กระบวนการหลักสำหรับการเคลือบเซรามิกเหล็ก H13 ส่วนใหญ่ประกอบด้วยการพ่นพลาสมา (APS) การพ่นเปลวไฟความเร็วสูง- (HVOF) และการสะสมไอทางกายภาพ (PVD) วิธีการทั้งสามวิธีนี้มีการเน้นในหลักการของอุปกรณ์ พารามิเตอร์กระบวนการ และสถานการณ์ที่เกี่ยวข้อง แต่ทั้งหมดต้องมีสามขั้นตอนหลัก ได้แก่ การปรับสภาพพื้นผิว การพ่น/การสะสม และหลัง-การบำบัด
I. กระบวนการปรับสภาพทั่วไป (ใช้ร่วมกันในทุกกระบวนการ)
ไม่ว่าเทคโนโลยีการเคลือบที่ใช้จะเป็นอย่างไรก็ตาม พื้นผิวเหล็ก H13 จะต้องผ่านการปรับสภาพล่วงหน้าอย่างเข้มงวดเพื่อให้มั่นใจถึงความแข็งแรงในการยึดเกาะ:
การล้างไขมันและการทำความสะอาด: ขจัดน้ำมันบนพื้นผิวโดยใช้อะซิโตนหรือการทำความสะอาดอัลตราโซนิก
การพ่นทรายและการทำให้หยาบ: พ่นทรายพื้นผิวด้วยสารขัด Al₂O₃ (60–80 mesh) เพื่อปรับปรุงความหยาบของพื้นผิว (Ra มากกว่าหรือเท่ากับ 3.2μm) และเพิ่มประสิทธิภาพการยึดเกาะทางกล
การอุ่นชิ้นงาน: ให้ความร้อนชิ้นงานถึง 150–200 องศา เพื่อลดความแตกต่างของความเค้นจากความร้อนระหว่างการพ่น
ครั้งที่สอง คำอธิบายโดยละเอียดของกระบวนการหลักสามกระบวนการ
1. การพ่นพลาสม่า (APS)
ใช้พลาสมาอาร์กที่อุณหภูมิสูง-เพื่อละลายผงเซรามิกและพ่นด้วยความเร็วสูงลงบนพื้นผิวของสารตั้งต้น
ขั้นตอนกระบวนการ:
1. การสร้างพลาสมาอาร์ก: ก๊าซผสม Ar/N₂/H₂ ถูกไอออนไนซ์ด้วยอาร์กไฟฟ้าเพื่อสร้างเจ็ทพลาสมาที่มีอุณหภูมิสูงถึง 15,000–20,000 K
2. การป้อนและการหลอมผง: ผง Al₂O₃, ZrO₂ หรือ Al₂O₃-TiO₂ จะถูกป้อนเข้าไปในไอพ่นและให้ความร้อนจนมีสถานะหลอมเหลวหรือกึ่ง-
3. การสะสมด้วยความเร็วสูง-: ผงกระทบกับซับสเตรตที่ความเร็ว 200–600 ม./วินาที และเย็นตัวลงอย่างรวดเร็วเพื่อสร้างสารเคลือบ
4. พารามิเตอร์ควบคุม: กระแสไฟฟ้า 100–600 A, แรงดันไฟฟ้า 30–80 V, อัตราการป้อนผง 10–30 กรัม/นาที
5. คุณสมบัติ: สามารถพ่นวัสดุเซรามิกต่างๆ ความหนาของชั้นเคลือบ 100–200 μm ความพรุนประมาณ 2–5%
6. การพ่นเปลวไฟแรงดันสูง- (HVOF): ทำให้เกิดการสะสมตัวของสารเคลือบหนาแน่นโดยการสร้างกระแสเปลวไฟความเร็วเหนือเสียงผ่านการเผาไหม้เชื้อเพลิง (เช่น น้ำมันก๊าดหรือไฮโดรเจน) และ-ออกซิเจนแรงดันสูง
2. ขั้นตอนกระบวนการพ่นเปลวไฟด้วยแรงดันไฟฟ้าสูง (HVOF)
ปฏิกิริยาการเผาไหม้: เชื้อเพลิงและ O₂ เผาไหม้อย่างต่อเนื่องในห้องเผาไหม้ ทำให้เกิดเปลวไฟอุณหภูมิสูง-ที่ 2900–3000 องศา
การเร่งความเร็วของแก๊ส: แก๊สขยายตัวผ่านหัวฉีดลาวาล ก่อให้เกิดไอพ่นความเร็วเหนือเสียงที่ 1,500–2,000 เมตร/วินาที
การเร่งและการสะสมของผง: ผงเซรามิก (เช่น WC-Co, Cr₃C₂-NiCr) ถูกให้ความร้อนจนมีสถานะเป็นพลาสติก และกระทบกับซับสเตรตด้วยความเร็วสูง ทำให้เกิดเป็นสารเคลือบที่มีการยึดเกาะสูง-
พารามิเตอร์ทั่วไป: ระยะการพ่น 150–300 มม. แรงยึดเกาะของการเคลือบสามารถเข้าถึงได้มากกว่า 70 MPa
ลักษณะ: ความพรุน<1%, high bonding strength, suitable for high wear resistance and fatigue resistance conditions.
3. การสะสมไอทางกายภาพ (PVD)
ในสภาพแวดล้อมสุญญากาศ วัสดุเป้าหมายจะถูกทำให้เป็นอะตอมทางกายภาพและสะสมอยู่บนพื้นผิวของสารตั้งต้นเพื่อสร้างฟิล์ม
ขั้นตอนกระบวนการ:
การดูดฝุ่น: อพยพออกจากห้องให้สูงกว่า 10⁻³ Pa เพื่อให้มั่นใจว่าสภาพแวดล้อมจะสะอาด
การทำความสะอาดไอออน: เปิดตัวก๊าซ Ar และใช้อคติเชิงลบเพื่อสร้างไอออนอาร์กอนที่จะโจมตีพื้นผิวชิ้นงาน กระตุ้นและกำจัดออกไซด์
การสะสมฟิล์ม: ใช้การระเหยอาร์กหรือการสปัตเตอร์แมกนีตรอนเพื่อทำให้เป้าหมายโลหะกลายเป็นไอ เช่น Ti และ Cr ซึ่งทำปฏิกิริยากับ N₂ เพื่อสร้างสารเคลือบแข็ง เช่น TiN และ CrN
การควบคุมการสะสม: อุณหภูมิ 200–500 องศา อัตราการสะสม 0.1–1 μm/h ความหนาของฟิล์มโดยทั่วไป 2–5 μm
คุณลักษณะ: การเคลือบหนาแน่น-ไม่มีรูพรุนพร้อมผิวสำเร็จสูง เหมาะสำหรับแม่พิมพ์ที่มีความแม่นยำและการใช้งานป้องกันการยึดเกาะ-
ที่สาม หลัง-การรักษาและการควบคุมคุณภาพ
การทำความเย็นช้า: ค่อยๆ ทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้องหลังจากฉีดพ่นเพื่อหลีกเลี่ยงการแตกร้าวจากความเครียดจากความร้อน
การตกแต่งพื้นผิว: การเจียรหรือขัดตามความจำเป็นเพื่อให้มั่นใจในความแม่นยำของมิติ
วิธีการทดสอบ:
การทดสอบความแข็งระดับไมโคร (HV)
การทดสอบการยึดเกาะ (มาตรฐาน ASTM C633)
การวิเคราะห์ทางโลหะวิทยาและการสังเกต SEM ของโครงสร้างการเคลือบ
