پوشش‌دهی اسپری حرارتی چیست؟
پوشش‌دهی اسپری حرارتی فرآیندی است برای نشاندن لایه‌های نازک از یک پوشان فلزی بر روی سطح مورد نظر که منجر به ایجاد خواص ویژه‌ای بر روی سطح می‌شود.
مواد پوشان چه به صورت پودر یا به شکل مفتول، ابتدا در داخل یک منبع حرارتی ذوب می‌شود و سپس با سرعت بسیار بالا از مخزن به بیرون رانده می‌شود و به شدت به سطح آماده شده برخورد می‌کند و تشکیل یک لایه نازک متراکم محافظتی را می‌دهد.
انواع فرآیندهای پوشش‌دهی اسپری حرارتی؟
فرآیندهای پوشش‌دهی اسپری براساس شکل ماده پوشان و منبع حرارتی مورد استفاده به روش‌های زیر طبقه بندی می‌شوند:
پوشش‌دهی اسپری انفجاری، پوشش‌دهی اسپری پلاسما، پوشش‌دهی اسپری قوس سیمی، پوشش‌دهی اسپری شعله‌ای سیمی، پوشش‌دهی اسپری شعله‌ای پودری و پوشش‌دهی اسپری به روش HVOF
(High Velocity Oxy-Fuel) یا سوخت اکسی با سرعت بالا.
خواص ویژه ایجاد شده توسط پوشش‌دهی اسپری حرارتی
یکی از دلایل استفاده ازپوشش‌دهی اسپری حرارتی رسیدن به خواص سطحی ویژه زیر است:
محافظ در برابر خوردگی فیزیکی، محافظ در برابر سایش، محافظ در برابر فرسودگی، محافظ در برابر برش، محافظ در برابر کشش سطحی، محافظ در برابر خراش، محافظ در برابر سوراخ شدن، محافظ در برابر خوردگی شیمیایی، خوردگی ناشی از تاثیرات جوی، خواص محافظ در برابر خوردگی الکتریکی ـ پوشش‌هادی ـ پوششهای مقاومتی محافظ در برابر حرارت و اکسیداسیون و در نهایت پوششهای محافظ در برابر سایش و خراش با قابلیت ترمیم مجدد ابعاد.
پوشان‌ها از مواد مختلفی از قبیل سرامیک‌ها، کاربیدها، برخی فلزات و آلیاژها و سرمت (ترکیبی از سفال و فلز) ساخته می‌شوند.
کاربرد پوششهای اسپری حرارتی در صنعت فولاد
پوششهای اسپری حرارتی به‌دلیل عملکرد نوعی فراگیرشان، کاربرد گسترده‌ای در صنعت فولاد دارند. فرآیندهای متفاوت اسپری حرارتی برای پوشش‌دهی قطعات مختلف با توجه به نوع کاربرد خدماتی آن مورد استفاده قرار می‌گیرند. صنعت فولاد، یکی از مهمترین زیر ساختارهای صنعتی است که با مشکلات بسیاری دست و پنجه نرم می‌کند. وزن سنگین پوششهای فولادی، خوردگی و مشکلات بعدی محصولات با کیفیت نامناسب برخی از مشکلات بزرگی هستند که صنعت فولاد با آنها روبه‌رو است. طی دوره‌هایی از زمان در سراسر جهان این امر اثبات شده که پوششهای به‌دست آمده به روش پوشش‌دهی اسپری انفجاری در مقابل چالش‌های پاسخگویی به نیازهای خواص سطحی صنایع فولادی بسیار مفید هستند.
مزایای تکنولوژی پوششهای اسپری انفجاری (DEE GUN)
در این فرآیند مواد پوشان بر اثر انفجار اکسیژن و گاز سوختنی به شکل پودر بر روی سطح مورد نظر تزریق می‌شوند که ذوب می‌شود و با سرعت بسیار زیاد از داخل لوله بلند گان (gun) شلیک می‌شود و به سطح مورد نظر برخورد کرده و بر روی آن پوشش یکنواختی ایجاد می‌کند. به‌دلیل سرعت بسیار بالای برخورد، پوشش حاصل بسیار متراکم (ضریب تخلخل کمتر از یک درصد)، سخت و مقاوم در برابر سایش است همچنین این پوشش دارای چسبندگی مناسبی با ماده پایه است. دمای لایه در طی پوشش‌دهی اسپری انفجاری هرگز از 150 درجه سانتیگراد تجاوز نمی‌کند و از این رو در ماده پایه هیچ‌گونه تغییرات متالورژیکی روی نخواهد داد و نیز هیچ‌گونه اعوجاجی در قطعه موردنظر ایجاد نخواهد شد.
