الرش الحراري

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 7 صور
الموسوعة الحرة
جهاز رش البلازما – نوع من أنواع الرش الحراري
درجة حرارة الجسيمات وسرعتها لعمليات الرش الحراري المختلفة [ 1 ]

تقنيات الرش الحراري هي عمليات طلاء يتم فيها رش مواد منصهرة (أو مسخنة) على سطح ما. يتم تسخين "المادة الأولية" (مادة الطلاء الأولية) بواسطة وسائل كهربائية (بلازما أو قوس كهربائي) أو كيميائية (لهب احتراق).

تُتيح تقنية الرش الحراري إمكانية الحصول على طبقات سميكة (يتراوح سمكها تقريبًا من 20 ميكرون إلى عدة مليمترات، حسب العملية والمادة الخام) على مساحة واسعة وبمعدل ترسيب عالٍ مقارنةً بعمليات الطلاء الأخرى مثل الطلاء الكهربائي والترسيب الفيزيائي والكيميائي للبخار . تشمل مواد الطلاء المتاحة للرش الحراري المعادن والسبائك والسيراميك والبلاستيك والمواد المركبة. تُغذى هذه المواد على شكل مسحوق أو سلك، وتُسخن إلى حالة منصهرة أو شبه منصهرة، ثم تُسرّع باتجاه الركائز على شكل جزيئات ميكرومترية. يُستخدم الاحتراق أو التفريغ الكهربائي القوسي عادةً كمصدر للطاقة في الرش الحراري. تتكون الطبقات الناتجة من تراكم العديد من الجزيئات المرشوشة. قد لا ترتفع درجة حرارة السطح بشكل ملحوظ، مما يسمح بطلاء المواد القابلة للاشتعال.

تُقيّم جودة الطلاء عادةً بقياس مساميته ، ومحتواه من الأكاسيد ، وصلابته الكلية والجزئية ، وقوة تماسكه ، وخشونة سطحه . وبشكل عام، تتحسن جودة الطلاء مع ازدياد سرعة الجسيمات.

الاختلافات

تتميز عملية الرش الحراري بعدة أنواع:

  • الرش بالبلازما
  • رش التفجير
  • رش القوس السلكي
  • رش اللهب
  • رش الطلاء بالأكسجين والوقود عالي السرعة (HVOF)
  • وقود الهواء عالي السرعة (HVAF)
  • رش دافئ
  • الرش البارد
  • رش ودمج

في عمليات الرش الكلاسيكية (التي طُوّرت بين عامي 1910 و1920) والتي لا تزال شائعة الاستخدام، مثل الرش باللهب والرش بقوس السلك، تكون سرعات الجسيمات منخفضة عمومًا (أقل من 150 م/ث (490 قدم/ث) )، ويجب أن تكون المواد الخام منصهرة لترسيبها. أما الرش بالبلازما، الذي طُوّر في سبعينيات القرن الماضي، فيستخدم نفاثة بلازما عالية الحرارة مُولّدة بواسطة تفريغ القوس الكهربائي، حيث تتجاوز درجات الحرارة النموذجية 15000 كلفن (14700 درجة مئوية؛ 26500 درجة فهرنهايت) ، مما يُتيح رش المواد المقاومة للحرارة مثل الأكاسيد والموليبدينوم ، وغيرها. [ 1 ]     

نظرة عامة على النظام

يتكون نظام الرش الحراري النموذجي مما يلي:

  • شعلة الرش (أو مسدس الرش) - الجهاز الأساسي الذي يقوم بصهر وتسريع الجزيئات المراد ترسيبها
  • وحدة التغذية - لتزويد الشعلة بالمسحوق أو السلك أو السائل من خلال الأنابيب.
  • إمداد الوسائط - الغازات أو السوائل لتوليد اللهب أو نفاثة البلازما، والغازات لحمل المسحوق ، وما إلى ذلك.
  • الروبوت/العمالة – ​​لمعالجة الشعلة أو المواد المراد طلاؤها
  • مصدر الطاقة - غالبًا ما يكون مستقلاً للمصباح اليدوي
  • وحدة (وحدات) التحكم - إما مدمجة أو منفصلة لجميع ما سبق

عملية الرش الحراري بالانفجار

يتكون مدفع التفجير من ماسورة طويلة مبردة بالماء مزودة بصمامات لإدخال الغازات والبارود. يُضخ الأكسجين والوقود (الأسيتيلين هو الأكثر شيوعًا) إلى الماسورة مع شحنة من البارود. تُستخدم شرارة لإشعال خليط الغاز، ويؤدي التفجير الناتج إلى تسخين البارود وتسريعه إلى سرعة تفوق سرعة الصوت داخل الماسورة. تُستخدم نبضة من النيتروجين لتنظيف الماسورة بعد كل تفجير. تتكرر هذه العملية عدة مرات في الثانية. ينتج عن الطاقة الحركية العالية لجزيئات البارود الساخنة عند اصطدامها بالركيزة تراكم طبقة كثيفة وقوية للغاية. تلتصق هذه الطبقة برابطة ميكانيكية ناتجة عن تشوه الركيزة الأساسية التي تُحيط بالجزيئات المرشوشة بعد الاصطدام عالي السرعة.

