งานพ่นพอกโลหะ (Thermal Spray หรือเรียกว่า Metal Spray) เป็นกระบวนการทางวิศวกรรมพื้นผิวที่สร้างเนื้อโค้ทติ้งด้วยวัสดุหลากหลายชนิด เช่น โลหะ, เซรามิค เคลือบลงไปยังผิวชิ้นงาน ที่มีวัสดุเหมือนหรือแตกต่างกันก็ได้
งานพ่นพอกโลหะนิยมใช้ใน งานป้องกันการกัดกร่อน (Anti-Corrosion) ลงบนวัสดุเหล็กเฟอร์รัส หรือใช้ในงานพ่นเพื่อ เปลี่ยนคุณสมบัติของชิ้นงาน เช่น เพื่อกันรอยขีดข่วน (Wear Resistance) หรือ เพื่อเพิ่มการนำความร้อน (Thermal Conductivity)
The Process Basics
งานพ่นพอกทุกชนิดมีหลักการเดียวกันคือ การทำให้วัสดุขนาดเล็กที่หลอมละลายพุ่งเข้าไปจับบนชิ้นงานที่เตรียมผิวไว้แล้ว เกิดเป็นเนื้อโค้ทติ้งอย่างต่อเนื่อง
วิธีที่ทำให้เกิดวัสดุขนาดเล็ก และหลอมละลายนี้ ต้องมีส่วนประกอบสำคัญดังนี้
แหล่งความร้อน (Heat Source) เป็นหัวใจสำคัญที่ทำให้วัสดุเกิดการหลอมละลาย (Molten Particles)
วัสดุพ่นพอก (Spray Material) เช่นลวดพ่นพอก (Wires) หรือผงพ่นพอก (Powders)
อุปกรณ์พ่นพอกโลหะ ทำให้วัสดุหลอมละลายเกิดอัตราเร่งพุ่งไปจับบนชิ้นงาน
เมื่อวัสดุพุ่งไปจับบนผิวชิ้นงาน วัสดุจะเรียบแบนไปบนผิวงาน (Flatten) เกิดการแข็งตัวและเกิดแรงยึดเหนี่ยวทางกล (Mechanical Bond) บนผิวงานที่มีรอยหยัก (Roughened substrate) เกิดเป็นเนื้อโค้ทติ้งที่มีความหนาต่างๆ
เครื่องพ่นพอกโลหะ แบ่งออกเป็น 4 กลุ่มหลักคือ Flame Spray, Arc Spray, Plasma Spray, High Velocity Oxygen Fuel (HVOF) และอย่างที่ 5 เป็นวิธีใหม่ที่เรียกว่า Laser Cladding
Flame Spray Process - การพ่นพอกโดยใช้พลังงานแก๊ส
Heat Source - แหล่งพลังงาน ใช้พลังงานจากแก๊ส* และเปลวออกซิเจน (*ใช้ propane หรือ acetylene).
Material - วัสดุที่ใช้ ลวดพ่นพอก (Wires) หรือผงพ่นพอก (Powders) หรือลวดเซรามิค (Rods)
Transfer - แรงอัดวัสดุ ลมจากเครื่องทำลม
Process - กระบวนการ
เกิดจากพลังงานแก๊สและออกซิเจนรวมกัน เกิดเปลวเพลิงหลอมละลายวัสดุ ที่อยู่ในรูปแบบลวดหรือผง
- สำหรับงานพ่นลวด (Wire flame spray) เมื่อวัสดุหลอมละลายและมีแรงลมผ่านหัว Nozzle ทำให้วัสดุเกิดการแตกตัวเป็นวัสดุขนาดเล็กระดับอะตอม (Atomized) และมีความเร่งพุ่งไปจับบนผิวชิ้นงาน
* ขนาดลวดที่ใช้มีผลต่อ ความเร็วในการพ่นสเปรย์ (High spray rate)
- สำหรับงานพ่นผง (Powder flame spray) วัสดุผงถูกทำให้อ่อนตัวลงเมื่อผ่านเปลวเพลิง และมีความเร่งจากเปลวเพลิงของแก๊สที่ผ่านหัว Nozzle ทำให้ผงที่อ่อนตัวพุ่งเข้าไปจับบนผิวชิ้นงาน
Arc Spray Process - การพ่นพอกโดยใช้ไฟฟ้า หรือ อาร์คสเปรย์
Heat Source - แหล่งพลังงาน การอาร์คด้วยไฟฟ้า
Material - วัสดุที่ใช้ ลวดพ่นพอก (Wires) Transfer - แรงอัดวัสดุ ลมจากเครื่องทำลม
