थर्मल स्प्रे पहनने के प्रतिरोधी कोटिंग प्रौद्योगिकी की अनुसंधान स्थिति

1. धातु कोटिंग्स की वर्तमान अनुसंधान स्थिति

थर्मल स्प्रे धातु कोटिंग्स सबसे पहले अध्ययन की गई और लागू की गई पहनने-प्रतिरोधी कोटिंग्स में से हैं। सामान्यतः उपयोग किए जाने वाले सामग्री में धातुएं (Mo, Ni), कार्बन स्टील, निम्न-धातु मिश्र धातु स्टील, स्टेनलेस स्टील, और Ni-Cr मिश्र धातु श्रृंखला कोटिंग्स शामिल हैं। तकनीकों जैसे कि फ्लेम स्प्रेइंग, आर्क स्प्रेइंग, प्लाज्मा स्प्रेइंग, HVOF (हाई-वेलोसिटी ऑक्सीजन फ्यूल), और डिटोनेशन स्प्रेइंग का सामान्यतः उपयोग किया जाता है। ये कोटिंग्स सब्सट्रेट के साथ उच्च बंधन शक्ति प्रदर्शित करती हैं, साथ ही उत्कृष्ट पहनने और जंग प्रतिरोध भी, जिससे ये पहने हुए भागों की मरम्मत और बड़े आकार के घटकों की मशीनिंग के लिए उपयुक्त बनती हैं।

जब एल्युमिनियम-आधारित मिश्र धातुओं के साथ प्लाज्मा स्प्रेिंग तकनीक का उपयोग करके पिस्टन रिंग, समन्वय रिंग और सिलेंडरों को कोट किया जाता है, तो कोटिंग्स अच्छी पहनने की प्रतिरोधकता, उच्च बंधन शक्ति और उत्कृष्ट एंटी-एडहेसिव पहनने की विशेषताओं का प्रदर्शन करती हैं। स्नेहक स्थितियों के तहत, वे अच्छी एंटी-सीज़र और एंटी-स्कफिंग प्रदर्शन भी दिखाती हैं। उच्च-कार्बन स्टील के तार और स्टेनलेस स्टील (Cr13 प्रकार, 18-8 प्रकार, आदि) मिश्र धातु के तार आमतौर पर पहनने और जंग-प्रतिरोधी स्प्रेिंग सामग्री के रूप में उपयोग किए जाते हैं। इन सामग्रियों की विशेषताएँ उच्च ताकत, अच्छी पहनने की प्रतिरोधकता, व्यापक उपलब्धता और कम लागत हैं। NiCr कोटिंग्स अच्छी गर्मी प्रतिरोध, जंग प्रतिरोध, और क्षरण पहनने की प्रतिरोधकता प्रदान करती हैं, जिससे वे पावर प्लांट बॉयलरों में सुपरहीटर और रीहीटर ट्यूबों के लिए सुरक्षात्मक कोटिंग्स के रूप में उपयुक्त होती हैं। ज्वाला और प्लाज्मा स्प्रेइंग विधियों का उपयोग विभिन्न माइक्रोसंरचनाओं के साथ NiCr धातु पहनने-प्रतिरोधी कोटिंग्स तैयार करने के लिए किया जा सकता है, हालांकि इन कोटिंग्स में उच्च छिद्रता और ऑक्साइड सामग्री होने की प्रवृत्ति होती है।

2. सिरेमिक कोटिंग्स की वर्तमान अनुसंधान स्थिति

थर्मल स्प्रे सिरेमिक पाउडर में ऑक्साइड, कार्बाइड, बोराइड, नाइट्राइड, और सिलिसाइड शामिल हैं, जो धात्विक और गैर-धात्विक तत्वों से बने क्रिस्टलीय या अमोर्फिक यौगिक हैं। सिरेमिक कोटिंग्स को उनके उच्च गलनांक, उच्च कठोरता, और उत्कृष्ट पहनने के प्रतिरोध, जंग प्रतिरोध, और उच्च तापमान स्थिरता के लिए जाना जाता है। हालाँकि, सिरेमिक कोटिंग्स को स्प्रे करने की प्रक्रिया जटिल और महंगी है, और कोटिंग्स सतह दरारों के प्रति संवेदनशील होती हैं और धातु कोटिंग्स की तुलना में कम तापीय थकान प्रतिरोध होती है। इसके अतिरिक्त, सिरेमिक कोटिंग्स में खराब toughness होती है और ये महत्वपूर्ण प्रभाव लोड वाले अनुप्रयोगों के लिए अनुपयुक्त होती हैं। सामान्यतः उपयोग की जाने वाली सिरेमिक कोटिंग्स में Al2O3, TiO2, Cr2O3, ZrO2, WC, TiC, Cr3C2, और TiB2 शामिल हैं, जिन्हें आमतौर पर प्लाज्मा स्प्रेइंग, फ्लेम स्प्रेइंग, HVOF, और डिटोनेशन स्प्रेइंग तकनीकों का उपयोग करके तैयार किया जाता है।

