طلاء بالرش الحراري

مسدس التفجير يتكون اساسا من المياة المبردة برميل طويل مع صمامات مدخل الغازات والمساحيق. ويتم ضخ الأكسجين والوقود (الأسيتيلين الأكثر شيوعا) في برميل جنبا إلى جنب مع المسئول عن المسحوق. ويستخدم شرارة لإشعال خليط الغاز والتفجير مما أدى إلى التسخين وزيادة السرعة إلى سرعة تفوق سرعة الصوت للمسحوق أسفل البلاميل. ويتم استخدام نبضه من النتيتروجين لتطهير برميل بعد كل تفجير. وتتكرر هذه العملية عدة مرات في الثانية. طاقة عالية الحركة لجزيئات المسحوق الساخنة نتيجة لركيزه في تراكم طلاء كثيف جدا وقوى.

الرواسب (الودائع) تتألف من عدد كبير من الفطائر مثل صفائح تسمى"علامات تنبيه" والتي يشكلها تسطيح من قطرات السائل، كما أن مساحيق المواد الوسيطه وعادة ما يكون أحجامها من ميكرومتر إلى أكثر من 100 ميكرومتر، وصفائح لديها سمك في حدود ميكرومتر إلى أكثر من 100 ميكرومتر، وصفائح لديها سمك في حدود ميكرومتر والبعد الجانبى من عدة مئات من ميكرومتر. بين هذة الصفائح، وهناك فراغات صغيرة، مثل المسام، والشقوق، ومناطق الربط غير متكتملة. نتيجه هذه الهيكلية الفريدة يمكن أن الرواسب لديها خصائص مختلفه إلى حد كبير من المواد السائبة. هذه هي بشكل عام الخصائص الميكانيكية، مثل انخفاض القوة ومعامل المرونة، وارتفاع الضغط والتسامح، وانخفاض الموصلية الحرارية والكهربائية. أيضا، وذلك بسبب التصلب السريع، ويستطيع مبدل الأستقرار المراحل تكون موجودة في الرواسب.

يمكن تصنيف نظام رش البلازما وفقا لمعاير عدة.

البلازما النفاثة جيل:

• التيار المباشر (البلازما DC): حيث يتم نقل الطاقة إلى الطائرة البلازما عن طريق تيار مباشر يتم الحصول عليه عبر قوس كهربي ذو قدرة عاليه.

بلازما الحث أو البلازما

• الترددات اللاسلكية: حيث يتم نقل الطاقة بشكل غير مباشر خلال ملفات متواجدة حول الطائرة البلازما عبر تيار لاسلكي متردد

البلازما متوسطة التشكيل:

• بلازما الغاز المستقر: حيث تتكون البلازما من الغاز وعادة من غازات مثل الأرجون والهيدروجين والهيليوم أو مخاليطها.
• بلازما المياه المستقرة : حيث تشكل البلازما من الماء (من خلال التبخر، والتفكك والتأين) أو سائل أخر مناسب.
• البلازما المهجنة : عن طريق خلط الغاز بالسائل وعادة يتم خلط الماء مع الارجون.

بيئة الرش:

• رش البلازما في الهواء
• التحكم في معدل البلازما المتواجده في الهواء وتعد عادة في غرفة مغلقة، سواء ملأت بغاز خامل أو غيره.

طرق التحكم في معدل البلازما : رفع ضغط بلازما الرش، وخفض ضغط بلازما الرش، والحالة القصوى رش البلازما في الفراغ

• رش البلازما تحت الماء
• اختلاف آخر يتكون من وجود المواد الخام السائلة بدلا من مسحوق صلبة للذوبان، وتعرف هذه التقنية برذاذ البلازما

رش البلازما في الفراغ عبارة عن خرط وتعديل السطح للحصول على طبقات مسامية مع قدرة عالية على سهولة استنسخها وتنظيفها والحصول على سطح هندسي مرن سطح المطاط والبلاستيك والألياف الطبيعية، وكذلك لاستبدال مركبات الكربون الكلورية فلورية لتنظيف المكونات المعدنية. وهكذا يمكن تحسين الخواص الهندسية للسطح مثل سلوك الاحتكاك، ومقاومة الحرارة، وتوصيل السطح للكهرباء، والتزيت، تزيد من شدة تماسك الطبقات كما يمكنها ان تتحكم في قابلية الاسطح للتفاعل مع الماء. تتم هذه العملية عادة في درجة حرارة تتراوح بين 39 إلى 120 درجة مئوية لتجنب الضرر الحراري الممكن حدوثه. كما يمكنها ان تحدث بعض ردود الفعل الغير حرارية مما يحدث بعض التغيرات السطحية التي لايمكن ان تحدث مع الكمياء الجزيئية في الضغط الجوي ويتم معالجة البلازما في بيئة خاضعة للرقابة وفي ضغط متوسط يتراوح بين 13-65 بسكال. يتم تنشيط الغاز أو خليط الغازات بواسطة مجال كهربائي يتم توليده عبر تيار كهربي مستمر. عادة ما تكون عناصر المعالجة معزولة كهربيا كما يتم ازالة البلازما المتطايرة من المنتجات من الغرفة بواسطة مضخة تفريغ وعند الضرورة فمن الممكن تأين الرذاذ باستخدام جهاز تنقية العادم.

