الرش الحراري عالي السرعة: HVOF وHVAF
HVOF، أي الرش عالي السرعة بالوقود والأكسجين، وHVAF، أي الرش عالي السرعة بالوقود والهواء، تقنيتان متقدمتان لتطبيق الطلاءات بالرش الحراري. وتستخدمان الطاقة الحركية لنفاثة فوق صوتية لإنتاج طلاءات فائقة الكثافة ذات قوة التصاق عالية جداً بالركيزة.
مبدأ عمل HVOF وHVAF
- الاحتراق تحت الضغط: تُغذّى غرفة الاحتراق المغلقة في مسدس الرش باستمرار بغازات عالية الضغط.
- HVOF: يُستخدم وقود غازي أو سائل، مثل البروبان أو البروبيلين أو الهيدروجين أو الكيروسين، مع الأكسجين النقي.
- HVAF: يُستخدم غاز الوقود مع الهواء المضغوط.
- التسارع فوق الصوتي: تتمدد نواتج الاحتراق في فوهة لافال لتصل إلى سرعة فوق صوتية تبلغ 1,000–2,000 m/s.
- تغذية المسحوق: يدخل المسحوق الدقيق إلى الفوهة، حيث تُسخّن الجسيمات إلى حالة لدنة، غالباً دون انصهار كامل.
- الاصطدام والتشوه: تصطدم الجسيمات بالركيزة بسرعة شديدة الارتفاع. وتضمن طاقتها الحركية العالية التصاقاً قوياً وتكوين طلاء كثيف جداً شبه خالٍ من المسام.
الفروق الرئيسية بين HVOF وHVAF
- درجة حرارة اللهب: تصل حرارة HVOF إلى 3,000 °C بفضل الأكسجين. وتكون حرارة HVAF أقل، نحو 2,000 °C، لأن الهواء يحتوي على نحو 78% نيتروجين يخفض حرارة اللهب.
- سرعة الجسيمات: يوفر HVAF سرعة جسيمات أعلى تعوّض انخفاض الحرارة بزيادة طاقة الاصطدام.
- أكسدة المسحوق: تنخفض أكسدة المادة في HVAF بفضل الحرارة الأقل والنيتروجين الموجود في هواء العملية. لذلك تحتوي طلاءاته على أكاسيد أقل وتتميز بصلادة أعلى.
- تكاليف التشغيل: تشغيل معدات HVAF أقل تكلفة بكثير، لعدم الحاجة إلى الأكسجين الصناعي مرتفع الثمن.
المزايا
- قوة التصاق عالية جداً: تتجاوز قوة الالتصاق 70–80 MPa، وغالباً ما تتجاوز مقاومة اللاصق المستخدم في اختبار الشد.
- مسامية ضئيلة: قد تبلغ الكثافة النسبية للطلاء 99.5% أو أكثر.
- إجهادات حرارية منخفضة: تتشكل إجهادات متبقية انضغاطية تسمح بتطبيق طبقات سميكة مع خطر منخفض للانفصال.
- الحفاظ على التركيب الطوري: تقاوم المواد الكربيدية، مثل WC–Co، التلف والتحلل أثناء الرش.
العيوب والقيود
- ارتفاع تكلفة المعدات: تتطلب العملية أنظمة معقدة للتحكم بإمداد الغازات ومناولات آلية قوية وغرفاً معزولة صوتياً.
- الضوضاء: قد يصل مستوى الضغط الصوتي للنفاثة فوق الصوتية إلى 130–140 dB.
- قيود هندسية: يتطلب الترسيب الفعال عادةً زاوية رش 45–90° بالنسبة إلى السطح، وتكون معالجة الأسطح الداخلية للأنابيب شديدة الصعوبة.
مجالات التطبيق
- النفط والغاز: حماية الصمامات الكروية والبوابية وأدوات الحفر من البلى الهيدروكاشط.
- الطاقة الكهرومائية: طلاء ريش التوربينات المائية لحمايتها من التكهف.
- الصناعات المعدنية: طلاء درافيل الدرفلة لحمايتها من البلى الكاشط الشديد.
- الطيران والفضاء: استبدال الطلاء الكهربائي بالكروم الصلب الضار بيئياً في أجزاء معدات الهبوط وأعمدة المحركات.