روش ­های پوشش ­دهی هیدروکسی­ آپاتیت

روش‌ها‌ی پوشش دهی مختلفی به منظور ایجاد پوشش HA بررسی ایمپلنت‌های فلزی وجود دارد. این روش ها شامل پوشش‌دهی غوطه‌وری، رسوب‌دهی الکتروفورتیک، پرس‌ ایزواستاتیک گرم، سل-ژل ، اسپاترینگ و لیزر­کلدینگ می‌باشد. درادامه به طور اجمالی روش‌های پوشش‌دهی، مزایا و معایب آن­ها بیان شده است.

پوشش­دهی غوطه ­وری

ضخامت mm5/0-05/0

مزایا

  • ارزان بودن
  • سریع بودن فرایند
  • قابلیت پوشش­دهی اشکال پیچیده

معایب

  • نیاز به دمای پخت بالا
  • مشکلات ناشی از عدم انطباق ضریب انبساط حرارتی

پاشش حرارتی

ضخامت μm200-30

مزایا

  • سرعت پوشش­دهی بالا

معایب

  • تجزیه حرارتی در اثر دمای بالا
  • پوشش آمورف ناشی از سرمایش سریع
  • پوشش دهی

اسپاترینگ

ضخامت μm1-02/0

مزایا

  • پوشش یکنواخت

معایب

  • گران بودن
  • زمان­بر بودن فرایند
  • عدم پوشش­دهی سطوح پیچیده
  • ایجاد یک پوشش آمورف

لایه ­نشانی به کمک لیزر پالسی

ضخامت μm5-05/0

مزایا

  •  پوشش یکنواخت

معایب

  • گران بودن
  • زمان­بر بودن فرایند
  • عدم پوشش­دهی سطوح پیچیده
  • ایجاد یک پوشش آمورف

پرس ایزواستاتیک گرم

ضخامت mm2-2/0

مزایا

  • ایجاد پوشش متراکم

معایب

  • محدودیت در پوشش دهی سطوح پیچیده
  • نیاز به دمای بالا
  •  مشکلات ناشی از عدم انطباق ضریب انبساط حرارتی
  • گران بودن

لایه­ نشانی الکتروفورتیک

ضخامت mm2-1/0

مزایا

  • ایجاد پوشش یکنواخت
  • سرعت پوشش­دهی بالا
  • قابلیت پوشش­دهی سطوح پیچیده

معایب

  • سختی ایجاد پوشش بدون ترک
  • نیاز به دمای پخت بالا

پوشش دهی -روکش­کاری لیزری

درمطالعات انجام‌شده، اجرایی‌شدن فرآیندهای تعمیر و تولید از لحاظ صنعتی مورد بحث قرار گرفته است، یکی از این فرآیندها روکش­کـاری لیزری(LC) است. به طور کلی، LC ، نوعی آلیاژسازی سطحی با استفاده از لیزر می‌باشد. در این فرایند لایه‌ای از یک ماده را به طور دقیق بر روی اجسام نشانده که این عمل سبب افزایش مقاومت در برابر خوردگی و زنگ­زدگی بدون القای مغناطیس می‌گردد. گسترش فلزات سخت جدید و آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی سبب کاربرد بیشتر LC گردیده است. در طی این فرایند یک لایه از آلیاژ بر روی ماده پایه توسط لیزر ذوب می‌شود، البته با حداقل میزان ذوب ماده پایه و بین دو ماده پیوند جامد با چسبندگی معقولی تشکیل می‌شود. این عمل مشابه جوشکاری است که با اعمال لیزر و ذوب دو ماده، ما بین آنها پیوند متالوژیکی تشکیل شده و با یکدیگر آمیخته می‌شوند.

روشهای مختلف روکش­کاری لیزری

سه روش مرسوم برای گذاشتن فلز بر روی زیر لایه در فرآیند LC وجود دارد.

