Process – Arc Spraying (AS)

Arc Spraying (AS) – การพ่นเคลือบแบบอาร์คไฟฟ้า

ในกระบวนการพ่นเคลือบแบบอาร์คไฟฟ้า วัสดุที่นำมาใช้พ่นเคลือบจะเป็นลวดสองเส้น โดยทำการให้ความต่างศักย์ของกระแสไฟฟ้าระหว่างลวดพ่นเคลือบทั้งสองเส้นที่ส่งไปยังปืนพ่น การอาร์คและหลอมละลายจะเกิดขึ้นที่ปลายลวดและอนุภาคที่เกิดจากการอาร์คนี้จะถูกขับดันออกมาด้วยแรงดันแก๊ส ซึ่งโดยทั่วไปจะใช้อากาศอัดเป็นตัวขับดันเพื่อส่งอนุภาคร้อนเหล่านั้นไปยังพื้นผิวที่ต้องการ

เนื่องจากหลักการของการพ่นเคลือบแบบอาร์คไฟฟ้านั้น จำเป็นต้องใช้วัสดุที่เป็นตัวนำไฟฟ้าเท่านั้น ซึ่งวัสดุเหล่านี้จะอยู่ในรูปแบบของลวดตัน (Solid Wire) หรือวัสดุที่เป็นผงหุ้มด้วยเปลือกที่เป็นตัวนำไฟฟ้า (Flux-Cored Wire) เพื่อให้สามารถเกิดการอาร์คที่ปลายปืนพ่นเคลือบได้นั่นเอง

อย่างไรก็ตามในเชิงอุตสาหกรรม การฉีดพ่นด้วยระบบ AS โดยใช้ลวดเป็นวัสดุเคลือบนั้น   ได้รับความนิยมอย่างกว้างขวาง เนื่องจากมีค่าใช้จ่ายที่ต่ำกว่าการพ่นเคลือบระบบอื่นๆ ใช้งานได้ง่าย ทำงานได้รวดเร็วเนื่องจากมีอัตราการพ่นเคลือบที่สูง

จากภาพด้านล่าง ลวดพ่นเคลือบจะถูกป้อนเข้าหากันภายใต้มุมที่ถูกกำหนดและถูกทำให้เผาไหม้หลอมละลายที่ปลายกระบอกปืน ส่วนความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างลวดทั้งสองเส้นที่ใช้งานนั้นจะอยู่ระหว่าง 15-50 โวลต์ ส่วนการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่นของวัสดุเคลือบระหว่างพ่นออกมานั้น สามารถทำให้น้อยที่สุดเท่าที่เป็นไปได้โดยการใช้แรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสม เพราะความร้อนยิ่งยวดในการหลอมละลายลวดนั้นจะเพิ่มขึ้นตามแรงดันไฟฟ้า

ความร้อนยิ่งยวดและการเกิดออกซิเดชันของการหลอมละลายของลวดวัสดุเคลือบที่ปลายกระบอกปืนจะเป็นตัวกำหนดความหนืดและพลังงานบนพื้นผิว ขนาดหยดละอองของอนุภาคนั้นขึ้นอยู่กับชนิดของแก๊สและอัตราการไหลของแก๊สและการออกแบบหัวพ่น การเกิดออกซิเดชันในอากาศของอนุภาคที่พ่นออกมาส่วนใหญ่จะขึ้นอยู่กับขนาดของหยดละอองของอนุภาคที่สัมผัสพื้นผิวและปริมาณออกซิเจนในการพ่น

สำหรับการใช้แก๊สพ่นเคลือบร่วมกับการใช้แก๊สเฉื่อยเพื่อห่อหุ้มแก๊สที่พ่นออก (shielding gas)  ตัวอย่างเช่น การใช้ shield gas ในระหว่างการพ่นเคลือบสามารถลดการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่นได้ นอกจากนี้ shield gas ยังสามารถใช้เพื่อลดการพ่นแบบกระจัดกระจายระหว่างการพ่นเคลือบ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในการลดการปนเปื้อนระหว่างการพ่นเคลือบในชิ้นส่วนขนาดเล็ก สำหรับการพ่นเคลือบที่ต้องการคุณภาพสูงสำหรับโลหะที่ทำปฏิกิริยาได้เร็วกับออกซิเจน เช่น ไทเทเนียมอัลลอยสามารถทำได้โดยการฉีดพ่นแบบอาร์คไฟฟ้าซึ่งจะต้องดำเนินการภายในห้องระบบปิดและมีการควบคุมด้วยแก๊สเฉื่อย

ด้วยจุดมุ่งหมายในการเคลือบผิวที่มีความแข็งแรงของการยึดเกาะสูง อัตราการพ่นของแก๊สจะถูกทำให้อยู่ในระดับต่ำเพื่อทำให้เกิดหยดละอองขนาดใหญ่และไม่ทำให้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันมากเท่ากับหยดละอองขนาดเล็กและยังทำให้เกิดความร้อนสูงสำหรับปฏิกิริยาการหลอมโลหะเคลือบกับบริเวณหลอมเหลวบนพื้นผิวของวัสดุที่จะเคลือบ อย่างไรก็ตามจะเกิดรูพรุนและความขรุขระค่อนข้างสูงสำหรับการพ่นแบบหยาบ

ในกระบวนการพ่นเคลือบด้วยเปลวความร้อนทั้งหลายนั้น การพ่นเคลือบแบบอาร์คไฟฟ้า (Arc Spraying) นั้นมีประสิทธิภาพและอัตราการเคลือบสะสมที่โดดเด่น กระบวนการนี้เป็นที่น่าสนใจโดยเฉพาะมุมมองด้านการบริหารต้นทุน ขึ้นอยู่กับการประยุกต์ใช้และกระบวนการควบคุมด้านคุณภาพ นอกจากนี้ยังเป็นอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพดีและสามารถเคลื่อนย้ายไปทำงานตามสถานที่ต่างๆตามความต้องการได้สะดวกอีกด้วย

การพ่นเคลือบด้วยการอาร์คไฟฟ้าสามารถใช้สำหรับการพ่นเคลือบผิวเหล็กและโครงสร้างคอนกรีตขนาดใหญ่โดยใช้อลูมิเนียมหรือสังกะสีเป็นวัสดุพ่นเคลือบเพื่อป้องกันการสึกกร่อนและสำหรับการซ่อมแซมชิ้นส่วนที่ชำรุด (หน้างาน) เนื่องจากข้อได้เปรียบด้านค่าใช้จ่าย (ประหยัด) เมื่อเทียบกับกระบวนการพ่นเคลือบแบบอื่นๆและความแข็งแรงของการยึดเกาะสูง

คุณสมบัติทั่วไปของการพ่นเคลือบแบบอาร์คไฟฟ้า

  • Arc temperature: < 4,000 °C
  • Maximum particle velocity: 150 m/s
  • Maximum deposition rate: 20 kg/h
  • Atomizing gas: Compressed Air, N2, Ar