پوشش دهی به روش پاشش پلاسما

در این بخش فایل ورد WORD سمینار کارشناسی ارشد تحت عنوان پوشش دهی به روش پاشش پلاسما در 75 صفحه آماده دانلود می باشد.

مقدمه

با توجه به افزایش نرخ تولید و کارآیی تجهیزات،توجه به پدیده هایی مانند سایش و خوردگی اجزا مختلف ماشین آلات و سازه ها نیز بطور قابل ملاحظه ای رشد یافته است. این موضوع باعث توسعه روشهای سطح پوشانی شده است تا مقاومت قطعات را نسبت به سایش و خوردگی افزایش دهد. همچنین با این روشها می توان بسیاری از قطعات فرسوده را بازسازی نمود و از هزینه تامین قطعات نو کاست. ایجاد لایه های سطحی روی قطعات می تواند به منظورهای متفاوتی صورت گیرد از جمله می توان به این موارد اشاره کرد :

افزایش مقاومت به سایش

افزایش مقاومت به خوردگی

بهبود خواص سطحی

افزایش هدایت حرارتی یا مقاومت حرارتی

افزایش هدایت یا مقاومت الکتریکی

بهبود ظاهر قطعه

ترمیم و بازسازی قطعات و ...

لایه های سطحی را میتوان به روش های گوناگون روی قطعات ایجاد نمود.

در سالهای اخیر فرآیندهای ترمومکانیکی در ساخت قطعات و یا بازسازی آنها کاربرد زیادی یافته است. یکی از این فرآیند های ترمومکانیکی فرآیند پاشش حرارتی می باشد.

پاشش پلاسما جزئی از مجموعه فرآیندهای پاشش حرارتی است. پاشش حرارتی به گروهی از فرآیند های پوشش دهی گفته می شود که در آن مواد اولیه فلزی یا غیر فلزی پس از ذوب یا نیمه ذوب شدن، روی سطحی که از قبل آماده شده رسوب داده می شود. مراحل پروسه به سادگی قابل درک است. در مرکز تفنگ قوسی از پلاسما وجود دارد و ذرات پودر از طریق لوله به درون جت تزریق می شوند با وارد شدن ذرات به درون قوس این ذرات ذوب شده و به دلیل سرعت گاز پلاسما به سمت خارج از تفنگ شتاب می گیرند. این ذرات مذاب با برخورد به سطح مورد نظر تغییر شکل داده، سرد شده و منجمد می شوند و نوعی پوشش لایه لایه را روی سطح تولید می کنند.

دمای هسته پلاسما می تواند بسته به گاز استفاده شده برای تولید پلاسما و خصوصیات آن و پتانسیل الکتریکی تا 20000 °C (~36000 °F) برسد. در این دمای بالا بسیاری مواد ذوب و حتی تبخیر می شوند. پس می توان تقریبا هر ماده ای را با این روش بر روی سطح مورد نظر پوشش داد.

فصل اول:

آشنایی با روش های پوشش دهی

1-1. مهندسی سطح

  در ابتدای دهه 1970، واژه جدیدی به نام مهندسی سطح [1]در اصطلاحات فنی وارد شد و سپس این زمینه علمیِ جدید به سرعت گسترش یافت. درک این واقعیت که پدیده هایی چون خستگی و خوردگی و سایش ارتباط نزدیکی خواص سطح دارد موجب توسعه مهندسی سطح در اوایل دهه 1980 گردید. در این دهه تعداد قابل ملاحضه ای از فرایندهای نوین تکنولوژی سطح مراحل رشد را تا رسیدن به تکامل صنعتی طی نمود. در میان این فرایندها رسوب شیمیایی بخار، رسوب فیزیکی بخار، کاشت یون، تکنیک های اصلاح سطح با لیزر، پاشش حرارتی و عملیات ترموشیمی پلاسمایی دیده می شوند. هر کدام از این تکنولوژی ها در یک یا چند شاخه از تولیدات صنعتی از جمله بخش های هوافضا، خودرو، هسته ای، معدن و مهندسی عمومی در مقیاس انبوه به کار گرفته شد. علاوه بر آن، مهندسی سطح به شاخه های الکترونیک، پزشکی (از جمله تزیینات) نیز راه یافت و با آنها انطباق کاربردی مناسبی پیدا کرد. 

