Công nghệ phun phủ nhiệt hiện đại và những điều cơ bản cần biết!

Công nghệ phun phủ nhiệt đã được sử dụng rộng rãi ở khắp các nước Châu Âu và đang dần chứng minh được tính ưu việt trong các công trình lớn nhỏ. Ngoài việc bảo vệ chống ăn mòn và nâng cao hiệu suất, lớp phủ phun nhiệt còn được sử dụng để sửa chữa và phục hồi các bộ phận bị ăn mòn hay gia công sai. Vậy cụ thể phương pháp này được thực hiện như thế nào? Và điều gì tạo nên các đặc tính vượt trội của lớp phủ này? Tất cả sẽ được giải đáp trong bài viết dưới đây.

Phân loại và ứng dụng công nghệ phun phủ nhiệt trong các ngành công nghiệp 

Công nghệ xử lý bề mặt phun phủ nhiệt ngày càng được quan tâm nhờ những lợi ích và tính hiệu quả mà nó mang lại. Với sự phát triển của kỹ thuật và công nghệ, các phương pháp phun phủ cũng được cải tiến ở nhiều mặt nhằm mang lại hiệu quả tốt hơn. Vậy hãy cùng tìm hiểu về đặc điểm lớp phủ và các ứng dụng thực tiễn cũng như ưu/nhược điểm của phương pháp này qua các phần được trình bày dưới đây.

1. Khái niệm phun phủ nhiệt và đặc điểm của lớp phủ nhiệt khi thực hiện

Phun phủ nhiệt là một phương pháp công nghệ sử dụng để phục hồi và tái tạo các lớp vật liệu kim loại/ phi kim loại bề mặt khác nhau của các chi tiết. Cơ chế của phương pháp này là nung nóng một phần hay toàn bộ các vật liệu rắn ở dạng bột, dây, thanh hay lõi thuốc bằng dòng vật chất năng lượng cao (dòng khí chất hoặc dòng plasma). Vật liệu được phân tán thành các hạt dưới dạng sương mù nhỏ và được tăng tốc để đẩy hạt đến bề mặt cần phủ đã được chuẩn bị sẵn.

Tất cả các phương pháp phun nhiệt đều liên quan đến việc phóng thích các hạt vật liệu đã được xử lí lên bề mặt chi tiết cần phủ đã được làm sạch và chuẩn bị để chúng bám vào, tạo thành một lớp phủ liên tục. Với đặc điểm hình thành như vậy, lớp phủ sẽ có cấu trúc dạng lớp. Trong đó, các phần tử vật liệu bị biến dạng và xếp chồng lên nhau. Tại bề mặt tiếp xúc giữa các phần tử với chi tiết và bề mặt tiếp xúc của các phần tử xảy ra các quá trình liên kết bền vững tạo nên cấu trúc lớp phủ. 

Phun phủ nhiệt cung cấp các lớp phủ có độ dày xấp xỉ từ 20 micromet đến vài milimet tùy thuộc vào quy trình và nguyên liệu. Và có thể được thi công ở nhiều độ dày khác nhau, thường là 100 –  750 micron. Các bề mặt vật liệu phun phủ nhiệt có thể kể đến như kim loại thép, hợp kim, gốm sứ, nhựa và vật liệu tổng hợp. Chất lượng lớp phủ thường được đánh giá bằng cách đo độ xốp, hàm lượng oxit, độ cứng vĩ mô và vi mô, độ bền liên kết và độ nhám bề mặt.

Quy trình này có thể được sử dụng để áp dụng các lớp phủ cho nhiều loại vật liệu và thành phần khác nhau, nhằm cung cấp khả năng chống mài mòn, ăn mòn, xâm thực…. Phun phủ nhiệt cũng được sử dụng để cung cấp độ dẫn điện hoặc cách điện, bôi trơn, ma sát cao hoặc thấp, mài mòn hy sinh, kháng hóa chất và nhiều đặc tính bề mặt mong muốn khác.

