1. محسن ابراهیمی کارشناسی ارشد بیومتریال
بسم الله الرحمن الرحیم
محسن ابراهیمی
کارشناسی ارشد بیومتریال

2. PLASMA SPRAY COATING

3. پلاسما‏‎ چیست‌؟‏‎
پلاسما ، PLASMA – حالتی از ماده است که در دمای خیلی بالا بوجود می آید و ساختارهای مولکولی مفهوم خود را در این وضعیت از دست می دهند .

4. توضیح کامل تری از پلاسما: گازهایی که تا حد زیادی یونیزه هستند رساناهای خوبی برای الکتریسیته هستند. علاوه بر آن حرکت ِ ذرات باردار ِ گازها هم می تواند میدان الکترومغناطیسی تولید کند. (تابش موج).

5. در حالت پلاسما اتم ها و ذرات ریز اتمی مانند الکترون و پروتون و نوترون آزادانه در محیط حرکت می کنند و تغییر موقعیت می دهند

6. پلاسما در فیزیک،یک محیط رسانای الکتریکی است که تعداد ذرات باردار مثبت و منفی آن تقریبا با هم برابرند و زمانی ایجاد می شود که اتم ها در گاز یونیزه شوند. گاهی به پلاسما‏‎ حالت‌‏‎ چهارم ماده اطلاق می شود که از حالتهای سه گانه جامد،مایع،گاز متمایز است.

7. solid   liquid gaseous
plasma
Energy / Temperature
Molecule
Molecule (excited)
Ions

8. پاشش پلاسما
در اين روش مواد پودري توسط پلاسما ذوب شده و با انرژي جنبشي زياد به سطح قطعه پاشيده مي شوند

9. تاریخچه در سال1910 اولین دستگاه اسپری حرارتی توسط دکتر شوب ساخته شد
تاریخچه در سال1910 اولین دستگاه اسپری حرارتی توسط دکتر شوب ساخته شد. در سال 1975 اولین مشعلهای اسپری پلاسما ساخته شده است

10. اهداف پوشش دهی با پلاسمااسپری افزايش مقاومت به سايش افزايش مقاومت به خوردگي بهبود خواص سطحي بهبود هدايت حرارتي يا عايق حرارتي هدايت يا عايق الكتريكي بهبود ظاهر قطعه ترميم و بازسازي قطعات ایجاد پوششهای بیواکتیو روی سطوح ایمپلنت(HA)

11. پوشش های پلاسمااسپری، جهت محافظت سطح قطعات دربرابرعواملی مانند دمای بالا، خوردگی داغ، خوردگی دمای محیط و فرسایش مورد استفاده قرارمی گیرند، این پوشش ها درصنایع مختلف ازجمله صنایع نفت، نساجی، فولاد، نیروگاهی، شیمیایی و … کاربردفراوان دارند.

12. لايه هاي سطحي را ميتوان برروش هاي گوناگون روي قطعات ايجاد نمود
لايه هاي سطحي را ميتوان برروش هاي گوناگون روي قطعات ايجاد نمود .جدول زير اين فرآيندها را نشان مي دهد.

13. پاشش پلاسما مي تواند در محيط اتمسفر عادي ، در گاز محافظ مانند آرگون
پاشش پلاسما مي تواند در محيط اتمسفر عادي ، در گاز محافظ مانند آرگون .دست یافت همچنين با استفاده از نازلهاي خاص به پلاسما بااين روش صنايع هوا فضا و بيومتريال است وبیشترمصارف ان در

14. پلاسما توسط ايجاد قوس در گاز آرگون ، هليم ، نيتروژن، هيدروژن و يا ترکيبي از آنها ايجاد مي گردد . در اين حالت قوس بين يك الكترود مرکزي تنگستن و نازل خنك شونده با آب ايجاد مي گردد . در ناحيه قوس گاز يونيزه شده و با سرعت بالا بسمت قطعه کار از نازل خارج مي گردد . ذرات توسط گاز پلاسما همزمان ذوب شده و بسمت قطعه شتاب مي گيرند .

15. اسپری پلاسما : در روش پلاسما اسپری گازتشکیل دهنده پلاسما دردمایی درحدود درجه سانتیگراد حاصل خواهد شد و مولکولهای منبسط شده گاز با سرعتی نزدیک به صوت ذرات ماده پوشش بصورت پودر را که ذوب شده اند، به سمت سطح قطعه خواهند راند و بدین ترتیب پوششی متراکم باچسبندگی بالا حاصل خواهد شد.

