Thermisch Spuiten Uitgelegd: Typen, Toepassingen en Voordelen

Wat Is Thermische Spuitcoating?

Thermische spuittechnieken zijn coatingprocessen waarbij gesmolten (of verhit) materialen op een oppervlak worden gespoten. De "feedstock" (coatingvoorloper) wordt verhit door elektrische middelen (plasma of boog) of chemische middelen (verbrandingsvlam).

Thermisch spuiten kan dikke coatings leveren (benaderende dikterange 20 micron tot verschillende mm, afhankelijk van het proces en de feedstock), over een groot oppervlak met een hoge depositietempo vergeleken met andere coatingprocessen zoals galvaniseren, fysieke en chemische dampafzetting.

Coatingmaterialen beschikbaar voor thermisch spuiten omvatten metalen, legeringen, keramieken, kunststoffen en composieten. Ze worden in poeder- of draadvorm toegevoerd, verhit tot een gesmolten of half-gesmolten toestand, en versneld naar substraten in de vorm van micrometer-grote deeltjes.

Verbranding of elektrische boogontlading wordt meestal gebruikt als energiebron voor thermisch spuiten. De resulterende coatings worden gevormd door de accumulatie van talloze gespoten deeltjes. Het oppervlak hoeft niet significant op te warmen, wat het coaten van brandbare stoffen toestaat.

Coatingkwaliteit wordt meestal beoordeeld door de porositeit, oxidegehalte, macro- en microhardheid, hechtsterkte en oppervlakteruwigte te meten. Over het algemeen neemt de coatingkwaliteit toe met toenemende deeltjessnelheden.

Naast originele toepassingen worden thermische spuitcoatings gebruikt om onderdelen te repareren die in dienst zijn gesleten en beschadigd, en om afmetingen te herstellen van gemachineerde onderdelen. Thermische spuitcoatings worden gebruikt om de afmetingen van onderdelen te herstellen die gesleten of gecorrodeerd zijn, zoals printrollen en ondermaatse lagers.

Hoe Thermisch Spuiten Te Doen?

Thermisch spuiten is een generieke categorie van coatingprocessen die een verbruikbaar materiaal als een spuit van fijn verdeelde gesmolten of half-gesmolten druppels toepassen om een coating te produceren.

Het onderscheidt zich door zijn vermogen om coatings van metalen, cermets, keramieken en polymeren in lagen van substantiële dikte aan te brengen, typisch 0,1 tot 10 mm, voor technische toepassingen. Bijna elk materiaal kan worden gedeponeerd zolang het smelt of plastisch wordt tijdens het spuitproces. Op het substratoppervlak vormen de deeltjes 'splats' of 'platelets' die in elkaar grijpen en opbouwen tot de coating.

De depositie smelt niet met het substraat en hoeft geen vaste oplossing te vormen om een binding te bereiken. Dit is een significant kenmerk van thermisch spuiten vergeleken met veel andere coatingprocessen, met name booglassen, hardsolderen en lasercoatingprocessen.

De binding tussen een thermisch gespoten coating en het substraat is primair mechanisch, en niet metallurgisch of gesmolten. Hechting aan het substraat hangt af van de toestand van het substraatoppervlak, dat schoon en opgeruwd moet zijn door gritblasten of machinebewerking vóór het spuiten.

Thermische spuitprocessen zijn al jarenlang breed gebruikt in alle grote ingenieurssectoren voor componentbescherming en herwinning. Recente apparatuur- en procesontwikkelingen hebben de kwaliteit verbeterd en het potentiële toepassingsbereik uitgebreid voor thermisch gespoten coatings.

Typen Thermische Spuitcoating Processen

Verschillende variaties van thermisch spuiten worden onderscheiden:

• Plasma spuiten
• Detonatie spuiten
• Draadboog spuiten
• Vlam spuiten
• Hoge snelheid zuurstof-brandstof coating spuiten (HVOF)
• Hoge snelheid lucht brandstof (HVAF)
• Warm spuiten
• Koud spuiten
• Spray and Fuse

In klassieke (ontwikkeld tussen 1910 en 1920) maar nog steeds breed gebruikte processen zoals vlamspuiten en draadboogspuiten, zijn de deeltjessnelheden over het algemeen laag (< 150 m/s), en moeten grondstoffen gesmolten zijn om gedeponeerd te worden.

Plasma spuiten, ontwikkeld in de jaren 1970, gebruikt een hoge-temperatuur plasma straal gegenereerd door boogontlading met typische temperaturen >15.000 K, wat het mogelijk maakt om refractory materialen zoals oxiden, molybdeen, etc. te spuiten.