Please click this link to see article in English: Classification and application of metal coating technology in industries

2. Phân loại các phương pháp phun phủ nhiệt được áp dụng rộng rãi hiện nay

Phun phủ nhiệt được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau với các ứng dụng hữu ích. Các lớp phủ này là vật liệu rắn gồm kim loại hoặc hợp kim dưới dạng dây, thanh và bột được gia nhiệt làm nóng nóng chảy nhờ tiếp xúc với quá trình đốt cháy nhiên liệu trong đầu phun nhờ nhiên liệu phun. Ngọn lửa từ thiết bị phun sẽ cung cấp năng lượng cho hỗn hợp đã được đun nóng, và một khi nó đã được phun lên kim loại, hỗn hợp sẽ giữ được một lớp phủ chắc chắn. Dưới đây là 4 phương pháp  phổ biến nhất hiện nay để tạo ra lớp phủ phun nhiệt:

• Phương pháp phun ngọn lửa khí cháy (Flame Spray)

Phun phủ ngọn lửa khí cháy được xem là một phương pháp chính của phun phủ nhiệt và được áp dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau trong 100 năm qua. Trong phun lửa cũng được chia thành 2 loại phổ biến là phun dây và phun bột. Quá trình phun ngọn lửa khí cháy sử dụng ngọn lửa oxy- acetylene. Nhiệt từ ngọn lửa làm nóng chảy vật liệu phủ và khí nén đẩy chúng lên trên bề mặt vật liệu cần phủ. Quy trình này cũng là một dạng khác của “quá trình lạnh – cold process” do nhiệt độ hoạt động tương đối thấp suốt quá trình.

• Phương pháp phun hồ điện hồ quang (Arc Spray)

Phương pháp phun hồ quang điện được ứng dụng phổ biến do hiệu quả về chi phí và tiết kiệm thời gian thi công. Với phương pháp này, hồ quang được hình thành do sự tiếp xúc của hai dây kim loại trái dấu, thường có cùng thành phần. Điều này dẫn đến hiện tượng nóng chảy ở đầu vật liệu làm dây. Không khí nguyên tử hóa vật liệu phun nóng chảy và tăng tốc lên bề mặt. Tốc độ phun được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh nguồn cấp dây khi nó bị nóng chảy. Lớp phủ do phương pháp phun hồ quang cung cấp độ bền liên kết cao, nhiệt độ bề mặt thấp và tỷ lệ bao phủ cao nên thích hợp cho các vùng vật liệu phủ có kích thước lớn. Các ứng dụng phổ biến cho phương pháp này có thể kể đến như chống mài mòn, chống ăn mòn, sửa chữa các thành phần và chống sờn rách. Hệ thống này có tính cơ động cao nên rất thích hợp để ứng dụng xử lý tại chỗ, cục bộ đối với các kết cấu lớn hoặc chi tiết phức tạp.

• Phương pháp HVOF (Phun Oxy- nhiên liệu vận tốc cao)

HVOF (High velocity oxy fuel) là một quá trình phun phủ được áp dụng cho những bề mặt vật liệu cần lớp phủ dày và độ bám dính cao với cơ chế đẩy bột vật liệu dưới dạng bán nóng chảy ở vận tốc siêu âm lên bề mặt vật liệu cần phủ. Nhiên liệu (hydro/ dầu hỏa) được trộn với oxy và đốt cháy trong buồng đốt, khí cháy được tăng tốc trong buồng phun thông qua vòi phun. Điều này tạo ra gia tốc lớn giúp tăng tốc độ của các hạt trong hỗn hợp. Kết quả tạo nên một lớp phủ đặc biệt mỏng được phân phối đồng đều trên bề mặt có độ liên kết cơ học cao với các thành phần trên bề mặt, khả năng bám dính tốt. 

