حالة البحث حول تقنية طلاء الرش المقاوم للتآكل

1. الحالة الحالية للبحث في الطلاءات المعدنية

تعتبر الطلاءات المعدنية بالرش الحراري من بين أولى الطلاءات المقاومة للتآكل التي تم دراستها وتطبيقها. تشمل المواد المستخدمة عادة المعادن (موليبدينوم، نيكل)، الفولاذ الكربوني، الفولاذ منخفض السبيكة، الفولاذ المقاوم للصدأ، وسلسلة طلاءات سبيكة النيكل والكروم. تُستخدم تقنيات مثل الرش اللهبي، الرش القوسي، الرش بالبلازما، HVOF (وقود الأكسجين عالي السرعة)، ورش التفجير بشكل عام. تتميز هذه الطلاءات بقوة ارتباط عالية مع الركيزة، بالإضافة إلى مقاومة ممتازة للتآكل والصدأ، مما يجعلها مناسبة لإصلاح الأجزاء المتآكلة وتشغيل المكونات الكبيرة الحجم.

عند استخدام تقنية رش البلازما مع سبائك الألمنيوم لتغطية حلقات المكبس، حلقات المزامنة، والأسطوانات، تظهر الطلاءات مقاومة جيدة للتآكل، قوة ارتباط عالية، وخصائص ممتازة ضد التآكل اللاصق. تحت ظروف التشحيم، تظهر أيضًا أداءً جيدًا ضد الالتصاق والتآكل. تُستخدم عادةً أسلاك الفولاذ عالي الكربون وأسلاك الفولاذ المقاوم للصدأ (نوع Cr13، نوع 18-8، إلخ) كمواد رش مقاومة للتآكل والتآكل. تتميز هذه المواد بقوة عالية، مقاومة جيدة للتآكل، توفر واسع، وتكلفة منخفضة. توفر طلاءات NiCr مقاومة جيدة للحرارة، مقاومة للتآكل، ومقاومة لتآكل التآكل، مما يجعلها مناسبة كطلاءات واقية لأنابيب السخانات والسخانات الثانوية في غلايات محطات الطاقة. يمكن استخدام طرق الرش اللهبي والبلازمي لتحضير طلاءات معدنية مقاومة للتآكل من NiCr مع هياكل ميكروية مختلفة، على الرغم من أن هذه الطلاءات تميل إلى أن تحتوي على مسامية ومحتوى أكسيد أعلى.

2. الحالة الحالية للبحث في الطلاءات الخزفية

تشمل مساحيق السيراميك المستخدمة في الرش الحراري الأكسيدات، الكربيدات، البوريدات، النيتريدات، والسليكايدات، وهي مركبات بلورية أو غير متبلورة تتكون من عناصر معدنية وغير معدنية. تُعرف الطلاءات الخزفية بنقاط انصهارها العالية، وصلابتها العالية، ومقاومتها الممتازة للتآكل، ومقاومتها للتآكل، وثباتها عند درجات الحرارة العالية. ومع ذلك، فإن عملية رش الطلاءات الخزفية معقدة ومكلفة، والطلاءات عرضة للتشققات السطحية ولديها مقاومة ضعيفة للإجهاد الحراري مقارنة بالطلاءات المعدنية. بالإضافة إلى ذلك، فإن الطلاءات الخزفية تتمتع بصلابة ضعيفة وغير مناسبة للتطبيقات التي تتضمن أحمال تأثير كبيرة. تشمل الطلاءات الخزفية الشائعة الاستخدام Al2O3، TiO2، Cr2O3، ZrO2، WC، TiC، Cr3C2، وTiB2، والتي يتم تحضيرها عادة باستخدام تقنيات الرش بالبلازما، الرش باللهب، HVOF، وتقنيات الرش بالانفجار.

