پوششهای سرامیکی شامل شیشه ها یا بدون اضافه کردن ترکیبات دیر گداز می باشند . پوشش های دمای بالا برپایه اکسیدها ، کاربید ها ، سیلیس ها ، بوریدها ، یا نیتریدها ، سرمتیها ومواد معدنی دیگر می باشند .
پوشش های سرامیکی که بر روی فلزات به کار می روند آنها را در برابر اکسیداسیون وخوردگی در دمای اتاق ودماهای بالا محافظت می کنند . پوشش های ویژه برای کاربردهای خاص توسعه یافته اند با مقاومت به سایش مقاومت شیمیایی . قدرت انعکاس بالا ومقاومت الکتریکی وجلوگیری از نفوذ هیدروژن ، فلزات پوشش کاری شده ، با سرامیک در کاربردهایی مانند قطعات کوره ، تجهیزات عملیات حرارتی تجهیزات فرایندهای شیمیایی ، مبدلهای حرارتی ، قطعات موتورهای جت ، و نازلهای موتور موشک وقطعات نیروگاههای هسته ای استفاده می شوند .
فاکتورهای انتخاب :
چندین فاکتور در انتخاب پوششهای سرامیکی باید مورد توجه قرار گیرد .
- محیطی که فلز پوشش کاری شده در آن کار می کند .
- مکانیزمی که پوشش عمل محافظت دردمای بالا را انجام می دهد .
- سازگاری پوشش با فلز پایه
- روش اعمال پوشش
- کنترل کیفی پوشش
- توانایی تعمیر پوشش
محیط کاری پوشش ممکن است شامل دامنه گسترده ای ازشرایط مختلف باشد عمر وعملکرد مورد انتظار پوشش ممکن است ازچندثانیه تا چند صدساعت متغیر باشد . محیط ممکن است در معرض اتمسفر گازی با وسیکوزته های متفاوت باشد . قطعاتی که از آلیاژهای دمای بالا ساخته شده اند ممکن است در معرض تنش های خیلی بالا باشند ویا ممکن است به عنوان قطعات محافظ دربرابر گرما ویا سیم پیچ کوره ها به کارروند که تنها نیروی اعمالی وزن قطعه می باشند . نرخ گرم وسرد کردن ممکن است تدریجی و یا سریع باشد وممکن است شامل یک یاچندین چرخه حرارتی باشد . برای هر محیط کاری ویژه پوشش انتخابی باید فلز را در برابر اکسیداسیون وتاثیر برداشت .
هیدروژن با جلوگیری یا به حداقل رساندن نفوذ اکسیژن ،نیتروژن وهیدروژن ازاتمسفر بواسطه پوشش به فلز پایه محافظت کند .
- مکانیزم های محافظت
پوشش های سرامیکی بوسیله در مکانیزم فلز را دردماهای بالامحافظت می کنند . یک نوع از پوشش به عنوان یک پایدار اکسیدی روی سطح فلز به کار می رود که از تماس فلز با اتمسفر جلوگیری می کند ویا آن را به تاخیر می اندازد . نوع دیگری از پوشش های فلزی ترکیبات بین فلزی هستند که لایه نازک اکسیدی روی سطح تشکیل می دهند ترکیب بین فلزی ها به گونه ای است که یک ترکیب بهینه عناصر فلزی برای تشکیل لایه محافظ پایدار بر روی سطح ایجادمی کند واگراین لایه شکسته شود دوباره می تواند ایجاد گردد .
بنا براین این نوع پوشش ها وابسته به تشکیل ومحافظت لایه اکسیدی برای محافظت فلز پا یه میبا شد.
سازگاری شیمیایی ومکانیکی :
سازگاری شیمیایی پوششهای سرامیکی با فلز پایه مهم می باشد .
بویژه موقعی که پوشش ها بر روی فلزات دیر گداز وآلیاژهای پایه نیکل برای کار در دماهای بالا به کار می رود . پوششهای اکسیدی به اصطلاح پایدار مانند آلومینا در صورت وجود برخی فلزات دیر گداز مانند نیوبیم وتا نتالم در دماهای بالا 1370C0 پایدار نیستند همچنین آلومینا با فلزاتی مانند تیتانیم وزیر کونیم واکنش می دهد وویژگی های محافظتی پوشش از بین خواهد رفت .
پوشش همچنین باید سازگاری مکانیکی با فلز زیرین داشته باشد تا اینکه تنشهای مکانیکی ناخواسته درهر دو ایجاد نشود .
زیرا پوشش های خیلی پایدار دردماهای پایین ترد هستند ضریب انبساط حرارتی پوشش و فلز پایه نباید اختلاف زیاد داشته باشد. اگر چه ضریب انبساط حرارتی پوشش بایدمقداری کوچکتر ازفلز پایه باشد تا اینکه پوشش دردماهای پایین تحت فشار باشد . اختلاف ضریب انبساط حرارتی برای قطعاتی که درمعرض چرخه های حرارتی هستند باید بیشتر باشد سیستم باید به گونه ای طراحی شود که اختلاف ضریب ها پوشش را درتمامی دماها درحالت فشار قرار دهد.
