Plasma spuitenis een geavanceerd coatingproces waarbij gebruik wordt gemaakt van een boogplasma als warmtebron om materialen te smelten en op een substraat af te zetten. Deze methode wordt op grote schaal toegepast in verschillende industrieën om de oppervlakte-eigenschappen van materialen te verbeteren, zoals het verbeteren van de corrosieweerstand, hittebestendigheid, slijtvastheid en elektrische isolatie. Hier ziet u gedetailleerd hoe plasmaspuiten wordt uitgevoerd.
Plasmaspuiten werkt volgens het principe van boogplasmageneratie. Er ontstaat een boog tussen twee elektroden, meestal gemaakt van niet-afsmeltende materialen, die als warmtebron dienen. Een gasstroom, zoals argon, stikstof of waterstof, wordt door de boog geleid. Dit gas wordt geïoniseerd en verwarmd tot extreem hoge temperaturen, variërend van 10.000 tot 20.000 °C, waardoor de plasmastraal ontstaat. De plasmastraal komt via een mondstuk naar buiten en wordt op het substraat gericht waarop de coating moet worden aangebracht.
Er wordt gebruik gemaakt van een hoogspanningsvoeding om een boog tussen de elektroden te creëren.
De boog wordt in stand gehouden door een stabiele stroom, doorgaans in het bereik van tientallen tot honderden ampères.
Een inert of reactief gas wordt in de plasmatoorts gevoerd.
Het gas wordt door de boog verwarmd en geïoniseerd, waardoor een plasmastraal met hoge temperatuur ontstaat.
De plasmatoorts is het centrale onderdeel van het plasmaspuitsysteem.
Het herbergt de elektroden en het mondstuk waardoor de plasmastraal naar buiten komt.
Het uitgangsmateriaal, dat de vorm kan hebben van poeder, draad of staaf, wordt in de plasmastraal gebracht.
Het materiaal wordt verwarmd en gesmolten door het plasma, en de gesmolten druppels worden versneld naar het substraat toe.
De ondergrond wordt gereinigd en voorbereid om een goede hechting van de coating te garanderen.
Het kan worden voorverwarmd om de thermische schok tijdens het coatingproces te verminderen.
Stappen in het plasmaspuitproces
Het substraat wordt voorverwarmd tot een temperatuur dichtbij het smeltpunt van het uitgangsmateriaal.
Dit helpt bij het verminderen van thermische spanning en het verbeteren van de hechting tussen de coating en het substraat.
Het uitgangsmateriaal wordt in de plasmastraal gebracht, hetzij door een poedertoevoerinrichting, hetzij door het smelten van een draad of staaf.
Het materiaal wordt onmiddellijk verwarmd en gesmolten door het hogetemperatuurplasma.
De gesmolten druppels worden door de plasmastraal naar het substraat versneld.
Wanneer de druppels het substraat raken, verspreiden ze zich en worden ze vlakker, waardoor een laag van de coating ontstaat.
Het proces wordt herhaald, waarbij meerdere lagen worden afgezet om de gewenste laagdikte te bereiken.
Zodra de gewenste laagdikte is bereikt, wordt de plasmatoorts uitgeschakeld.
Men laat het gecoate substraat langzaam afkoelen om scheuren en interne spanningen te voorkomen.
Gastype en stroomsnelheid: Het type en de stroomsnelheid van het gas beïnvloeden de plasmatemperatuur en de straalsnelheid.
Voeding en boogstroom: De boogstroom regelt de plasmatemperatuur en de snelheid waarmee het materiaal smelt.
Eigenschappen van grondstofmateriaal: De chemische samenstelling, deeltjesgrootte en smeltpunt van de grondstof beïnvloeden de coatingeigenschappen.
Spuitafstand en mondstukontwerp: De afstand tussen het mondstuk en het substraat en het ontwerp van het mondstuk beïnvloeden de uniformiteit van de coating en de afzettingssnelheid.
Plasmaspuiten wordt gebruikt in een breed scala aan toepassingen, waaronder:
Corrosie- en slijtvastheid: Coatings zoals keramische en metaaloxiden worden aangebracht om oppervlakken te beschermen tegen corrosie en slijtage.
Thermische barrièrecoatings: Coatings zoals zirkoniumoxide worden in de lucht- en ruimtevaart- en auto-industrie gebruikt om thermische isolatie te bieden.
Elektrische isolatie: Coatings zoals aluminiumoxide worden op elektrische componenten aangebracht om hun isolatie-eigenschappen te verbeteren.
Biomedische coatings: Coatings zoals hydroxyapatiet worden in implantaten gebruikt om hun biocompatibiliteit te verbeteren.
Plasma spuitenis een veelzijdig en krachtig coatingproces dat plasma op hoge temperatuur gebruikt om materialen te smelten en op een substraat af te zetten. Door de procesparameters, zoals gastype, boogstroom, grondstof en spuitafstand, zorgvuldig te controleren, kan een breed scala aan coatings met verschillende eigenschappen worden geproduceerd. Deze technologie is in veel industrieën essentieel voor het verbeteren van de prestaties en duurzaamheid van componenten en producten.
