طلاء بالرش الحراري
الطلاء بالرش الحراري عملية رش المواد المنصهرة على السطح.
تسخن «المواد الوسيطة» بالوسائل الكهربائية (بلازما أو بالقوس) أو الكيميائية (احتراق لهب).
ويمكن الرش الحراري بتوفير طلاء سميك (مما يقارب مدى سماكة 20 ميكرومتر إلى عدة مم حسب العملية كماده وسيطة).
على مساحة كبيرة في نسبه الرواسب العالية بالمقارنه مع العمليات الأخرى مثل الطلاء الكهربائي الفيزيائية والكيميائية ترسب الأبخرة.
مواد الطلاء المتاحه لعمليات الرش الحراري تشمل المعادن، السبائك، السيراميك والبلاستيك والمواد المركبة.
يتم تغذيتها بالبودرة أو نموذجالأسلاك،وتسخن إلى حالة منطهرة متسارعة نحو أسطح على هيئه ميكرون _بحجم الجسيمات (الجزيئات).
وعادة ما تستخدم الأحتراق أو القوس الكهربائي لتفريغ كمصدر للطاقة لأغراض الرش الحرارية.
تصنع مواد الطلاء الناتجة عن تراكم العديد من جسيمات الرش.
يجوز للسطح لا يسخن بدرجه كبيرة. مما يتيح الطلاء من المواد القابلة للأشتعال. وعادة مما يتم تقييم جودة الطلاء من خلال قياس المسامية (سهولة الأختراق) لها، محتوى الأكسيد،الكلي والجزئي، صلابة وقوة الترابط وخشونة السطح. بشكل عام، ونوعية الطلاء تزيد مع زيادة سرعات الجسيمات
تتميز العديد من الأختلافات في الرش الحراري:
في الكلاسيكية (وضعت بين 1910 و1920) ولكن العمليات لاتزال تستخدم على نطاق واسع مثل رش اللهب وقوس أسلاك الرش، مع سرعات جسيمات منخفضة عموما (150متر/الثانية > )، والمواد الخام يجب أن تكون منصهرة التي تودع.بالبلازما لرش. وضعت في 1970(S)، ويستخدم طائرة نفاثه بالبلازما ذات درجة حرارة عالية الناتجة عن قوس التفريغ مع درجة الحرارة النموذجية 1500K suspension ، تعليق أو سلك يتم إدخالها في طائرةالبلازما،والمنبثقة من شعله البلازما. في الطائرة، حيث كانت درجة الحرارة في حدود 10000K،وذاب المادة ودفعت نحو ركيزة (طبقه سفلية). هناك، قطرات المصهور تتسطح،يصلب بسرعة وتشكل الرواسب. عادة. الرواسب لا تزال ملتصقة على الطبقة السفليه والطلاء. يمكن أيضا أجزاء قائمة بذاتها أن تنتج عن طريق إزالة طبقة سفلية. وهناك عدد كبير من المعايير التكنولوجية التي تؤثر على تفاعل الجزيئات ( الجسيمات ) مع طائرة البلازما والركيزة وبالتالى خصائص الودائع.هذه المعايير تشمل نوع المواد الوسيطه والبلازما، تركيب الغاز،معدل التدفق، ومدخلات الطاقة، وشعله مسافة الإزاحة، والتبريد للركائز ( الطبقة السفلية ). وما إلى ذلك
الرواسب (الودائع) تتألف من عدد كبير من الفطائر مثل صفائح تسمى"علامات تنبيه" والتي يشكلها تسطيح من قطرات السائل، كما أن مساحيق المواد الوسيطه وعادة ما يكون أحجامها من ميكرومتر إلى أكثر من 100 ميكرومتر، وصفائح لديها سمك في حدود ميكرومتر إلى أكثر من 100 ميكرومتر، وصفائح لديها سمك في حدود ميكرومتر والبعد الجانبى من عدة مئات من ميكرومتر. بين هذة الصفائح، وهناك فراغات صغيرة، مثل المسام، والشقوق، ومناطق الربط غير متكتملة. نتيجه هذه الهيكلية الفريدة يمكن أن الرواسب لديها خصائص مختلفه إلى حد كبير من المواد السائبة. هذه هى بشكل عام الخصائص الميكانيكية، مثل انخفاض القوة ومعامل المرونة، وارتفاع الضغط والتسامح، وانخفاض الموصلية الحرارية والكهربائية. أيضا، وذلك بسبب التصلب السريع، ويستطيع مبدل الأستقرار المراحل تكون موجودة في الرواسب.