الرش بالبلازما

رش اللهب السلكي

في عملية الرش البلازمي ، تُدخَل المادة المراد ترسيبها (المادة الخام) - والتي عادةً ما تكون مسحوقًا ، وأحيانًا سائلًا ، [ 2 ] أو معلقًا ، [ 3 ] أو سلكًا - إلى تيار البلازما المنبعث من شعلة البلازما . في هذا التيار، حيث تصل درجة الحرارة إلى حوالي 10000 كلفن (9700 درجة مئوية؛ 17500 درجة فهرنهايت) ، تنصهر المادة وتُدفع نحو الركيزة. هناك، تتسطح القطرات المنصهرة، وتتصلب بسرعة، مُشكِّلةً طبقةً مترسبة. عادةً ما تبقى هذه الطبقات ملتصقةً بالركيزة كطلاء؛ كما يُمكن إنتاج أجزاء قائمة بذاتها بإزالة الركيزة. هناك عدد كبير من المعايير التقنية التي تؤثر على تفاعل الجسيمات مع تيار البلازما والركيزة، وبالتالي على خصائص الطبقة المترسبة. تشمل هذه المعايير نوع المادة الخام، وتركيب غاز البلازما ومعدل تدفقه، والطاقة المُدخلة، ومسافة إزاحة الشعلة، وتبريد الركيزة، وغيرها.   

عقارات الإيداع

تتكون الرواسب من عدد كبير من الصفائح الرقيقة المسطحة، تُسمى الصفائح ، والتي تتشكل نتيجة تسطح قطرات السائل. ونظرًا لأن أحجام مساحيق المواد الأولية تتراوح عادةً من الميكرومترات إلى أكثر من 100 ميكرومتر، فإن سمك الصفائح يتراوح في نطاق الميكرومترات، بينما يتراوح بُعدها الجانبي من بضعة ميكرومترات إلى مئات الميكرومترات. وتوجد بين هذه الصفائح فراغات صغيرة، مثل المسام والشقوق ومناطق الترابط غير الكامل. ونتيجةً لهذا التركيب الفريد، قد تمتلك الرواسب خصائص مختلفة تمامًا عن المواد الصلبة. وتشمل هذه الخصائص الميكانيكية عمومًا انخفاض المقاومة ومعامل المرونة ، وزيادة تحمل الإجهاد ، وانخفاض التوصيل الحراري والكهربائي . كما قد توجد أطوار غير مستقرة في الرواسب نتيجةً للتصلب السريع .

التطبيقات

تُستخدم هذه التقنية في الغالب لإنتاج طبقات طلاء على المواد الإنشائية. توفر هذه الطبقات حماية ضد درجات الحرارة العالية (مثل طبقات العزل الحراري لإدارة حرارة العادم )، والتآكل ، والتآكل الكيميائي ، والتلف ؛ كما يمكنها تغيير مظهر السطح، وخصائصه الكهربائية أو الاحتكاكية، واستبدال المواد المتآكلة، وما إلى ذلك. عند رشها على ركائز بأشكال مختلفة وإزالتها، يمكن إنتاج أجزاء قائمة بذاتها على شكل صفائح، وأنابيب، وأغلفة، وما إلى ذلك. يمكن استخدامها أيضًا لمعالجة المساحيق (التكوير، والتجانس، وتعديل التركيب الكيميائي، وما إلى ذلك). في هذه الحالة، لا توجد ركيزة للترسيب، وتتصلب الجسيمات أثناء الطيران أو في بيئة مُتحكم بها (مثل الماء). يمكن أيضًا استخدام هذه التقنية، مع بعض التعديلات، لإنشاء هياكل مسامية، مناسبة لنمو العظام، كطبقة طلاء للغرسات الطبية. يمكن حقن رذاذ تشتيت البوليمر في تفريغ البلازما لإنشاء تطعيم لهذا البوليمر على سطح الركيزة. [ 3 ] يُستخدم هذا التطبيق بشكل أساسي لتعديل التركيب الكيميائي لسطح البوليمرات.

الاختلافات

يمكن تصنيف أنظمة الرش بالبلازما وفقًا لعدة معايير.