  • پیش­نشانی پودر
  • تزریق پودر
  • تغذیه سیم

پیش­نشانی پودر

پیش­نشانی پودر یک روش دو مرحله­­ای است. در مرحله اول زیر­لایه از قبل با پودر جهت پوشش زیر­لایه پوشانده می­شود. در مرحله دوم حرارت به پودر انتقال یافته و بخشی از آن زیرلایه را ذوب می­کند و یک پیوند متالورژیکی بین پوشش و زیرلایه ایجاد می­گردد (شکل ‏۱). روش مذکور روشی مناسب برای پوشش­دهی قطعات با اشکال پیچیده هندسی می­باشد. در این روش پوشش یکسان زیر لایه و بدون ترک با پیوند متالورژیکی قوی برای ماده پایه بدست می­آید.

پوشش دهی و روکش­کاری لیزری به روش پیش­نشانی پودر

شکل ‏۱: روکش­کاری لیزری به روش پیش­نشانی پودر

 

تزریق پودر

در این روش پوشش دهی پودر در مسیر باریکه لیزر قرار می­گیرد. پودر از طریق یک لوله با گاز بی­اثر بر روی زیر لایه پاشیده می­شود (شکل ‏۲). بخشی از ذرات پودر پاشیده شده بوسیله باریکه لیزر ذوب می­شود. لیزر یک حوضچه کوچک ذوب بر روی سطح زیرلایه درست می­کند که پودر را بطور کامل ذوب می­کند. حوضچه ذوب پس از سردشدن یک لایه پوشش را درست می­کند. این نتایج از پیوند متالورژیکی قوی بین پوشش و ماده زیرلایه با حداقل رقت بدست می­آید.

دو روش مختلف جهت سیستم رسانش پودر وجود دارد. در روش اول ذرات پودر از طریق یک سیستم هم­محور و بطور همزمان با باریکه لیزر به زیرلایه رسانده می­شود.

پوشش دهی و روکش­کاری لیزری بوسیله روش تزریق پودر

شکل ‏۲: روکش­کاری لیزری بوسیله روش تزریق پودر

 

روش دوم تزریق جانبی پودراست بطوریکه نــازل تغذیه­کننده کنار لیزر قرار می­گیرد. موقعیت نازل تغذیه­کننده جانبی روی تمرکزپوشش­کاری اثر دارد. اگر نازل تغذیه­کننده جانبی در راستایی قرار بگیرد که زیرلایه حرکت کند، پوشش بهتر انجام می­پذیرد زیرا پودر بین زیرلایه و حوضچه مذاب به­دام می­افتد.

غذیه با سیم

روش سوم برای تشکیل پوشش از طریق تغذیه با سیم می­باشد. سیم از یک قرقره سیم متصل به قطعه و منطقه برهم­کنش لیزر تغذیه می‌شود (شکل ‏۳).

پوشش دهی و روکش­کاری لیزری بوسیله سیستم تغذیه با سیم

شکل ‏۳: روکش­کاری لیزری بوسیله سیستم تغذیه با سیم

 

در میان همه این روش‌های LC به روش پیش­نشانی مزایای ویژه­ای دارد بطور مثال پوشش یکنواخت و بدون ترک همراه با پیوند متالورژیکی قوی، با ماده پایه برقرار می­کند. بنابراین در این پژوهش از روش پیش­نشانی استفاده شده است.

عوامل موثر در روکش کاری لیزری

عوامل متعددی در روکش کاری لیزری و پوشش دهی به این وسیله موثر هستند که در ذیل به برخی از آنها اشاره شده است.

 توان لیزر

توان لیزر یک عامل بسیار مهمی است که گرما را برای فرآیند پوشش آماده می­کند. چگالی توان باریکه لیزر با محاسبه توان لیزر و مساحت نقطه­ای که باریکه لیزر در آن متمرکز شده، تعیین می­شود. چگالی توان لیزر بر روی هندسه حوضچه ذوب تاثیر دارد و رابطه مستقیمی با ضخامت پوشش، پهنا و عمق حوضچه ذوب دارد. توان بکار گرفته شده در طی فرآیند باید در حدی باشد که ذوب محدود مواد، شامل پیوند متالورژیکی ضعیف در مرز مشترک زیرلایه و پوشش انجام پذیرفته و نقص یکنواختی مواد در حوضچه ذوب را از بین ببرد. صفحه کانونی نسبی باریکه لیزر اثر مستقیمی روی چگالی انرژی فرآیند دارد، بعلاوه ممکن است میکروساختار مسیر رسوبی را تغییر دهد.