مهندسی سطح تنها استفاده از پوشش برای محافظت یک قطعه صنعتی نیست. بلکه با تغییر مشخصات ساختاری یا ترکیب لایه های سطحی، خواص مهندسی جدیدی در قطعه حاصل می کند که گاهی شرایط نو یا موارد استفاده جدیدی را موجب می گردد. یک عامل کلیدی در این ارتباط طراحی جسم مرکب (یعنی مجموعه قطعه پایه و پوشش) است. اگر در طراحی برخی از سیستم ها پوشش منظور نشود، اساساً عملکرد آنها دچار اختلال خواهد شد.

مهندسی سطح می تواند به عنوان یک تکنولوژی توانمند تعریف گردد که در طیف وسیعی از فعالیت های صنعتی به کار می رود.

این تکنولوژی سه گروه عمده از فعالیت های مرتبط با هم را شامل می شود:

  1) بهینه سازی خواص سطحی: این گروه شامل بهینه سازی سطح در مقابل خوردگی، چسبندگی، سایش و خواص فیزیکی و شیمیایی دیگر می شود.

  2) تکنولوژی پوشش: این گروه شامل تکنولوژی های قدیمی تر مانند رنگ کاری، ابکاری الکتریکی، جوشی کاری سطحی و انواع عملیات های حرارتی و ترمومکانیکی مانند نیتروژن دهی، کربن دهی و همچنین تکنولوژی های نوین مانند سطح کاری لیزری، پاشش پلاسمایی، رسوب دهی شیمیایی و فیزیکی از فاز بخار و کاشت یونی می گردد.

  3) پوشش شناسی: در این گروه توجه عمده بر روی ارزیابی سطوح و فصل مشترکها از نظر ترکیب، مورفولوژی، ساختار و نیز خواص مکانیکی، سایشی، الکتریکی و نوری است.

ظهور تکنولوژی‌‌های نوین سطحی برای اولین بار این فرصت استثنایی را برای مهندسان فراهم کرد که بتوانند قطعات ساخته شده از آلیاژ‌های غیرآهنی و حتی مواد غیرفلزی را نیز تحت عملیات سطحی قرار دهند. بدین ترتیب دامنه کاربرد مهندسی سطح گسترش یافته و نه تنها آلیاژ‌های آهنی بلکه آلیاژ‌های غیرآهنی و حتی در مواردی مواد غیرفلزی و پلیمر ها را نیز در برگرفته است.[1, 2]

در ادامه این فصل مختصرا با تعدادی از مهمترین روش های پوشش دهی مواد آشنا میشویم.

2-1. آبکاری الکتریکی

براساس تعریف ASTM آبکاری الکتریکی به طور کلی به نشاندن یک پوشش فلزی چسبنده روی الکترود توسط جریان الکتریکی گفته می شود، به طوری که سطحی با خواص یا ابعاد متفاوت نسبت به فلز پایه به دست آید.

