نویسنده : مهندس رجب زاده
دستگاه متال اسپری چیست؟ فرآیند، نیازها، الزامات
در این مقاله سعی در معرفی دستگاه متال اسپری در تکنولوژیهای مختلف به زبانی ساده دارم تا به مجموعه سوالاتی که
مشتریان و همکاران محترم و ارجمندم در طول سالیان متمادی از من پرسیده اند پاسخ داده شود. در ابتدا به معرفی ساده
فرآیند متال اسپری می پردازیم:
مقدمه:
متال اسپری چیست ؟
متال اسپری یا پاشش حرارتی به گروهی از فرآیندهای پوشش دهی گفته می شود که در آن مواد فلزی یا غیرفلزی
بر اثر حرارت به اجزاء ریز تقسیم شده و با سرعت بالا و در حالت مذاب یا نیمه مذاب برای تشکیل پوشش بسمت
قطعه کار حرکت و کوبیده میشوند و پوشش را ایجاد میکنند. ماده پوشش ممکن است پودر،سرامیک یا سیم باشد.
مواد مورد استفاده در دستگاه متال اسپری:
- کاربیدهای تنگستن
- سرامیک
- کاربیدهای نیکل کروم (اکسید کروم، اکسید آلومینیوم، زیرکونیا، تیتانیم)
- مواد باند که عبارتند از: نیکل آلمینیوم، نیکل کروم
- انواع استیل
- فولادها
- آلیاژهای رنگی شامل: برنز، آلمینیوم، مس، بابیت، قلع، سرب،
- و…
میزان ضخامت در پوششهای متال اسپری:
در پروسه های مختلف با دستگاه متال اسپری میتوان پوششهای ضخیم (حدود 20 میکرومتر تا چند میلیمتر، بسته به روش پاشش)
را در سطح وسیعی با سرعت بالا (در مقایسه با سایر فرآیندهای پوشش مانند آبکاری، رسوب بخار فیزیکی و شیمیایی) ایجاد کرد.
مواد پوششی موجود برای پاشش حرارتی شامل فلزات، آلیاژها، سرامیک ها، پلاستیک ها و کامپوزیت ها می باشد.
در دستگاه متال اسپری منبع انرژی چگونه تامین میشود؟
معمولاً از احتراق حاصل از سوخت(اکسیژن- استیلن- پروپان و… )یا قوس الکتریکی به عنوان منبع
انرژی استفاده می شود.مثلا در دستگاه آرک اسپری از قوس الکتریکی و در پروسه پاشش سیمی
از استیلن و اکسیژن جهت منبع انرژی استفاده میشود.
مقایسه کیفیت پوشش بعد از اعمال با دستگاه متال اسپری:
کیفیت پوشش معمولاً با میزان تخلخل، محتوای اکسیدشدگی، سختی، استحکام چسبندگی و زبری سطح ارزیابی می شود.
به طور کلی، کیفیت پوشش با افزایش سرعت ذرات افزایش می یابد. و در پروسه HVOF بالاترین صافی سطح را شاهد هستیم.
برخی روشهای رایج پاشش با انواع دستگاه متال اسپری:
- FLAME SPRAY
- ARC SPRAY
- PLASMA SPRAY
- (HVOF)
- WARM SPRAY
- COLD SPRAY
آماده سازی سطح قبل از پاشش در فرآیندهای متال اسپری:
آماده سازی سطح یک فرآیند مهم در صنایع است، زیرا چسبندگی و دوام مناسب پوشش ها، چسب ها و سایر
عملیات های کاربردی را تضمین می کند. این فرآیند شامل طیف گسترده ای از تکنیک های شیمیایی و مکانیکی است
که برای تمیز کردن موادی مانند فولاد طراحی شده اند.این تکنیک ها برای از بین بردن پوشش های قبلی، عیوب، مواد آلی،
اکسیداسیون و سایر آلاینده ها ضروری هستند و سطح را برای اعمال پوشش جدید به شیوه ای بادوام آماده می کنند.
استحکام چسبندگی در فرآیند متال اسپری وابسته به پارامترهای کاملاً فیزیکی و مکانیکی است و بهمین دلیل،
یک سطح کاملا تمیز، عاری از چربی یا سایر آلایندهها مورد نیاز است.بنابراین تمیز کردن دقیق و آماده سازی
سطحی که قرار است پوشش داده شود بسیار مهم است.
برخی از پوششهای فلزی مورد استفاده در ARC SPRAY – FLAME SPRAY:
پوشش های آلومینیومی: محافظت در برابر محیط های خورنده جوی.