रेन जिंगरी और अन्य ने प्लाज्मा-स्प्रे किए गए Al2O3-40%TiO2 और Cr2O3 सिरेमिक पाउडर कोटिंग्स के स्लाइडिंग फ्रिक्शन और पहनने के गुणों का अध्ययन किया। उन्होंने पाया कि Cr2O3 कोटिंग्स Al2O3-40%TiO2 कोटिंग्स की तुलना में उच्च पहनने के प्रतिरोध का प्रदर्शन करती हैं। Cr2O3 कोटिंग्स का पहनने का तंत्र मुख्य रूप से घर्षण पहनने का होता है, जिसमें उच्च लोड के तहत भंगुर फ्रैक्चर के गुण होते हैं। इसके विपरीत, Al2O3-40%TiO2 कोटिंग्स का पहनने का तंत्र मुख्य रूप से प्लास्टिक विरूपण और डेलैमिनेशन है। चेन चुआनझोंग और अन्य ने Al2O3-TiO2-NiCrAlY समग्र सिरेमिक कोटिंग्स का अध्ययन किया, यह नोट करते हुए कि TiO2 और Al2O3 का पिघलना एक निश्चित डिग्री की आपसी घुलनशीलता बनाता है, कोटिंग की छिद्रता को कम करता है और इसकी ताकत, toughness, और पहनने के प्रतिरोध को और बढ़ाता है।

अन्य अध्ययनों ने प्लाज्मा-छिड़काव किए गए बहुस्तरीय धातु और सिरेमिक कोटिंग्स की स्लाइडिंग घर्षण और पहनने के गुणों की जांच की है। छिड़काव अनुक्रम में पहले सब्सट्रेट पर एक NiCr बांड कोट लागू करना शामिल है, इसके बाद NiCr-Cr2O3 के विभिन्न अनुपात के संक्रमण परतें, और अंत में 100% Cr2O3 सतह परत। यह पाया गया कि संक्रमण परत में धातु और सिरेमिक का उपयुक्त अनुपात कोटिंग की पहनने की प्रतिरोधकता को सुधार सकता है। मुख्य पहनने के तंत्रों में भंगुर फ्रैक्चर, घर्षण पहनना, चिपकना, और ऑक्सीडेटिव पहनना शामिल हैं।

धातु-सिरेमिक कोटिंग्स की वर्तमान अनुसंधान स्थिति

धातुओं और सिरेमिक्स के प्रत्येक के पास अद्वितीय लाभ और विशिष्ट प्रदर्शन कमजोरियाँ हैं। दोनों सामग्रियों के लाभकारी गुणों को संयोजित करना सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग में एक दीर्घकालिक अनुसंधान दिशा रही है। धातु-सिरेमिक मिश्रित कोटिंग प्रौद्योगिकी, जो एक प्लास्टिक मैट्रिक्स के भीतर उपयुक्त आकार और आकार के सिरेमिक कणों को समान रूप से वितरित करने में शामिल है, धातुओं की ताकत और कठोरता को सिरेमिक्स की उच्च-तापमान प्रतिरोध, घिसाव प्रतिरोध, और जंग प्रतिरोध के साथ सफलतापूर्वक संयोजित करती है। यह धातु और सिरेमिक सामग्रियों दोनों के अनुप्रयोग क्षेत्र को महत्वपूर्ण रूप से विस्तारित करता है, जिसमें एयरोस्पेस, रासायनिक, यांत्रिक, और ऊर्जा उद्योगों में सफल अनुप्रयोग शामिल हैं। उद्योग में सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले धातु-सिरेमिक कोटिंग्स Cr3C2-NiCr और WC-Co हैं, जिन्हें आमतौर पर HVOF, प्लाज्मा, और विस्फोट स्प्रे तकनीकों का उपयोग करके तैयार किया जाता है।

Cr3C2-NiCr धातु-सेरामिक कोटिंग्स एक रिफ्रैक्टरी क्रोमियम कार्बाइड हार्ड फेज और एक डक्टाइल निकल-क्रोमियम मिश्र धातु फेज से मिलकर बनी होती हैं। वे उच्च उच्च-तापमान कठोरता, उत्कृष्ट उच्च-तापमान पहनने के प्रतिरोध, जंग प्रतिरोध, ऑक्सीडेशन प्रतिरोध, और उच्च बंधन शक्ति प्रदर्शित करती हैं। ये कोटिंग्स उच्च-तापमान (530–900°C) घर्षण पहनने, संक्षारीय पहनने, और क्षरण पहनने की स्थितियों में काम करने वाले घटकों में व्यापक रूप से उपयोग की जाती हैं, जैसे निरंतर एनिलिंग लाइनों में भट्टी रोल, स्टील मिल निरंतर उत्पादन लाइनों में कोर रोल, और सिलेंडर पिस्टन रिंग और लाइनर। TiB2-आधारित धातु-सेरामिक कोटिंग्स, जिनका उच्च गलनांक, उच्च कठोरता, अच्छे विद्युत और चुंबकीय गुण, और उच्च जंग प्रतिरोध है, उच्च-तापमान, पहनने-प्रतिरोधी अनुप्रयोगों के लिए Cr3C2 का एक संभावित विकल्प हैं। वे Al2O3, Cr3C2-NiCr, और WC-Co की तुलना में उच्च पहनने के प्रतिरोध की पेशकश करते हैं।

