الفاناديوم مقابل الكروم في أنظمة الطلاء بالرش الحراري

مقدمة

تحمي أنظمة طلاء الرش الحراري المكونات من التآكل والتآكل. ويُعد الفاناديوم والكروم مكونين رئيسيين في هذه الطلاءات. ولهما خصائص مختلفة تؤثر على سلوكهما في الظروف القاسية. هنا في هذه المقالة، نلقي نظرة على كيفية اختلاف الفاناديوم عن الكروم.

نظرة عامة على خصائص المواد

الفاناديوم معدن مطيل وخفيف الوزن. وتبلغ كثافته حوالي 6.0 جرام لكل سنتيمتر مكعب، أي أقل من حوالي 7.2 جرام لكل سنتيمتر مكعب من الكروم. ينصهر الفاناديوم عند حوالي 1910 درجة مئوية. يتمتع المعدن بمزيج جيد من القوة والصلابة. وتحتفظ بنيته المجهرية، في معظم الحالات، بطبقات صلبة مع بعض الليونة.

تبلغ درجة انصهارالكروم حوالي 1907 درجة مئوية. الكروم معدن شديد الصلابة ومقاوم للتآكل. ويشكل أكسيده طبقة واقية تمنع الأسطح المعدنية من التآكل. في تطبيقات الرش الحراري، ينتج الكروم طلاءات تدوم طويلاً وقوية. كما أن سلوك تطبيقه في درجات الحرارة العالية موثوق للغاية.

وتشير نتائج الدراسات المختلفة إلى أنه كمادة وسيطة للرش الحراري، يميل الفاناديوم إلى إنتاج طلاءات مقاومة للتآكل بكثافة أقل. وفي الوقت نفسه، ستكون طلاءات الكروم أكثر سمكًا قليلاً مع بنية ناعمة ومتساوية للغاية. وتصبح هذه الأمور حاسمة في تحديد أفضل المواد التي تناسب استخدامًا صناعيًا معينًا.

اعتبارات معالجة الرش الحراري

تعتمد عملية الرش الحراري على صهر مادة التغذية بالمسحوق ونفخها على السطح. وهنا تكون الخصائص الفيزيائية للمادة الأولية مهمة. يمكن صهر جزيئات الفاناديوم بسهولة أكبر في بعض الأنظمة. فهي أقل عرضة للأكسدة المبكرة. ومع ذلك، يجب توخي الحذر من استخدام درجة حرارة لهب عالية جدًا.

كما يجب التحكم في مساحيق الكروم بعناية. فهي أكثر عرضة لتشكيل طبقة أكسيد قبل الوصول إلى الركيزة. يمكن لطبقة الأكسيد هذه أن تعزز أو تمنع التصاق الطلاء، اعتمادًا على معايير العملية. غالبًا ما يقوم المشغلون بضبط حجم الجسيمات والطاقة الحركية لتحسين جودة الطلاء لكلا المعدنين.

يعد التحكم في درجة الحرارة ومسافة الرش من العوامل المهمة. عمليًا، يستخدم الفنيون ظروف عملية تحافظ على درجة الحرارة المثلى. ويستخدمون تدفقات الغاز المعايرة وسرعات الجسيمات. على سبيل المثال، يمكن أن تساعد درجة حرارة اللهب التي تبلغ حوالي 2500 درجة مئوية ومسافة الرش المتحكم فيها في توليد طلاء متجانس مع عدد أقل من الأكاسيد في كلا المعدنين. تساعد هذه العوامل على ضمان أداء أكثر قابلية للتنبؤ عند وضع الطلاء في الخدمة.

مقارنة الأداء

يتمتع كل من الفاناديوم والكروم بفوائدهما الخاصة عند استخدامهما في طلاء الرش الحراري. عادةً ما تكون طلاءات الفاناديوم جيدة في مقاومة التآكل. وهي تعمل بشكل جيد في التطبيقات التي يتلامس فيها السطح مع التآكل الناجم عن الجسيمات أو تناثر السوائل. وقد ثبت أن طلاءات الفاناديوم في الاختبارات المعملية تقلل من التآكل بنسبة تصل إلى 20 في المائة مقارنةً بالأسطح غير المطلية.

