Spruzzatura al plasmaè un sofisticato processo di rivestimento che utilizza un arco plasma come fonte di calore per sciogliere e depositare materiali su un substrato. Questo metodo è ampiamente applicato in vari settori per migliorare le proprietà superficiali dei materiali, come il miglioramento della resistenza alla corrosione, al calore, all'usura e all'isolamento elettrico. Ecco uno sguardo dettagliato su come viene eseguita la spruzzatura al plasma.
La spruzzatura al plasma funziona secondo il principio della generazione di plasma ad arco. Viene creato un arco tra due elettrodi, generalmente realizzati con materiali non consumabili, che funge da fonte di calore. Un flusso di gas, come argon, azoto o idrogeno, viene fatto passare attraverso l'arco. Questo gas viene ionizzato e riscaldato a temperature estremamente elevate, comprese tra 10.000 e 20.000 °C, formando il getto di plasma. Il getto di plasma esce da un ugello e viene diretto sul substrato su cui verrà applicato il rivestimento.
Per creare un arco tra gli elettrodi viene utilizzata un'alimentazione ad alta tensione.
L'arco è mantenuto da un flusso di corrente stabile, tipicamente nell'intervallo da decine a centinaia di ampere.
Un gas inerte o reattivo viene immesso nella torcia al plasma.
Il gas viene riscaldato e ionizzato dall'arco, formando un getto di plasma ad alta temperatura.
La torcia al plasma è il componente centrale del sistema di spruzzatura al plasma.
Ospita gli elettrodi e l'ugello attraverso il quale esce il getto di plasma.
Il materiale di base, che può presentarsi sotto forma di polvere, filo o barra, viene introdotto nel getto di plasma.
Il materiale viene riscaldato e fuso dal plasma e le goccioline fuse vengono accelerate verso il substrato.
Il supporto viene pulito e preparato per garantire una buona adesione del rivestimento.
Può essere preriscaldato per ridurre lo shock termico durante il processo di rivestimento.
Fasi del processo di spruzzatura al plasma
Il substrato viene preriscaldato ad una temperatura vicina al punto di fusione del materiale di base.
Ciò aiuta a ridurre lo stress termico e a migliorare il legame tra il rivestimento e il substrato.
Il materiale di base viene introdotto nel getto di plasma tramite un alimentatore di polvere o fondendo un filo o un'asta.
Il materiale viene riscaldato e fuso istantaneamente dal plasma ad alta temperatura.
Le goccioline fuse vengono accelerate verso il substrato dal getto di plasma.
Quando le goccioline colpiscono il substrato, si diffondono e si appiattiscono, formando uno strato di rivestimento.
Il processo viene ripetuto, depositando più strati per ottenere lo spessore di rivestimento desiderato.
Una volta raggiunto lo spessore di rivestimento desiderato, la torcia al plasma viene spenta.
Il supporto rivestito viene lasciato raffreddare lentamente per evitare fessurazioni e tensioni interne.
Tipo di gas e portata: il tipo e la portata del gas influiscono sulla temperatura del plasma e sulla velocità del getto.
Alimentazione e corrente dell'arco: la corrente dell'arco controlla la temperatura del plasma e la velocità di fusione del materiale.
Proprietà del materiale della materia prima: la composizione chimica, la dimensione delle particelle e il punto di fusione del materiale della materia prima influenzano le proprietà del rivestimento.
Distanza di spruzzatura e design dell'ugello: la distanza tra l'ugello e il substrato e il design dell'ugello influiscono sull'uniformità del rivestimento e sulla velocità di deposizione.
La spruzzatura al plasma viene utilizzata in un'ampia gamma di applicazioni, tra cui:
Resistenza alla corrosione e all'usura: rivestimenti come ossidi ceramici e metallici vengono applicati per proteggere le superfici dalla corrosione e dall'usura.
Rivestimenti a barriera termica: rivestimenti come la zirconia sono utilizzati nell'industria aerospaziale e automobilistica per fornire isolamento termico.
Isolamento elettrico: rivestimenti come l'allumina vengono applicati ai componenti elettrici per migliorarne le proprietà di isolamento.
Rivestimenti biomedici: rivestimenti come l'idrossiapatite vengono utilizzati negli impianti per migliorarne la biocompatibilità.
Spruzzatura al plasmaè un processo di rivestimento versatile e potente che utilizza plasma ad alta temperatura per sciogliere e depositare materiali su un substrato. Controllando attentamente i parametri di processo, come il tipo di gas, la corrente dell'arco, la materia prima e la distanza di spruzzo, è possibile produrre un'ampia gamma di rivestimenti con proprietà diverse. Questa tecnologia è essenziale in molti settori per migliorare le prestazioni e la durata di componenti e prodotti.