توليد نفاثات البلازما:

الوسط المُكوِّن للبلازما:

  • البلازما المستقرة بالغاز (GSP)، حيث تتشكل البلازما من غاز؛ عادةً الأرجون أو الهيدروجين أو الهيليوم أو مخاليطها
  • البلازما المستقرة بالماء (WSP)، حيث تتشكل البلازما من الماء (من خلال التبخر والتفكك والتأين) أو سائل مناسب آخر
  • البلازما الهجينة – مع تثبيت مشترك للغاز والسائل، وعادةً ما يكون الأرجون والماء

بيئة الرش:

  • الرش البلازمي الجوي (APS)، الذي يتم إجراؤه في الهواء المحيط
  • الرش البلازمي في جو متحكم به (CAPS)، والذي يتم إجراؤه عادةً في غرفة مغلقة، إما مملوءة بغاز خامل أو مفرغة من الهواء.
  • أنواع مختلفة من تقنية الرش البلازمي: الرش البلازمي عالي الضغط (HPPS)، والرش البلازمي منخفض الضغط (LPPS)، والحالة القصوى منها هي الرش البلازمي الفراغي (VPS، انظر أدناه).
  • رش البلازما تحت الماء

يتمثل أحد الاختلافات الأخرى في استخدام مادة خام سائلة بدلاً من مسحوق صلب للصهر، وتُعرف هذه التقنية باسم رش البلازما باستخدام محلول السلائف

رش البلازما الفراغي

رش البلازما الفراغي

تُعدّ تقنية الرش البلازمي الفراغي (VPS) تقنيةً لحفر وتعديل الأسطح ، تُستخدم لإنشاء طبقات مسامية ذات قابلية تكرار عالية، ولتنظيف وهندسة أسطح البلاستيك والمطاط والألياف الطبيعية، فضلاً عن كونها بديلاً لمركبات الكلوروفلوروكربون في تنظيف المكونات المعدنية. ويمكن لهذه الهندسة السطحية تحسين خصائص مثل الاحتكاك، ومقاومة الحرارة ، والتوصيل الكهربائي السطحي ، والتشحيم ، وقوة تماسك الأغشية، أو ثابت العزل الكهربائي ، كما يمكنها جعل المواد محبة للماء أو كارهة له .

تُجرى هذه العملية عادةً عند درجة حرارة تتراوح بين 39 و120 درجة مئوية (312-393 كلفن؛ 102-248 درجة فهرنهايت) لتجنب التلف الحراري. ويمكنها إحداث تفاعلات سطحية غير مُنشَّطة حراريًا، مما يُسبب تغيرات سطحية لا يُمكن أن تحدث باستخدام الكيمياء الجزيئية عند الضغط الجوي. تتم معالجة البلازما في بيئة مُتحكَّم بها داخل حجرة مُغلقة عند مستوى فراغ متوسط، يتراوح بين 13 و65 باسكال (0.13-0.65 ملي بار ؛ 0.0019-0.0094 رطل لكل بوصة مربعة ) . يتم تنشيط الغاز أو خليط الغازات بواسطة مجال كهربائي بترددات تتراوح من التيار المستمر إلى ترددات الميكروويف ، عادةً ما بين 1 و500 واط عند 50 فولت. عادةً ما تكون المكونات المُعالَجة معزولة كهربائيًا. يتم إخلاء نواتج البلازما الثانوية المتطايرة من الحجرة بواسطة مضخة تفريغ ، ويمكن تحييدها، عند الضرورة، في جهاز تنقية العادم .      

على عكس الكيمياء الجزيئية، تستخدم البلازما ما يلي:

كما يُولّد البلازما إشعاعًا كهرومغناطيسيًا على شكل فوتونات فوق بنفسجية فراغية تخترق البوليمرات الصلبة إلى عمق حوالي 10  ميكرومتر. وهذا قد يتسبب في انقطاع السلاسل وتكوين روابط متقاطعة.

تؤثر البلازما على المواد على المستوى الذري. تُستخدم تقنيات مثل مطيافية الفوتونات الإلكترونية بالأشعة السينية والمجهر الإلكتروني الماسح لتحليل الأسطح، وذلك لتحديد العمليات المطلوبة وتقييم آثارها. وكمؤشر بسيط على طاقة السطح ، وبالتالي الالتصاق أو قابلية التبلل، يُستخدم غالبًا اختبار زاوية تلامس قطرة الماء . فكلما انخفضت زاوية التلامس، زادت طاقة السطح، وأصبحت المادة أكثر محبة للماء.

