Žárové stříkání je jednou z hlavních průmyslových procesech povrchových úprav suchým procesem s použitím přídavného materiálu. Spočívá v tom, že se za použití nosného plynu, materiálu, obvykle v práškové formě, při vysoké teplotě a při vysoké rychlosti, promítne na obecně kovový podklad (povrch části, která má být potažena), aby se vytvořil povlak.
Tento povlak, také nazýván „vrstva“ nebo „uložení“, je použita pro funkcionalizaci povrchu, to znamená, že k úpravě jeho fyzikální nebo chemické vlastnosti (z hlediska koroze , tepelné únavy , opotřebení , tření , reaktivitu , atd.) ). Může mít také estetickou funkci.
Techniky tepelného stříkání umožňují vyrábět zrnitá (10 až 100 um silná) a masivní (> 100 um silná) usazeniny velmi rozmanitých morfologií. Novější metody také umožňují produkci nanostrukturovaných vkladů .
Existují různé metody. Provozovatelům se říká „metalizátory“. Často jsou vystaveni vdechování toxických kovů v různých stupních v závislosti na použitém procesu, v závislosti na pracovním prostředí a správném nošení dýchacích a jiných ochranných prostředků.
Tepelné stříkání je proces přímé viditelnosti, který má formu hořáku (mluvíme také o hořáku nebo stříkací pistoli) s tryskou, ze které je vypuzován nosný plyn přepravující materiál, který má být uložen. S hořákem může obsluha manipulovat jako s pistolí nebo může být namontována na automatizovaném zařízení, jako je robotické rameno.
Nosný plyn slouží k urychlení a transportu jemných částic (typicky 5 až 100 mikrometrů), které mohou být v kapalném, pastovitém nebo dokonce pevném stavu k substrátu. Tento nosný plyn může být také zdrojem entalpie, což umožňuje ohřívat tyto částice na teplotu tání. Jiné metody používají elektrický oblouk k roztavení materiálu.
Částice takto promítané na podklad se zhroutí podle své rychlosti, fyzického stavu, teploty atd. tvořící lamely (nebo ikony).
Akumulace a stohování lamel na podkladu umožňuje výrobu povlaku.
Vynález termického nástřiku je připsán švýcarskému inženýrovi Maxi Ulrichu Schoopovi. Jeho myšlenkou bylo vyrobit přilnavé povlaky z nárazu částic vzniklých ze zahřátého prášku, který narazil do části, která má být ošetřena (substrát), za účelem vytvoření hustých kovových usazenin. Tato myšlenka by mu byla inspirována pozorováním jeho dětí, které střílely z pušky na zeď své zahrady, kde olověné kulky vytvářely rozdrcené rázy.
V roce 1909 podal dva patenty v Německu a Švýcarsku. V patentových nárocích je termín termické stříkání definován jako „ metoda, při které se kapalný kov stříká na povrch pomocí plynné látky pod tlakem “. Patenty MU Schoop popisují, jak nanášet měď, stříbro, cín, zinek, hliník a další slitiny na prakticky všechny typy podkladů (kov, dřevo, sklo, papír, textilie) pomocí jemně rozmělněného prášku upraveného foukáním. K urychlení a nasměrování proudu prášků lze také použít nosný plyn. Schoop chápe svůj vynález jako praktickou a levnou metodu nanášení antikorozních nátěrů na paluby a trupy lodí.
Použití plazmy jako zdroje tepla se objevilo až v 60. letech v kontextu emulace kolem tepelných plazmat generovaných elektrickým obloukem. První patenty jsou patenty Gabriela M. Gianniniho v roce 1960 (Plasmadyne Corp., Kalifornie, USA) a Roberta M. Gage v roce 1962 (Union Carbide, Buffalo, NY, USA). Jsou inspirovány vysokoteplotním plazmovým generátorem H. Gerdien a A. Lotz (1922).
V 80. letech byla v SSSR vyvinuta technika dynamického stříkání za studena (Cold Spray), založená na náhodném pozorování rychlé tvorby usazenin při erozi částic vystavených vysokorychlostnímu toku naloženému jemným práškem.