Hier bespreken we de 5 meest voorkomende processen om thermische spuitcoatings te genereren in detail:

1. HVOF (Hoge-Snelheid Zuurstof-Brandstof Spuiten)

HVOF is een proces dat een brander gebruikt die de vlam laat spreiden wanneer de mondstuk wordt gebruikt. Dit creëert snelle versnelling wat de deeltjes in het mengsel versnelt. Het eindresultaat is een uitzonderlijk dunne coating die gelijkmatig wordt aangebracht. Ondanks dat het dun is, is deze coating sterk en hecht goed. De corrosieweerstand is beter dan plasma coatings, maar het is niet goed geschikt voor hoge temperaturen.

2. Verbrandingsvlam Spuiten

Verbrandingsvlam spuiten is een uitstekende optie voor oppervlakken die niet ontworpen zijn om extreme stress aan te kunnen. De coating die ontstaat uit dit proces hecht niet sterk aan het oppervlak omdat het spuitmechanisme aangedreven wordt door een lagere vlam snelheid.

De vlam wordt gegenereerd via zuurstof gecombineerd met brandstof, en dit smelt het mengsel. Verbrandingsvlam spuiten is populair voor lage-intensiteit toepassingen vanwege de lage kosten.

3. Plasma Spuiten

Plasma spuiten maakt gebruik van de plasma brander als hoofdgereedschap voor verwarmen en spuiten van de coating. Nadat het poedermateriaal is gesmolten, wordt het op het product geplaatst op een manier die vergelijkbaar is met verbrandingsvlam spuiten.

De coatings die uit plasma spuiten resulteren, kunnen een paar micrometer dik tot een paar millimeter dik zijn. Terwijl poeder het meest gebruikte materiaal is, worden metalen en keramieken ook gebruikt. Het plasma spuitproces is erg populair vanwege zijn aanpasbaarheid.

4. Vacuüm Plasma Spuiten

Vacuüm plasma spuiten wordt gedaan in een gecontroleerde omgeving maar gebruikt lage temperaturen. Dit handhaaft de vacuüm en vermindert ook schade aan het materiaal. Een verscheidenheid aan gascombinaties kan worden gebruikt om de benodigde druk voor spuiten te krijgen.

Vacuüm plasma spuiten wordt gebruikt voor items zoals auto bumpers, het dashboard, of behuizingen voor spiegels. Dit proces kan ook gebruikt worden voor de voorbehandeling van polyetheen molding, wat hechting biedt voor epoxy lijmen die watergebaseerd zijn.

5. Twee-Draad Elektrische Boog Spuiten

Deze spuitmethode gebruikt een boogpunt dat gecreëerd wordt tussen twee draden die elektrisch geleidend zijn. Smelting vindt plaats op het punt waar de draden verbinden. De boog zorgt voor verwarming wat op zijn beurt depositie en smelting creëert, vergelijkbaar met verbrandingsvlam spuiten wat gebruikt wordt met een brander.

Geperste lucht zal worden gebruikt voor het spuiten van de coatings. Deze procedure is populair vanwege de kosteneffectiviteit, en zal typisch aluminium of zink als basismateriaal gebruiken.

Voordelen van Thermisch Gespoten Coatings

Enkele van de voordelen van thermische spuitcoatings zijn:

• Kostenreductie. De kosten van het repareren van het onderdeel is minder dan een nieuw kopen. Vaak duurt de coating langer dan het originele materiaal.
• Lage Warmteinvoer. Met weinig uitzonderingen, laat het thermisch spuitproces de thermische geschiedenis van het onderdeel onaangetast.
• Veiligheid. Bijna elk metaal, keramiek of kunststof kan thermisch gespoten worden.
• Diktebereik. Afhankelijk van het materiaal en spuitsysteem, kunnen coatings worden gespoten van 0,001 tot meer dan 1 inch dik. De typische dikte varieert van 0,005-0,1 inch.
• Verwerkingssnelheid. De spuitsnelheden variëren van 3-60 lb/uur afhankelijk van het materiaal en het spuitsysteem. Typische tarieven voor materiaaltoepassing zijn 1/2 -2 lb materiaal per vierkante voet per 0,001 inch dikte.

Nadelen van Thermische Spuitcoatings

• Verstopt het substraat – aangezien thermische spuitcoatings zo efficiënt zijn, is het in veel gevallen onmogelijk te vertellen wat het substraat was na het coatingproces, tenzij strikte records worden bijgehouden.
• Kan effectiviteit niet precies evalueren – eenmaal de thermische spuitcoating aangebracht, is het vaak moeilijk om precies te zeggen hoe goed de coating is gegaan, behalve door een visuele beoordeling.
• Kostbare opzet – sommige methoden van thermische spuitcoatings vereisen zeer dure apparatuur, wat kan leiden tot hoge initiële opzetkosten.