تکنولوژی پاشش حرارتی

١- مقدمه :
با توجه به افزایش نرخ تولید و آرآیی تجهیزات ، پدیده هایی مانند سایش
و خوردگی اجزا مختلف ماشین آلالات و سازه ها نیز بطور قابل ملالاحظه ای
رشد یافته ا ست . این موضوع باعث توسعه روشهای سطح پوشانی
شده است تا مقاومت قطعات را نسبت به سایش و خوردگی افزایش
دهد . همچنین با این روشها می توان بسیاری از قطعات فرسوده را
بازسازی نمود و از هزینه تامین قطعات نو آاست .
ایجاد لالایه های سطحی روی قطعات می تواند به منظورها ی متفاوتی
صورت گیرد از جمله می توان به این موارد اشاره آرد :
‐ افزایش مقاومت به سایش
‐ افزایش مقاومت به خوردگی
‐ بهبود خواص سطحی
‐ بهبود هدایت حرارتی یا عایق حرارتی
‐ هدایت یا عایق الکتریکی
‐ بهبود ظاهر قطعه
‐ ترمیم و بازسازی قطعات
٢- فرآیندهای سطح پوشانی :
لالایه های سطحی را میتوان برروش های گوناگون روی قطعات ایجاد نمود .
جدول زیر این فرآیندها را نشان می دهد .

٣- فرآیند سطح پوشانی ترمومکانیکی ( پاشش حرارتی )
در سالهای اخیر فرآیندهای ترمومکانیکی در ساخت قطعات و یا بازسازی
آنها آاربرد زیادی یافته است . این توسعه روز افزون آاربر د ، ب ه دلالایل زیر
می باشد :
‐ در پاشش حرارتی امکان ترآیب مواد گوناگونی بصورت لالایه و سطح
پایه وجود دارد .
‐ بدلیل انعطاف پذیری فرآیند پاشش حرارتی امکان ترمیم بسیاری از
قطعات وجود دارد . در مقایسه با سایر روشهای ترمیم ، پاشش
حرارتی دارای هزینه آمتر و زمان توقف آوتاهتری
می باشد .
‐ قطعه پوشش شده با این روش حرارت آمی می بیند در نتیجه
دچار تغییر میکروساختار و پیچیدگی آمتری می شوند . البته
روشهایی آه با عملیات حرارتی تکمیلی همراه هستند ا ستثنا می
باشند .
‐ آاربرد این روش به ابعاد قطعه بستگی ندارد .
‐ حتی قطعات پیچیده را می توان با رعایت شرایط خاص پوشش داد
.
‐ بسته به نوع پوشش و فرآیند می توان به ضخامتهای مختلف دست
30 است . μm یافت ، حد مینیمم
‐ روش ، مواد و تکنولوژی مورد استفاده در سالهای اخیر توسعه قابل
توجهی یافته است .
بدلیل شرایط خاص فرآیند پاشش حرارتی ، پوششهای ایجاد شده با این
روش رفتار متفاوتی نسبت به مواد متراآم از خود نشان می دهند .
از معایب این روش می توان موارد زیر را فهرست آرد :
‐ تخلخل میکرونی لالایه پوشش
‐ استحکام اتصال محدود لالایه پوشش
‐ حساسیت پوشش نسبت به فشار لبه ها ، خمش و ضربه
‐ محدودیت های موجود ناشی از ابعاد هندسی مانند هنگامی آه
سطح داخلی لوله هایی با قطر آم پوشش می شوند .
١- اصول فرآیند : -٣
پاشش حرارتی شامل فرآیندهایی می شود آه در آنها ذرات ریز مذاب یا
گداخته روی سطح آماده شده یک قطعه پاشیده می شو ند . سطوح پایه
گداخته نمی گردد .
در اثر انرژی حرارتی و جنبشی ذرات ، این ذرات به سطح فلز و ذرات
بعدی متصل می شوند . مکانیزم اصلی اتصال قفل شدن فیزیکی ذرات و
سطح در یکدیگر است .
مکانیزمهای دیگری آه در اتصال دخیل هستند عبارتنداز :
‐ جوش خوردگی سطوح
فرآیندهای شیمیایی و متالورژیکی ( نفوذ ، ترآیب و تشکیل فازهای
جدید )
‐ چسبندگی فیزیکی و شیمیایی

بدین ترتیب لالایه ها پشت سرهم پوشش داده می شوند و یک ساختار
لالایه ای ایجاد می آنند .