وغالباً ما توفر طلاءات الكروم مقاومة أفضل للتآكل، وهي مفضلة في التطبيقات التي تدمر فيها الرطوبة والمواد الكيميائية العدوانية الركيزة. تصمد طلاءات الكروم أمام اختبار الزمن عند استخدامها على المكونات في الأفران الصناعية أو الأجهزة البحرية. تشير اختبارات الأداء إلى أن طبقة أكسيد الكروم الواقية يمكن أن تخفض معدلات التآكل بنسبة تصل إلى 30 في المائة في ظل الظروف القاسية.

ويعتمد الأداء النسبي للطلاءات على الركيزة والبيئة. عند الاحتكاك العالي، يمكن أن يوفر الفاناديوم إجهاداً حرارياً أقل. وبالنسبة للمقاومة الكيميائية تحت التعرض الطويل الأمد للأحماض، يبقى الكروم خياراً جيداً جداً. من خلال معرفة أداء كل معدن، يمكن للمرء اتخاذ خيار عملي.

التطبيقات الصناعية

تختار الصناعات هذه المعادن بناءً على المشكلات التي تواجهها على أساس يومي. طلاءات الفاناديوم شائعة في الصناعات التي يكون فيها التآكل هو الشاغل الرئيسي. على سبيل المثال، غالبًا ما تحتوي أجزاء التوربينات الهيدروليكية وأدوات القطع والأجهزة عالية التآكل على طلاءات الرش الحراري بالفاناديوم. في مكونات السيارات والفضاء، يعتبر الحد الأدنى للوزن ومقاومة التآكل المقبولة من الاهتمامات الأساسية.

تُستخدم طلاءات الكروم في البيئات المسببة للتآكل. وتشمل التطبيقات النموذجية أجزاء المصانع الكيميائية والأجهزة البحرية وأجزاء الأفران في درجات الحرارة المرتفعة. في معظم الحالات، يعمل تكوين طبقة أكسيد مستقرة من الكروم على تحسين عمر الجزء في البيئات القاسية. وقد تم استخدام كلا المعدنين أيضًا في شفرات التوربينات والضواغط الصناعية حيث تكون الموثوقية موضع اهتمام.

يشير المهندسون والفنيون إلى دراسات الحالة التي قللت فيها طلاءات الفاناديوم من وقت التعطل بسبب التآكل الكاشطة. وفي تطبيقات مماثلة، قلل طلاء الكروم من تكاليف الصيانة من خلال مقاومة التآكل. وقد سمحت هذه الدروس التفصيلية المستفادة من العديد من التطبيقات الواقعية للصناعات بمطابقة خصائص المواد مع متطلبات محددة.

جدول المقارنة

لمزيد من المعلومات، يرجى مراجعةStanford Advanced Materials (SAM).

الخلاصة

يعطي كل من الكروم والفاناديوم سمات إيجابية لأنظمة طلاء الرش الحراري. الفاناديوم هو معدن خفيف ذو مقاومة ممتازة للتآكل ومناسب تمامًا للمكونات الميكانيكية وتقليل الاحتكاك. يتميز الكروم بمقاومة جيدة للتآكل مع سطح أملس وصلب. يعتمد اختيارك على الاحتياجات المحددة للتطبيق والبيئة.

الأسئلة المتداولة

س: ما هي إحدى فوائد طلاء الفاناديوم؟

س: إنها توفر مقاومة ممتازة للتآكل في البيئات الكاشطة.

س: كيف يساعد الكروم في البيئات المسببة للتآكل؟

س: إنه يشكل طبقة أكسيد واقية تقلل من التآكل.

و: ما هي الصناعات التي تستخدم عادةً طلاءات الرش الحراري هذه؟

س: تستخدم صناعات مثل السيارات والفضاء والمعالجة الكيميائية هذه الطلاءات.