روکش آلومینیوم چگونه مانع خوردگی می شود؟
همانطور که احتمالا از دوران تحصیل و از شیمی دوازدهم به یاد دارید میزان میل فلزات به اکسیداسیون (خوردگی) با پتانسیل کاهشی استاندارد یا °E مشخص می شود. هرچه این عدد در یک فلز کمتر باشد سریعتر خورده می شود. بنابراین در مباحث حفاظت کاتدی همیشه به دنبال فلزاتی با °E کمتر از آهن هستیم تا از آنها به عنوان فلز فدا شونده استفاده کنیم و از خوردگی لوله های فولادی محافظت می کنیم. فلز لیتیوم با °E حدود 3- ولت در صدر لیست تمایل به خوردگی قرار دارد اما مشخص است که فراوانی و قیمت فلز فداشونده هم مهم است و به دنبال گزینه های اقتصادی تری باید باشیم چرا که در دوره های متناوب باید آنرا تعویض کنیم. پتانسیل کاهشی استاندارد چند فلز مهم را در زیر مشاهده می نمایید:
پتانسیل کاهشی استاندارد آهن (Fe): 0.44V-
پتانسیل کاهشی استاندارد روی (Zn): 0.76V-
پتانسیل کاهشی استاندارد آلومینیوم (AL): 1.68V-
پتانسیل کاهشی استاندارد منیزیوم (Mg): 2.37V-
طبق این لیست، فلزاتی مانند آلومینیوم و منیزیوم پتانسیل کاهشی استاندارد کمتری نسبت به آهن دارند و در مجاورت فولاد سریعتر خورده می شوند بنابراین باید برای سیستم حفاظت کاتدی یا CP مناسب باشند؛ در این صورت پوشش اسپری حرارتی آلومینیوم چگونه می تواند در برابر خوردگی از خود و جداره لوله محافظت کند!؟
فلزهایی مانند آلومینیوم با اینکه اکسایش می یابند، اما خورده نمی شوند! آلومینیوم به سرعت در مجاورت هوا اکسید می شود. اکسید این فلز با ایجاد لایه متراکم و چسبنده Al₂O₃
از ادامه اکسایش جلوگیری می کند. به طوریکه لایه های زیرین برای مدت طولانی محافظت می شود و استحکام خود را حفظ می کند. این ویژگی آلومینیوم می تواند آنرا به روکش مناسبی جهت حفاظت در برابر خوردگی زیر پوشش خطوط لوله به روش TSA تبدیل کند.
آماده سازی لوله فولادی
آماده سازی لوله یک مرحله حیاتی از این فرآیند است. اگر سطح لوله به درستی آماده نشود، ممکن است فرآیند پاشش حرارتی موفقیت آمیز نباشد. در مورد خطوط لوله از شات بلاست برای آماده سازی سطح استفاده می شود که به ایجاد استحکام در پوشش آلومینیوم اسپری حرارتی کمک می کند. پس از شات بلاست، بازرسی چشمی روی سطح لوله با بزرگنمایی 10X انجام می شود. هدف از بازرسی چشمی لوله، بررسی سطح و تمیزی آن است. برای اطمینان از آلوده نبودن سطح، تست نوار نیز انجام می شود. پس از این تست، هیچ گرد و غباری نباید روی نوار مشاهده شود. در نهایت آزمایشی برای سنجش آلودگی نمک انجام می شود. هنگامی که لوله های فولادی تمام این آزمایش ها را گذراندند، می توان پوشش آلومینیوم اسپری حرارتی را اعمال کرد.
پوشش اسپری حرارتی خارجی لوله
ترمواسپری
در پوشش دهی لوله به روش اسپری حرارتی امکان استفاده از دو یا چند ماده وجود دارد بنابراین در مواردی که نیاز به پاشش مواد مرکب وجود داشته باشد می توان از چند مخزن و یا چند سیم استفاده کرد و یا می توان پودر مواد را با هم مخلوط کرد و پاشش را انجام داد. در پاشش مواد مخلوط نیز امکان ترکیب آنها با یکدیگر وجود دارد به عنوان برای پوشش دهی توسط نیکل-آلومینیوم می توان با اسپری پودر نیکل و آلومینیوم در شرایط خاص انتظار داشت که پوشش نیکل-آلومینیوم بدست آید در عین حال امکان ترکیب پودر آنها و پاشش به صورت مستقیم وجود دارد به این روش ترمواسپری گویند و اغلب ترکیب شدن دو ماده با آزاد سازی حرارت همراه است که خود باعث بهتر شدن کیفیت پوشش می گردد. امروزه از این روش در صنایع پیشرفته هوافضا استفاده می شود.
روشهای اجرای پوشش اسپری حرارتی
روش اسپری شعله ای
در روش اسپری شعله ای، از گاز استیلن برای حرارت دهی فلزاتی که نقطه ذوب بالا ندارند استفاده می شود. این روش ساده ترین و ارزانترین نوع پوشش دهی اسپری حرارتی است. با توجه به اینکه در این روش مقداری اکسید در پوشش های فلزی و تخلخل در سایر پوششها به جا می ماند در نتیجه آن برای ایجاد پوشش های با کیفیت متوسط استفاده می شود.