به بیان ساده آبکاری الکتریکی عبارت است از عملیات الکتروشیمیایی با سطح که در آن قطعه در قطب منفی یا کاتد قرار می گیرد. جسمی که روکش داده می شود یک فلز رسانا است. عملیات در یک محلول الکترولیت که به آن حمام هم اطلاق می شود انجام می شود. حمام ها محلول هایی عمدتا بر پایه آب هستند، لذا آن دسته از فلزاتی که در محیط های آبی از نمک هایشان احیاء می شوند به صورت الکتریکی روی سطح نشانده می شود. نیروی محرکه الکتریکی معمولا جریان مستقیمی است که از پیل ها یا یک سو سازی جریان متناوب حاصل شده است. قطب دیگر منبع یعنی قطب مثبت که با عنوان آند شناخته می شود به میله یا ورقه ای از فلز متصل است که می تواند از جنس فلز روکش باشد و به این ترتیب غلظت یون روکش را در الکترولیت ثابت نگه می دارد. در برخی از موارد از آند خنثی استفاده می شود که فقط نقش تامین بارالکتریکی را به عهده دارد و با پیشرفت کار جهت جبران کاهش غلظت یون فلز باید مقدار مناسبی از نمک فلز به محلول اضافه شود. آند خنثی بسته به سیستم آبکاری به کار رفته می تواند از جنس سرب، فولاد زنگ نزن، تیتانیم یا پلاتین انتخاب شود.

3-1. رسوب فیزیکی بخار[2]

فرایند رسوب فیزیکی بخار، فرایندی برای لایه نشانی انواع مواد بر روی زیرلایه های مختلف با استفاده از فاز بخار می باشد. نقطه آغازین این فرایند تلاش های انجام گرفته در دهه اول 1800 میلادی بود. صنعتی شدن رسوب فیزیکی بخار به سال های پس از جنگ جهانی دوم باز می گردد.

رسوب فیزیکی بخار شامل سه روش مختلف رسوب دهی است. تبخیر، پراکنش و قوس کاتدی روش های مختلف به کار رفته برای رسوب فیزیکی بخار است.

رسوب فیزیکی بخار فرایندی دوستدار محیط زیست است که تحت خلا انجام شده و امکان اعمال پوشش های ظریف با ضخامت یکنواخت و سختی مناسب را در اختیار کاربر قرار می دهد. اجزا مختلف با گستره ای از جنس های متفاوت از فولاد تا انواع پلاستیک را می توان با استفاده از این فرایند تحت پوشش دهی قرار داد.

یک نوع رسوب دهی تحت خلاء می باشد که این واژه عموماً برای هر نوع دیگر رسوب دهی فیلم های نازک که توسط متراکم کردن مواد تبخیر شده بر روی یک سطح متفاوت دیگر انجام شود نیز اطلاق می گردد.

روش پوشش دهی شامل فرایندهایی می باشد کاملاً فیزیکی بوده نظیر تبخیرسازی دما بالا تحت خلاء یا بمباران کاتدی تحت پلاسما که گاهی اوقات در سطحی که رسوب بر روی آن بایستی انجام شود یک واکنش شیمیایی را در برخواهد داشت.

مزایا:

1) پوشش های PVD در گستره ای از دماهای مختلف از دمای اتاق تا دمای 500 درجه سانتی گراد امکان اعمال بر روی قطعات را دارند.

2) پوششی بسیار یکنواخت را نتیجه داده و چسبندگی پوشش با زیرلایه را در مقایسه با برخی از روش های پوشش دهی، تا بیش از شش برابر افزایش می دهد.

3)با اینکه هزینه اولیه نسبتا بالایی دارد اما در مقایسه با افزایش طول عمر و کیفیت بالای پوشش های PVD، هزینه آن منطقی و حتی پایین ارزیابی می شود.

4) رنگ زیبای حاصل از اکثر پوشش های PVD امکان استفاده از آن در قطعات لوکس و دکوری را نیز فراهم نموده است.

5)نسبت به روش رنگ کاری و یا پوشش دهی های دیگر دوستدار طبیعت است.

معایب:

1)نیاز به تکنولوژی بالایی دارد.

2)برخی فرآیند های این روش در دمای بسیار بالایی انجام میشود که نیاز با نظارت بالای اپراتور دارد.

3)نیاز به سیستم خنک کاری دارد.