غالبا ما يستخدم هذه التقنية لأنتاج الطلاء على المواد الإنشائية. الطلاء مثل توفير الحماية من درجات الحرارة المرتفعة ( على سبيل المثال الطلاء الحاجز الحراري للإدارة حرارة العادم ) والصدأ والتعرية والتأكل، بل يمكن أيضا تغيير المظهر، والخصائص الكهربائية واستبدال المواد المستهلكة، وغيرها
وعندما ترش على ركائز من مختلف الأشكال وإزالتها، وأجزاء قائمة بذاتها في شكل لوحات، والأنابيب، وقذائف، ويمكن أن تنتج إ لخ. ويمكن أن تستخدم أيضا لمعالجة مسحوق ( التجانس وتعديل والكيمياء وغيرها ) في هذه الحالة الركيزة ( الطبقة السفليه ) لترسيب غير موجودة والجزيئات تصلب المادة أثناء التحليق ( الهروب) أو في بيئه تسيطر عليها (على سبيل المثال الماء ) ويمكن حقن الهباء الجوى (ايروسول : ذريرات صلبه أو سائله يحملها الهواء ) تشتتها للبوليمر في تفريغ البلازما من أجل إنشاء هذا التطعيم من البوليمر إلى سطح الركيزة. وهى تستخدم أساسا هذا التطبيق لتعديل الكيمياء من البوليمرات.
يمكن تصنيف نظام رش البلازما وفقا لمعاير عدة.
البلازما النفاثة جيل:
بلازما الحث أو البلازما
البلازما متوسطة التشكيل:
بيئة الرش:
طرق التحكم في معدل البلازما : رفع ضغط بلازما الرش، وخفض ضغط بلازما الرش، والحالة القصوى رش البلازما في الفراغ
رش االبلازما في الفراغ عبارة عن خرط وتعديل السطح للحصول على طبقات مسامية مع قدرة عالية على سهولة استنسخها وتنظيفها والحصول على سطح هندسي مرن سطح المطاط والبلاستيك والألياف الطبيعية، وكذلك لاستبدال مركبات الكربون الكلورية فلورية لتنظيف المكونات المعدنية. وهكذا يمكن تحسين الخواص الهندسية للسطح مثل سلوك الاحتكاك، ومقاومة الحرارة، وتوصيل السطح للكهرباء، والتزيت، تزيد من شدة تماسك الطبقات كما يمكنها ان تتحكم في قابلية الاسطح للتفاعل مع الماء.
تتم هذه العملية عادة في درجة حرارة تتراوح بين 39 إلى 120 درجة مئوية لتجنب الضرر الحراري الممكن حدوثه. كما يمكنها ان تحدث بعض ردود الفعل الغير حرارية مما يحدث بعض التغيرات السطحية التي لايمكن ان تحدث مع الكمياء الجزيئية في الضغط الجوي ويتم معالجة البلازما في بيئة خاضعة للرقابة وفي ضغط متوسط يتراوح بين 13-65 بسكال. يتم تنشيط الغاز أو خليط الغازات بواسطة مجال كهربائي يتم توليده عبر تيار كهربي مستمر. عادة ما تكون عناصر المعالجة معزولة كهربيا كما يتم ازالة البلازما المتطايرة من المنتجات من الغرفة بواسطة مضخة تفريغ وعند الضرورة فمن الممكن تأين الرذاذ باستخدام جهاز تنقية العادم.
