Các quá trình phun phủ nhiệt trong bảo vệ và phục hồi bề mặt vật liệu kim loại

Phun phủ nhiệt là công nghệ xử lý bề mặt vật liệu được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Quá trình phun phủ cũng đã được cải thiện nhiều trong những năm qua.

Phun phủ nhiệt - Khái niệm và ứng dụng trong công nghiệp

Phun phủ nhiệt là phương pháp dùng để phục hồi, tái tạo bề mặt vật liệu kim loại hoặc phi kim. Cơ chế hoạt động của phương pháp này là dùng vật chất năng lượng cao nung nóng một phần hay toàn phần nguyên liệu rắn ở dạng bột, dạng dây, thanh hay lõi thuốc. Nguyên liệu sẽ được phân tán thành các hạt dạng sương mù nhỏ và sử dụng một thiết bị chuyên dụng để phủ lên bề mặt chi tiết cần được phục hồi. 

Phun phủ nhiệt tạo ra một lớp phủ ( lớp phủ kim loại - metal coating, bột,..) có độ dày khoảng 20 micromet đến vài milimet và có thể thi công ở nhiều độ dày khác nhau, tùy thuộc vào quy trình và nguyên liệu. Phương pháp này có thể áp dụng cho đa dạng vật liệu như kim loại thép, hợp kim, gốm sứ, nhựa hay vật liệu tổng hợp. 

Quá trình này chủ yếu được ứng dụng để phủ bề mặt các vật liệu khác nhau, nhằm phục hồi, bảo vệ và tăng cường khả năng chống mài mòn, xâm thực. Đồng thời, phun phủ cũng được sử dụng để cung cấp độ dẫn điện hoặc cách điện, bôi trơn, ma sát cao hoặc thấp, mài mòn hy sinh, kháng hóa chất và nhiều đặc tính bề mặt mong muốn khác. Lớp phủ nhiệt còn có nhiều ứng dụng hữu ích khác như bảo vệ máy bay, tòa nhà và các cấu trúc khác khỏi nhiệt độ khắc nghiệt, hóa chất hoặc các điều kiện môi trường như độ ẩm cao và mưa.

Bài viết liên quan: Sơn chống cháy cho kết cấu thép có là biện pháp an toàn và hiệu quả nhất hiện nay?

Phân loại các quá trình phun phủ nhiệt trong công nghiệp hiện đại

Phun phủ nhiệt được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau với các ứng dụng hữu ích. Dưới đây là 4 quá trình phổ biến nhất hiện nay để tạo ra lớp phủ phun nhiệt:

Phương pháp phun phủ nhiệt ngọn lửa khí cháy (Flame Spray)

Phun phủ nhiệt Flame Spray hay còn gọi là phun phủ ngọn lửa khí cháy là phương pháp phổ biến nhất và đã được sử dụng rộng rãi hơn 100 năm qua. Trong quá trình này cũng được chia thành 2 loại khác là phun dây và phun bột. 

Quá trình phun phủ nhiệt bằng ngọn lửa khí cháy sử dụng ngọn lửa oxy- acetylene. Nhiệt từ ngọn lửa sẽ làm nóng chảy vật liệu phủ và khí nén đẩy chúng lên trên bề mặt vật liệu cần phủ. 

Phương pháp phun hồ điện hồ quang (Arc Spray)

Phun phủ nhiệt hồ quang điện được ứng dụng phổ biến vì cho hiệu quả cao mà tiết kiệm chi phí và thời gian. Trong quá trình phun phủ, hồ quang được hình thành do sự tiếp xúc của 2 dây kim loại trái dấu (thường có cùng thành phần), dẫn đến hiện tượng nóng chảy ở đầu vật liệu làm dây. Không khí nguyên tử hóa vật liệu phun và tăng tốc lên bề mặt, tốc độ phun được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh nguồn cấp dây. 

Quá trình phun hồ quang cung cấp độ bền và liên kết cao. Nhiệt độ bề mặt thấp, tỷ lệ bao phủ cao nên phương pháp này khá phù hợp cho các vùng vật liệu phủ có kích thước lớn. Phun phủ nhiệt hồ quang được ứng dụng để chống mài mòn, chống ăn mòn, chống sờn rách và sửa chữa các thành phần bị khuyết trong quá trình sử dụng. 

Phun phủ nhiệt với nhiên liệu vật tốc cao (HVOF) 

Phương pháp này có tên gọi đầy đủ là High velocity oxy fuel (HVOF) là quá trình phun phủ nhiệt được áp dụng cho những bề mặt vật liệu cần một lớp bao phủ dày, độ bám cao. Vì phương pháp này hoạt động với cơ chế đẩy bột vật liệu dưới dạng bán nóng chảy với vận tốc siêu âm lên bề mặt chi tiết cần phủ. Nhiên liệu được sử dụng là hydro hoặc dầu hỏa sẽ được đốt cháy trong buồng đốt, khí cháy được tăng tốc trong buồng phun thông qua vòi phun. Mục đích là để tạo ra gia tốc lớn giúp tăng tốc của các hạt trong hỗn hợp. Kết quả là tạo ra một lớp phủ mỏng được phân bố đồng đều, có độ bền cao và bám dính tốt trên bề mặt của chi tiết 

Tìm hiểu thêm về Thế nào là phun phủ HVOF? Tìm hiểu quy trình phun phủ nhiệt HVOF?

Phương pháp phun phủ nhiệt Plasma (Plasma Spray)

Vật liệu phủ của phương pháp phun phủ nhiệt Plasma ở dạng bột. Quá trình phun phủ bao gồm phun phủ dưới dạng nóng chảy hoặc bán nóng chảy lên bề mặt vật liệu cần phủ. Các lớp phủ do phun Plasma có thể dày từ vài micromet đến vài milimet. Phương pháp này sử dụng nhiệt độ cao hơn và vận tốc thấp hơn so với phương pháp HVOF, cho nên có thể sử dụng để bao phủ nhiều bề mặt khác nhau, bao gồm cả sứ. 

Phun phủ nhiệt là một công nghệ bảo vệ và phục hồi bề mặt công trình luôn được đánh giá cao và áp dụng rộng rãi. Tùy vào nhu cầu và mục đích sử dụng mà bạn chọn phương pháp phun phủ khác nhau.