4-1. رسوب شیمیایی بخار[3]

روش رسوب شیمیایی بخار بر اساس  واکنش شیمیایی بین یک فاز گازی و سطح گرم شده یک زیر لایه به منظور ایجاد یک پوشش است. توسط این روش دامنه وسیعی از پوشش های فلزی و سرامیکی را میتوان تولید کرد. پوشش های تولید شده از این روش در بسیاری از زمینه ها نظیر خوردگی (مثل Ta)، سایش (مثل TiC)، لایه های تزیینی، نیمه هادی ها و تولید لایه های مغناطیسی و نوری کاربرد دارند. از روش رسوب شیمیایی بخار می توان برای تولید لایه های بسیار نازک استفاده کرد. با این وجود این روش یک روش شکل دهی نیز به حساب می آید. واکنش ها در روش رسوب شیمیایی بخار معمولا در محدوده 150-2200 درجه سانتیگراد انجام میگیرد. در این روش پوشش دهی عموما به سه مرحله در هر واکنش تقسیم میشود: 1)تولید ترکیب حامل فرار مثل کربونیل نیکل. 2)انتقال گاز -بدون تجزیه- به محل رسوب دهی. 3)واکنش شیمیایی ضروری پوشش با زیر لایه.

مشخصه های مختلف رسوب ها نظیر ترکیب شیمیایی، ضخامت، صافی سطح و ساختار به پارامتر های مختلف آزمایش همچون دما، فشار، نرخ جریان گاز، رقت واکنش دهنده ها در گاز حامل، نحوه حرارت دهی به زیر لایه و شکل کلی دستگاه بستگی دارد که متاسفانه معمولا این اطلاعات در دسترس نمی باشد.

مزایای و محدودیت ها:

+ امکان تشکیل انواع مختلف پوششها

+ تشکیل رسوبات با کیفیت خوب

+ سرعت زیاد تشکیل رسوب

+ امکان ساخت قطعات حجیم با شکل پیچیده

- نیاز به دمای بالا در برخی از حالات

- نیاز فشار کم

- مشکلات مربوط به حرارت دادن زیر لایه در برخی مواقع

- نیاز مطالعه دقیق هندسه راکتور قبل از پوشش دهی قطعات پیچیده

تولید پوشش های الماسی و شبه الماسی نیز به این روش انجام میگیرد.[5]

5-1. کاشت یون[4]

این روش یک پوشش ایجاد نمی کند. در این فرآیند یک پرتو شدید با یونهای بسیار پر انرژی تولید می شود که به جای پوشش دهی، به سطح زیر لایه نفوذ میکند و آنرا تغییر می دهد (چیزی شبیه کربن دهی).

شیوه کار دستگاه:

این سیستم به وسیله پرتاب الکترونهایی با انرژی زیاد سبب یونیزه کردن گاز توسط برخورد الکترونها میشود. سپس توسط سیستم استخراجی یون، یونها را از داخل محفظه یون خارج می کند. بعد یونهای خارج شده وارد قسمت آنالیزور جرمی می شوند که در آنجا توسط میدان مغناطیسی نسبت به بار و جرمشان جداسازی می شوند تا یونهای مطلوب را وارد قسمت بعدی نمایند. بعد یونها وارد قسمت شتابدهنده می شوند (جهت گرفتن انرژی برای نفوذ در بستر سیلیکانی) و توسط میدان الکتریکی بالایی شتاب میگیرند. سپس توسط اسکنرهای پویشی به نقاطی که مورد نظر برای کاشت بر روی ویفر سیلیکانی هستند هدایت و بعد وارد محفظه کاشت جهت نفوذ در بستر سیلیکانی می شوند.