وعلى النقيض من الكمياء الجزيئية تستخدم البلازما في :
كما تولد البلازما أيضا الإشعاع الكهرومغناطيسي في صورة فوتونات من الأشعة فوق البنفسجية لاختراق معظم البوليمرات على عمق حوالي 10 ميكرون وهكذا يمكن أن يسبب سلسلة من الانشقاقات. تؤثر البلازما على المواد في مستويتها الذرية وتستخدم تقنيات مثل الأشعة السينية والطيف الضوئي والمجهر الإلكتروني لتحليل السطح ومن ثم لتحديد العملية اللازم استخدمها والحكم على نتائجها.
عند طاقات التأين العالية يميل إلى أن يحدث أكثر من تميز كميائي. في حالة وجود رد فعل نموذجي من الغاز فان عملية تشكيل الجذور الحرة تحدث لجزئ من اصل 100 جزئ في حين انها تحدث لايون واحد من اصل 106 ايون وبالتالي فان التأثير السائد هنا هو تشكيل الجزيئات للجذور الحرة. يمكن أن تسود التأثيرات الأيونية طبقاً لتغير الحادث في معاملات العملية، وإذا لزم الأمرفمن الممكن ان يتم استخدام الغازات النبيلة.
يعد الرش بواسطة القوس الكهربي أحد اشكال الرش الحراري حيث يتم تغذية اثنين من الأسلاك المعدنية المستهلكة بشكل مستقل في مدفع رشاش وتحمل هذه الأسلاك بالشحنات ومن ثم يتم إنشاء قوس كهربي بينهما. تؤدي الحرارة الناتجة عن القوس الكهربي إلى صهر السلك المندفع خلال المدفع الرشاش ومن ثم يتم ايداع المعدن المنصهر على الركيزة المطلوب طلائها ويشيع استخدام هذه العملية في الطلاء المعدني الثقيل.
نقل البلازما بواسطة القوس الكهربي عبارة عن طريقة اخرى من طرق رش رذاذ البلازما على الاسطح الداخلية للاسطونات أو على السطح الخارجي لاي شكل هندسي ومن المعروف أنه غالبا ما تستخدم هذه الطريقة في طلاء اسطوانات المحركات المجوفة، مما يساعد على استخدام محرك من سبيكة الألمنيوم دون الحاجة إلى جلب ثقيلة من الحديد الزهر. يتم استخدام سلك موصل واحد كمصدر كهربي لتغذية النظام اثناء العملية. يعمل تيار بلازمي من الموجات فوق الصوتية على صهر السلك كما يعمل على تفتيت الذرات ومن ثم تثبيتها على السبيكة المراد طلائها. كما يتم تشكيل تيار البلازما بواسطة نقل قوس كهربي بين الكاثود الغير قابل للاستهلاك ونوع السلك. بعد انقسام الذرات يتم تدفق تيار من الهواء داخل جدار التجويف حيث يعمل على نقل القطرات الناتجة عن الانصهار. عند تغطية سطح الركيزة تتسطح الجزيئات ويرجع ذلك إلى طاقة الحركة العالية كذلك تتجمد الجزيئات بسرعة.و يعمل تكدس الجزيئات على زيادة مقاومة تأكل الطلاء. يتم استخدام سلك واحد كمادة وسيطة اثناء عملية نقل البلازما بواسطة القوس الكهربي. كما يمكن استخدام هذه العملية في طلاء سطح الاحتكاك بالمحركات او استبدال بعض المكونات امثال الوردة او الجلبة. فعلى سبيل المثال تستخدم عملية نقل البلازما بواسطة القوس الكهربي في تغطية مناطق الاحتكاك في الحركات مما يساعد على تقليل الوزن والتكلفة والاحتكاك والإجهاد الممكن تولده اثناء الاحتكاك
