پوشش‌دهی به روش پاشش پلاسمای اتمسفری (APS)

معرفی

پلاسما به طور طبیعی در خورشید، ستاره‏ها، شفق طبی و صاعقه اتفاق می‏افتد. ابداع روش اسپری پلاسما در سال 1960 لحظه‏ای مهم در تاریخ اسپری حرارتی بود.

 به ‏دلیل درجه حرارت فوق العاده بالای شعله پلاسما و فشار گاز، شرایط لازم برای ذوب ذرات دیر گداز و پرتاب آن‏ها با سرعت بالا به طرف سطح قطعه فراهم می‏شود.

روش اسپری پلاسمای اتمسفری می‏تواند برای رنج گسترده‏ای از پوشش‏ها و در جایی که دیگر روش‏های اسپری حرارتی کاربرد ندارند، به کار گرفته شود.

1. تولید اجزا با خصوصیات سطحی ویژه
2. استفاده از مواد ارزان قیمت برای تولید اجزا با خصوصیات سطحی کاربردی
3.  بهبود عمر سرویس اجزا
4. تعمیر قطعات همانند حالت اولیه

کاربرد ها

روش پاشش پلاسمای اتمسفری می‎تواند برای تولید اجزایی با خصوصیات سطحی ویژه به کار رود. برخی از خصوصیات سطحی قابل دستیابی با این روش عبارتند از:

• سطوح ساینده
• مقاومت به سایش
• مقاومت به خوردگی در محیط‏های اسیدی، بازی و شور
• مقاومت در برابر حملات شیمیایی
• مقاومت به خوردگی داغ
• سطوح رسانای الکتریکی
• سطوح عایق الکتریک
• سطوح اصطکاک بالا و ضد لغزش
• مقاومت در برابر ضربه
• مقاومت در برابر اکسیداسیون
• سطوح کم اصطکاک
• سطوح رسانای حرارتی
• سطوح عایق حرارتی
• عملیات تزئینی

فرآیند

انعطاف پذیری فرآیند پاشش پلاسما از توانایی آن در ایجاد انرژی کافی برای ذوب تقریبا هر مواد اولیه مورد استفاده برای پوشش به شکل پودر ناشی می‎شود. تفنگ پلاسما از محفظ ه‎ای با یک یا تعداد بیشتری کاتد (الکترود) و آند (نازل) تشکیل شده است، با جریان یافتن گازهای فرآیند در محفظه، جریان مستقیم به کاتد اعمال می شود و در آند تشکیل قوس می‏دهد. قوس قوی گاز را یونیزه کرده و توده پلاسما تشکیل می‎دهد. با برگشت یون‏های ناپایدار پلاسما به حالت اولیه گازی، انرژی حرارتی بسیار زیادی آزاد می‎شود. مواد اولیه به توده گاز داغ تزریق شده و سپس ذوب شده و به سمت بستر مورد نظر رانده می‎شود تا روکش تشکیل شود.

گازهایی که معمولاً استفاده می‏شوند عبارتنداز آرگون، هیدروژن، نیتروژن و هلیوم، به صورت جداگانه یا مخلوط دو یا حتی سه مورد از این گازها. گازهای مورد استفاده و جریان اعمال شده به الکترود مقدار انرژی تولید شده را کنترل می‏کند. در این فرآیند جریان گاز و جریان اعمالی، شکل و اندازه سوراخ نازل، محل و زاویه تزریق مواد به توده پلاسما و همچنین فاصله تفنگ تا سطح هدف قابل کنترل است.

فاصله تفنگ پلاسما از سطح اجزای مورد نظر، حرکت نسبی تفنگ اسپری و سطح هدف نسبت به یکدیگر و همچنین سیستم خنک کننده معمولاً به صورت جت‏های هوا که روی بستر مورد نظر قرار می‏گیرد- دمای بستر را در حالت کنترل شده در محدوده 38 تا 260 درجه سانتی‏گراد (100 درجه فارنهایت تا 500 درجه فارنهایت) نگه می‏دارد.

خصوصیات

مشخصات پوشش‏های ایجاد شده با روشAPS  به مواد پوشش، تجهیزات اسپری، پارامترهای اسپری و … بستگی دارد.