Nếu bạn quan tâm phương pháp phun phủ HVOF, tham khảo bài viết này để tìm hiểu thêm thông tin chi tiết:

• Phương pháp phun Plasma (Plasma Spray)

Quá trình phun phủ plasma bao gồm việc phun bột  dưới dạng nóng chảy hoặc bán nóng chảy lên trên bề mặt vật liệu để tạo một lớp phủ. Vật liệu phủ được bơm ở dạng bột vào ngọn lửa plasma nhiệt độ cao, tại đây dưới tác nhân nhiệt và khí mang, vật liệu này nhanh chóng được đẩy lên trên bề mặt thiết bị cần phủ. Các lớp phủ do phun plasma có thể dày vài micromet đến vài milimet. Các lớp phủ được phun plasma thường sử dụng nhiệt độ cao hơn và vận tốc thấp hơn (so với HVOF) cho phép áp dụng cho nhiều bề mặt phủ khác nhau, kể cả gốm sứ.

3. Phun phủ nhiệt: Các ứng dụng phổ biến và đánh giá ưu – nhược điểm

Ứng dụng của phun phủ nhiệt

Lớp phun phủ nhiệt được sử dụng trong nhiều ứng dụng hữu ích, có thể bao gồm bảo vệ máy bay, tòa nhà và các cấu trúc khác khỏi nhiệt độ khắc nghiệt, hóa chất hoặc các điều kiện môi trường như độ ẩm cao và mưa. Một số ứng dụng phổ biến có thể kể đến như: 

• Các lớp phủ phun nhiệt được sử dụng rộng rãi trong việc ngăn chặn sự ăn mòn của nhiều loại vật liệu, đặc biệt là khả năng chống mài mòn cao. Các lớp phủ phun nhiệt được sử dụng cho các bề mặt chi tiết hoạt động trong môi trường khắc nghiệt như trên biển, môi trường nhiều sương muối và độ ẩm cao… với tác dụng tăng cường khả năng kháng mài mòn, ăn mòn do hóa chất hoặc môi trường. Từ đó, giúp kéo dài đáng kể tuổi thọ của linh kiện. Nhôm nguyên chất và hợp kim kẽm – nhôm được sử dụng trong phương pháp phun phủ nhiệt mang lại hiệu quả bảo vệ các lớp phủ trong ngành hàng hải. Các lớp phủ phun nhiệt thường được áp dụng cho cầu, tàu thuyền và đập, cầu tàu, và các công trình trên bờ và ngoài khơi khác.

• Phun nhiệt là một phương pháp công nghiệp được ứng dụng để phục hồi, cải tạo và tái thiết kế bề mặt của các bộ phận kim loại. Đặc biệt là các bộ phận quay và chuyển động của nhiều loại máy móc, bao gồm các phương tiện giao thông đường bộ và đường sắt, tàu thủy, máy bay, máy bơm, van, máy in, động cơ điện, máy làm giấy, nhà máy hóa chất, máy thực phẩm, máy móc khai thác tài nguyên, máy xúc đất, máy phát điện và sửa chữa tuabin hàng không vũ trụ. Có thể thấy, lớp phủ phun nhiệt được ứng dụng cho hầu như bất kỳ thiết bị nào có thể bị mài mòn, xói mòn hoặc ăn mòn và cần được khôi phục. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng hệ thống phun hồ quang, phun lửa hoặc HVOF để phun thép, hợp kim niken, cacbua, hợp kim không gỉ, đồng và nhiều vật liệu khác.

• Ngoài ra phun phủ nhiệt còn được ứng dụng để gia tăng độ cứng, khả năng chịu nhiệt của các thiết bị thường xuyên bị mài mòn như ống lò hơi, vách lò hơi của nhà máy than điện, lò nung trong các nhà máy giấy, hóa chất. Sử dụng để phủ chống mài mòn cho các trục vít, trục quay, và có thể phun lên vòi phun, cánh và vỏ tuabin hơi để phục hồi chi tiết bị mài mòn.