اگر پوشش در دماهای پایین تحت کشش باشد ترک خواهد خورد برعکس اگر تحت فشارهای خیلی زیاد باشد پوسته ای می شود . تاثیر پوشش بر روی عمر خستگی ودمای انتقال تردی مواد کامپوزیتی باید همچنین مورد توجه باشد . به طور عموم پوشش از فلز پایه ترد تر می باشد وترک برروی پوشش موقعی که فلز پایه درحال کار می باشد تشکیل می شود بنابراین موجب کاهش انعطاف پذیری دردمای پایین وعمر خستگی می شود .
- روشهای کاربرد
روش به کار گیری پوشش ها بوسیله نوع آنها ، نوع فلزی که باید پوشش داده شود . وسایز وشکل قطعه محدود می شود اغلب فرایند های پوشش کاری شامل عملیات حرارتی برای تعدیل پیوند ها و آب بندی می شود اتمسفری که برای اسپری وعملیات حرارتی به کار می رود . باید دقیقا کنترل شود تااز افت خواص فلز پایه جلوگیری شود .
- کنترل کیفیت پوشش
این مهم است اطمینان داشته باشیم که پوشش قابلیت محافظت از فلز را دارد اندازه گیری محافظت ونظارت چشمی دوروش برای تعیین کیفیت پوشش می باشند . اگرچه این روشها برای پوشش های اشکال پیچیده ومجراهای داخلی که دیدن و رسیدن آنها مشکل می باشد نمی تواند به صورت رضایت مندانه ای به کار رود اگر چه آزمایش اکسیداسیون مقدماتی درچند دقیقه ویا چند ساعت دریک اتمسفر اکسیدی دردماهای عملکرد می تواندبه عنوان یک روش قابل قبول برای تعیین کیفیت پوشش به کار رود .
- قابلیت تعمیر پوشش
یکی از ملاحظات مهم درانتخاب پوشش می باشد . پوششهای ایده ال باید قابل تعمیر باشند اگر پوشش سطح به هنگام کار ناکافی باشدویا در حین کار آسیب ببیند . فرایند تعمیر وتاثیر آن برای پوشش های مختلف ، کارکردها ، فلز پایه وسایز و شکل قطعه متفاوت میباشد .
- مواد پوشش
مواد معدنی غیر فلزی برای پوششهای سرامیکی چندین ویژگی عمومی دارد . که از آن جمله پایداری شیمیایی نسبتا خوب دردماهای بالا سختی ، رفتار تردی تحت نیرو وپایداری مکانیکی درمقاطع نازک .
شیشه های سیلیکاتی
پوشش ها از پودرهای شیشه ای با یا بدون اضافه کردن ترکیبات دیر گداز تهیه می شوند که کاربردهای صنعتی وسیعی درپوشش های سرامیکی دارند شیشه عموما بوسیله مخلوط کردن نسبت خاص از مواد معدنی وگرم کردن آن درمخلوط کن تا رسیدن به حالت مذاب یامایع تهیه می شوندوسپس سریع کوئنچ می شوند .
کوئنچ عموما بوسیله تخلیه مذاب در آب سرد ویا ریختن آن درغلتک هایی که به وسیله آب سرد می شوند انجام می گیرد حالت پیش موجب ایجاد تکه های کوچک شیشه ای می شودکه می توان آنهارا به آسانی درآسیاب های توپی ویا سایر تجهیزات تبدیل به پودر کرد .
و این تکه ها آبگینه نامیده می شوند واین کلمه به شرایط فیزیکی ذرات مربوط میشود ونه ترکیب وخواص آنها کوئنچ کردن بواسطه میله های فولادی رد شده با هوا موجب ایجاد ذرات ورقه ای می شود که تردتر از ذراتی هستند که بوسیله کوئنچ در آب تهیه شده اند واثرات زیست محیطی آنهاکمتر است.
پوشش های سرامیکی برای کاربردهای دمای بالا نظیر محفظه های احتراق فضاپیما وتوربین ها ومبدلهای حرارتی به کارمی روند اختلاف در ترکیب شیمیایی پوشش ها درواقع بی نهایت است محدوده آنها از آلومینا آلکالی بوروسیلیکاتی که نسبتا نرم ، دمای ذوب پایین وسیالیت بالا تا باریم قهوه ای متغیر است .
پوشش های شیشه ای کریستالی توسعه یافته اند دراین پوشش ها کریستالیزاسیون شیشه ها بوسیله تنظیم وعملیات حرارتی واضافه کردن مواد جوانه زا درحین ذوب شیشه ها کنترل می شود . چندین ماه دیر گداز مختلف ممکن است با شیشه ترکیب شوند تا یک پوشش مناسب برای دماهای بالاتولید شود .