٢- آماده سازی سطوح قطعات جهت پاشش : -٣
از ملزومات فرآیند پاشش جهت ایجاد پوششی با چسبندگی خوب ،
آماده سازی سطوح قطعات
می باشد . آماده سازی شامل مراحل زیر می گردد :
‐ تمیز آاری سطح :
سطح باید از پوسته ، اآسید ، زنگ ، چربی ، رنگ و سایر آلودگی های
ممکن پاآسازی شود . بدین منظور باید از مواد حلالال ، بخار و یا امواج
فراصوت استفاده گردد .
زبر سازی سطح :
سطح باید توسط روشهای خاصی زبر شود مانند بلالاست با ذرات آهنی .
‐ اعمال لالایه های میانی :
در مواردیکه ضریب انبساط فلز پایه و پوشش تفاوت زیادی دارد جهت
افزایش استحکام و قدرت چسبندگی پوشش از لالایه های میانی استفاده
می شود . مواد مورد استفاده بع نوان لالایه های میانی نیکل -آلومینیوم ،
نیکل -آرم و مولیبدن می باشد .
پس از آماده سازی بدلیل اآسید شدن سریع سطح ایجاد شده باید
پاشش سریعا" انجام شود .
٣- فرآیند پاشش حرارتی : -٣
فرآیندهای پاشش بر اساس موارد زیر دسته بندی می گردند :
‐ شکل ماده پاششی ( سیم ، پودر ، مفتول و فلز مذاب )
‐ هدف آاربردی ( ضد خوردگی ، ضد سایش )
‐ نوع اجرا ( نیمه ماشینی ، تمام ماشینی و اتوماتیک )
‐ نوع انرژی مصرفی ( شعله ، الکتریسیته ، پلالاسما ، لیزر )
جهت ایجادپوششهای پاششی تمامی فرآیندها به دو نوع انرژی نیازدارند
:
‐ انرژی حرارتی
‐ انرژی جنبشی
مقدار انرژی توسط انتخاب نوع روش ( انرژی مصرفی ) تعیین می شود .
انرژی حرارتی جهت گداختن و ذوب ذرات مورد نیاز است . انرژی جنبشی
از سرعت حرآت ذرات محاسبه می گردد و در دانسیته پوشش و
استحکام چسبندگی آن تاثیر دارد . انرژی جنبشی در فرآیندهای مختلف
متفاوت است و به نوع ماده پاششی و ابعاد ذرات بستگی دارد .
بدلیل سطوح انرژی مختلفی آه در یک فرآیند قابل دستیابی است ، هر
یک از فرآیندهای پاشش دارای محدوده آاربری خاصی است .

پاشش اآسی استیلن با سیم :
در این حالت سیم تغذیه توسط شعله بطور مداوم ذوب شده و هم راه
شعله روی سطح قطعه پاشیده
می شود . این روش بدلیل ایجاد پوشش با آیفیت مناسب بسیار متداول
است . در صنایع اتومبیل سالالانه صدها تن مولیبدن به این روش روی
قطعات مانند رینگ پیستون پوشش داده می شود .

پاشش شعله ای پودر :
در این روش پودر توسط گاز سوختی به د رون نازل آشیده می شود .
ذرات پودر در اثر انبساط ناشی از سوخت ترآیبی ا ستیلن – اآسیژن
شتاب می گیرند . در این حین ذرات در اثر انرژی حرارتی سوخت ذوب یا
گداخته می شوند . جهت جلوگیری از بهم ریختگی در تغذیه پودر می
توان از لرزاننده های الکتریکی در محفظه پودر استف اده آرد . بازده این
دستگاه نسبت به نوع معمول سیمی بیشتر و مقدار اسپاتر آن آمتر
است . اما در مقایسه با نوع سیمی ، از این روش نمی توان در تمامی
جهات استفاده آرد . ساختار پوشش ایجاد شده مشابه روش سیمی
می باشد . جهت افزایش استحکام چسبندگی و آاهش تخلخل پوشش
موادی مانند بور و سیلیس به پودر اضافه می گردد و دمای پوشش توسط
1020 رساند ، می شود . – 1140 °C شعله اآسی استیلن به