WC-आधारित धातु-सेरामिक कोटिंग्स आमतौर पर 450°C से नीचे के घर्षण और क्षय पहनने की स्थितियों में उपयोग की जाती हैं। Xu Xiangyang और अन्य ने प्लाज्मा-छिड़काव WC/18Co कोटिंग्स के फ्रीटिंग पहनने के तंत्र का अध्ययन किया। परिणामों ने दिखाया कि फ्रीटिंग पहनने का प्रारंभिक चरण चिपकने वाले पहनने द्वारा नियंत्रित होता है, जिसमें कोटिंग की उच्च कठोरता और मजबूत एंटी-चिपकने वाली विशेषताएँ न्यूनतम पहनने का परिणाम देती हैं। स्थिर चरण में, थकान डेलैमिनेशन और भंगुर दरारें मुख्य पहनने के तंत्र बन जाती हैं, जिसमें कोटिंग की भंगुरता और कम अंतःकण बंधन शक्ति पहनने को बढ़ाने का कारण बनती है। कोटिंग के भीतर ऑक्साइड समावेश अपर्याप्त फ्रीटिंग पहनने के प्रतिरोध का प्राथमिक कारण हैं।

4. अमोर्फस कोटिंग्स की वर्तमान अनुसंधान स्थिति

अमोर्फस सामग्री को लंबी दूरी के विकार और छोटी दूरी के क्रम द्वारा विशेषता दी जाती है। वे अक्सर अपने क्रिस्टलीय समकक्षों की तुलना में उच्च ताकत, toughness, hardness, corrosion resistance, और नरम चुंबकीय गुणों सहित उत्कृष्ट भौतिक और रासायनिक गुण प्रदर्शित करते हैं, जिससे वे धातु सामग्री का एक आशाजनक नया वर्ग बनाते हैं। थर्मल स्प्रे अमोर्फस मिश्र धातु कोटिंग हाल ही में सामग्री विज्ञान में एक नए शोध क्षेत्र के रूप में उभरी है। थर्मल स्प्रे तकनीकें, बड़े क्षेत्र के अमोर्फस कोटिंग तैयार करने के तरीकों में से एक के रूप में, व्यापक ध्यान आकर्षित करना शुरू कर चुकी हैं। सामान्य विधियों में प्लाज्मा स्प्रेइंग, HVOF, और डिटोनेशन स्प्रेइंग शामिल हैं।

शियांग शिंगहुआ आदि ने प्लाज्मा स्प्रेइंग का उपयोग करके Fe-आधारित अमोर्फस मिश्र धातु कोटिंग्स (जो Si, B, Cr, Ni आदि शामिल हैं) तैयार की। कोटिंग्स ने समान माइक्रोस्ट्रक्चर, उच्च घनत्व, कम छिद्रता, न्यूनतम ऑक्साइड सामग्री, और उच्च कठोरता प्रदर्शित की, जिसमें माइक्रोहार्डनेस 530 से 790 HV0.1 के बीच था। कोटिंग्स ने सब्सट्रेट के साथ अच्छी बंधन भी दिखाई।

अन्य अध्ययनों ने विस्फोट-स्प्रे की गई Fe-Cr-B मिश्र धातु कोटिंग्स की माइक्रोस्ट्रक्चर और पहनने के प्रतिरोध की जांच की है। परिणामों ने संकेत दिया कि कोटिंग्स में उत्कृष्ट पहनने और जंग प्रतिरोध है। स्लाइडिंग पहनने के दौरान, एक गतिशील रूप से उत्पन्न अमोर्फस सतह फिल्म ने पहनने के प्रतिरोध को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ा दिया और घर्षण गुणांक को कम कर दिया।

संक्षेप में, धातु, सिरेमिक, धातु-सिरेमिक, और अमोर्फस पहनने-प्रतिरोधी कोटिंग्स को लागू करने के लिए HVOF, प्लाज्मा स्प्रेइंग, आर्क स्प्रेइंग, और डिटोनेशन स्प्रेइंग का उपयोग करना सब्सट्रेट सामग्री की पहनने की प्रतिरोधकता को प्रभावी ढंग से बढ़ा सकता है।