تغير التأثيرات مع البلازما

عند الطاقات العالية، يميل التأين إلى الحدوث أكثر من التفكك الكيميائي . في الغازات التفاعلية النموذجية، يُكوّن جزيء واحد من كل 100 جزيء جذورًا حرة، بينما يتأين جزيء واحد فقط من كل 10⁶ جزيء . التأثير السائد هنا هو تكوين الجذور الحرة. يمكن أن تسود التأثيرات الأيونية باختيار معايير العملية، واستخدام الغازات النبيلة عند الضرورة.

رش القوس السلكي

الرش بالقوس السلكي هو نوع من الرش الحراري، حيث يُغذى سلكان معدنيان قابلان للاستهلاك بشكل مستقل إلى مسدس الرش. يُشحن هذان السلكان، فيتولد بينهما قوس كهربائي. تعمل حرارة هذا القوس على صهر السلك الداخل، والذي يُحمل بعد ذلك في تيار هواء من المسدس. ثم يُرسب هذا المعدن المنصهر على السطح المراد رشه باستخدام الهواء المضغوط. تُستخدم هذه العملية عادةً للطلاءات المعدنية السميكة. [ 1 ]

قوس سلكي منقول بالبلازما

تقنية رش الأسلاك بالقوس الكهربائي المنقول بالبلازما (PTWA) هي شكل آخر من أشكال رش الأسلاك بالقوس الكهربائي، حيث يتم ترسيب طبقة طلاء على السطح الداخلي للأسطوانة، أو على السطح الخارجي لأي جزء ذي شكل هندسي. وتُعرف هذه التقنية بشكل أساسي باستخدامها في طلاء تجاويف أسطوانات المحركات، مما يُتيح استخدام كتل محركات من الألومنيوم دون الحاجة إلى أكمام حديدية ثقيلة. يُستخدم سلك موصل واحد كمادة خام في هذه التقنية. يقوم تيار بلازما فوق صوتي بصهر السلك، وتحويله إلى ذرات، ثم دفعه نحو السطح المراد رشه. يتشكل تيار البلازما نتيجة قوس كهربائي منقول بين مهبط غير قابل للاستهلاك ونوع السلك. بعد عملية التحويل إلى ذرات، ينقل الهواء المضغوط تيار القطرات المنصهرة إلى جدار التجويف. تتسطح الجزيئات عند اصطدامها بسطح السطح، نظرًا لطاقتها الحركية العالية. تتصلب الجزيئات بسرعة عند التلامس، لتشكل طبقة طلاء عالية المقاومة للتآكل. تستخدم عملية الرش الحراري بتقنية PTWA سلكًا واحدًا كمادة خام. يمكن استخدام جميع الأسلاك الموصلة حتى قطر 1.59 مم (0.0625 بوصة) كمادة خام، بما في ذلك الأسلاك ذات القلب المعدني. ويمكن استخدام تقنية PTWA لتطبيق طبقة طلاء على سطح التآكل لمكونات المحرك أو ناقل الحركة لاستبدال جلبة أو محمل. على سبيل المثال، يوفر استخدام PTWA لطلاء سطح محمل ذراع التوصيل العديد من المزايا، بما في ذلك تقليل الوزن والتكلفة واحتمالية الاحتكاك والإجهاد في ذراع التوصيل.  

رش الوقود بالأكسجين عالي السرعة (HVOF)

مخطط HVOF

خلال ثمانينيات القرن الماضي، طُوِّر نوعٌ من عمليات الرش الحراري يُعرف بالرش عالي السرعة بالأكسجين والوقود. يُغذَّى مزيجٌ من الوقود الغازي أو السائل والأكسجين إلى غرفة احتراق ، حيث يُشعل ويُحرق باستمرار. ينبعث الغاز الساخن الناتج، بضغطٍ يقارب 1 ميجا باسكال (10 بار؛ 150 رطل لكل بوصة مربعة) ، عبر فوهة متقاربة-متباعدة، وينتقل عبر قسمٍ مستقيم. يمكن أن تكون أنواع الوقود غازات ( مثل الهيدروجين ، والميثان ، والبروبان ، والبروبيلين ، والأسيتيلين ، والغاز الطبيعي ، وغيرها) أو سوائل ( مثل الكيروسين ، وغيرها). تتجاوز سرعة النفث عند مخرج الفوهة (أكثر من 1000 متر/ثانية (3300 قدم/ثانية) ) سرعة الصوت . يُحقن مسحوق التغذية في تيار الغاز، مما يُسرّع المسحوق إلى 800 متر/ثانية (2600 قدم/ثانية) . يُوجّه تيار الغاز الساخن والمسحوق نحو السطح المراد طلائه. ينصهر المسحوق جزئيًا في التيار، ويترسب على الركيزة. يتميز الطلاء الناتج بمسامية منخفضة وقوة تماسك عالية . [ 1 ]       