پاشش شعله ای پلالاستیک :
این روش با روشهای دیگر پاشش متفاوت است چرا آه مواد پلالاستیکی را
نمی توان بطور مستقیم در معرض شعله قرار داد . نازل مور د استفاده در
این روش دارای یک خروجی پودر در وسط و دو خروجی دور خروجی اول
می باشد . خروجی داخلی جهت هوا یا گاز خنثی و خروجی بیرونی
جهت شعله اآسی استیلن استفاده می شود . در نتیجه ذوب پلالاستیک
در اثر هوای گرم اطراف آن صورت
می گیرد نه در اثر تماس مستقیم شعله .

پاشش شعله ای با سرعت بالالا :
در این روش گاز سوختی با فشار بالالا و بصورت مداوم در محفظه تورچ می
سوزد و پودر در راستای محور مرآزی محفظه وارد می گردد . استفاده از
فشار بالالا و نوع محفظه باعث افزایش قابل توجه شتاب ذرات می گردد و
تولید پوششهایی ضخیم با چسبندگی عالی و تخلخل آم می گردد .
3 می باشد بنابراین تنها از گازهای مقاوم به – 7 bar فشار گاز سوختی
فشار مانند پروپان ، اتیلن ، هیدروژن و پروپیلن می توان استفاده آرد .
علالاوه بر مسائل اقتصادی باید تاثیر گاز بر ماده پوشش نیز در انتخاب گاز
مد نظر قرار گیرد .
در سالهای اخیر سیستم های جدیدی با استفاده از این روش ابداع شده
است . یکی از این سیستم های جدید پاشش با گاز سرد می باشد . در
این روش انرژی جنبشی افزایش داده شده و انرژی حرارتی آاهش می
یابد . در نتیجه می توان پوششهایی بدون اآسید ایجاد آرد . دمای گاز
3 می – 15 kg/h 100 و نرخ پوشش دهی m/s 600 ، سرعت بیشتر از °C
باشد .
پوششهای تولید شده به روش پاشش شعله ای با سرعت بالالا دارای
خواص زیر می باشند :
• تخلخل آم ، مناسب برای خوردگی تنشی در مقایسه با
پوششهای تولیدی روشهای دیگر
• سطح پوشش بسیار صاف بوده و هزینه عملیات تک میلی را
آاهش می دهد .
• تبدیل آاربید ها به مواد ترآیبی در اثر گاز گرم در این روش
بسیار آمتر است .
با این روش تمامی مواد را میتوان اسپری آرد .

پاشش با نازل انفجاری :
در این روش جهت ایجاد انرژی جنبشی مناسب از انفجارهای آنترل شده
استفاده می شود . نازل مو رد استفاده بصورت لوله ای بلند است آه
درون آن مخلوط گازآسیژن – استیلن قرار دارد و مواد پودری به آن اضافه
می گردد و انفجار در اثر جرقه الکتریکی تشکیل می شود . انرژی ناشی
از انفجار باعث ذوب شدن و شتاب گرفتن ذرات می گردد . فرآانس فرآیند
4 پاشش بر ثانیه می باشد . پس از هر انفجار ، نازل باید از محصولات – 8
انفجار پاآسازی گردد آه این امر توسط اآسیژن صورت می گیرد .آلودگی
150 ) بنابراین باید در یک محفظه dB صوتی فرآیند بسیار زیاد است ( حدود
با عایق صوتی اجرا گردد . بدلیل شرایط خا ص این فرآیند تنها ذرات با
5 قابل استفاده می باشند . – 60 μm ابعاد