پوشش های سیلیکونی آلومینیومی: تعمیر و ترمیم سطوح آلومینیومی و برای آب بندی در دمای پایین.
پوشش های برنز: پوشش مقاوم در برابر سایش متراکم
پوشش های مس خالص: ایجاد هدایت الکتریکی
پوششهای آلیاژ مس: برای کار در قطعات انواع ماشین آلات، تعمیر و ترمیم بسترها و سطوح مسی.
کربن و فولاد کم آلیاژ: مناسب برای پوششهای چند منظوره در انواع قطعات ماشین آلات.
آلیاژهای فولاد ضد زنگ: برای ترمیم انواع قطعات و اجزای فرسوده و ماشینکاری شده.
پوشش های مبتنی بر سرب و قلع (معادل WHITE METAL): یاتاقانها ،مقاومت در برابر اسیدها
پوشش های مولیبدن: سطوح سخت و روان کننده ایجاد می کند که در برابر سایش، خراشیدگی و ساییدگی مقاوم است.
این پوشش ضریب اصطکاک بسیار پایینی دارد. این ویژگی ها نتیجه تشکیل اکسید مولیبدن روی سطح است.
انواع مختلف دستگاه متال اسپری :
دستگاه متال اسپری پاشش سیمی(Flame Spay):
دستگاه متال اسپری FLAME SPRAY یا پاشش شعله ای سیمی ، یک روش معمولی و ابتدایی در متال اسپری است که
سیم ها به طور متوالی به شعله گاز مانند اکسی استیلن یا اکسی پروپان وارد می شوند، مذاب می شوند و با استفاده
از هوای فشرده پاشیده می شوند تا پوشش ایجاد کنند.
خصوصیات:
استفاده از تجهیزات سبک وزن، مناسب برای عملیات پاشش و بازسازی در محل
اعوجاج حرارتی کم یا بدون اعوجاج فلزات پایه
محدوده ضخامت قابل تنظیم
انتخاب طیف گسترده ای از مواد و آلیاژهای فلزی
مقاومت بالای پوشش ها در برابر سایش
انواع فلزات قابل تبدیل به سیم از جمله روی، آلومینیوم، فولاد کربنی، فولاد ضد زنگ و مولیبدن را می توان پاشش نمود.
دستگاه متال اسپری ARC SPRAY:
در این روش پاششی که از نوع الکتریکیست ، دو سیم فلزی تخلیه قوس الکتریکی ایجاد میکنند و بر اثر حرارت
بالا مذاب میشوند.سپس فلزات ذوب شده توسط هوای فشرده به خوبی تقسیم می شوند و به طور متوالی روی
قطعه کار با سرعت حاصله از فشار باد پاشیده و تشکیل لایه های پوشش می نمایند. در مقایسه با روش پاشش
شعله ای که در مرحله قبل بررسی شد در این روش کیفیت بدلیل دمای ذوب بالا پوشش بسیار عالی تر و ساختار
و دانه بندی و در نهایت صافی سطح بسیار بهتر خواهد بود.چون در این روش دمای ذوب بالاست در نتیجه استحکام
چسبندگی بسیار خوبی حاصل خواهد شد.
خصوصیات:
اسپری سریع (دو تا چهار برابر سریعتر از اسپری شعله که در مرحله قبل تشریح شد).
استحکام چسبندگی و قدرت پوشش بالا.
با استفاده از انواع مختلف مواد، می توان پوشش های آلیاژی را تشکیل داد.
هزینه های عملیاتی کم.
دستگاه متال اسپریFLAME POWDER SPRAY : 
در این شکل از پاشش، که اصطلاحا به آن ” FLAME پودری ” گفته میشود یک ماده پودری از طریق پمپ پودر وارد
یک گان پاششی می شود و پس از ذوب در شعله ای با دمای بالا با سرعت به سمت قطعه کار حرکت کرده و پس
از برخورد تشکیل لایه های پوشش می دهد.
خصوصیات:
انتخاب گزینه های گسترده ای از آلیاژها ، از جمله فلزات، آلیاژها، پلاستیک ها و سرامیک ها.
زمان ذوب طولانی مواد در شعله، استحکام چسبندگی عالی مواد را فراهم می کند (بازده 90٪ برای آلیاژهای خود روان).
سطح نویز پاشش بسیار پایین است.
از گازهای فشرده برای شتاب و خنک سازی ذرات استفاده می کند.