سرعت روبش پرتو در پوشش دهی

علی­رغم همه پارامترهای مستقل ثابت، هر چه سرعت روبش پرتو لیزر افزایش یابد دسترسی ماده به انرژی لیزر کاهش می­یابد و این یک رابطه معکوس با پهنای پوشش، عمق حوضچه ذوب و ضخامت پوشش در دو روش پوشش­کاری پودر و سیم دارد.

میزان جریان گاز محافظ

جریان گاز محافظ، ماده پودری را بطور یکنواخت به حوضچه ذوب می­رساند همچنین گاز محافظ از اکسیداسیون حوضچه ذوب بطور موضعی محافظت می­کند. گــازهایی مانند آرگون ، هلیم و نیتروژن مــی­توانند بعنوان محافظ یا بعنوان گازهای حامل در فرآیند و خروجی مطلوب مورد استفاده قرار گیرند. آرگون متداول­ترین گازی است که به علت چگالی بیشتر و قیمت ارزانتر متداول­تر می­باشد. اگرچه ممکن است میزان جریان گاز حامل سبب اختلال سطح حوضچه و یا اثر منفی روی پهنای پوشش و سختی سطح داشته باشد بطوریکه حوضچه ذوب، سردن شدن با سرعت بیشتری را هنگام پاشش گاز محافظ روی سطح حوضچه ذوب تجربه می­کند. میزان جریان گاز محافظ سرعت ذرات پودر و زمان مصرفی در باریکه لیزر را قبل از رسوب نشان می­دهد. همچنانکه سرعت ذره افزایش می­یابد میرایی توان لیزر کاهش یافته و این باعث افزایش انرژی لیزر عبوری به زیر­لایه می­شود.

نرخ تغذیه پودر، سیم و استراتژی تغذیه

در فرآیند پوشش، ماده می­تواند هم به شکل پودر یا سیم باشد. بعلاوه در فرآیند با پودر، پودر می­تواند از طریق یک نازل هم­محور یا جانبی از طریق یک نازل تغذیه­کننده مشخص در حوضچه ذوب تغذیه شود. نازل تغذیه­کننده جانبی می­تواند برای تغذیه مواد بطور خاص در لبه­های جلویی، عقبی یا مرکز حوضچه ذوب استفـاده شود. شکل ‏۴ مکانیســم­هـای تغذیه پودری برای هر دو بخش تغذیه­کننده را نشــان می­دهد.

پوشش دهی -استراتژی تغذیه پودر هم محور (چپ) و جانبی (راست)

شکل ‏۴: استراتژی تغذیه پودر هم محور (چپ) و جانبی (راست)

 

رسانش مواد و برهم­کنش با باریکه لیزر جهت پوشش، متاثر از ویژگیهای LC است. با وجود همه عوامل ثابت، افزایش در نرخ ماده تغذیه کننده، سیم یا پودر، سبب افزایش پهنا در ضخامت پوشش می­شود و همچنین ممکن است سبب بهبود کیفیت رسوب تا حد محدود شود که آن نیز بستگی به گرانروی حوضچه ذوب و نرخ انجماد دارد. در سیستم­های رسوبی بر مبنای پودر، می­توان به انعطاف بیشتری در LC با استفاده از نازل­های تغذیه­کننده جانبی جهت دستیابی به مواد مختلف در حوضچه برای تولید کامپوزیت­های لایه­ای یا پوشش­های مختلف رسید. هنگامی که پودر بطور جانبی و یا از عقب و کناره­ها( جایی که زیر لایه حرکت دارد) تغذیه می­شود، نسبت به هنگامی که از جلو تغذیه می­شود پوشش دارای کیفیت بالاتری می­باشد. همچنین رسوب سیم می­تواند بر ضعف های رسوب پودری که شامل هزینه زیاد پودر، کیفیت پایین رسوب و پرداخت ضعیف سطح است، غلبه کند. در رسوب سیمی، بهتر است روش تغذیه از جلو بوسیله رســانش سیــم در زاویه ۴۵ درجه در لبه جلویی حوضچه اتخــاذ شود. هم­چنان که سیم توسط جذب گرمـای شعاعی ذوب می­شود، آن به حوضچه ذوب نزدیک می­شود. این روش کیفیت سطحی بهتر و کنترل بعدی را فراهم می­کند.

