الاستشارات الفنية
تهدف الاستشارات الفنية في مجال الطلاءات الواقية إلى اختيار المزيج الأمثل من المادة وتقنية التطبيق لحماية الأجزاء من البلى الشديد والتآكل ودرجات الحرارة المرتفعة والتعرية.
فيما يلي حلول هندسية تعتمد على المساحيق المركبة — السيرمت — والسيراميك النقي، مع الطرق الرئيسية لتطبيق الطلاءات.
اختيار المادة: المركبات أم السيراميك
المساحيق المركبة — السيرمت
يتكون السيرمت من جسيمات خزفية صلبة موزعة داخل مصفوفة معدنية لدنة.
- التركيبات المعتادة: WC–Co (كربيد التنغستن–الكوبالت)، وWC–Co–Cr، وCr₃C₂–NiCr (كربيد الكروم–النيكل والكروم).
- الخصائص: مقاومة استثنائية للبلى الكاشط والالتصاقي مع متانة صدم عالية.
- التطبيقات: دوارات محركات الحفر اللولبية، والصمامات الصناعية، وأعمدة المضخات، وأدوات الحفر.
السيراميك التقني
يتكون السيراميك التقني من أكاسيد المعادن دون مادة رابطة معدنية.
- التركيبات المعتادة: Al₂O₃ (أكسيد الألومنيوم)، وCr₂O₃ (أكسيد الكروم)، وZrO₂–Y₂O₃ (ثاني أكسيد الزركونيوم المثبت بأكسيد الإيتريوم — YSZ).
- الخصائص: خمول كيميائي وعزل كهربائي ومقاومة حرارية حتى 1,500 °C وأكثر وموصلية حرارية منخفضة.
- التطبيقات: طلاءات الحماية الحرارية لريش التوربينات، وغطاسات مضخات الأوساط الكيميائية، وأسطوانات الأنيلوكس لآلات الطباعة.
الطرق الرئيسية لتطبيق الطلاءات
تُختار طريقة التطبيق وفق كثافة الطلاء المطلوبة وقوة الالتصاق بالركيزة وهندسة القطعة.
أ. الرش الحراري عالي السرعة — HVOF / HVAF
تسرّع نفاثة غازية فوق صوتية المسحوق إلى سرعة 600–1,000 m/s.
- المواد المثلى: السيرمت مثل WC–Co–Cr وCr₃C₂–NiCr.
- المزايا: مسامية أقل من 1%، وقوة التصاق تتجاوز 70 MPa، وتسخين مفرط وتحلل محدودان للأطوار الكربيدية.
- القيود: لا تناسب الطريقة السيراميك النقي عالي الانصهار بسبب درجة حرارة اللهب المنخفضة نسبياً.
ب. الرش بالبلازما — APS / الرش بالبلازما التفاعلية
يُغذّى المسحوق إلى نفاثة بلازما عالية الحرارة تصل إلى 15,000 °C.
- المواد المثلى: السيراميك عالي الانصهار مثل Al₂O₃ وCr₂O₃ وZrO₂.
- المزايا: إمكانية صهر معظم المواد والحصول على طلاءات عالية المقاومة الحرارية ومقاومة التآكل.
- القيود: مسامية أعلى من HVOF، عادةً 2–5%، وقوة التصاق أقل تبلغ نحو 30–50 MPa. ويلزم ضبط صارم لتبريد القطعة.
ج. التكسية بالليزر — بديل للرش الحراري
يُغذّى المسحوق إلى منطقة تأثير الليزر، حيث يصهر الشعاع طبقة سطحية رقيقة من الركيزة.
- المواد المثلى: السبائك المعدنية والمركبات ذات المصفوفة المعدنية المحتوية على جسيمات كربيد خشنة.
- المزايا: رابطة ميتالورجية بالركيزة ومسامية شبه معدومة.
- القيود: دخل حراري أعلى من الرش الحراري قد يسبب تشوه الأجزاء رقيقة الجدران.
عملية الاستشارات الهندسية
عند تطوير حل للحماية، يقيّم متخصصونا ثلاثة عوامل رئيسية:
ظروف التشغيل ← اختيار المادة ← طريقة التطبيق
- البلى الكاشط والاحتكاك عند درجات حرارة حتى 500 °C: الحل هو طلاء WC–Co–Cr مطبّق بطريقة HVOF.
- التعرض لأحماض أو قلويات عدوانية مع الاحتكاك: الحل هو طلاء خزفي Cr₂O₃ بالرش بالبلازما، مع سد إلزامي للمسام لاحقاً بمركبات قائمة على السيلانات.
- أوساط غازية عالية الحرارة حتى 1,250 °C، مثل التوربينات: الحل هو نظام ثنائي الطبقات، يتكون من طبقة ربط MCrAlY مقاومة للأكسدة مطبّقة بـHVOF وطلاء خزفي عازل حرارياً من YSZ مطبّق بالرش بالبلازما.