سیستم کاشت یون متشکل از پنج قسمت اصلی می باشد:

چشمه یونی[5]

آنالایزر جرمی مغناطیسی[6]

شتابدهنده[7]

اسکنرهای پویشی[8]

محفظه کاشت[9]

قسمتهای فرعی آن شامل:

سیستم ولتاژ بالا[10]

سیستم خلا[11]

سیستم کامپیوتر مرکزی[12]

پرتو های یون با انرژی 80-150 kev مستقیما به طرف سطح قطعه هدایت می شوند و تا عمق  0.1 µm نفوذ می کند. فرآیند در خلا انجام می شود و بنابراین یک روش وابسته به جهت است. هنگامی که یونهای کاشته شده در زیر سطح پراکنده شدند برخی از آنها در نابجایی ها و  سایر عیوب به دام می افتند و در نتیجه عیوب آنها را قفل میکنند. بقیه یونها نیز در برخی آلیاژ ها نیترید های نیمه پایدار تولید میکنند که برای پدیده سخت گردانی مارتنزیتی به کار می آیند.

مشخصه منحصر به فرد فرآیند عبارت است از حفظ خواص سطحی بعد از سائیده شدن تا عمقی که چه بسا صد برابر بیشتر از عمق کاشت اولیه باشد.[4]

در چهار روش مختلف از پرتو های یونی برای اصلاح سطوح استفاده میشود: 1)کاشت مستقیم ذرات مورد نظر؛ 2)مخلوط سازی یک لایه سطحی از قبل رسوب داده شده با مواد زیر لایه به کمک پرتو یونی؛ 3)جابجایی اتمهای زیر لایه برای تشکیل لایه های سطحی بی شکل و یا شرایط اصلاح شده دیگر؛ 4)ذوب کردن لایه های نازک سطحی توسط پرتو های یونی با چگالی بالا، نظیر آنچه توسط پرتو های الکترونی و لیزر حاصل میشود.[5]

6-1. پرتو الکترونی و لیزری

در دهه های اخیر اصلاح سطح جامدات توسط روشهایی نظیر استفاده از پرتو ها شدیدا مورد توجه قرار گرفته است. در این روش انرژی با چگالی نسبتا زیاد در زمان بسیار کوتاه بر روی سطح قطعه متمرکز می شود، اغلب به محدودیت های مربوط به نفوذ کم در حالت جامد و نیروهای ترمودینامیک غلبه میشود. در آلیاژ سازیِ سطح توسط روش های یاد شده، تغییرات ترکیب شیمیایی در فصل مشترک پوشش و زیر لایه شدید نیست و لذا مشکلات مربوط به چسبندگی پوشش به زیر لایه وجود ندارد.

از این روشها برای ذوب کردن، نفوذ سریع و مخلوط کردن در مقیاس میکروسکوپی و تولید ترکیبهای شیمیایی کاملا غیرتعادلی در نواحی سطحی و نزدیک به آن در محدوده چند نانومتر تا چند میکرون ضخامت می توان استفاده کرد و میکرو ساختار های غیرتعادلی نظیر فلزات شیشه ای و همچنین محلولهای جامد فوق اشباع به وجود آورد.

اختلاف اساسی بین روش های پرتو الکترونی و لیزر عبارت است از:1)اختلاف در پروفیل انرژی جذب شده 2) عمق انرژی ذخیره شده 3) کسر انرژی انعکاس یافته. [5]

7-1. غوطه ور سازی

در این روش برای محافظت آهن و فولاد آنرا در حمام مذاب فلز مورد نظر (پوشش) فرو میبرند تا لایه های مختلف آلیاژی بر روی آن ایجاد شود. مراحل به این ترتیب است که ابتدا سطح قطعه به روش های شیمیایی یا مکانیکی کاملا تمیز می شود بعد از چربی گیری و اکسید زدایی، جهت آسان کردن فعل و انفعالات یک پوشش کمکی روی سطح قرار میگیرد که به روانساز یا گداره موسوم است. بعد از داخل کردن در حمام مذاب و خارج کردن از آن میتوان قطعه را در هوا سرد کرد و یا داخل آب داغ فرو برد.[3]