پاشش قوسی :
در این روش از الکتریسیته بعنوان منبع انرژی استفاده می شود . سیم و
یا مفتول لوله ای شکل از جنس ماده پوشش توسط ایجاد قوس ذوب
شده و توسط گاز اتمیزه آننده ( مانند هوای فشرده ) پاشیده شده و به
سطح قطعه می چسبد . قوس الکتریکی بین دو سیم تغذیه و در اثر
تماس ایجاد می گردد . خواص پوششهای ایجاد شده بدلیل تفاوت در
رفتار مواد در آند وآاتد و تفاوت اندازه ذرات ایجاد شده غیر همسان می
باشد . تفاوت در انرژی جنبشی و دمای انجماد ذرات پاششی و از بین
2 ) در عمل نمی تواند بعنوان عیب عمده – رفتن عناصر آلیاژی (حداآثر % 3
مطرح گردد . تاثیر اآسیژن روی ذرات پاششی در ناحیه ذوبی می تواند
نامطلوب باشد آه با استفاده از گاز نیتروژن می توان این اثر را آاهش داد
. آیفیت لالایه های پوشش شده توسط این روش نسبت به فرآیندهای
دیگر آمی پایین تر است . بدلیل ن رخ رسوب بالالای پاشش قوسی از این
روش بیشتر جهت لالایه های مقاوم به سایش و خوردگی استفاده می
شود .

پاشش پلاسما :
در این روش مواد پودری توسط پلاسما ذوب شده و با انرژی جنبشی زیاد
به سطح قطعه پاشیده
می شوند . پلاسما توسط ایجاد قوس در گاز آرگون ، هلیم ، نیترو ژن ،
هیدروژن و یا ترآیبی از آنها ایجاد می گردد . در این حالت قوس بین یک
الکترود مرآزی تنگستن و نازل خنک شونده با آب ایجاد می گردد . در
ناحیه قوس گاز یونیزه شده و با سرعت بالالا بسمت قطعه آار از نازل خارج
می گردد . ذرات توسط گاز پلالاسما همزمان ذوب شده و بسمت قطعه
شتاب می گیرند .
پاشش پلالاسما می تواند در محیط اتمسفر عادی ، در گاز محافظ منند
آرگون و یا در خلالا اجرا گردد . همچنین با استفاده از نازلهای خاص می
توان به پلالاسما با سرعت بالالا دست یافت . بیشتر مصارف این روش در
صنایع هوا فضا و بیومتریال است .

پاشش لیزری :
در این روش مواد پودری توسط یک نازل مناسب در یک پرتو لیزری قرار می
گیرند . پرتو لیزری مواد پودری را همزمان با یک قسمت آوچک از سطح فلز
پایه ذوب می آند و مواد پاششی با فلز پایه پیوند متالورژیکی ایجاد می
آنند . جهت محافظت از حوضچه مذاب از گاز محافظ استفاده می گردد .
بدلیل دقت بالالای لیزر می توان با این روش دقیقا " نقاط مورد نظر از سطح
قطعه را پوشش داد . موارد مصرف این خاصیت در پوشش جزئی قالب
های برش و ابزار برش می باشد .

۴- مواد پاششی : -٣
مواد پاششی بر اساس شکل دسته بندی می شوند ، آنها را می توان
بصورت سیم ، مفتول ، رشته ، سیم های مغزدار ، لوله ها و پودر تقسیم
آرد .
سیم ها اصولا لا " در پاشش قوسی و شعله ای استفاده می
شوند . مواد مهم سیمی فولالادها ، فلزات غیر آهنی و
آلیاژهای آنها می باشد .
• مفتولها در نازلهای خاص پاشش شعله ای استفاده می
شوند . مواد مهم م فتولی اآسیدها هستند . رشته های
فلزی و اآسیدی نیز در فرآیندهای شعله ای استفاده
می گردند .
اغلب در Cr – Fe – C • سیم های مغزدار و لوله های آاربیدی
فرآیند قوسی استفاده می شوند .
• پودرها در تمامی فرآیندها استفاده می شوند بجز فرآیند
قوسی . انواع مختلفی از مواد پودری وجود دارد . پودرها
اغلب توسط آسیاب مکانیکی مواد و یا اتمیزه آردن مذاب
فلزات تولید می شوند .