قد يصل سمك طبقات HVOF إلى 12 مم ( نصف بوصة ) . تُستخدم هذه التقنية عادةً لترسيب طبقات مقاومة للتآكل والصدأ على مواد مثل السيراميك والطبقات المعدنية. تشمل المساحيق الشائعة كربيد التنجستن والكوبالت ، وكربيد الكروم ، و MCrAlY، والألومينا . وقد حققت هذه العملية نجاحًا كبيرًا في ترسيب مواد السيرميت (مثل كربيد التنجستن والكوبالت) وسبائك أخرى مقاومة للصدأ ( مثل الفولاذ المقاوم للصدأ ، وسبائك النيكل، والألومنيوم، وهيدروكسيباتيت المستخدم في الزرعات الطبية ، وغيرها). [ 1 ]  

وقود الهواء عالي السرعة (HVAF)

تعتمد تقنية طلاء HVAF على احتراق البروبان في تيار هواء مضغوط. وكما هو الحال في تقنية HVOF، ينتج عن هذه التقنية نفاث متجانس عالي السرعة. إلا أن HVAF تختلف عنها باحتوائها على حاجز حراري لزيادة استقرار آليات الرش الحراري. يتم حقن المادة في تيار الهواء والوقود، وتُدفع جزيئات الطلاء باتجاه القطعة المراد رشها. [ 4 ] تصل درجة حرارة اللهب القصوى في HVAF إلى ما بين 1960 و2010 درجة مئوية ( 2230 إلى 2280 كلفن) ، ويبلغ متوسط ​​سرعة الجزيئات 1000 متر/ثانية . ونظرًا لأن درجة حرارة اللهب القصوى قريبة نسبيًا من نقطة انصهار معظم مواد الرش، فإن HVAF ينتج عنها طلاء أكثر تجانسًا وليونة. وهذا يسمح أيضًا بسماكة طلاء نموذجية تتراوح بين 0.051 و 1.270 ملم . تتميز طلاءات HVAF بقوة ربط ميكانيكية تتجاوز 12000 رطل لكل بوصة مربعة (83 ميجا باسكال؛ 830 بار) . تشمل مواد طلاء HVAF الشائعة، على سبيل المثال لا الحصر، كربيد التنجستن ، وكربيد الكروم، والفولاذ المقاوم للصدأ ، والهاستيلوي ، والإنكونيل . وبفضل طبيعتها المرنة ، تُساعد طلاءات HVAF على مقاومة أضرار التجويف . [ 5 ]          

رش ودمج

تستخدم تقنية الرش والدمج حرارة عالية لتعزيز الترابط بين طبقة الرش الحراري وسطح القطعة. وعلى عكس أنواع الرش الحراري الأخرى، تُنشئ هذه التقنية رابطة معدنية بين الطلاء والسطح. وهذا يعني أنه بدلاً من الاعتماد على الاحتكاك لالتصاق الطلاء، فإنها تدمج السطح ومادة الطلاء في مادة واحدة. وتكمن أهمية الرش والدمج في الفرق بين الالتصاق والتماسك.

تتضمن هذه العملية عادةً رش مادة مسحوقة على المكون، ثم استخدام شعلة أستيلين. تعمل الشعلة على صهر مادة الطلاء والطبقة العلوية من مادة المكون، مما يؤدي إلى دمجهما معًا. نظرًا للحرارة العالية الناتجة عن الرش والدمج، قد يحدث بعض التشوه الحراري، لذا يجب توخي الحذر لتحديد مدى ملاءمة المكون لهذه العملية. تُشابه درجات الحرارة العالية هذه تلك المستخدمة في اللحام. تُنتج هذه الرابطة المعدنية طبقة طلاء شديدة المقاومة للتآكل والخدش. توفر عملية الرش والدمج مزايا لحام الأسطح الصلبة مع سهولة الرش الحراري. [ 6 ]

الرش البارد

مخطط الرش البارد

تم طرح تقنية الرش البارد (أو الرش البارد الديناميكي الغازي) في السوق في التسعينيات. وقد طُوّرت هذه الطريقة في الأصل في الاتحاد السوفيتي - أثناء تجربة تآكل الركيزة المستهدفة، والتي عُرّضت لتدفق ثنائي الطور عالي السرعة من مسحوق ناعم في نفق هوائي، لاحظ العلماء تشكلاً سريعاً غير مقصود للطلاءات. [ 1 ]