• تخلخل کنترل شده: تخلخل پوشش را می‏توان به کمتر از 1% کاهش داد، و در برخی موارد با استفاده از فرآیندهای پس از پوشش دهی همانند عملیات حرارتی نفوذی یا همجوشی می توان به چگالی کامل دست یافت. در کاربردهای دیگر مانند پوشش‏های سد حرارتی، سطح تخلخل مورد نیاز می‏تواند به اندازه 20% باشد.
• سختی بهینه: سطوح سختی می‏تواند از کاملاً نرم (RH40)، تا بسیار سخت (میکرو سختی RC70 و میکروسختی DPH300 1200) برای دستیابی به سطوح ضد سایش متغیر باشد.
• ضخامت پوشش: ضخامت پوشش را می‏توان به نازکی 0/075 میلی متر (0/003 اینچ) تا ضخامت 5 میلی متر (0/2 اینچ) تنظیم نمود.
• استحکام چسبندگی خوب: محدوده استحکام چسبندگی پوشش از 17 مگاپاسکال (psi 2500) برای برخی از آلیاژهای نرم مانند مس، تا بیش از 83 مگاپاسکال (psi 12000) برای برخی از مواد مانند کاربیدها متغیر است.
• عدم وجود منطقه متأثر از حرارت: به دلیل اینکه پوشش های ایجاد شده شده با روش پلاسما به صورت ذرات مذاب كوچك و منفردي كه به سرعت خنك شده و جامد مي شوند می‏باشد، هیچ منطقه متأثر از حرارتی بین پوشش و بستر وجود ندارد و این امر باعث کم شدن و یا حذف هرگونه خستگی احتمالی می‎شود. این ویژگی همچنین امکان پوشش‏دهی و حذف مکرر پوشش را فراهم می‏کند.
• عدم اعوجاج اجزا: حرکت تفنگ و سیستم خنک کننده دمای بستر را کمتر از دمایی که باعث اعوجاج می‏شود نگه می‏دارد.
• هندسه‎های پیچیده: طیف وسیعی از تفنگ‏های پاشش پلاسمای موجود و مکانیسم‎های جابجایی این امکان را فراهم می‏آورد تا هندسه‎های بسیار پیچیده و حفره‎های داخلی عمیق و کوچک با عرض 30 میلی متر (1/2 اینچ) نیز پوشش داده‏ شوند.

تجهیزات

اجزای مرکزی: برای همه‎ی سیستم‎های APS مورد نیاز است. که شامل مواد پوشش مورد استفاده، تغذیه کننده پودر برای رساندن مواد پوشش به تفنگ اسپری، تفنگ اسپری پلاسما که مواد پوشش را گرم کرده و به سمت سطح مورد نظر هدایت می‏کند، منبع تغذیه برای تبدیل جریان AC به DC، مبدل حرارتی و سیستم خنک کننده و سیستم کنترل که جریان گاز مورد نیاز را به طور دقیق کنترل می‏کند.

تجهیزات جابه‏جایی: این تجهیزات حرکت دقیق تفنگ اسپری و قطعه کار و موقعیت تفنگ را نسبت به قطعه کار تعیین می‏کند.

تجهیزات جانبی: یک سیستم آب خنک برای تفنگ اسپری مورد نیاز است. همچنین اغلب از هوای خنک برای کنترل دمای قطعه کار استفاده می‏شود. علاوه‎براین کابین عایق صوتی، سیستم تهویه هوا و اگزوز برای محافظت از پرسنل الزامی است.

مواد مورد استفاده

بسته به کاربرد و خصوصیات مورد انتظار از قطعه نهایی می توان از یک ماده خاص جهت پوشش‎دهی استفاده کرد.

متخصصین ما می توانند شما را در انتخاب ماده مناسب برای کاربرد مورد نیاز راهنمایی کنند.

برخی از موادی که توسط دستگاه پاشش پلاسمای اتمسفری قابل استفاده می‏باشند عبارتند از:

• فلزات خالص
• آلیاژها و سوپرآلیاژها
• مخلوط‏های فلزی و کامپوزیتی که در حین فرآیند اسپری آلیاژسازی می‏شوند.
• آلیاژهای MCrAlY
• سرمت‎ها که برای کاهش اختلاف ضریب انبساط حرارتی بین بستر و پوشش سرامیکی مورد استفاده قرار می‎گیرند.
• کاربید‏ها
• آلیاژ‏های خودگداز که می‏توانند از طریق همجوشی پوشش‏های کاملا متراکم را ایجاد کنند.
• سرامیک‏ها