فرآیند های تابشی در ایجاد پوشش
فرآیند های تابشی در ایجاد پوشش ها تحولی در فناوری های پوشش دهی سطحی
در دهه های اخیر ، فناوری های تابشی به عنوان یکی ازنوآورانه ترین روش های پوشش دهی سطوح فلزی ، پلیمری و سرامیکی معرفی شده اند . این فرآیند ها با استفاده از تابش هایی مانند پرتو فرابنفش UV ، تابش الکترونی EB ، لیزر و پلاسما ، امکان پخت ، تثبیت و ایجاد پوشش های نازک و مقاوم رادر زمانی بسیار کوتاه و با کیفیت بسیار بالا فراهم می سازند .
انواع فرآیند های تابشی در پوشش دهی : 1) پخت با پرتو فرابنفش ( Uv Curing) 2) پوشش دهی با پرتو الکترونی ( Electron Beam Coting -BE ) 3) پوشش دهی با لیزر ( Laser cladding /Laser Surface Engineering) 4) پوشش دهی با پلاسما ( Plasma Enhanced Coating )
1) پخت با پرتو فرابنفش : پخت با پرتو فرابنفش یک فناوری نوین ، سریع و کارآمد برای خشک کردن و سخت سازی پوشش ها ، لاک ها و جوهر ها و رزین های پلیمری است . در این روش ، به جای استفاده از گرما یا زمان طولانی برای خشک شدن پوشش ، از تابش پرتو فرابنفش UV برای آغاز واکنش های شیمیایی پلیمریزاسیون استفاده می شود که باعث تبدیل سریع پوشش مایع به یک لایه جامد و چسبیده می شود .
مکانیسم عملکرد پخت با پرتو فرابنفش : در مرحله اول فرمولاسیون پوشش UV است ، پوشش ها شامل مونومر ها ، الیگومر ها ، مواد پرکننده و فتواینیسیاتور ها هستند. در مرحله بعد با تابش پرتو UV در طول موج 400-200 نانومتر فوتون ها به سطح پوششبرخورد کرده و فتواینیسیاتور ها را فعال می کنند. در مرحله بعد آغاز پلیمریزاسیون می باشد در این مرحله فتواینیسیاتور ها رادیکال های آزاد تولید می کنند که منجر به پلیمریزاسیون سریع مواد و سخت شدن پوشش می شود. و در آخر ، طی چند ثانیه پوشش مایع به یک لایه جامد تبدیل می شود که کاملا به سطح زیرین چسبیده وخشک است .
مزایای فرآیند پخت با فرابنفش : 1) سرعت بسیار بالا : زمان پخت پوشش از چند ثانیه تا نهایتا چند دقیقه است. 2) بدون نیاز به گرما : مناسب برای مواد حساس به حرارت 3) بدون حلال : پوشش های 100 درصد جامد 4) دوام بالا : مقاومت در برابر سایش ، خراش ، مواد شیمیایی . رطوبت 5) پایداری زیست محیطی : فرآیندی سبز و بدون انتشار VoC
( Violet Organic Compund) 6) امکان پخت در خطوط تولید سریع و پیوسته
کاربرد های رایج پخت و ایجاد پوشش با پرتو های فرابنفش :
اجزای اصلی سیستم ایجاد و پخت پوشش با پرتو های فرابنفش به اختصار عبارتند از : منبع تابش UV که لامپ های مرکوری یا ال ای دی های فرابنفش است که طول موج بین 400 تا 250 نانومتر را داراست . فتواینیسیاتورها که ترکیباتی با نور فعال شده و واکنش پلیمریزاسیون را شروع می کنند . مونومر ها و رزین ها مواد پایه پوشش هستند که پس از پخت، خواص مکانیکی و نوری مطلوبی را ایجاد می کنند .
پخت فرابنفش یک فناوری پوشش دهی پیشرفته ، سریع و سازگار با محیط زیست است که به طور گسترده در صنایع مختلف جایگزین روش های سنتی شده است. این فناوری ضمن افزایش بهره وری تولید ، کیفیت بالایی از نظر مقاومت و دوام پوشش ها فراهم می کند. سرمایه گذاری در تجهیزات و فرمولاسیون UV می تواند مزیت رقابتی مهمی را در صنایع مختلف فراهم سازد .