Là một giải pháp công nghệ được đánh giá cao và áp dụng rộng rãi, tuy nhiên không phải lúc nào phun phủ nhiệt cũng là giải pháp tốt nhất cho các dự án. Vậy hãy cùng xem xét các ưu và nhược điểm của công nghệ này để xác định độ phù hợp của nó đối với kế hoạch của bạn về cả tính hiệu quả và chi phí thực hiện.

Ưu điểm của phương pháp phun phủ nhiệt

• Tạo lớp phủ phun nhiệt được sử dụng trong nhiều công trình với quy mô lớn nhỏ khác nhau
• Tuổi thọ lâu dài: Một số ứng dụng đã được đánh giá là có thời gian sử dụng hơn 50 năm.
• Chi phí vòng đời cao hơn: phương pháp giúp kéo dài tuổi thọ thiết bị và giảm bảo trì tạm thời hiệu quả.
• Tính cơ động cao và dễ dàng điều khiển tự động nên rất phù hợp cho việc xử lý tại chỗ, cục bộ đối với các kết cấu lớn hoặc các chi tiết phức tạp.
• Dễ dàng thi công trong điều kiện thời tiết lạnh: Không giống như hầu hết các hệ thống sơn phủ, phun phủ nhiệt bề mặt kim loại có thể được áp dụng ở bất kỳ nhiệt độ nào.
• Độ dày lớp phủ được kiểm soát dễ dàng: Kết hợp lựa chọn lớp phủ tối ưu với ứng dụng kỹ thuật hiện đại, độ dày lớp phủ có thể được kiểm soát chính xác để đảm bảo đạt được độ lắng tối ưu.
• Áp dụng với cả bề mặt có hình dạng phức tạp: Ngay cả các thành phần có bề mặt hình dạng phức tạp cũng có thể được phủ một cách hiệu quả bằng cách sử dụng ứng dụng thao tác rô bốt của lớp phủ phun nhiệt.

Nhược điểm của phương pháp phun phủ nhiệt

Bên cạnh những ưu điểm trên, phương pháp phun phủ nhiệt vẫn còn một số nhược điểm cần khắc phục:

• Chi phí ban đầu cao hơn do yêu cầu về kỹ thuật và công nghệ
• Yêu cầu mức độ chuẩn bị bề mặt cao hơn và yêu cầu loại bỏ các khuyết tật bề mặt khác để đạt được hiệu quả tốt.
• Đòi hỏi trình độ tay nghề công nhân kỹ thuật cao và có kinh nghiệm, điều kiện làm việc nặng nhọc, độc hại.
• Tổn thất vật liệu phun nhiều

Tuy còn một số hạn chế, phun phủ nhiệt vẫn được xem là phương pháp bảo vệ chống ăn mòn cho thấy nhiều hứa hẹn trong tương lai. Không chỉ mang đến một giải pháp lâu dài, nó còn chứng minh được tính hiệu quả trong việc bảo vệ bề mặt qua năm tháng. Những tiến bộ trong thiết bị phun nhiệt đã làm tăng đáng kể tốc độ phun kể từ khi kỹ thuật này được sử dụng rộng rãi, cắt giảm đáng kể thời gian cần thiết để hoàn thành các dự án.

Nếu bạn mong muốn tìm kiếm một giải pháp hiệu quả, kinh tế và hạn chế được các nhược điểm kể trên, đội ngũ kỹ thuật viên chuyên nghiệp của VIVABLAST sẽ trực tiếp đánh giá và áp dụng phương pháp phủ phù hợp cho các dự án của bạn, các công đoạn chuẩn bị bề mặt và tạo lớp phủ được thực hiện theo quy trình tiêu chuẩn, áp dụng các công nghệ phun sơn tiên tiến (như sơn mạ kẽm) nhằm mang đến giải pháp bảo vệ – chống ăn mòn tối ưu cho tài sản của bạn.