روش تفنگ انفجاری
پوشش اسپری حرارتی آلومینیوم در نرم افزارهای Pipe Protection و Sales Intelligence با نام اختصاری TSA شناخته می شود. این روکش با استفاده از ویژگی تشکیل لایه اکسیداسیون که در آلومینیوم ایجاد می شود، مانع از گسترش خوردگی می شود.
در این روش، گازهای اکسیژن و استیلن با نسبت مشخص وارد لوله تفنگ شده و توسط جرقه منفجر می شوند. این انفجار سبب خروج حجم زیادی گاز می شود که مواد پوشش دهنده را با تراکم و کیفیت بالا به سطح لوله می چسباند. صدای زیاد و سرعت پوشش دهی پایین، کاربرد این روش را به مواردیکه نیاز به کیفیت بالا باشد، محدود می کند. به عنوان مثال برای اعمال پوشش های سرامیکی مورد کاربرد در دماهای بالا استفاده می شود.
روش HVOF
در این روش سوخت واکسیژن با نسبت مشخصی باهم مخلوط شده و پس از احتراق با فشار و سرعت زیادی از دهانه تفنگ خارج می شود، سرعت گاز که به بالای سرعت صوت می رسد ذرات پوشش را در اثر برخورد شدید با سطح ذوب می کند و به آن می چسباند. این روش کیفیت بسیار خوبی دارد و مقدار اکسید و تخلخل کمتری نیز دارد. گازهای مورد استفاده این روش پروپن – پروپیلن یا هیدروژن می باشد.
روش خلاء
وجود هوا در همه انواع روشهای اسپری حرارتی عامل مهم در افت کیفیت پوشش است. هوا علاوه بر کم کردن دما و سرعت شعله، با ذرات مذاب پوشش واکنش داده و یا باعث تخلل در آن می شود بنابراین حذف گاز های محیط می تواند در افزایش کیفیت پوشش نهایی موثر باشد. برای اینکار از محفظه های بسته دارای گاز خنثی یا فشار هوای بسیار پایین استفاده می شود که طبیعتا در پوشش دهی قطعات بزرگ محدودیت وجود خواهد داشت.
روش قوس الکتریکی
در این روش، حرارت توسط قوس الکتریکی بین سیم هایی از جنس مواد پوشش دهنده تامین می شود سپس توسط فشار گاز، ذرات بر روی سطح قرار می گیرند. سرعت بالا، قیمت ارزانتر، عدم نیاز به گازهای گران قیمت و چسبندگی و پیوستگی خوب از مزایای روش قوس الکتریکی پوشش اسپری حرارتی به روش قوس الکتریکی است. عیب یا در واقع محدودیت این روش اینست که فقط مواد رسانا را برای پوشش دهی سطح می توان استفاده کرد که البته آلومینیوم و فلزات جزو آن دسته می باشند.
روش اسپری پلاسمایی
در این روش، تفنگ پلاسمایی از آند، کاتد و نازل مواد پوشش دهنده تشکیل شده است. اختلاف پتانسیل بین آند و کاتد باعث یونیزه شدن گاز عبوری و افزایش شدید حرارت و حجم آن می شود. سپس گاز با فشار، مواد پوشش دهنده را ذوب و به سطح می چسباند.
روش اسپری پلاسمایی از روشهای مناسب برای ایجاد پوشش های مقاوم به گرما، سایش و خوردگی می باشد و به عنوان مثال از آن برای پوشش دهی انواع سرامیک استفاده می شود. این روش از پر استفاده ترین روش ها در صنعت می باشد که علت آن ارزان بودن و سرعت بالای پوشش دهی است.
پوشش پاشش حرارتی لوله با محدود کردن تاثیر هوا
مزایای پوشش اسپری حرارتی
در روش پوشش حرارتی می توان چند پوشش سازگار اما با خواص متنوع را ترکیب و اجرا کرد.
برای پوشش اشکال هندسی پیچیده مانند قطعات و اتصالات لوله هیچ محدودیتی ندارد.
پوشش به روش پاشش حرارتی، یک سیستم پوشش دهی قابل حمل است.
از نظر فرآیند اجرا نسبتا ساده و از نظر کیفیت نهایی بسیار کارآمد است.
معایب پوشش اسپری حرارتی
روش پوشش حرارتی به کیفیت آماده سازی سطح حساس است.
تمیزکاری سطح معمولا توسط پاشش تحت فشار ذرات استیل و کروندم انجام می شود که می تواند طاقت فرسا باشد.
اثر هوا می تواند در افت کیفیت نهایی پوشش تاثیر بگذارد.
پوشش‌های اعمال شده توسط پاشش حرارتی به دلیل نوع ساختارشان تنش کششی مناسبی ندارند.
از مواد پوششی قابل اشتعال نمی توان استفاده کرد.
منابع: thermalspray-com ، hardcoating-ir