ویژگی ها: این پوشش ها نسبتا ضخیم بوده و سطح قطعه را به خوبی می پوشانند و سرعت پوشش دهی نیز نسبتا زیاد است. این نوع پوشش های به فلزات با نقطه ذوب نسبتا پایین محدود میشود و پوشش تمایل به متخلخل یا ناپیوسته شدن دارد. تمایل به تخلخل و ناپیوستگی پوسته با افزایش نقطه ذوب و یا کاهش ضخامت (کمتر از 25 میکرون)، بیشتر می شود. ضخامت این پوشش ها معمولا بین 25 تا 125 میکرون میباشد. از مثال های این نوع پوشش: آلومنیوم، سرب، قلع و روی است.[5]

8-1. پوشش های بستر سیال

یک روش قدیمی عبارت است از پیشگرم قطعه و سپس نورد یا غوطه وری آن در پودر پلاستیک که باعث می شود پودر در تماس با قطعه کار ذوب شود و پوششی را ایجاد نماید که در گرمایش بعدی یک لایه نازک صیقلی یکپارچه با اتصال پیوند خوب فراهم نماید. در دهه 1950 این روش با سازگاری با روش بستر سیال به طور وسیع مورد استفاده قرار گرفت که بهبود بهره وری و پوشش کامل سطح، مخصوصاً سطوح نا منظم را در پی داشت.

مزایا

- بهبود یکنواختی پوشش و پوشاندن سطوح نا منظم و سطوح داخلی.

- پوشش دهی هم زمان سطوح داخلی و خارجی.

- امکان کنترل بهتر دمای قطعه کار به دلیل پوشش یکپارچه حجم وسیع.

- امکان دستیابی به پوشش های ضخیم در مدت زمان کوتاه.

- سهولت خودکار کردن فرایند.

معایب

 -اساساً یک فرایند کارگاهی است نه متحرک.

- هزینه سرمایه گذاری تجهیزات نسبت به پاشش حرارتی بیشتر است.

- پوشاندن مشکل تر است به دلیل آنکه به پیشگرم نیاز است.

- اندازه قطعه کار با توجه به اندازه و ابعاد بستر سیال و کوره پیشگرم کنترل و محدود می شود.[6]

9-1. عملیات سطحی جوشکاری

از روش های مختلف جوشکاری برای پوشش دادن انواع قطعات نیز استفاده میشود این فرآیند ها معمولا به دلیل برخی ویژگی های منحصر به فردشان کاربرد دارند:

الف)ضخامت پوشش: رسوبهای جوشکاری آلیاژ های عملیات سطحی در ضخامت هایی بیش از سایر روشها بکار گرفته میشوند، معمولا در محدوده 3-10 mm (البته با محدودیت برای برخی مواد). این مورد وقتی حفاظت در عمق ضرورت دارد مزیت خود را نشان میدهد.

ب)چسبندگی به زیر لایه: انتخاب صحیح مواد و فرآیند های عملیاتی، میتواند پیوند بسیار قوی متالوژیکی به زیر لایه ایجاد کند که بدون جدایش در برابر تنش های مکانیکی و حرارتی مقاومت می کند.

ج)بسیاری از روش های جوشکاری امکان کار در محل را دارند و به همین خاطر برای تعمیرات و پوشش دهی روی قطعات در محل کاربرد دارد.