Process - กระบวนการ ลวดสองเส้น (Twin Wire Arc Spray) ที่มีขั้วไฟฟ้าต่างกัน ถูกป้อนเข้าไปยังปืนพ่นพอก (Pistol) เกิดประจุไฟฟ้า ข้างหนึ่งประจุบวก ข้างหนึ่งประจุลบ เมื่อลวดสองเส้นแตะกันจะเกิดการอาร์คด้วยไฟฟ้า (Electric arc) ทำให้ลวดหลอมละลาย ในขณะเดียวกันก็มีแรงดันลม ผ่านหัว Nozzle ทำให้วัสดุแตกเป็นอะตอม (Atomized) และพุ่งไปจับบนผิวชิ้นงาน
ลักษณะการป้อนลวดของเครื่องอาร์คสเปรย์มี 3 แบบด้วยกัน คือ
Push Only ดันลวดจากตัวเครื่องเท่านั้น
Pull Only ดึงลวดจากปืนพ่นพอกเท่านั้น
Push and Pull ดัน และดึงลวด จากเครื่องและหัวพ่น พร้อมๆกัน เหมาะสำหรับสายความยาวสูง
Plasma Spray Process - พ่นพอกโลหะด้วยระบบพลาสมา
Heat Source - แหล่งพลังงาน การอาร์คด้วยพลาสมา (Plasma arc)
Material - วัสดุที่ใช้ ผงพ่นพอก (ceramic, metal, plastics)
Transfer - แรงอัดวัสดุ โดย Plasma jet
Process - กระบวนการ
พลาสม่าคือคำที่ใช้เรียกแก๊สที่ได้รับความร้อนในระดับที่เกิดไอออน (ionises) จนมีสถานะนำไฟฟ้า ในกรณีของการพ่นพลาสม่า พลาสม่านั้นถูกสร้างจากการยิงประจุอาร์คระหว่างหัว Nozzle และ Electrode ในปืนพลาสม่า จึงเกิดเป็นลม Plasma Jet ออกมาจาก Nozzle เมื่อผงพ่นเข้ามาสู่กระแสลมพลาสม่า ผงวัสดุจะอ่อนตัวลงและวิ่งเข้าไปยึดติดกับพื้นผิวด้วยความเร็วสูง ส่งผลให้การเคลือบผิวติดแน่นและทนทาน ข้อดีคือ ชิ้นงานคงอุณภูมิต่ำเนื่องจากความร้อนในกระบวนการพลาสม่าเกิดขึ้นแค่บริเวณปืนเท่านั้น
HVOF Spray Process - พ่นพอกด้วยระบบ HVOF
Heat Source - แหล่งพลังงาน เชื้อเพลิง (Liquid หรีอ Gas) และเปลวออกซิเจน
Material - วัสดุที่ใช้ ผงพ่นพอก (Metal)
Transfer - แรงอัดวัสดุ โดยเปลว HVOF ความเร็วสูง
Process - กระบวนการ
กระบวนการ HVOF เกิดจากเชื้อเพลิง (แบบ liquid หรือ gas) ผสมกับออกซิเจน เมื่อทำการติดไฟ แก๊สเผาไหม้จะวิ่งผ่านหัว Nozzle และมีอัตราเร่งสูงที่ 1,500 เมตรต่อวินาที
ในขณะเดียวกันผงวัสดุนั้นถูกป้อนไปยังเปลว HVOF ที่มีความเร่งสูง ผงวัสดุจะอ่อนตัวและมีความเร็วสะสม
แรงอัดความเร็วสูงของวัสดุที่เกิดขึ้นบนผิวงานทำให้ผิวนั้นมีการยึดเกาะสูง ความหนาแน่นสูง งาน HVOF จึงเป็นที่นิยมในการทำโค้ทติ้งระดับ High-End
Laser Spray Process - การเคลือบด้วยระบบเลเซอร์
Heat Source - แหล่งพลังงาน ลำแสงเลเซอร์พลังงานสูง (High power laser beam)
Material - วัสดุที่ใช้ ผง Powder (metal)
Transfer - แรงอัดวัสดุ โดยแสงเลเซอร์ (Laser beam)
Process - กระบวนการ
การเคลือบด้วยระบบเลเซอร์นั้นใช้ประโยชน์จากลำแสงเลเซอร์ ที่มีพลังงานสูง และความแม่นยำสูง ทำให้เกิดแอ่งหลอมเหลว (Weld pool) และมีผงโลหะป้อนเข้ามาพร้อมกับก๊าซเฉื่อย และรวมเข้ากันกับแสงเลเซอร์ เกิดเป็นเนื้อโค้ทติ้งคุณภาพสูงที่สุด ณ ปัจจุบัน
Comments