روش‌های پلاسما برای صنعت فولاد
در اینجا ما به بررسی برخی از موارد کاربردهای مهم از قبیل نورد سرد، آنیلینگ و بخش‌های گالوانیزه در صنعت فولاد و پوشش‌هایی برای افزایش طول عمر این قطعات می‌پردازیم.
نورد bridle
از مهمترین ملزومات نورد bridle قرار دادن مواد مقاوم بین دستگاه نورد و کویل است که سطح نورد را از هرگونه سایش و عیوب در امان نگه می‌دارد با توجه به این که ماده محافظ به داخل کویل نیز نفوذ نمی‌کند. دمای کاری محافظ درحدود 550 درجه سانتیگراد است که در این دما سختی خود را از دست نمی‌دهد و دچار اکسیداسیون و دیگر عوارض تاثیرات دمای بالا نمی‌شود. قدرت گرفتن کویل با اصطکاک کنترل شده و پرداخت نهایی نباید هیچ‌گونه لغزشی در کویل به‌وجود آید تا تاثیر منفی بر روی سطح کویل نداشته باشد.
روش پلاسما: DEE-GUN به‌کار برده شده در پوشش‌دهی به روش کاربید تنگستن
پوشش‌دهی ویژه کاربید تنگستن به همان روش فرآیند پوشش‌دهی اسپری انفجاری (DEE-GUN) انجام می‌شود. فرآیند پوشش‌دهی اسپری انفجاری پوشش‌هایی با باندی مستحکم ایجاد می‌کند که بسیار متراکم هستند (ضریب تخلخل کمتر از یک درصد) و حاصل آن یک پوشش با مقاومت بالا در برابر سایش است. بافت اسپری پوشش کاملا محکم است و در ملزومات آماده‌سازی سطح می‌توان پرداخت نهایی بیشتری را روی آن اعمال کرد. به‌طور معمول سطح نهایی برای نورد bridle بین 2 تا 5 میکرون است که همین امر موجب مقاومت بالای آن در برابر سایش است و خصوصیات سطح ابتدایی حاصل از نورد bridle دارای پایداری بیشتر از یک دوره طولانی در مقایسه با صفحات سخت کروم یا سطوح تحت فرآیند نورد bridle مشابه است. این امر موجب می‌شود تا هیچ‌گونه افت و لغزشی در طی فرآیند نورد کویل به‌وجود نیاید که در نهایت منجر به افزایش کارایی و کیفیت محصول مورد نظر می‌شود. ترکیب پوشش به این‌گونه است که پایداری پوشش در مقابل اکسیداسیون و کاهش سختی در دمای کاری مطلوب است. به دلیل استحکام سایشی، سختی بالا و ناپایداری کاربیدهای موجود هیچ ماده‌ای بین سطح نورد و کویل کنده نمی‌شود و حاصل آن یک محصول با پایداری کیفی مطلوب است.
خواص پوشش ذکر شده به شرح زیر است:
سختی = 1150Hv
استحکام کششی باند >10000psi
ضخامت <1/0 میلیمتر
ضریب تخلخل <1%
نوردهای کوره‌ای
سطح نوردهای کوره‌ای نیاز به ویژگی‌های خاصی از قبیل مقاومت در برابر اکسیداسیون و سایش دارد تا منجر به متلاشی شدن (spalling) دستگاه نشود و ابعاد نورد را نیز کاهش می‌دهد و در نهایت عمر نورد را پایین می‌آورد. از این رو نباید اجازه هیچ‌گونه افت و لغزشی به کویل داده شود که معمولا به دلیل پوششهای غیر یکنواخت اتفاق می‌افتد.