اضافه کردن مواد دیر گداز به حالت عملکرد وسازگاری ماده دیر گداز باشیشه ومواد افزودنی دیگر وهمچنین فلز پایه بستگی دارد ترکیب خام شیشه ها ،ترکیب ذوبی آنها وخمیر ها برای پوشش های مورد استفاده ، دردماهای بالا به ترتیب درجداول 1و2و3 آمده است پوشش های شیشه ای را می توان بوسیله اسپری کردن ویا دمش هوا ، غوطه وری وخشک کردن ، روکش دادن وخشک کردن وپوشش کاری سیالی به کاربرد تحت شرایط مشخص همچنین می توان روش اسپری الکترواستاتیکی رابه کار برد.
اسپری کردن یک روش معمول می باشد بجز درمواردی که شکل قطعه از پوشش شدن تمامی آن جلوگیری میکند یا موقعی که قطعه بزرگ باشد وبرای کاهش هزینه های مواد از روش غوطه وری یا روکش دادن استفاده می شود . فرایند غوطه وری وخشک کردن یک روش اقتصادی برای پوشش کاری قطعات کوچک با شکل سا ده می باشد . برای قطعات بزرگ با سطوح محدود روش پر کردن وخشک کردن می تواند بهترین روش پوشش کاری باشد . چرخش ولرزاندن قطعات موقعی که از روشهای غوطه وری وپر کردن استفاده می کنیم ضروری می باشدتا اینکه پوشش یکنواخت روی سطح بوجود بیاید .
پوشش های شیشه ای شکننده هستند اما موقعی که درضخامت های معمول بین25 تا 50 به کارمی روند پایداری قابل ملاحظه ای حتی درلبه ها گوشه های نیز ازخود نشان می دهند . زبر کردن مکانیکی سطح فلز قبل از پوشش دهی باعث افزایش مساحت سطح می شود وبرنرخ اکسیداسیون تاثیر می گذارد .وهمچنین چسبندگی را افزایش می دهد . بعد از پوشش دهی ، پوشش باید در دماهای نسبتا بالا خشک شود و سپس در دماهای بالا آتش زده شود تا اینکه عملکرد مطلوب و ویژگیهای سطحی مناسب بدست آید .
نوع دیگری از پوشش ها برای کار در دمای بالاترکیب شیشه وفلز میباشد که سرمیت نامیده می شود . نسبت بالایی از پودرفلز ( مانند ( ALاز اینکه شیشه به حالت خمیری درآمد به آن اضافه می شود . این پوشش ها ممکن است درمعرض دماهایی بالاتر از دمای منبع آتش اصلی باشند . ورق های فولادی کوچک که با این نوع پوشش ها پوشش کاری می شوند می توانند از دمای سرخ شدن در آب کوئنچ شوند بدون اینکه در سطح آنها پوسته ویا تاول ایجاد شود کاربردهای مناسب این پوششها در مبدلهای حرارتی ، قطعات احتراق موتورهای داخلی ، جعبه های آتش برای بویلرها ، ( اطلاعات اضافی در بخش سرمیت ها قابل دسترس میباشد)
- اکسیدها :
پوشش ها بر پایه مواد اکسیدی بر روی فلزات ایجادمی شوند بجز فلزات دیر گداز که فلز را در برابر اکسیداسیون دردماهای بالا محافظت میکند ویک عایق حرارتی با درجه بالا می باشد . پوشش های اکسیدی اسپری شعله ای محافظت کاملی از فلزات دیرگداز در برابر اکسیداسیون ایجاد نمی کند واین بدلیل تخلخل های ذاتی است که در درون آنها وجود دارد پوشش های اکسیدی به آسانی ضخامتهای 6/4mm می توانند به کار روند اما مقاومت آنها در برابر شوک حرارتی با افزایش ضخامت کاهش می یابد . آلومینا ( A 2O3) وزیر کونیا ( Zro2) اکسیدهایی هستند که عموما به عنوان پوشش به کار می روند .
پوشش های آلومینا سخت هستند ومقاومت خوبی دربرابر سایش وخوردگی دارند . زیر کونیا به صورت گسترده ای به عنوان عایق حرارتی به کار می رود زیرا هدایت حرارتی آن پایین می باشد .
جدول4 لیست اکسیدهای پایه که برای پوشش به کار می روند و همچنین نقطه ذوب آنها را نشان می دهد . پایه اکسیدی یکی از اجزاء اصلی پوشش اکسیدی می باشد ومقدار آن بیشتر از 95درصد وزنی می باشد . مواد دیگری مانند اکسید کلسیم ( Cao) اکسید کرم ( cr2o3) واکسید منیزیم (Mgo) درمقادیر کم برای پایداری وتثبیت پوشش اضافه می شوند که موجب افزایش دانسیته ، اصلاح ویژگیهای سطحی وبهبود مقاومت دربرابر شوک حرارتی می شوند خواص فیزیکی برای پوششهای آلومینا وزیر کونیا اسپری شعله ای درجدول 5آمده است .
پوشش های اکسیدی معمولا باروشهای اسپری قوس – پلاسما و یا شعله ای به کار می روند قبل از اسپری کردن باهر روشی سطح فلز موردنظر باید کاملا تمیز وزبر باشد سایش دمشی شرایط سطحی مطلوب راایجاد می کند .
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 36 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلودمقاله پوشش های سرامیکی ونسوز