في الرش البارد، تُسرَّع الجسيمات إلى سرعات عالية جدًا بواسطة غاز ناقل يُدفع عبر فوهة من نوع دي لافال متقاربة - متباعدة . عند الاصطدام، تتشوه الجسيمات الصلبة ذات الطاقة الحركية الكافية تشوهًا لدنًا وترتبط ميكانيكيًا بالركيزة لتشكيل طبقة طلاء. تعتمد السرعة الحرجة اللازمة لتكوين هذا الارتباط على خصائص المادة وحجم المسحوق ودرجة الحرارة. يمكن ترسيب المعادن والبوليمرات والسيراميك والمواد المركبة والمساحيق النانوية البلورية باستخدام الرش البارد. [ 7 ] تُعد المعادن اللينة مثل النحاس والألومنيوم الأنسب للرش البارد، ولكن تم الإبلاغ عن طلاء مواد أخرى (مثل التنجستن والتنتالوم والتيتانيوم وسبائك الكروم والألومنيوم والإيتريوم وكربيد التنجستن والكوبالت، إلخ) بهذه التقنية. [ 1 ]

تكون كفاءة الترسيب منخفضة عادةً لمساحيق السبائك، كما أن نطاق معايير العملية وأحجام المساحيق المناسبة ضيق. ولتسريع المساحيق إلى سرعات أعلى، تُستخدم مساحيق أدق (أقل من 20 ميكرومترًا). من الممكن تسريع جزيئات المسحوق إلى سرعات أعلى بكثير باستخدام غاز معالجة ذي سرعة صوت عالية (الهيليوم بدلًا من النيتروجين). مع ذلك، يُعد الهيليوم مكلفًا، ومعدل تدفقه، وبالتالي استهلاكه، أعلى. لتحسين قدرة التسريع، يُسخّن غاز النيتروجين إلى حوالي 900 درجة مئوية (1170 كلفن؛ 1650 درجة فهرنهايت) . ونتيجةً لذلك، تزداد كفاءة الترسيب وقوة الشد للرواسب. [ 1 ]   

رش دافئ

الرش الدافئ هو تعديل مبتكر للرش عالي السرعة بالأكسجين والوقود، حيث تُخفَّض درجة حرارة غاز الاحتراق بمزجه مع النيتروجين، مما يجعل العملية أقرب إلى الرش البارد. يحتوي الغاز الناتج على كمية كبيرة من بخار الماء والهيدروكربونات غير المتفاعلة والأكسجين، وبالتالي يكون أكثر تلوثًا من الرش البارد. مع ذلك، تكون كفاءة الطلاء أعلى. من جهة أخرى، تُقلل درجات الحرارة المنخفضة في الرش الدافئ من انصهار مسحوق التغذية وتفاعلاته الكيميائية، مقارنةً بالرش عالي السرعة بالأكسجين والوقود. تُعد هذه المزايا بالغة الأهمية لمواد الطلاء مثل التيتانيوم والبلاستيك والزجاج المعدني، التي تتأكسد أو تتلف بسرعة عند درجات الحرارة العالية. [ 1 ]

التطبيقات

طلاء سيراميكي مرشوش بالبلازما مطبق على جزء من نظام عادم السيارة

القيود

الرش الحراري عملية تتم تحت خط الرؤية، وآلية الربط ميكانيكية في المقام الأول. لا يتوافق تطبيق الرش الحراري مع الركيزة إذا كانت المنطقة المراد رشها معقدة أو محجوبة بأجسام أخرى. [ 9 ]

أمان

لا يُشترط أن تكون عملية الرش الحراري خطيرة إذا تم التعامل مع المعدات بعناية واتباع ممارسات الرش الصحيحة. وكما هو الحال في أي عملية صناعية، توجد عدة مخاطر يجب على المشغل إدراكها واتخاذ احتياطات محددة لمواجهتها. من الناحية المثالية، ينبغي تشغيل المعدات تلقائيًا داخل حاويات مصممة خصيصًا لسحب الأبخرة، وخفض مستويات الضوضاء، ومنع الرؤية المباشرة لرأس الرش. كما تُنتج هذه التقنيات طبقات طلاء أكثر اتساقًا. في بعض الأحيان، يتطلب نوع المكونات المراد معالجتها، أو انخفاض مستويات إنتاجها، تشغيل المعدات يدويًا. في ظل هذه الظروف، تظهر عدة مخاطر خاصة بالرش الحراري، بالإضافة إلى تلك الشائعة في الصناعات الإنتاجية أو التصنيعية. [ 10 ] [ 11 ]

ضوضاء

تستخدم معدات رش المعادن غازات مضغوطة تُصدر ضوضاء. وتختلف مستويات الصوت باختلاف نوع معدات الرش، والمادة المراد رشها، ومعايير التشغيل. تُقاس مستويات ضغط الصوت النموذجية على بُعد متر واحد خلف قوس الرش. [ 12 ]

