بسته به نوع سوخت مصرفی، فشار ایجاد شده، گستردگی پوشش‌های قابل اعمال و مشخصات شیمیایی و فیزیکی پوشش اعمال شده به چند زیر شاخه تقسیم‌بندی می‌شود که عبارتند از: پاشش با قوس الکتریکی (Arc Spray)، پاشش پلاسمایی (Plasma Spray)، پاشش شعله‌اي (Flame Spray)، پاشش شعله‌اي با سوخت و اکسيژن با سرعت زياد (High Velocity Oxygen Fuel (HVOF)) و HP/HVOF.
تقسيم‌بندي فرايندهاي پاشش حرارتي بر حسب نوع منبع تأمين‌کننده حرارت انجام مي‌گيرد و پوشش‌هاي حاصل از روش‌هاي مختلف، از نظر ميزان تخلخل، اکسيد و استحکام چسبندگي با هم متفاوت‌اند. از طرف دیگر این روش‌ها از نظر سرعت ذرات برخورد کننده به سطح، دماي شعله و يا پلاسماي خروجي و نرخ پاشش نیز متفاوت هستند. از ميان اين روش‌ها، بيشترين سرعت و نرخ پاشش مربوط به روش HVOF است و بهترين پوشش‌ها از نظر درصد تخلخل، درصد اکسيد و چسبندگي با استفاده از این روش حاصل می‌شود. به همين دليل، پوشش‌دهی به روش HVOF به‌طور گسترد‌ه براي کاربرد‌هاي سايشي و خوردگي در شرايط حاد و دما بالا به کار مي‌رود.

مزایا

* امکان پوشش‌دهی با طیف گسترده‌ای از مواد (تمام موادی را که بدون تجزیه شدن، قابل ذوب باشند)
* عدم تغييرات ساختاري زيرلايه، اعوجاج و تنش حرارتي ناشی از گرم شدن ناچيز زیرلایه (حداکثر دماي زيرلايه 200 درجه سانتي‌گراد)
* ایجاد پوشش‌هایی با نقطه ذوب بالا
* ایجاد پوشش‌هاي ضخيم (بين 1/0 تا 1 ميلي‌متر و در برخي موارد تا 10 ميلي‌متر)
* امکان بازسازی پوشش‌های آسیب‌دیده و قطعات ساييده‌شده، بدون تغییر در ساختار میکروسکوپی و ابعاد قطعه
* استحکام چسبندگي عالی ناشی از سريع سرد شدن ذرات پاششي و افزایش قفل‌هاي مكانيكي
* مقاومت به سایش عالی در مقابل انواع سايش شامل سايش خراشان، سايش چسبان، فرسايش و کويتاسيون
* استحکام خستگی عالی در مقایسه با روش جوشکاری و آبکاری الکتریکی
* امکان کنترل خوردگي در دمای محیط و دماي بالا
* ایجاد پوشش‌هاي سراميکي به منظور عايق الکتريسيته (کويل‌هاي القايي کوره‌ها و نگهدارنده الکترود‌ها)
* ایجاد پوشش‌هاي هادي الکتريسیته (محور واگن‌‌هاي قطار)
* امکان ایجاد پوشش‌های سد حرارتي براي کاهش دماي سطحي قطعات و حفاظت آن‌ها در برابر حرارت (پره‌توربين‌هاي نيروگاهي و سپر‌هاي حرارتي موشک‌ها)
مزایا خدمات پاشش حرارتی
معایب خدمات پاشش حرارتی

معایب

* کيفيت اتصال بين پوشش و زيرلايه به شرایط سطحی زیرلایه به شدت بستگي دارد. بنابراين آماده كردن سطح زيرلايه يك امر ضروري است (سطح با‌يد از آلودگي‌ها‌يی نظير گرد و غبار، زنگ‌زدگي، چربي، گريس، رطوبت و غيره تميز شود).
* ضامن استحکام چسبندگی پوشش به زیرلایه، زبری و توپوگرافی سطح است. بنابراین عمليات زبر‌سازي سطح یک امر ضروری است.
* فرايند پوشش‌دهي بايد تا جايي كه ممكن است به محض تكميل آماده‌سازي سطح قطعه انجام شود تا از اكسيداسيون و آلوده شدن مجدد سطح آماده شده جلوگيري شود.
* برای برخي از مواد، پيش‌گرم كردن زيرلايه برای خروج رطوبت لازم است.
* فرایند پوشش‌دهی با صداي بسيار زياد همراه است.
* در بازسازی قطعات، پوشش نمي‌تواند خواص استحکامي قطعه را تأمين کند بنابراين محدوديت ضخامت در مورد اين پوشش‌ها وجود دارد.