Existuje mnoho způsobů, jak dosáhnout tepelného postřiku, ale nejběžněji používané v průmyslu se nazývají „plamenový drát“, obloukový drát, „práškový plamen“, nadzvukový plamen, elektrický oblouk nebo plamenový postřik. Také „High Velocity Oxy- Palivo "(HVOF) nebo plazma (plazma vyfukovaného oblouku ...)."
Proces plynového plamene.
Plazmový proces.
Tento proces využívá spalování plynu k promítnutí výplňového materiálu na podklad. Obvykle se používá pochodeň. Tato technika je velmi jednoduchá a široce používaná v průmyslu, ale je omezena teplotou a rychlostí projekce. Materiál je možné nastříkat ve formě prášku nebo drátu.
Systém Supersonic Flame Spray ( High Velocity Oxy-Fuel , HVOF) je zdokonalením postřiku hořáku. Využívá princip raketových motorů k vytvoření plamene s velmi vysokou rychlostí vyhození plynu.
Foukané plazmové hořáky s obloukem využívají uzavření elektrického oblouku k výraznému zvýšení jeho teploty (jádro plazmové šipky je obvykle mezi 6 000 a 14 000 K , přičemž velká část paprsku má mnohem nižší teplotu). plazma z plazmového plynu. Tato plazma se poté použije k roztavení a urychlení promítaného materiálu.
V závislosti na použité plynné směsi se vlastnosti plazmy mění, což umožňuje modifikovat tepelnou vodivost (přenos teploty na materiál, zbývající doba setrvání velmi nízká a pokud je vodivost nedostatečná, nedostatečná k roztavení materiálu ) nebo upravit viskozitu paprsku (rychlost částic). Plyny, které se nejčastěji používají při termálním plazmovém stříkání, jsou argon, vodík, helium a dusík. Argon a helium jsou vyhledávány pro svou viskozitu, zatímco vodík, helium a dusík jsou vyhledávány pro vodivost. Proto je argonová plazma velmi neefektivní k ohřevu materiálu, s výjimkou velmi nízkých teplot tání, jako je zinek; k němu se obvykle přidává vodík, aby bylo možné roztavit většinu materiálů.
V závislosti na požadovaných vlastnostech povlaku se používají tři projekční média:
Vyvíjí se vývoj za velmi nízkých tlaků (kolem 1 mbar), jehož cílem je kombinovat vlastnosti technik typu PVD a produktivitu plazmového procesu.
Tento proces, nazývaný také postřik elektrickým obloukem (AWS), využívá studený nosný plyn (obvykle vzduch nebo dusík) a zdroj proudu. Mezi dvěma obětními elektrodami, které jsou ve formě drátů výplňového materiálu, je vytvořen elektrický oblouk (přibližně 6000 K ). Použité materiály proto musí být elektricky vodivé. Takto roztavený materiál je atomizován nosným plynem a směrován na zpracovávanou část. Cívky vodičů jsou pravidelně poháněny, aby se získal oblouk co nejkontinuálnější. Tato technika je jednou z nejstarších (1918). Nabízí vysokou produktivitu a nízké náklady.
Tato technika ( studený sprej ) je novější. Spočívá ve zrychlení přídavné látky ( 300 až 1 500 m / s ) ve formě prášku nad kritickou rychlost . Tyto rychlosti způsobují plastickou deformaci při nárazu na podklad, který je dostatečně velký, aby vytvořil přilnavý povlak. Nedochází ke spalování projekčních plynů, projekční teploty jsou ve srovnání s jinými procesy velmi nízké ( 300 až 1 100 ° C ). Materiál před nárazem se proto neroztaví. Vyčnívající materiál však musí být tvárný, aby se mohl deformovat, což obecně omezuje použití této techniky na kovy.