ضوء الأشعة فوق البنفسجية

تُنتج معدات الرش بالاحتراق لهبًا شديدًا، قد تصل درجة حرارته القصوى إلى أكثر من 3100 درجة مئوية (3370 كلفن؛ 5610 درجة فهرنهايت) ، وهو شديد السطوع. أما الرش بالقوس الكهربائي فيُنتج أشعة فوق بنفسجية قد تُلحق الضرر بالأنسجة الحساسة في الجسم. كما يُولّد البلازما إشعاعًا فوق بنفسجيًا كبيرًا، يُسبب حروقًا سهلة للجلد المكشوف، وقد يُسبب أيضًا حروقًا ضوئية في العينين. يجب تزويد كبائن الرش والأماكن المغلقة بزجاج داكن ماص للأشعة فوق البنفسجية. وفي حال تعذر ذلك، يجب على المشغلين وغيرهم من الموجودين في المنطقة ارتداء نظارات واقية تحتوي على زجاج أخضر من الدرجة السادسة وفقًا للمعيار البريطاني. كما يجب وضع حواجز معتمة حول مناطق الرش. لا ينبغي أبدًا النظر مباشرةً إلى فوهة مسدس القوس الكهربائي إلا بعد التأكد من انقطاع التيار الكهربائي عن الجهاز. [ 10 ]   

الغبار والأبخرة

ينتج عن تذرية المواد المنصهرة كمية كبيرة من الغبار والأبخرة المكونة من جزيئات دقيقة للغاية (حوالي 80-95% من الجزيئات من حيث العدد أقل من 100  نانومتر). [ 13 ] تُعدّ مرافق الشفط المناسبة ضرورية ليس فقط لسلامة الأفراد، بل أيضًا لتقليل انحباس الجزيئات المتجمدة مرة أخرى في الطلاءات المرشوشة. يُوصى بشدة باستخدام أجهزة التنفس المزودة بمرشحات مناسبة في حال تعذر عزل المعدات. [ 13 ] تُشكّل بعض المواد مخاطر محددة معروفة: [ 10 ]

  1. تُعد جزيئات المعادن الدقيقة قابلة للاشتعال التلقائي وضارة عند تراكمها في الجسم.
  2. قد تتفاعل بعض المواد، مثل الألومنيوم والزنك والمعادن الأساسية الأخرى، مع الماء مُنتجةً غاز الهيدروجين. وهذا التفاعل قد يكون قابلاً للانفجار، لذا يلزم اتخاذ احتياطات خاصة في معدات سحب الأبخرة.
  3. تُصدر أبخرة بعض المواد، وخاصة سبائك الزنك والنحاس، رائحة كريهة، وقد تُسبب رد فعل شبيه بالحمى لدى بعض الأفراد (يُعرف باسم حمى أبخرة المعادن ). قد يظهر هذا بعد فترة من الرش، وعادةً ما يزول سريعًا. إذا لم يزل، يجب استشارة الطبيب.
  4. قد تتفكك أبخرة المركبات المتفاعلة وتنتج غازات ضارة. لذا، يجب ارتداء أجهزة التنفس في هذه المناطق، واستخدام أجهزة قياس الغاز لمراقبة الهواء قبل خلع أجهزة التنفس.

حرارة

تستخدم مسدسات الرش الاحتراقية الأكسجين وغازات الوقود. غازات الوقود قابلة للانفجار. على وجه الخصوص، لا يُسمح باستخدام الأسيتيلين إلا في ظروف معتمدة. أما الأكسجين، فرغم أنه غير قابل للانفجار، إلا أنه يُساعد على استمرار الاحتراق، وقد تشتعل العديد من المواد تلقائيًا في حال وجود مستويات زائدة من الأكسجين. لذا، يجب توخي الحذر لتجنب التسرب وعزل مصادر الأكسجين وغازات الوقود عند عدم الاستخدام. [ 10 ]