۴- عملیات تکمیلی :
پوشش پاششی اغلب دارای سطحی زبر و متخلخل می باشند . زبری
2 حجمی – 5 و تخلخل آنها % 17 – 13 μ m معمول سطحی این پوششها
می باشد آه مقدار آن بستگی به نوع ماده و روش آاربردی دارد .
در بسیاری موارد این پوششها روی قطعات تجهیزات ی داده می شوند آه
دارای تلورانس ابعادی خاص و یا آیفیت سطحی بالالایی باشند . همچنین
امکان استفاده از آنها در محیطهای خورنده وجود دارد و حفرات می توانند
باعث تماس محیط خورنده با فلز پایه و خورده شدن آن گردند . بنابراین در
بسیاری موارد نیازبه اجرای عملیات تکمیلی روی پوششهایی پاششی
می باشد .
: Sealing ١- آب بندی -۴
در عملیات آب بندی حفرات موجود در پوشش گرفته می شوند تا از تماس
محیط با فلز پایه جلوگیری شود . حفرات ع لالاوه بر احتمال ایجاد خوردگی
در فلز پایه می توانند در ماشینکاری سطح نیز مشکلالاتی ایجاد آرده و
باعث آنده شدن پوشش در لبه های حفره در اثر ماشینکاری شوند آه
آب بندی این مشکل را نیز رفع می آند .

آب بندها معمولا لا " از مواد مومی ، فنولیکی و غیرارگانیکی می باشند آه
می توانند ب ه روشهای برس آشی ، اسپری و یا غوطه وری اعمال گردند
1 میلیمتر برسد . . . عمق نفوذ این آب بندها می تواند تا 8
٢- پرداخت و ماشین آاری : -۴
جهت رسیدن به تل ورانس ابعادی و آیفیت سطحی مناسب پس از آب
بندی می توان از روشهای استاندارد ماشین آاری و پر داخت استفاده
نمود . البته بدلیل ساختار ویژه پوشش باید دقت آافی صورت گیرد تا از
آسیب دیدن پوشش جلوگیری شود .
٣- ترمیم پوشش : -۴
ترمیم پوشش پاششی اغلب توصیه نمی گردد . تاآنون روش غیرمخرب
قابل اعتمادی جهت بررسی آیفیت خط اتصال و بدنه پوشش ابداع نشده
است . روشهای ، آماده سازی سطحی وقتی روی پوششها اعمال می
گردد با ورود ذرات و آلودگی به درون پوشش و ایجاد تنش باعث آاهش
آیفیت پوشش می شود . پوششهایی آه در حین آارآرد آسیب دیده اند
باید جایگزین شوند . هنگامی آه پوشش جدید آسیب می بیند جایگزین
آردن آن هزینه آمتری نسبت به ریسک تخریب پوشش در اثر ترمیم دارد .
۵- بازرسی و آزمون :
قبل از اجرا ( JRS ) در هر فرآیند پاشش حرارتی باید استاندارد مرجع آاری
تهیه گردد . جهت تهیه این مرجع باید تمامی شرایط مشابه شرایط آار
قطعی باشد . سپس این نمونه آنترل آیفی می گردد . در صورت تائید
آیفیت پیمانکار نباید پارامترهای فرآیند را هنگام اجرا تغییر دهد .
بسته به شرایط و آاربرد پوشش ممکن است به اجرای آزمونهای
مختلفی نیاز باشد . عمده ترین آزمونهای مورد استفاده در بازرسی
پوشش پاششی عبارتند از :
‐ سختی سنجی پوشش
‐ بررسی متالوگرافیکی
‐ آزمون استحکام پیوند

٦- استانداردها:

فهرست مطالب
١- مقدمه : 1
٢- فرآیندهای سطح پوشانی : 1
٣- فرآیند سطح پوشانی ترمومکانیکی ( پاشش حرارتی ) 2
١- اصول فرآیند : -٣ 4
٢- آماده سازی سطوح قطعات جهت پاشش : -٣ 5
٣- فرآیند پاشش حرارتی : -٣ 6
پاشش اآسی استیلن با سیم : 7
پاشش شعله ای پودر : 8
پاشش شعله ای پلالاستیک : 9
پاشش شعله ای با سرعت بالالا : 10
پاشش با نازل انفجاری : 12
پاشش لیزری : 15
۴- مواد پاششی : -٣ 16
۴- عملیات تکمیلی : 18
٢- پرداخت و ماشین آاری : -۴ 19
٣- ترمیم پوشش : -۴ 19
۵- بازرسی و آزمون : 20
٦- استانداردها: 21

تکنولوژی پاشش حرارتی…………………………………………………………………  16