การพ่นพลาสม่าเป็นกระบวนการเคลือบที่ซับซ้อนซึ่งใช้อาร์คพลาสมาเป็นแหล่งความร้อนในการหลอมและสะสมวัสดุไว้บนพื้นผิว วิธีการนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ เพื่อเพิ่มคุณสมบัติพื้นผิวของวัสดุ เช่น การปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อน ความต้านทานความร้อน ความต้านทานการสึกหรอ และฉนวนไฟฟ้า ต่อไปนี้เป็นรายละเอียดเกี่ยวกับวิธีการพ่นพลาสมา
การพ่นพลาสม่าทำงานบนหลักการของการสร้างอาร์คพลาสมา ส่วนโค้งถูกสร้างขึ้นระหว่างอิเล็กโทรดสองตัว ซึ่งโดยทั่วไปจะทำจากวัสดุที่ไม่สิ้นเปลือง ซึ่งทำหน้าที่เป็นแหล่งความร้อน การไหลของก๊าซ เช่น อาร์กอน ไนโตรเจน หรือไฮโดรเจน จะถูกส่งผ่านส่วนโค้ง ก๊าซนี้ถูกแตกตัวเป็นไอออนและให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่สูงมาก ตั้งแต่ 10,000 ถึง 20,000 °C ก่อตัวเป็นพลาสมาเจ็ท เจ็ทพลาสม่าจะไหลออกผ่านหัวฉีดและพุ่งตรงไปยังซับสเตรตที่ต้องการเคลือบ
แหล่งจ่ายไฟฟ้าแรงสูงใช้เพื่อสร้างส่วนโค้งระหว่างอิเล็กโทรด
ส่วนโค้งจะถูกรักษาไว้โดยการไหลของกระแสที่เสถียร โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วงสิบถึงหลายร้อยแอมแปร์
ก๊าซเฉื่อยหรือก๊าซที่เกิดปฏิกิริยาจะถูกป้อนเข้าไปในคบเพลิงพลาสม่า
ก๊าซจะถูกให้ความร้อนและแตกตัวเป็นไอออนโดยส่วนโค้ง ทำให้เกิดเป็นเจ็ทพลาสม่าที่มีอุณหภูมิสูง
คบเพลิงพลาสม่าเป็นส่วนประกอบหลักของระบบการพ่นพลาสม่า
โดยจะบรรจุอิเล็กโทรดและหัวฉีดที่เจ็ทพลาสม่าจะออกมา
วัสดุตั้งต้นซึ่งอาจอยู่ในรูปของผง ลวด หรือแท่ง จะถูกป้อนเข้าไปในพลาสมาเจ็ท
วัสดุได้รับความร้อนและละลายโดยพลาสมา และหยดที่หลอมละลายจะถูกเร่งไปยังสารตั้งต้น
ทำความสะอาดพื้นผิวและเตรียมเพื่อให้สารเคลือบยึดเกาะได้ดี
อาจอุ่นเพื่อลดการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิฉับพลันในระหว่างกระบวนการเคลือบ
Steps in the Plasma Spraying Process
พื้นผิวจะถูกอุ่นให้มีอุณหภูมิใกล้กับจุดหลอมเหลวของวัสดุตั้งต้น
ซึ่งจะช่วยลดความเครียดจากความร้อนและปรับปรุงพันธะระหว่างการเคลือบและพื้นผิว
วัสดุตั้งต้นจะถูกป้อนเข้าไปในเครื่องพ่นพลาสมาโดยเครื่องป้อนผงหรือโดยการหลอมลวดหรือแท่ง
The material is heated and melted instantaneously by the high-temperature plasma.
หยดหลอมเหลวจะถูกเร่งไปยังสารตั้งต้นโดยพลาสมาเจ็ท
เมื่อหยดตกกระทบกับพื้นผิว พวกมันจะกระจายตัวและแบนราบเป็นชั้นของสารเคลือบ
กระบวนการนี้เกิดขึ้นซ้ำ โดยเคลือบหลายชั้นเพื่อให้ได้ความหนาของสีเคลือบที่ต้องการ
เมื่อได้ความหนาเคลือบที่ต้องการแล้ว ไฟฉายพลาสม่าจะปิดลง
พื้นผิวที่เคลือบจะปล่อยให้เย็นลงอย่างช้าๆ เพื่อหลีกเลี่ยงรอยแตกร้าวและความเค้นภายใน
ประเภทก๊าซและอัตราการไหลของ: ประเภทและอัตราการไหลของก๊าซส่งผลต่ออุณหภูมิพลาสมาและความเร็วของเจ็ท
แหล่งจ่ายไฟและกระแสอาร์ก: กระแสอาร์กจะควบคุมอุณหภูมิพลาสมาและอัตราการหลอมของวัสดุ
คุณสมบัติของวัสดุตั้งต้น: องค์ประกอบทางเคมี ขนาดอนุภาค และจุดหลอมเหลวของวัสดุตั้งต้นมีอิทธิพลต่อคุณสมบัติการเคลือบ
ระยะสเปรย์และการออกแบบหัวฉีด: ระยะห่างระหว่างหัวฉีดกับสารตั้งต้นและการออกแบบของหัวฉีดส่งผลต่อความสม่ำเสมอของการเคลือบและอัตราการสะสม
การพ่นพลาสม่าถูกนำมาใช้ในการใช้งานที่หลากหลาย ได้แก่:
ความต้านทานการกัดกร่อนและการสึกหรอ: ใช้การเคลือบเช่นเซรามิกและออกไซด์ของโลหะเพื่อปกป้องพื้นผิวจากการกัดกร่อนและการสึกหรอ
การเคลือบแผงกั้นความร้อน: การเคลือบเช่นเซอร์โคเนียถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศและยานยนต์เพื่อเป็นฉนวนกันความร้อน
ฉนวนไฟฟ้า: การเคลือบ เช่น อลูมินา ถูกนำไปใช้กับส่วนประกอบไฟฟ้าเพื่อเพิ่มคุณสมบัติของฉนวน
การเคลือบทางชีวการแพทย์: การเคลือบเช่นไฮดรอกซีอะพาไทต์ถูกนำมาใช้ในการปลูกถ่ายเพื่อปรับปรุงความเข้ากันได้ทางชีวภาพ
การพ่นพลาสม่าเป็นกระบวนการเคลือบที่หลากหลายและมีประสิทธิภาพ ซึ่งใช้พลาสมาอุณหภูมิสูงเพื่อละลายและสะสมวัสดุไว้บนพื้นผิว ด้วยการควบคุมพารามิเตอร์กระบวนการอย่างระมัดระวัง เช่น ประเภทของก๊าซ กระแสอาร์ก วัสดุตั้งต้น และระยะสเปรย์ จึงสามารถผลิตสารเคลือบได้หลากหลายด้วยคุณสมบัติที่แตกต่างกัน เทคโนโลยีนี้มีความสำคัญในหลายอุตสาหกรรมในการเพิ่มประสิทธิภาพและความทนทานของส่วนประกอบและผลิตภัณฑ์