در جدول زیر به طور خلاصه مشخصه های فرآیند های مختلف جوشکاری مورد استفاده برای پوشش دهی آمده است:[4]

نمونه موارد استفاده

رقت تک لایه (%)

سرعت رسوب دهی (kg/hr)

حداقل ضخامت تقریبی رسوب (mm)

علامت اختصاری

فرآیند

رسوب مناطق کوچک روی مقاطع نازک

1-5

≤1

5

OA

اکسی استیلن

رسوب مناطق کوچک روی مقاطع نازک

 2-11 

PW

جوش پودری

لایه های چند تایی روی مقاطع ضخیمتر

15-30

1-4

3

MMA

قوس با الکترود دستی

کارهای با کیفیت بالا و رقت کم

5-10

≤2

5

TIG,GTAW

گار خنثی با الکترود دستی

کارهای با کیفیت بالا و کمترین رقت

2-10

≤10

2

PTA

قوس انتقالی پلاسما

سریعتر از MMA، بدون باقی گذاشتی ته الکترود، امکان انجام کارهای موضعی

10-30

3-6

2

MIG,GMAW

گار خنثی با الکترود فلزی

شبیه MIG، عمدتا برای آلیاژ های پایه آهن به دلیل مقاومت سایشی بالا

15-30

3-6

2

FCAW

قوس با سیم مغری

روانسار دار

قطعات با مقاطع ضخیم، کیفیت رسوب بهتر از FCAW

15-30

10-30

2

SAW

قوس زیر پودری (سیمی)

مقاومت خوردگی روکش کاری مناطق وسیع مشابه SAW سیمی با امکان استفاده از سایر آلیاژ ها

10-25

10-40

3

SAW

قوس زیر پودری(تسمه ای)

 

10-25

10-40

4

SAW

قوس زیر پودری (فله ای)

رسوب با کیفیت بالا و سرعت های بالای رسوب دهی نسبت به SAW. محدودیت در دامنه آلیاژ

5-20

15-35

4

ESW

سرباره الکتریکی

10-1. پاشش حرارتی

در تمامی فرآیند های پاشش حرارتی، مواد مصرفی به تفنگ پاششی تغذیه میشود، دمای  آن بالا می رود و با پرتاب شدن به سطح قطعه کار برخورد می کند. به محض برخورد با سطح، ذرات داغ تغییرشکل هایی می دهند که در یکدیگر قفل شده و به تدریج پوشش را به ضخامت مورد نظر می  رساند.

پاشش حرارتی در قالب دو مدل قرار میگیرد. فرآیند های کم انرژی که شامل پاشش قوسی و شعله ای هستند و بیشتر با عنوان فلز پاشی شناخته میشوند. فرآیند فلز پاشی بیشتر برای ایجاد مقاومت در برابر خوردگی (نظیر روی و آلومنیوم) در دمای محیط یا نزدیکی های آن و در سازه های بزرگ و محیط هایی که شک حرارتی و مکانیکی یا سایش کم است به کار می روند. این پوشش ها همواره دارای مقداری تخلخل اند که ممکن است سودمند باشد چرا که تنش پسماند در پوشش کمتر است و پوششهای ضخیم تر میتواند بدون خطر کنده شدن از زیر لایه مورد استفاده قرار گیرند. به علاوه تخلخل می تواند به عنوان ذخیره ساز روانساز نیز کمک کند. فرآیند های با انرژی بیشتر شامل پلاسما، تفنگ انفجاری و پاشش احتراقی(شعله ای) سرعت بالا میشود. این فرآیند های چسبندگی به زیر لایه بهتر و تخلخل کمتر است و می توان از مواد با نقطه ذوب بالاتر هم استفاده کرد. بنابراین کاربرد آنها بیشتر برای مقاومت در برابر دمای بالا و شوک های حرارتی و مکانیکی است.

در فرآیند های کم انرژی چسبندگی به زیرلایه عمدتا مکانیکی است اما در فرآیند های پر انرژی به دلیل گسیختگی لایه های نازک اکسیدی روی قطعه کار استحکام پیوند بیشتر است و  برخی پیوند های نفوذی نیز وجود دارند.

ویژگی ها:

- محدوده وسیعی از چسبندگی (از بسیار کم تا بسیار زیاد و در حد جوشکاری)

- تولید پوشش هایی نازکتر از جوشکاری

- تمامی موادی که یک حالت مایع پایدار دارند میتوانند به عنوان پوشش به کار روند.