تکنیک انجام

يکي از موفق‌ترين روش‌هاي پاشش حرارتي فرايند HVOF وHP/HVOF است. دراين روش سوخت (مايع يا گاز) و اکسيژن با نسبت خاصي با هم مخلوط شده و توسط انفجار يک جرقه شعله‌ای در محدوده دمایی 2300 تا 3100 درجه‌سانتي‌گراد به وجود می‌آورند. ذرات پودری مواد پوشش‌دهی در حین احتراق به صورت مذاب يا نيمه مذاب در مي‌آيند. حالت فيزيکي مواد (مذاب يا نيمه مذاب) به دماي ذوب و سرعت تغذيه آنها بستگي دارد. پس از تثبیت شرایط انفجاری، پودر با یک نرخ کنترل شده به همراه یک گاز خنثی مثل نیتروژن یا آرگون که نقش حامل پودر را دارد توسط یک دستگاه تزریق وارد تفنگ می‌شود. سپس به همراه گازهای محترقه، در اثر انفجارهای مداوم، شتاب می‌گیرد و به سرعت لازم می‌رسد. موج انفجار با فشار و سرعت زياد پودر تغذيه شده به داخل محفظه را، با سرعتي در حدود ۱۲۰۰ تا ۱۵۰۰ متر بر ثانیه (تقریباً پنج برابر سرعت صوت) به سمت قطعه پرتاب مي‌کند. این ذرات شتاب داده شده در زمانی بسیار کوتاه به سطح قطعه مقابل که در یک فاصله بهینه قرار دارد می‌رسند و با در نظر گرفتن شرایط دمایی و فشاری روی سطح می‌چسبند و لایه‌ای مقاوم را ایجاد می‌کنند. در این فرایند پيوندهايي با استحكام بالا بين ذرات برخورد كننده و سطح زيرلايه، بواسطه جريان قطرات مذاب بر سطح و انجماد آن‌ها در اطراف زبري‌هاي سطح ایجاد می‌شود. در روش HVOF وHP/HVOF از دماي خيلي بالا برای پوشش‌دهي استفاده نمی‌شود در عوض از انرژي سينتيکي آزاد شده پس از برخورد ذرات به زيرلايه، براي ذوب و پهن شدن آن‌ها استفاده می‌شود. بنابراین تنش‌هاي باقي‌مانده حرارتي در اين فرايند نسبت به ديگر فرايندهاي پاشش حرارتي، کمتر است و می‌توان پوشش‌های ضخیم‌تر ايجاد نمود. ازطرف دیگر انرژی سینتیکی بالا سبب ایجاد پوشش با بالاترين استحکام چسبندگي (بيش از 70 مگاپاسکال) و کمترين ميزان تخلخل(کمتر از 1 درصد) مي‌گردد. همچنین سرعت بالای پرتاب ذرات موجب کوتاه شدن زمان ماندن آن‌ها در شعله و سبب کاهش اکسیداسیون و آلودگی آن‌ها می‌شود (کمتر از 4/0 درصد). این روش برای پوشش‌های گوناگون سراميكي، فلزي، آلياژي، پليمري و يا كامپوزيتي استفاده می‌شود که از آن جمله می‌توان به کاربید‌تنگستن، پوشش‌های پایه کبالت (استلایت)، پوشش‌های پایه نیکل (Colmonoy و Monel) پوشش‌های پایه کروم و انواع فولادهای آلیاژی اشاره نمود.

ویژگی ها

مقاومت به خوردگی مطلوب

مقاومت به سایش مطلوب

استحکام خستگی مطلوب

استحکام چسبندگی متوسط

سد حرارتی

ایجاد پوشش با زبری متوسط

ضخامت بالا

ایجاد پوشش‌های عایق و هادی

سختی بالا

صنایع کاربردی

صنایع فولاد

صنایع فولاد

صنایع نفت و گاز

صنایع نفت و گاز

صنایع نیروگاهی

صنایع نیروگاهی

صنایع سیمان

صنایع سیمان

صنایع سیم و کابل

صنایع سیم و کابل

صنایع هیدرولیک

صنایع هیدرولیک

صنایع معادن و وابسته

معادن و صنایع وابسته

هوا و فضا

هوافضا

صنایع کاغذ و چوب

صنایع کاغذ و چاپ

صنایع حمل و نقل

صنایع حمل و نقل

صنایع شیمیایی

صنایع شیمیایی

صنایع نساجی

صنایع نساجی

پزشکی و ایمپلنت

ایمپلنت ها

جهت انجام خدمات پوشش دهی و مشاوره تخصصی با ما تماس بگیرید