خلال 1980 ثانية يتم وضع طبقة من عملية الرش الحراري تسمي رش وقود اكسجين السرعات الفائقة حيث يتم ضخ مزيج من الوقود الغازي والسائل مع الاكسجين داخل غرفة الاحتراق ومن ثم يتم اشعالها وحرقها بشكل مستمر. ينبع الغاز الساخن الناتجة عند ضغط يقارب 1 ميجا باسكال خلال فوهة متباينة قريبة ويتدفق خلال مقطع مستقيم. يمكن ان يكون الوقود غازي حين إذ يتم استخدام بعض الغازات مثل (الهيدروجين والميثان والبروبان والبروبلين والاسيتيلين والغاز الطبيعي...الخ ) او يكون سائل من خلال استخدام سوائل مثل ( الكيروسين وغيرها). تكون سرعة التيار عند مقطع الخروج حوالى 1000م/ث (أكبر من سرعة الصوت). يتم حقن مخزون البودر في تيار غازي حيث يسرع من عملية نشر البودر لتصل سرعته إلى 800 م/ث. يتم توجيه سيل من الغاز الساخن والمسحوق نحو السطح المراد تغطيته حيث يذوب المسحوق بشكل جزئي خلال المجرى وتتميز الطبقات المغطاة بالمسامية العالية وقوة التحمل العالية. عملية الطلاء باستخدام وقود اكسجين السرعات الفائقة تستخدم في تغطية الاسطح السميكة وعادة ما تستخدم لتغطية المواد بطمقات معدنية او سيراميكية.
قد قدم طريقه الرش البارد والذي يدعى غالبا الغاز الحيوى البارد الرذاذ في سنه 1990.ووضعت هذه الطريقة في الاصل في روسيا بالملاحظه العرضيه للتشكيل السريع للتغطيات،في حين ان تجربه تآكل الجسميات للهدف تتعرض لتدفق عالى السرعة محمله بمسحوق ناعم في نفق الرياح.في الرش البارد تسرع الجسميات لسرعه عاليه جدا بواسطه الحوامل غازيه تدفع خلال فوهه متقاربه-المتباعده النوع.بالنسبه للتأثير الحزئيات الصلبه المتشبعه بالطاقه الحركيه تتشوه تشوه لدن وتتلاصق معدنيا للركيزه لتكون الطلاء.
السرعة الحرجة المطلوبة لتكوين الرابطة تعتمد على خصائص المادة وحجم المحسوق ودرجه الحرارة.يكون الرش البارد مناسب للمعادن اللينه كالنحاس والألومنيوم.كفاءة الترسيب تكون منخفضه لمساحيق السبائك والاطار لمتغيرات العملية وحجم المحسوق المناسب يكون ضيق.لتسريع المساحيق لسرعه اعلى تستخدم مساحيق انعم اقل من 20 ميكروميتر.من الممكن زياده سرعه جزيئات المسحوق بواسطه استخدام غاز له سرعه صوتيه عاليه مثل الهيليوم بدلا من النيتروجين على الرغم من انه مكلف الا ان استهلاكه أكثر.للتحسين من امكانيه التعجيل يسخن غاز النيتروجين لحوالى 900 درجه مئويه وبالتالى كفاءة الترسيب وقوة الشد للودائع تزيد.