16. تشکیل پلاسما در مشعل پلاسما قوسی ما بین کاتد تنگستنی با نوک مخروطی شکل و یک نازل مسی به عنوان آند ایجاد می شود پلاسما در نوک کاتد ایجاد گشته و بخشی از گاز پلاسما که در امتداد کاتد تزریق شده در ستون پلاسما پمپ می شود . این ستون در اثر سرد شدن کناره ها تثبیت خواهد شد . سرد شدن توسط بخش سرد گاز پلاسما و دیواره های آند مسی که با آب خنک می شوند ، انجام می پذیرد . زمانی که لایه مرزی سرد که در نزدیکی دیواره است به قدر کافی بوسیله لایه مرزی داغ ستون پلاسما گرم شد ، این ستون آشفته خواهد شد و در دیواره آند قوس زده می شود .

17. تشکیل پلاسما قوس حاصله به صورت یک یا چند ستون پلاسمای کوچک منقبض می شود و این ستون ها در اثر نیروی الکترومغناطیس افت و خیز می نمایند پس از تشکیل قوس ، پلاسما در داخل و نیز خارج نازل به دلیل گرمای آزاد شده توسط ترکیب مجدد یونها و الکترونها و اتمها برقرار می شود زمانی که جت پلاسما از نازل خارج می گردد تا جریان اطراف خروجی نازل به صورت جریان گردابی درآید و به سمت جریان برگردد. حلقه های گردابی مجاور تمایل به یکی شدن داشته و گرداب های بزرگتری را تشکیل می دهند که سبب کشیده شدن هوای خارجی می شود . پدیه فوق به سرعت جریان و ویسکوزیته گاز، جریان قوس و شکل نازل بستگی دارد

20. موادی که می توان از ان استفاده نمود: 1- کاربید تنگستن و کاربید کرم : مقاوم دربرابرسایش 2- اکسید آلومینیم : مقاوم دربرابر دمای بالا وسایش 3- اکسید زیرکونیم : پوشش سپر حرارتی 4- آلیاژهای پایه نیکل : مقاوم دربرابر خوردگی 5- اکسیدکرم : مقاوم دربرابر سایش

21. انواع اسپری
الف: اسپري قوسي سيمي
ب: پلاسما اسپري
ج: پلاسما اسپري با انرژي بالا
د: پلاسما اسپري در فشار كم يا تحت خلأ

22. اسپري قوسي سيمي Wire Arc Spray
ماده پوشش دهنده مواد فلزي است و فقط به صورت سيم مي باشد
رسيدن دو الكترود مجزا با بار الكتريكي مخالف به طور اتوماتيك در جرياني از هواي اتميزه
ايجاد قوس بين دو سيم در اثر برقراري اختلاف پتانسيل مابين دو سيم و ذوب كردن سرهاي دو الكترود
پاشش ماده مذاب توسط جرياني از هوا يا گاز اتميزه شده
بالا بودن سرعت پوشش
براي ايجاد پوششهاي ضخيم روي قطعات بزرگ

23. پلاسما اسپري با انرژي بالا
در ناحيه گرمايش پودر، دما و آنتالپي بالاست
توان و جريان گاز بالاتر سبب افزايش زياد دماي پودر و متعاقب آن كاهش برهمكنش هوا با پلاسما در قسمت خروجي نازل مي گردد
تفاوت قوس Non-Transfer و قوس Transfer:
در قوس Non-Transfer قسمت اعظم حرارت در درون قوس متمركز است
در قوس Transfer بين پلاسما و زمينه يك جريان ثانويه براي كنترل ذوب سطحي و عمق نفوذ برقرار مي شود

24. پلاسما اسپري در فشار كم يا تحت خلأ
به منظور محبوس نمودن مواد سمي و آتشزا و جلوگيري از تشكيل اكسيد
از مشعل پلاسما اسپري معمولي در محفظه اي با فشار KPa50-10 براي پوشش دهي استفاده مي شود
جت پلاسما قطري بزرگتر و طولاني تر دارد
سرعت جت پلاسما تا حدود سه برابر سرعت صوت افزايش مي يابد
چنين پوششهايي متراكمتر و داراي چسبندگي بيشتر و مقدار اكسيد كمتري است

25. عوامل ذیل در پوشش دهی بهینه (به روش پلاسما) بسیار موثرند آماده سازی نمونه فاصله نمونه از تفنگ توان کاری SUBSTRATE نوع

26. تهیه و تنظیم : محسن ابراهیمی
دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی پزشکی بیومتریال
استاد راهنما :
پروفسور مضطرزاده
دستیار : مهندس بی زری
واحد درسی : مبانی پوشش دهی در بیومتریالها
زمستان 88
دانشگاه صنعتی امیر کبیر – تهران