Thermal Spray Coating

Thermal spray dapat menghasilkan lapisan dengan ketebalan (kisaran ketebalan sekitar adalah 20 mikrometer hingga beberapa mm, tergantung pada proses dan material pelapis), dan area yang luas dengan laju deposisi yang tinggi dibandingkan dengan proses pelapisan lainnya seperti elektroplating , physical dan chemical vapor deposition. Material pelapis yang tersedia untuk thermal spray yaitu logam, paduan, keramik, plastik dan komposit. Material pelapis tersebut dalam bentuk powder atau kawat, yang dipanaskan ke keadaan cair atau semimolten dan dipercepat terhadap substrat dalam bentuk mikrometer-ukuran partikel. Pembakaran atau debit electrical arc biasanya digunakan sebagai sumber energi untuk penyemprotan termal. Pelapis yang dihasilkan dibuat oleh akumulasi partikel-partikel yang disemprotkan.

Schematic Diagram of  Thermal Spray Metal Coating

Kualitas coating biasanya dinilai dengan mengukurnya melalui porositas, oksida konten, makro dan mikro-hardness, kekuatan ikatan (bond strength) dan kekasaran permukaan. Umumnya, kualitas lapisan meningkat dengan meningkatnya kecepatan partikel.

Fungsi & manfaat thermal spray coating yang paling umum digunakan pada permukaan, ketahanan aus atau pencegahan korosi. Selain itu, thermal spray coating juga dapat mengurangi kehilangan energi gesekan, bertindak sebagai penghalang difusi, insulasi termal dan insulasi listrik. Thermal spray coating telah dan digunakan dalam rentang yang sangat luas dalam pengaplikasiannya. Keuntungan utamanya adalah bahwa pelapisan thermal spray dapat memberikan sifat permukaan dan komponen bahan substrat dapat dipilih 
berdasarkan kekuatan, berat atau biaya.

Bahan umum sprayed:
Seng dan aluminium un

• Untuk lapisan anti-korosi katodik pada baja.
• Nikel/aluminium komposit kawat untuk bond coat dan self-bonding.
• Molibdenum untuk bond coat.
• Molibdenum untuk aplikasi bantalan keras (hard bearing), dengan ketahanan yang sangat baik sebagai perekat, digunakan pada ring piston, syncromesh cones.
• High Chromium steel banyak diaplikasikan agar dihasilkan lapisan yang keras dan lapisan tahan aus.
• Perunggu, babbitt diaplikasikan untuk bantalan.
• Stainless steels, nikel dan monel untuk anti-korosi dan keausan.
• Aluminium, nikel/aluminium untuk ketahanan panas dan tahan oksidasi.

Beberapa aplikasi thermal spray coating meliputi:

• Perlindungan korosi pada struktur dan komponen (misalnya jembatan, platform  lepas pantai, LPG botol) dengan lapisan aluminium atau seng. Aluminium memiliki harga yang lebih mahal, namun memiliki ketahanan untuk atmosfer gas asam (seperti yang terkait dengan produk pembakaran bahan bakar fosil), serta solusi yang netral, seperti air garam. Sedangkan penggunaan seng karena memiliki ketahanan terhadap korosi basa. Flame spraying juga digunakan untuk menyemprot sebagai ketahanan korosi pelapis polimer termoplastik.
• Reklamasi worn shafts, terutama pada bagian bantalan (bearing areas) dengan penggunaan bahan seperti stainless steel atau paduan perunggu. Lapisan yang dihasilkan cukup berpori dan pelumas dapat diserap ke dalam lapisan, sehingga meningkatkan kinerja bantalan (bearing).

Dua bidang utama yang mempengaruhi kualitas coating yaitu persiapan permukaan dan parameter penyemprotan. Persiapan permukaan adalah penting untuk adhesi coating dan dapat mempengaruhi kinerja korosi pada lapisan. Faktor utama adalah profil grit blast dan kontaminasi permukaan. Parameter penyemprotan lebih cenderung mempengaruhi mikrostruktur lapisan dan juga akan mempengaruhi kinerja lapisan. Parameter penting diantaranya gun untuk orientasi substrat dan jarak, laju aliran gas dan laju powder feed.

Ikatan lapisan disemprotkan dalam kondisi termal sebagian besar dilakukan secara mekanik. Bagaimanapun, ini tidak memungkinkan bond strength untuk tetap stabil pada material substrat. Ada perbedaan signifikan misalnya antara penyemprotan ke baja karbon dan stainless steel. Hal ini mungkin karena oksida permukaan atau ekspansi termal, dan faktor-faktor tersebut harus dipertimbangkan sebelum diterapkan pada lapisan.

Semua thermal spray coating mengandung tingkat internal stress.  Tegangan ini akan menjadi lebih besar sebagai coating yang mendapatkan penebalan.  

Faktor yang mempengaruhi proses TSC

                Faktor mempengaruhi ikatan dan selanjutnya membentuk lapisan

-          Kebersihan

-          Luas permukaan

-          Topografi permukaan atau profil

-          Suhu (energi termal)

-          Waktu (saat terjadi reaksi reaksi & pendinginan dll.)

-          Kecepatan (energi kinetik)

-          Sifat fisik & kimia

-          Fisik & reaksi kimia

•       Faktor yang mempengaruhi TSC:

1. Spray stream: temperatur, kecepatan, komposisi, jarak spray, turbulensi, lingkungan luar.
2. Gun: geometri nozzle, power, gas flow, gas composition.
3. Material: ukuran dan bentuk partikel, feed rate, metode injeksi, aliran gas pembawa, sifat fisik dan kimia.
4. Substrat: substrate kontaminasi, surface profil, temperatur, sifat fisik dan kimia substrat.
5. Gas