Page 20 - SHY2012

Basic HTML Version

6/2007
[ www.shy-hitsaus.net ]
18
Tommi Varis ja Erja Turnunen
Oksidikeraamien erittäin hyvä korroo-
sionkestävyys yhdistettynä hyvään
kulumiskestävyyteen tekee niistä
mielenkiintoisen vaihtoehdon moniin
sovelluskohteisiin. Myös monet muut
oksidikeraamien erikoisominaisuudet,
kuten liukuominaisuudet, likaantumat-
tomuus, stabiilisuus korkeissa lämpö-
tiloissa tai sähkön- ja lämmöneristys-
kyky ovat haluttuja ominaisuuksia.
Bulkkikeraamien käyttöä rajoittaa usein
niiden hauraus, mutta pinnoitteina edellä
mainittuja erikoisominaisuuksia voidaan hyö-
dyntää ja soveltaa erityyppisiä räätälöityjä
materiaaliratkaisuja tiiviinä suojapinnoittei-
na. Tyypillisesti termisesti ruiskutettavia ke-
raamimateriaaleja ovat alumiinioksidi (Al
2
O
3
),
kromioksidi (Cr
2
O
3
), titaanioksidi (TiO2), sekä
zirkoniumoksidi (ZrO
2
-Y
2
O
3
, YSZ). Näistä eri-
tyisesti alumiini- ja kromioksidia käytetään
kulumis- ja korroosionsuojapinnoitteina erilai-
sissa paperikone- ja painoteollisuuden, sekä
prosessiteollisuuden komponenteissa.
Pääasiallisesti keraamipinnoitteet valmis-
tetaan nykyisin plasmaruiskuttamalla (APS,
Air Plasma Spraying). Plasmaruiskutuksessa
pinnoiterakeenne on tyypillisesti suhteellisen
huokoinen, mutta käyttämällä erilaisia tiivis-
teaineita plasmapinnoitteen korroosiokes-
tävyyttä ja kulumiskestävyyttä voidaan mer-
kittävästi parantaa. Tiivisteaineita ei voida
kuitenkaan käyttää yli 200 °C lämpötilassa.
Soveltamalla HVOF-ruiskutusta (suurnopeus-
Tiiviit keraamipinnoitteet
liekkiruiskutus) ruiskutuspartikkelien nopeus
niiden iskeytyessä alustaan on noin kolmin-
ker tainen plasmaruiskutukseen verrattuna
(kuva 1). Suurempi par tikkelinopeus aikaan-
saa paremman lamellien välisen tar tunnan
ja tätä kautta tiiviimmän pinnoiterakenteen
(kuva 2). HVOF ruiskutusta käyttämällä on
pinnoitteen kulumiskestävyyttä ja kovuutta
parannettu merkittävästi plasmaruiskutet-
tuun pinnoitteeseen verrattuna.
VTT:lla on kehitetty tiiviitä HVOF-ruiskutet-
tuja keraamipinnoitteita useamman vuoden
ajan. Suurimpana haasteena HVOF-ruiskutuk-
sessa on keraamipar tikkelien riittävän sula-
misasteen aikaansaaminen liekissä, jossa
jauhepar tikkeleiden viipymäaika on lyhyt ja
liekin lämpötila keraamin sulamislämpötilaan
verrattuna suhteellisen matala. Riittävän su-
lamisasteen ja samalla pinnoitustehokkuu-
den varmistamiseksi käytetään usein spray
kuivaamalla valmistettuja komposiittijauhei-
ta, kuten Al
2
O
3
-TiO
2
, Al
2
O
3
-ZrO
2
, Cr
2
O
3
-ZrO
2
ja Cr
2
O
3
-TiO
2
. Spray kuivaus mahdollistaa
myös nanokiteisten jauherakenteiden aikaan-
saamisen, joiden avulla tavoitellaan sekä
parannettuja mekaanisia ominaisuuksia
että par tikkelien parempaa sulamisastetta
ja tätä kautta pinnoitteen maksimaalista tii-
veyttä. Muuntelemalla jauheen koostumus-
ta ja valmistustapaa voidaan jauheen su-
lamiskäyttäytymisen lisäksi vaikuttaa myös
pinnoitteen faasirakenteisiin ja tätä kautta
ominaisuuksiin. Komposiittikeraamimateri-
aaleja suunniteltaessa käytetään tyypillisesti
kahta lähestymistapaa: a) halutaan muodos-
taa ruiskutuksen aikana ominaisuuksiltaan
hyviä seosfaaseja keraamien välille (esim.
alumiinititanaatti) tai b) käytetään seospar-
tikkeleita, joilla ei ole sulatilan liukoisuutta,
jolloin nanopar tikkelit toimivat lujittajina li-
säten mm. pinnoitteen mur tositkeyttä. Se-
kakeraamisia komposiittijauheita kehittää
suomessa VTT:n lisäksi Millidyne Oy.
Taulukossa 1 on ver tailtu HVOF-ruiskutuksen
Taulukko 1. Ruiskutusmenetelmän ja nano-komposiittirakenteiden vaikutus termisesti ruiskutettujen Al2O3- ja Cr2O3-pohjaisten pin-
noitteiden ominaisuuksia.
Taulukko 1
Kuva 1. Alumiinioksidin HVOF- ruiskutus käynnissä.