درس رين جينغري وآخرون خصائص الاحتكاك والانزلاق والتآكل لطلاءات مسحوق السيراميك Al2O3-40%TiO2 و Cr2O3 التي تم رشها بالبلازما. وجدوا أن طلاءات Cr2O3 تظهر مقاومة تآكل أعلى من طلاءات Al2O3-40%TiO2. آلية التآكل لطلاءات Cr2O3 هي بشكل أساسي تآكل كاشط، مع خصائص كسر هشة تحت الأحمال العالية. على النقيض من ذلك، فإن آلية التآكل لطلاءات Al2O3-40%TiO2 هي بشكل رئيسي تشوه بلاستيكي وتفكك. درس تشين تشوانزهونغ وآخرون طلاءات السيراميك المركبة Al2O3-TiO2-NiCrAlY، مشيرين إلى أن انصهار TiO2 و Al2O3 يشكل درجة معينة من الذوبان المتبادل، مما يقلل من مسامية الطلاء ويعزز من قوته ومرونته ومقاومته للتآكل.

درست دراسات أخرى خصائص الاحتكاك والانزلاق والتآكل لطلاءات المعادن والسيراميك متعددة الطبقات التي تم رشها بالبلازما. تتضمن تسلسل الرش أولاً تطبيق طبقة رابطة من NiCr على الركيزة، تليها طبقات انتقالية بنسب متغيرة من NiCr-Cr2O3، وأخيراً طبقة سطحية من Cr2O3 بنسبة 100%. وُجد أن نسبة مناسبة من المعدن إلى السيراميك في الطبقة الانتقالية يمكن أن تحسن من مقاومة التآكل للطلاء. تشمل آليات التآكل الرئيسية الكسر الهش، التآكل الكاشط، الالتصاق، والتآكل الأكسيدي.

3. الحالة البحثية الحالية لطلاءات المعادن والسيراميك

المعادن والسيراميك كل منهما له مزايا فريدة وضعف أداء مميز.

تتكون طلاءات المعادن والسيراميك Cr3C2-NiCr من مرحلة صلبة من كربيد الكروم المقاوم للحرارة ومرحلة سبيكة من النيكل والكروم القابلة للتشكيل.

يتم استخدام الطلاءات المعدنية-السيراميكية المعتمدة على WC بشكل شائع في ظروف التآكل والتآكل الكاشط تحت 450 درجة مئوية. درس شياو شيانغ يانغ وزملاؤه آلية تآكل الاحتكاك للطلاءات المطلية بالبلازما WC/18Co. أظهرت النتائج أن المرحلة الأولية من تآكل الاحتكاك تهيمن عليها التآكل اللصقي، حيث تؤدي الصلابة العالية للطلاء وخصائصه القوية المضادة للالتصاق إلى الحد الأدنى من التآكل. في المرحلة المستقرة، تصبح تقشر التعب والتشقق الهش الآليات الرئيسية للتآكل، حيث تؤدي هشاشة الطلاء وانخفاض قوة الترابط بين الجسيمات إلى زيادة التآكل. تعتبر الشوائب الأكسيدية داخل الطلاء السبب الرئيسي لعدم كفاية مقاومة تآكل الاحتكاك.

4. الحالة البحثية الحالية للطلاءات غير المتبلورة

المواد غير المتبلورة تتميز بالفوضى على المدى الطويل والنظام على المدى القصير.

استخدم شيانغ شينغوا وآخرون الرش بالبلازما لتحضير طلاءات سبائك الحديد غير المتبلورة (التي تحتوي على السيليكون، البورون، الكروم، النيكل، إلخ). أظهرت الطلاءات بنية ميكروية متجانسة، وكثافة عالية، وporosity منخفضة، ومحتوى أكسيد ضئيل، وصلابة عالية، حيث تراوحت الصلابة الميكروية من 530 إلى 790 HV0.1. كما أظهرت الطلاءات ارتباطًا جيدًا مع الركيزة.

درست دراسات أخرى البنية الميكروية ومقاومة التآكل لطلاءات سبائك الحديد-الكروم-البورون التي تم رشها بالانفجار. أشارت النتائج إلى أن الطلاءات تتمتع بمقاومة ممتازة للتآكل والتآكل. خلال تآكل الانزلاق، حسنت طبقة الفيلم غير المتبلور التي تم توليدها ديناميكيًا بشكل كبير من مقاومة التآكل وقللت من معامل الاحتكاك.

في الملخص، يمكن أن يؤدي استخدام HVOF، ورش البلازما، ورش القوس، ورش الانفجار لتطبيق الطلاءات المعدنية والسيراميكية والمعدنية-السيراميكية وغير المتبلورة المقاومة للاهتراء إلى تعزيز مقاومة الاهتراء لمواد الركيزة بشكل فعال.