وعلى النقيض من الكمياء الجزيئية تستخدم البلازما في :

• الجزيئات والذرات بشكل خالي تماما من الاثار الكميائية.
• الأيونات الموجبة والإلكترونات لتأثيرات الحركية.

كما تولد البلازما أيضا الإشعاع الكهرومغناطيسي في صورة فوتونات من الأشعة فوق البنفسجية لاختراق معظم البوليمرات على عمق حوالي 10 ميكرون وهكذا يمكن أن يسبب سلسلة من الانشقاقات. تؤثر البلازما على المواد في مستويتها الذرية وتستخدم تقنيات مثل الأشعة السينية والطيف الضوئي والمجهر الإلكتروني لتحليل السطح ومن ثم لتحديد العملية اللازم استخدمها والحكم على نتائجها.

ويكمن ذلك في الحصول على جيل جديد من المواد المميزة الناتجة من دمج عنصرين معا ويتم ذلك بطريقة متزامنة التكوين وأفضل مثال يوضح هذه الحالة الموصلات الالكترونية.

مثل انتاج السبائك الغالية مثل الاستانلس استيل أو سبائك النيكل القائمة على التفاعل والاحلال بنسب متفاوتة وبذلك نستطيع الحصول على فترة عمرية أطول وأفضل للسطح مما يترتب عليه اختصار وتقليل زمن الصيانة وبذلك العمل على توفير التكلفة .وبذلك تعتبر هذه الطريقة مكسبا هائلا من الناحية الاقتصادية .

فالعاملين في هذا المجال يكون لهم القدرة على التعامل مع المواد الجديدة الناتجة عن عملية الدمج حيث يكون لها صفات غير مالوفة أو غير متعارف على وجودها أو على ادائها ومثال على ذلك :-

الصناعات الخزفية (السيراميك )والبوليميرات بالإضافة إلى مركبات عناصر أخرى .

وفى حالة إضافة كذا طبقة على السطح يكون ذلك بهدف المبالغة في الحماية ضد العناصر الخارجية .والتغطية في حد ذاتها لا تعتبر الاختراع الوحيد الجديد في مجال صقل وحماية سطح المعادن فقد تم العمل حاليا على التطوير في استخدام النظرية عموما في طلاء الخشب والمعادن بمواد عضوية وغير عضوية تعمل على تحسين الخواص الميكانيكية والكيميائية لهم .''

وقد تم العمل مؤخرا على تحسين الأداء الوظيفى لعمليات التغطية من كونها وسيلة تقليدية للحماية إلى أخرى يتم معالجتها كيميائيا وحراريا وذلك في حالة الخلط المتناسب بين المركبات وبعضها حتى ينتج لنا في الآخر أداء متميز .ومن أهم المجالات التي تستخدم فيها التغطية هي الطريقة التي يتم بها تغطية وحماية الزجاج حيث يتم طلائه بمواد عضوية وغير عضوية أو مواد مركبة تكون مكونة من طبقة طلاء واحدة أو اثنين .

ومن الممكن استخدام هذه الطبقات في حماية الاستانلس استيل ,الحديد الزهر والالومنيوم من اشكال التاكل المختلفة والبرى والتعرض للتفتت نتيجة العوامل البيئية المختلفة .والان قد سمحت هذه التقنية العالية من الاستفادة منها في الحصول على طبقات سميكة من المعادن واكاسيدها المختلفة حتى يتم استخدامها في صناعة الموصلات عالية الجودة .ويدخل في تطبيق هذا المجال أيضا استخدام الغازات المختلفة التطبيقات وبذلك يتم الحصول على مدى واسع من الموصلات على اختلاف اشكالها وانواعها ووظيفتها .

ويعد الاختلاف في طريقة عمل التغطية هو الأساس في تمييز الموصلات عن بعضها البعض وذلك من ناحية الجودة والعمر والاستخدام . ومن اشكال التغطية المشهورة والمفيدة أيضا هي التغطية الكيميائية التي تعتبر من الطرق المميزة جدا عن طرق التغطية الأخرى ويقصد بها عمل تغطية لسطح المعدن باستخدام مواد كيميائية عضوية وغير عضوية أو مواد مركبة من الاثنين معا لينتج في النهاية مركب له صفات عالية . وأيضا عن طريق هذه الوسيلة ممكن تغطية الموادالخزفية (خزف) بطبقة خفيفة أو سميكة ويتحدد ذلك على نوع التطبيق الذي يستخدم فيه السيراميك . وكذلك ممكن وضع أكثر من طبقة فوق بعض زيادة في الحماية .