روش‌های پلاسما: DEE-GUN به‌کار برده شده در پوشش‌دهی
با توجه به این که مسیر نورد از مناطق دمایی مختلفی در کوره می‌گذرد، پلاسما دو فرآیند پوشش‌دهی متفاوت را برای نوردهای کوره‌ای اعمال می‌کند. یکی از این فرآیندها روش پوشش‌دهی کاربید کروم است. آلیاژ دمای بالا به اضافه سرمت (سرامیک فلز) پوشش کاربید کروم این Dee-Gun دارای خواص ویژه زیر است:
مقاوم در برابر سایش، خاصیت محافظ حرارتی (تقریبا تا بالای 750 درجه سانتیگراد)، مقاوم در برابر اکسیدشدگی و خراش، مقاوم در ترک خوردگی در دماهای عملیاتی و چرخه معمول فرآیند، در این روش مواد محافظ بین سطح نورد و کویل قرار می‌گیرند و هیچ واکنشی بین فولاد یا عناصر آلیاژی پوشش رخ نمی‌دهد. از خواص این پوشش می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
سختی =775 Hv
استحکام کششی باند > 1000 psi
ضخامت <1/0 میلیمتر
ضریب تخلخل < یک درصد
با توجه به وجود آلیاژهای مقاوم در دمای بالا و با افزودن سرمت این Dee-Gun به‌کار رفته در پوشش موجب ایجاد خواص زیر می‌شود:
مقاومت در برابر سایش، محافظ حرارتی (تا دماهای بالاتر از 1100 درجه سانتیگراد)، محافظ در برابر اکسید شدن و خراش، مقاوم در ترک خوردگی در دماهای عملیاتی و چرخه معمول فرآیند، در این روش مواد محافظ بین سطح نورد و کویل قرار می‌گیرند و هیچ واکنشی بین فولاد یا عناصر آلیاژی پوشش رخ نمی‌دهد. از خواص این پوشش می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
سختی = 800 Hv
استحکام کششی باند > 1000 psi
ضخامت <1/0 میلیمتر
ضریب تخلخل < یک درصد
نورد غوطه‌وری
در این روش محصول نورد در درون حمامی از فلز مذاب روی آمیخته با کف غنی از فلز فرو برده می‌شود و جذب کویل می‌شود. همچنین توسط روی مذاب پوشیده می‌شود که این امر منجر به فرورفتگی و برجستگی می‌شود. همه این‌ها عواملی هستند که بر روی سطح کویل تاثیر می‌گذارند.
روش‌های پلاسما
با توجه به Dee-Gun به‌کار رفته در پوشش‌دهی کاربید معمولا این روش را برای محصولات نورد غوطه‌وری به کار می‌برند که خواص زیر را به همراه خواهد داشت:
مقاوم در برابر روی مذاب، مقاوم در برابر سایش توسط مواد پسماند فلز، مقاوم در برابر مواد کنده شده.
با توجه به موارد ذکر شده در مورد این پوشش می‌توان انتظار داشت که عمر نوردهای غوطه‌وری در مقایسه با نوردهای بدون پوشش تا چند برابر افزایش می‌یابد.
مقادیر خواص مکانیکی این پوشش به شرح زیر است:
سختی > 1000 Hv
استحکام کششی باند > 1000 psi
حداکثر دمای پایداری = 550 درجه سانتیگراد
ضخامت <1/0 میلیمتر
ضریب تخلخل < یک درصد
نتیجه نهایی
با توجه به مطالب گفته شده در حال حاضر با وجود فرآیند پوشش‌دهی به روش اسپری انفجاری (Dee-Gun) امکان مقابله با فرسایش‌های مختلف و مشکلات ناشی از خوردگی که در پیش روی صنعت فولاد قرار دارند، به‌وجود آمده است. علاوه بر روش‌های پوشش نامبرده شده در بالا، شرکت‌ها در مرحله گسترش و ابداع بسیاری دیگر از روش‌ها و محلول‌های پوشش‌دهی محصولات صنعت فولاد قرار دارند.
روش پلاسمای شرکت A.P. یک پوشش‌دهی اسپری حرارتی با گواهی ایزو 2000ـ9001 تایید شده بوده و راه‌حل‌هایی برای مقابله با مشکلات ناشی از خوردگی که تولیدکنندگان فولاد با آن دست و پنجه نرم می‌کنند، ارائه می‌دهد. در سال 1988، شرکت توانایی خود را در ارائه راه‌حل‌های عملی برای مقابله با فرسایش مختلف و مشکلات ناشی از خوردگی در صنعت فولاد به اثبات رساند. یکی از بخش‌های برنامه گسترده شرکت فرآیند پلاسما بود که با تکنولوژی پوشش‌دهی اسپری انفجاری مطرح شد.
با توجه به قابلیت دسترسی تکنولوژی پوشش‌دهی اسپری انفجاری، در حال حاضر فرآیند پلاسما راه‌حل‌های وسیعی را برای فرسایش و مشکلات ناشی از خوردگی در صنعت فولاد ارائه داده است.
مترجم: کمال‌الدین غفوری
منبع: ورلد‌استیل