2) پوشش دهی با پرتو الکترونی Electron beam coating : پوشش دهی با لیزر Laser cladding یک روش پیشرفته و پرکاربرد در مهندسی سطح است که با استفاده از لیزر پر قدرت یک لایه محافظ یا تقویتی روی سطح قطعات فلزی ایجاد می کنند ، این فناوری در صنایعی انرژی ، خودروسازی و تجهیزات صنعتی برای افزایش مقاومت به سایش ، خوردگی و حرارت به کار می رود . در این روش پودر فلزی یا سرامیکی روی سطح قطعه پاشیده می شود و با تابش لیزر ، هم زمان ذوب می شود و لایه ای متالورژیکی با سطح پایه تشکیل می دهد .
اصول عملکرد فرآیند پوشش دهی با پرتو الکترونی شامل مراحل زیر است :
در محفظه خلا فرآیند در فشار بسیار پایین انجام می شود تا از آلودگی و پراکندگی جلوجلوگیری شود در مرحله بعد مواد فلزی ، سرامیکی یا ترکیبات آلیاژی مانند ( آلمینیوم ، تیتانیوم ، طلا، کروم ، سیلیکون دی اکسید ) درون یک بوته گرافیکی یا مسی قرار می گیرند سپس با استفاده از یک تفنگ الکترونی Electron Gun پرتو هایی از الکترون ها به ماده هدف تابیده می شود ، این انرژی برخورد ناشی از پرتو های الکترونی باعث تبخیر موضعی بسیار سریع ماده می شود و اتم های تبخیر شده در خلا حرکت کرده و روی سطح زیر لایه (Substrate) رسوب می کنند سپس ذرات تبخیر شده به صورت فیلم نازک یکنواخت روی سطح قرار می گیرند و یک پوشش با ویژگی های خاص ایجاد می کنند.
مزایای فرآیند پوشش دهی با پرتو الکترونی :
محدودیت ها و چالش های این فرآیند عبارتند از : نیاز به تجهیزات پیشرفته با هزینه بالا ، عملکرد در محیط خلا بالا ( نیازبه پمپ های مخصوص ) ، مناسب برای سطوح صاف و نسبتا ساده ، کنترل حرارت زیر لایه ضروری است ، چون گرما تولید می شود ، ضخامت های بالا 5 میکرون ممکن است باعث ترک خوردگی شوند .
کاربردهای صنعتی فرآیند پوشش دهی با پرتو الکترونی :
تفاوت با سایر روش های پوشش دهی خلا :
در نتیجه پوشش دهی با پرتو الکترونی یکی از دقیق ترین و تمیزترین روش های ایجاد پوشش های نازک است که کاربرد های وسیعی در صنایع پیشرفته دارد . با کنترل کامل پارامتر های خلا ، انرژی پرتو و ویژگی های سطح زیر لایه ، می توان پوشش هایی با عملکرد بالا و عالی ، چسبندگی بالا وضخامت یکنواخت ایجاد کرد. این فرایند یکی از ارکان مهم در فناوری های نانو ، فوتونیک ، اپتوالکترونیک و ابزار دقیق محسوب می شود .
3) فرآیند پوشش دهی با لیزر ، فناوری نوین تقویت سطح فلزات : یک روش پیشرفته وپرکاربرد در مهندسی سطح است که با استفاده از لیزر پرقدرت ، یک لایه محافظ یا تقویتی روی سطح قطعات فلزی ایجاد می کند. این فناوری در صنایع مختلفی مانند خودروسازی ، انرژی و تجهیزات صنعتی برای افزایش به مقاومت و خوردگی و حرارت کاربرد دارد . در این روش ، پودر فلزی یا سرامیکی روی سطح قطعه پاشیده شده و با تابش لیزر ، هم زمان ذوب می شود و لایه ای متالورژیکی با سطح پایه تشکیل می دهد.
اصول عملکرد فرآیند Laser Cladding : در ابتدا مواد پوشش دهنده که شامل پودر فلز ، سرامیک یا آلیاژ ( مانند کبالت ، نیکل کاربید ها ) تامین می شود و به وصورت همزمان با تابش لیزر پودر از طریق نازل به ناحیه مشخص پاشیده می شود و پرتو لیزر با دمای بالای سطح فلز پایه و پودر را ذوب می کند و در نهایت پس از خاموش شدن لیزر، منطقه ذوب شده منجمد می شود می شود و پوششی با چسبندگی بالا به سطح ایجاد می گردد .