ويتم تطبيق هذه الطريقة في مجال الإلكترونيات والموصلات والمعادن على مختلف اشكالها مثل النحاس والنيكل وذلك بتكوين طبقات مضادة للبرى والتاكل والانهيارات على مختلف اشكالها وذلك عن طريق عمل التغطيات الإلكترونية والكيميائية المختلفة التكوين والوسيلة والهدف . وفقا لذلك يتم استخدام هذه التقنية وبشكل واسع جدا في مجال صناعة السيارات والطائرات ويقصد هنا دخولها في صناعة الإطار الخارجى لكلا منهما وبعض الأجزاء الداخلية ويعتبر اهمها المواتير حيث يتم طلائها عن طريق التغطية وذلك لضمان حمايتها وسلامتها أثناء الحركة . وأيضا يدخل الاستخدام بالنسبة للسيارات في جانب تغطية الأبواب واطارات المقاعد بالإضافة إلى الاستخدام في تغطية أعمدة الدوران ونقل الحركة وذلك حفاظا عليها من الانهيار نتيجة الاحتكاك الشديد واتفاع درجة الحرارة .

ومن الاستخدامات المرتبطة بهذا النوع من التقنية هو استخدامها في مجال تحليل الالومنيوم وذلك بطريقة إلكتروكيميائية حيث يتم عن طريقها الحصول على أكسيد الالومنيوم واستخدامه في تفاعلات وتطبيقات أخرى .وزيادة في الاستفادة يتم من خلالها استخدام أكسيد التيتانيم في مجال طلاء زجاج النوافذ حيث أنه يقاوم العوامل البيئية الخطيرة . ==•أساسيات عملية الرش الحرارى:''==

الرش الحرارى يتطلب جهاز ينشئ لهب بدرجة حرارة عالية أو بلازما ذو قوة عالية.في حالة البلازما يوجد جهاز يسمى (بلازمترون): في هذا الجهاز يتم شحن مولد البلازما عن طريق قوس أو تفريغ التردد العالى حيث البلازما تركب بواسطة بخار الغاز.

الرش الحرارى باستخدام اللهب

الرش الحرارى باستخدام البلازما

معدن ،سيراميك ، أو حتى مساحيق البوليمر يتم ادخالها وسط السائل، يتم انصهار أحد هذه المواد خلال جزء صغير من الجهاز ويتم دفع المادة المنصهرة إلى الفوهة حيث تخرج المادة المنصهرة على الجزء المراد رشه حراريا في شكل حبيبات وتكون طبقة صلبة تسمى غطاء أو طلاء.أى مادة يمكن رشها طالما معروف قيمة نقطة انصهارها، وأيضا لابد ألا تكون قابلة للتحلل أو التأثر بالانصهار.

الاختلاف الاساسي بين الرش الحرارى والرش بالبلازما هو أقصى درجة حرارة يمكن أن تتحقق. في الرش الحرارى تكون درجة الحرارة محدودة لانها معتمدة على الاحتراق الداخلى للغازات (الروبان، الاثيلين , البيوتان) حيث درجة الحرارة المعروفة التي تخرج من فوهة الجهاز ويسمى لهب الاوكسي استيلين وتصل إلى 3000 كلفن.

عند استخدام الطاقة الكهربية كمصدر للحصول على البلازما نحصل على درجة حرارة غير محدودة، حيث يمكن التحكم في درجة الحرارة عن طريق التحكم في كمية الطاقة الداخلة للجهاز . أقصى طاقة يمكن ان تدخل إلى جهاز (البلازمترون)تعتمد على مساحة الطاقة التي تنشئ بين نقل التيار المتردد والتيار الثابت وكذلك الجهاز.الرش بالبلازما بإستخدام الطاقة الكهربية تصل درجة حرارتها إلى 15000 كلفن حيث يعتمد هذا على نوع الغاز المستخدم مثل (الارجون، الهليوم، النتيروجين) وكذلك الطاقة الداخلية.

1.استقرار حراري عالي.

2.استقرار كيميائي.

3.صلابة عالية.

4.انخفاض معامل الصلابة.

5.انخفاض معامل التمدد الحراري.

6.انخفاض التوصيل الحرارى.