گانهای پاششی در این روش بسیار سبک بوده و میتوان با این گانها به راحتی برایند پاشش را انجام داد.
دستگاه متال اسپری پلاسما PLASMA SPRAY (APS):
پاشش پلاسما، که در دهه 1970 توسعه یافت، از یک جت پلاسما با دمای بالابیش از 15000 کلوین استفاده می کند،
که اسپری مواد نسوز مانند اکسیدها، مولیبدن و غیره را ممکن می سازد.
فرآیند اسپری پلاسما اساساً پاشش مواد مذاب یا نرم شده با حرارت بر روی یک سطح برای ایجاد یک
پوشش است. مواد به شکل پودر در شعله پلاسمایی با دمای بسیار بالا تزریق می شود، جایی که به
سرعت گرم می شود و تا سرعت بالایی شتاب می گیرد.
مواد داغ بر روی سطح زیرلایه اثر میگذارند و به سرعت سرد میشوند و یک پوشش تشکیل میدهند.
این فرآیند اسپری پلاسما که به درستی انجام می شود، “فرایند سرد” نامیده می شود (نسبت به
مواد زیرلایه پوشش داده شده) زیرا می توان دمای بستر را در طول پردازش پایین نگه داشت تا از آسیب،
تغییرات متالورژیکی و اعوجاج قطعه کار جلوگیری شود.
دستگاه متال اسپری HVOF :
سرعت بالا یک از مهمترین مولفه ها در روش پوشش دهی بروش Hvof است.این پروسه با
استفاده از ضربه اسپری قدرتمند ایجاد شده توسط افزایش سرعت پاشش، پوشش تشکیل می شود.
با استفاده از گاز، سوختی مشابه پاشش شعله، آن را با استفاده از مخلوط سوخت و اکسیژن به
HVOF (سوخت اکسیژن با سرعت بالا) و با استفاده از مخلوط سوخت و هوا به HVAF
(هوا-سوخت با سرعت بالا) تقسیم میشود.
تحت این اصل کار می کند که احتراق در داخل یک لوله رخ می دهد. در واقع این پروسه یک
پروسه احتراق داخلی است.در واقع صحبت از یک احتراق در داخل یک محفظه است،
پودر به این گاز پاشیده شده وارد می شود و گرم می شود، مذاب می شود و با سرعت بالا
پاشیده می شود و در نهایت یک پوشش تشکیل می دهد.لازم به ذکر است که بالاترین میزان
سرعت ذرات در روش HVOF است. گاها در این روش سرعت ذرات به بیش از 700 متر بر ثانیه
میرسد.
خصوصیات:
پاشش دو یا چهار برابر سریعتر از روش PLASMA SPRAY.
می توان پوشش های بسیار ظریف حتی تا چند صدم ایجاد کرد.
اکسیداسیون کمتر نسبت به PLASMA SPRAY.
به پودرهای با مش ریزتر نیاز دارد.
بدلیل صدای زیاد این پروسه باید در داخل یک اتاق ایزوله عایق صدا انجام شود.(سایلنسر)
حرف آخر
هر چند برای شروع در هر کاری تصمیم گیرنده اصلی خود ما هستیم! اما در پایان ذکر این نکته را لازم و ضروری میدانم
که تکنولوژی متالایزینگ و کار با انواع دستگاه متال اسپری یک کار تخصصی و نیاز به تجربه در طول مدت زمان طولانی دارد.
و صرف خرید دستگاه کافی نیست!! .بسیاری از افرادی که با من صحبت میکنند این تکنولوژی را با پروسه های جوشکاری
مقایسه میکنند.در صورتی که در این روش آماده سازی سطوح ،علمی بسیار حیاتیست اما در پروسه های جوشکاری
این طور نیست.مهارتهای تراشکاری در آماده سازی سطح بسیار مهم هست و حتی بسیاری از تراشکاران ماهر هم اطلاعی از آن ندارند.
در جهان کنونی که هزینه های تجهیز سر به فلک کشیده بایستی با علم و آگاهی نسبت به شروع یک صنعت قدم برداشت.
بسیاری از افراد بصورت هیجانی و بدون زمینه قبلی ، تجربه کافی و آشنایی با موارد مهم و حیاتی کار ، مبادرت به خرید تجهیزات
و دستگاه متال اسپری نمودند که خود به دفعات شاهد شکست این افراد بوده ام.
با علم و آگاهی قدم برداریم.
با آرزوی موفقیت و سربلندی میهمنم …