هو تعديل لرش وقود الاوكسى العالى السرعة والذي يكون فيه درجه حرارة غاز الاحتراق منخفضه وممزوجه بغاز النيتروجين وبذلك اصبح اقرب لعمليه الرش البارد.يحتوى الغاز الناتج على كميه أكثر من بخار الماء والهيدروكربونات غير المتفاعل والأكسجين وبالتالى هو أكثر تلوثا من الرش البارد ومع ذلك كفاءة الطلاء اعلى على الجانب الاخر انخفاض درجات الحرارة للرش الدافئ تقلل من الذوبان والتفاعلات الكيميائية لمسحوق التغذية بالمقارنه بطريقه HVOF.هذه المزايا ذات أهمية خاصة بالنسبة للمواد الطلاء مثل تيتانيوم ووالبلاستيك والزجاج المعدني والذي يتأكسد بسرعة أو يتدهور في درجات حرارة عالية.الرش الحراري ليس بالضرورة أن تكون عملية خطيرة، إذا تم التعامل مع المعدات بعناية، ويتم اتباع الممارسات الصحيحة الرش. كما وهو الحال مع أي عملية صناعية، وهناك عدد من المخاطرويجب على العامل ان يكون واعى لها وعلى ضوئها ينبغي اتخاذ احتياطات معينة. من الناحية المثالية، ينبغي أن تعمل معدات تلقائيافى حيز مصمم خصيصا لاستخلاص الدخان وتقليل مستويات الضوضاء، ومنع عرض مباشر للرش الرئيسى.ومثل هذه التقنيات أيضا تنتج مواد الطلاء التي هي أكثر اتساقا هناك مناسبات عندما يكون نوع من المكونات قد عولج، أو مستويات الإنتاج المنخفضة، ويتطلب دليل تشغيل المعدات. في ظل هذه الظروف، من ذوي الخبرة في عدد من المخاطر، التي تتميز بها عمليات الرش الحراري،بالإضافة إلى تلك التي تواجهها الصناعات في الإنتاج أو المعالجة..
تستخدم معدات الرش المعدنى غازات مضغوطه التي تخلق الضوضاء. مستويات الصوت تختلف مع نوع من معدات الرش، والمواد التي يجري رشها، ومعايير التشغيل. نموذجي مستويات ضغط الصوت اتخذت 1 متر وراء القوس..
احتراق معدات الرش ينتج اللهب الشديدة، التي قد يكون لها درجة الحرارة ذروتها أكثر من 3100 درجة مئوية، ومشرق جدا.ينتج رش القوس الكهربائي أشعة فوق بنفسجية والتي قد تؤدي إلى تلف أنسجة الجسم الحساسة. ينبغي تجهيز مقصورات رذاذ، ومرفقاته مع زجاج ماص داكن فوق بنفسجى والذي غير ممكن.العاملين وغيرهم في المحيط عليهم ارتداء نظارات واقيه تحتوى على زجاج اخضر من نوع BS من الدرجة السادسة.يجب وضع شاشات مبهمة حول مناطق الرش. لا ينبغي أبدا من فوهة مسدس قوس أن ينظر إليها مباشرة، إلا أنه من المؤكد أن أي قوة متاحة للمعدات.
الانحلال من المواد المنصهره ينتج كميه كبيره من الغبار والادخنه التي تتكون من جسيمات دقيقه للغايه(حوالي 80 - 95٪ من الجسيمات<100 نانومتر)..
المواد المحدده تحدث المخاطر المعروفة.
تستخدم مسدسات احتراق الرش الاكسجين والوقود وهذا الوقود ينفجر لذلك لا يجوز أن تستخدم الاسيتيلين الا في ظل الظروف المعتمده الشروط.الأكسجين الغير منفجر يحمل الاحتراق، والعديد من المواد سوف تشتعل تلقائيا، إذا كانت مستويات الأوكسجين الزائد موجودة. يجب توخي الحذر لتجنب التسرب، وعزل الأوكسجين وغاز الوقود وعندما لا يكونا قيد الاستعمال.
مسدسات القوس الكهربى تعمل تحت ضغط منخفش اقل من 45 فولت في حاله تيار مستمر ولكن في التيارات العالية نسبيا يمكن الإمساك بهم بامان وترتبط وحدات امدادات الطاقة ب 440 فولت لمنابع ذات تغير متغير ويحب التعامل معها بحذر.