Na rozdíl od plamenových procesů tento proces nepoužívá difúzní a kontinuální spalování, ale využívá detonaci jako zdroj tepla a vektor pro transport prášku. Výsledkem je silné zrychlení (kolem 600 m / s ) a vysoká teplota (kolem 3 000 ° C ) částic. Jedná se o dávkový proces, pracuje při několika hertzích. Pod patentem je používán pouze společností Praxair.
Se všemi technikami nebo s některými konkrétně ve formě prášků, nití nebo kordů lze použít velmi velké množství materiálů. Lze promítat všechny materiály. Materiály, které se při rozkladu taví, jako je hydroxyapatit nebo YBCO, nebo materiály, které nemají bod tání, jako je grafit, je však třeba připravovat opatrněji . Buď optimalizací parametrů projekce (částečně roztavený hydroxyapatit), nebo přípravou prášků s potaženými částicemi (grafit potažený niklem ). Pomocí vhodných hořáků lze odhodit několik organických materiálů. Kovy a keramika se tradičně často používají, lze je také použít v kompozitech k úpravě vlastností povlaku. Například se velmi často stříkají kompozity z karbidu WC s Co nebo Ni.
Zvláštností WCCo je silné zvýšení tvrdosti části řádu 900 až 1 000 HV 0,3
V průmyslových aplikacích jsou substráty obecně kovové části a slitiny, ale je možné ošetřit jakýkoli druh povrchu, jako je beton, keramika, kompozity, dřevo a sklo.
Existují však nekompatibility s určitými technikami (křehkost, tepelná citlivost, příliš složitý nebo nepřístupný tvar) nebo s výplňovým materiálem (problém smáčivosti, přilnavosti, rozdílné roztažnosti).
Kromě čištění jsou povrchy, které mají být ošetřeny, obecně podrobeny kroku broušení, který umožňuje vytvoření drsnosti pro podporu adheze usazených částic.
Substráty lze také před postřikem předem zahřát, aby se lépe kontrolovaly růstové mechanismy a podpořilo šíření roztavených částic.
Během projekčního kroku je také možné díl ochladit pomocí různých zařízení, například pomocí proudu stlačeného vzduchu.
Studie z roku 2018 charakterizovala emise a hodnotila úrovně expozice chromu (Cr) a niklu (Ni) v různých termálních stříkacích stanicích, aby pomohla vyvinout lepší strategii monitorování operátora v rámci zdravotního rámce při práci . Bylo založeno na individuálních vzorcích vzduchu a okolního vzduchu odebraných na místě, ale také na analýze moči .
Potvrzuje, že metalizátory promítající oxid Cr plazmou jsou skutečně vystaveny šestimocnému Cr (Cr VI), a konstatuje, že v některých případech hladiny chrómu ve vzduchu překročily 8hodinovou OEL 1 μg / m 3 . Chromurie (hladina chromu v moči) byla poměrně nízká (méně než 2 μg / g kreatininu, to znamená hluboko pod americkou mezní hodnotou přijatou pro svářeče (25 μg / g kreatininu), ale blízko hodnotě 1,8 μg / g kreatinin zadržený ANSES pro zaměstnance přiřazené chromování . Močový Ni v metalizátorech, všechny procesy dohromady, byl „relativně vysoký ve srovnání s neexponovanými operátory“ , poslední hodnoty však byly téměř srovnatelné s hodnotami běžné populace (11 μg / g kreatininu, respektive 3,8 μg / g kreatininu), což naznačuje, že osobní ochranné prostředky přizpůsobené dané činnosti a dobře používané umožňují snížit riziko otravy kovovými stopovými prvky . proces byl nejvíce ohrožen. Tuto práci by měly dokončit další studie.
Oblasti použití jsou velmi široké, od jednoduchého zinkování pro kovovou infrastrukturu (mosty) až po high-tech aplikace, například v leteckých proudových motorech s popularizací obrusitelných materiálů (velmi drobivé materiály, které umožňují omezit úniky za horka). rozměrů během uvádění do provozu). Můžeme si tedy povšimnout jeho použití v elektrotechnice, v medicíně (protézy), plynové turbíny, automobily (mimo jiné synchronizační kruhy molybdenu), jaderné atd.