•الجمع بين هذه الخصائص تعطي مواد مركبه مفضله في عملية التغطية، ومع ذلك العديد من الاحتياطات يجب أن تؤخذ في عين الاعتبار، مثل الفرق في معامل التمدد الحراري بين المعدن والمادة المستخدمة في عملية التغطية الذي تؤدي إلى عيوب غير مرغوب فيها في شكل التغطية التي تسبب مخاطر تؤدى إلى فشل عملية التغطية . ويمكن حل ذلك عن طريق دخول ماده أخرى أو بواسطة الليزر أو غيرها من التقنيات . والصلابة المنخفضة في خزف هي أيضا نقطة مثيرة للقلق . أبحاث مكثفة جارية في جميع أنحاء العالم لتطوير خزف مع معامل صلابة ذو خصائص جديدة، على سبيل المثال: يجري البحث عن تغطية حرارية مزودة بالياف خزف . مثل كربيد السيليكون / التغطية بمركب الألومينا.''

يوجد عدد كبير من التطيبقات التقنية المستخدم فيها طريقة التغطية بالرش الحرارى والتوسع في استخدام هذه الطريقة في حالة خزف . العديد من هذه التطيبقات نتيجة لطلب مستخدمى الماكينات والأدوات، وذلك لحماية اجزاء الماكينات من التأكل، الصدأ , التعرية، والتأكل الحرارى والكيميائي. اما التطبيقات الاخرى نتيجة للرغبة في إضافة خصائص متعددة جديدة للمواد التقليدية، كمثال : ان تكون الموصلات فائقة التوصيل في حالة طرق التغطية التقليدية، التغطية بالماس , وكذلك التغطية الحيوية للسيراميك . انه من المستحيل تغطية كل التطبيقات المتاحة الينا حاليا. القائمة المشار إليها اسفل، تعتبر جزء ليس بالكثير من التطبيقات التي يستخدم فيها عملية التغطية بالرش الحرارى بنجاح ولذلك لحل العديد من المشاكل الموجودة من تأكل، صدأ ,وتعرية .

عند استخدام معدات رش الغازات المضغوطة، التي تخلق الضوضاء. مستويات الصوت تختلف مع نوع معدات الرش، والمواد التي يجري رشها، ومعايير التشغيل. مستويات ضغط الصوت تأخذ1 متر لكل قوس.

احتراق معدات الرش ينتج عنه اللهب الشديدة، الذي قد يكون له درجة الحرارة تصل لأكثر من 3100 درجة مئوية.ينتج عن هذا الجهاز اشعة فوق بنفسيجية ، والتي قد تؤدي إلى تلف أنسجة الجسم الحساسة. لذلك ينبغى ان ناخذ الاحتياطات اللازمة لذلك، مثل زجاج يمتص الاشعة فوق البنفسيجية. حيث يجب أن يرتدى العامل نظارة واقية ضد هذه الاشعة. ويجب وضع شاشات واقية حول مناطق الرش. لا ينبغي أبدا ان ينظر العامل من فوهة مسدس الرش مباشرة.

دمج العديد من المواد المنصهرة معا ينتج عنه كمية كبيرة من الغبار والأدخنة حيث تتكون من جسيمات دقيقة للغاية (حوالي 80 - 95٪ من الجسيمات <100 نانومتر). التسهيلات المرافقة للاستخلاص المناسب بتكون فعالة، ليس فقط من أجل السلامة الشخصية، ولكن للحد من خروج الاجزاء غير المفيدة عند عملية الرش . ويوصى بشدة استخدام أجهزة التنفس، مزودة بمرشحات مناسبة، ومن المخاطر المعروفة عند استخدام الجهاز بطريقة خاطئة ومواد لا تصلح للاستخدام يحدث مايلى:

1.جزيئات معدنية مقسمة بشكل جيد وبطريقة وضعية بحيث لايسمح لها التجمع مرة أخرى.

2. المواد على سبيل المثال الألومنيوم والزنك والمعادن الأساسية الأخرى تتفاعل مع الماء للحصول على الهيدروجين. حيث هذا قابل للانفجار، لذلك يجب أخذ الاحتياطات الخاصة التي تكون ضرورية في معدات استخلاص الدخان.

3. عند استخدام الزنك وسبائك النحاس الغير مستحب رائحتهم، قد ممكن يسبب في بعض الأفراد، رد فعل مثل الحمى. وهذا قد يحدث في وقت ما بعد الرش وتزول عادة بسرعة. إذا لم يحدث ذلك، لا بد من استشارة الطبيب.

يحدث احتراق لبنادق الرش نتيجة استخدام الأكسجين والغازات كوقود. وانفجار تلك الغازات المستخدمة كوقود . لذلك على وجه الخصوص، لا يجوز أن تستخدم الاسيتيلين في ظل ظروف معينة.

إذا كانت مستويات الأوكسجين زائدة عن الحد . يجب توخي الحذر لتجنب التسرب، ويجب عزل الأوكسجين والغاز عند استخدامهم كوقود، وذلك عندما لا تكون قيد الاستعمال.