مزایا و معایب پوشش دهی با روکش­کاری لیزری

مزایا

  • رقت کم (حداقل ۱-۵%) بین ماده پوششی و ماده پایه
  • خواص پوشش عالی
  • باریکه لیزر دارای خواص کانونی شدن، چگالی بالا و منبع گرمایشی قابل کنترل
  • تغییرات حداقلی ماده پایه به سبب بار گرمایشی پایین
  • دسترسی به ضخامت کنترل شده پوشش
  • تغییرات میکروساختاری به علت محدوده گرمایی بسیار باریک
  • هزینه و قابلیت هدایت منطقی

  معایب

  • توزیع انرژی غیرهمگن در باریکه لیزر وابسته به کیفیت و هندسه باریکه
  • کاهش کیفیت روش به علت جذب کم باریکه لیزر در برهکنش با سطح فلز
  • هزینه بالای چیدمان لیزر
  • محدودیت در شرایط حرکت قطعه و یا باریکه لیزر جهت تولید اشکال مختلف

کاربردهای روکش­کاری لیزری

کاربردهای صنعتی نیازمند به قطعاتی با سختی بالا، ویژگی­های مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت به سایش است. LC فرایندی است که قادر به تامین نیاز­های مذکور می­باشد. LC  می­تواند درفرآیندهایی که نیاز به کیفیت بالا همچنین دارای انعطاف پذیری بدون افت کیفیت محصولات مورد استفاده قرار گیرد. کیفیت یکنواخت با ورودی حرارت کم باعث اجرای این روش در طیف گسترده­ای ازبرنامه­های کاربردی می­شود.

برنامه­های کاربردی LC شامل ساخت قطعات یدکی، تولید قطعات جدید و تعمیر و نگهداری تجهیزات و قطعات فرسوده است. LC برای تولید سطوح با مقاومت به خوردگی و مقاومت به سایش بالا، اکسیداسیون در دمای بالا، خوردگی تر و غیره استفاده می­شود. کاربردهای متداول فرآیند LC عبارتند از:

  • تعمیرات بخش­های مختلفپوشش دهی توربین که شامل قطعات و قالب­ها، ابزاآلات و غیره است.
  • بهبود مقاومت در برابرخستگی یاتاقان­ها، سوپاپ­ها، اکسل، ابزاربرش و قطعات دیگری است که در شرایط کاری سخت استفاده می­شوند.
  • پوشش اجزا و قطعات سوپاپ، دریچه کشویی، دیسک، دریچه­های اگزوز موتورها
  • آب­بندی اتصالات و سطوح مشترک
  • ساخت قطعات سه بعدی
  • پوشش اجزای پمپ

پوشش ابزار و تیغه ­های برش جهت محافظت ازآن­ها در برابر سایش

مشاوره خرید مواد شیمیایی با کارشناسان اَوِسیناشیمی

شما عزیزان می توانید برای کسب  اطلاعات بیشتر راجع به مواد شیمیایی و همچنین استعلام قیمت و موجودی با کارشناسان مجموعه اَوِسینا شیمی تماس بگیرید و یا از طریق شبکه های اجتماعی پیام دهید تا در سریع ترین زمان ممکن با شما تماس بگیریم.

برای اطلاع از

موجودی مواد شیمیایی

و همچنین مشاوره رایگان با ما تماس بگیرید.

۰۲۱-۵۵۴۳۶۲۴۹

۰۹۱۹۶۳۹۴۳۲۵

۰۹۳۵۴۵۳۶۲۸۰

پاسخگویی شنبه تا چهارشنبه ۹ الی ۱۷ و پنج شنبه ۹ الی ۱۳:۳۰

Call us