مخاطر الصدمة الكهربائية

تعمل مسدسات القوس الكهربائي بفولتيات منخفضة (أقل من 45 فولت تيار مستمر)، ولكن بتيارات عالية نسبيًا. ويمكن حملها يدويًا بأمان. أما وحدات تزويد الطاقة فهي موصولة بمصادر تيار متردد 440 فولت، ويجب التعامل معها بحذر. [ 10 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 كورودا، سيجي؛ كاواكيتا، جين؛ واتانابي، ماكوتو؛ كاتانودا، هيروشي (2008). "الرش الدافئ - عملية طلاء جديدة تعتمد على اصطدام الجسيمات الصلبة بسرعة عالية" . مجلة العلوم والتكنولوجيا للمواد المتقدمة ، 9 (3) 033002. doi : 10.1088/1468-6996 / 9/3/033002 . PMC 5099653. PMID 27877996 .  
  2. ↑ باولوسن، إس؛ ريغو، آر؛ غوسينز، أو؛ فانجينيوغدن، دي؛ روز، ك (2005). "بلمرة البلازما للمونومرات العضوية-غير العضوية الهجينة في تفريغ حاجز عازل عند الضغط الجوي". تكنولوجيا الأسطح والطلاءات . 200 ( 1-4 ): 672-675 . doi : 10.1016/j.surfcoat.2005.02.134 .
  3. 1 2 ليرو، ف؛ كامبان، س؛ بيرويلز، أ؛ جينجيمبر، ل (2008). "طلاء أقمشة البوليستر بطبقة نانوية من الفلوروكربون باستخدام بلازما الهواء الجوي مع الهباء الجوي". مجلة علوم الأسطح التطبيقية . 254 (13): 3902. Bibcode : 2008ApSS..254.3902L . doi : 10.1016/j.apsusc.2007.12.037 .
  4. ↑ "رش HVAF | طلاءات الرش الحراري | تحسين أجزاء الآلات" . طلاءات HTS . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2020-06-04 .
  5. ↑ "الرش الحراري لتجويف المضخات" . طلاءات HTS . 21 يناير 2020. تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 يونيو 2020 .
  6. ↑ "الطلاءات بالرش والصهر | الطلاءات المصهورة | المرتبطة معدنياً" . طلاءات HTS . تم الاطلاع عليه بتاريخ 28-07-2020 .
  7. ↑ موريدي، أ.؛ حساني-جانجاراج، س.م.؛ غواليانو، م.؛ داو، م. (2014). "الطلاء بالرش البارد: مراجعة لأنظمة المواد والآفاق المستقبلية". هندسة الأسطح . 30 (6): 369-395 . doi : 10.1179/1743294414Y.0000000270 . hdl : 11311/968457 . S2CID 987439 . 
  8. ↑ فيوكو، ل.؛ لي، س.؛ ستيفنز، م.م.؛ برناردو، إ.؛ جونز، ج.ر. (1 مارس 2017). "التوافق الحيوي والنشاط الحيوي لسيراميك سيليكات الكالسيوم والمغنيسيوم المسامي المشتق من البوليمر". أكتا بيوماتيريليا . 50 : 56-67 . doi : 10.1016/j.actbio.2016.12.043 . hdl : 10044/1/43928 . PMID 28017870 . 
  9. ↑ ديجيتز، تود؛ دوبلر، كلاوس (نوفمبر 2002). "أساسيات الرش الحراري" . مجلة اللحام . مؤرشف من الأصل في 18 نوفمبر 2004.
  10. 1 2 3 4 5 بلانت، جين؛ بالتشين، كارولاينا الشمالية (2001). الصحة والسلامة في اللحام والعمليات ذات الصلة . دار وودهيد للنشر. الصفحات 190-205 . ISBN  978-1-85573-538-5.
  11. ↑ كودالي، فامسي؛ أفشاري، علي أكبر؛ ميغان، تيرينس؛ ماكيني، والتر؛ مازومدر، محمد حبيب الحسن؛ مازومدر، نايريتا؛ كومبستون، جاريد ل.؛ ليونارد، هوارد د.؛ كومبستون، جيمس ب.؛ فريند، شيري؛ ليونارد، ستيفن س.؛ إرديلي، آرون؛ زايدلر-إرديلي، باتي س.؛ حسين، سالك؛ لي، إيون غيونغ (2022-12-01). "السمية الحيوية والمخبرية لرذاذ الفولاذ المقاوم للصدأ المتولد أثناء طلاء الرش الحراري". أرشيف علم السموم . 96 (12): 3201-3217 . Bibcode : 2022ArTox..96.3201K . doi : 10.1007/ s00204-022-03362-7 . ISSN 1432-0738 . PMID 35984461. S2CID 251671596 .   
  12. ↑ سوريانارايانان، ر. (1993). الرش البلازمي: النظرية والتطبيقات . دار النشر العالمية العلمية، ص 211. رمز Bibcode : 1993psta.book.....S . رقم ISBN  978-981-02-1363-3.
  13. 1 2 بيمر، د.؛ رينييه، ر.؛ سوبرا، إ.؛ سوتر، ب.؛ لوكلير، م. ت.؛ موريل، ي. (2010). "الجسيمات متناهية الصغر المنبعثة من مسدسات اللهب والقوس الكهربائي للرش الحراري للمعادن" . حوليات الصحة المهنية . 54 (6): 607-14 . doi : 10.1093/annhyg/meq052 . PMID 20685717 .