- اعوجاج ندارد و تغییر ساختار متالوژیکی زیر لایه نیز اتفاق نمی افتد.[4]

این روش با محوریت پاشش پلاسما در فصل آینده مفصلا بحث خواهد شد.

فصل دوم:

پوشش دهی به روش پاشش پلاسما

1-2. پلاسما

پلاسما که گاهی آنرا حالت چهارم ماده نیز میگویند در دمای خیلی بالا بوجود می آید و در حالت عادی شامل یون های مثبت و الکترون های آزاد می باشد. با انتقال گرما به ماده تا جایی که ذرات آنها یونیزه شوند و الکترونها بتوانند مستقلا حرکت کنند پلاسما ایجاد میشود.

پلاسما بر حسب شدت یونیزاسیون گاز مورد نظر به دو گروه تقسیم می شوند:

دسته اول پلاسماهایی که در آنها درصد بالایی از اتم ها یونیزاسیون شده اند و برای همجوشی هسته ای به کار می روند که دمای آنها بسیار بالا و در حدود چندین میلیون درجه سانتیگراد است.

دسته دوم پلاسماهایی هستند که در آنها جزئی از اتم ها یونیزه شده اند و یونیزاسیون، به ندرت به 5 % می رسد که دمای آن بین 2000 تا 20000 درجه سانتیگراد است و این نوع پلاسما کاربرد صنعتی دارد. در ذوب آهن، تهیه آلیاژهای فولاد و در پرتاب موشک به فضا و همچنین در حفاری مورد استفاده قرار می گیرد.

یکی از خواص پلاسما این است که می کوشد از نظر الکتریکی خنثی بماند به عبارت دیگر پلاسما می کوشد که بارهای مثبت و منفی فضایی را در هر جزء حجم ماکروسکوپی متوازن کند و خواص دیگر پلاسما، توانایی آن در نوسانات و انتشار امواج است. به علاوه رسانای خوبی برای الکتریسیته نیز است.

1-1-2. رسانایی پلاسما

پلاسما رسانای بسیار خوبی برای برق است و در مواردی حتی بهتر از بهترین رساناهای فلزی عمل می کند. اگر مقداری گاز معمولی را یونیزه کنیم، یعنی درون آن تخلیه الکتریکی انجام دهیم، گاز به پلاسما تبدیل می شود زیرا تخلیه الکتریکی سبب می شود ذرات گاز باردار شوند.

 هر اتم معمولی از یک هسته با بار مثبت و ابری از الکترون ها با بار منفی در اطراف آن تشکیل شده است. بار الکتریکی اتم در حالت عادی صفر است. اگر میدان الکتریکی نیرومندی بر گازی معمولی اعمال کنیم ممکن است تعدادی از الکترون ها از اتم های خود جدا شوند و به اصطلاح گاز یونیزه شود.

هر اتم که به این ترتیب تحت تاثیر قرار بگیرد به طور مثبت باردار می شود و در این حالت اتم به یون تبدیل شده است. الکترون های جدا شده که بار منفی دارند آزادانه در دستگاه حرکت می کنند. این الکترون های آزاد تحت نیروی میدان الکتریکی قرار می گیرند و سرعتشان زیاد و زیادتر می شود و در این روند به اتمهای دیگر برخورد می کنند و سبب آزاد شدن الکترون های بیشتر می شوند این کار به طور پی در پی صورت می گیرد و تعداد الکترون های آزاد شده رفته رفته زیادتر می شوند. این فرآیند به فرآیند آبشاری معروف است. در این میان تخلیه الکتریکی گسترش می یابد و جریان الکتریکی برقرار می شود. گاز قبل از تخلیه الکتریکی در آن نارسانا بود در مواقعی که تخلیه الکتریکی بسیار قدرتمندی انجام می گیرد، ممکن است تمام اتم های گاز به سب