خطوات تحضير السطح الأساسية قبل طلاء TBC موثوق
من منظور هندسة الأسطح وضمان الجودة، فإن تحضير الركيزة المصنوعة من السبيكة الفائقة قبل تطبيق الطلاء الحراري العازل (TBC) يُعد أكثر أهمية من عملية الطلاء نفسها. فالتلوث، أو الشكل السطحي غير المناسب، أو الأضرار تحت السطح الناتجة عن التحضير ستؤدي حتمًا إلى فشل مبكر في الطلاء الحراري بغض النظر عن جودة الطلاء. تُعد هذه العملية سلسلة متعددة المراحل ومتحكم بها بدقة لضمان الالتصاق المثالي والاستقرار طويل الأمد للنظام الطلائي بأكمله.
الخطوات الحرجة لتحضير السطح
1. إزالة الشحوم والتنظيف الكيميائي
تُزيل هذه الخطوة الأولية جميع الملوثات العضوية والزيوت وبقايا عمليات التصنيع، بما في ذلك تلك الناتجة عن التصنيع باستخدام ماكينات CNC والمناولة.
العملية: تتضمن إزالة الشحوم بالبخار أو التنظيف القلوي أو التنظيف بالموجات فوق الصوتية باستخدام مذيبات متخصصة.
السبب: أي بقايا هيدروكربونية تُشكل طبقة ضعيفة تمنع الاتصال المعدني المباشر لطبقة الربط وتشكل مصدرًا للفراغات ونقاط بدء الانفصال (Spallation).
2. التنشيط الميكانيكي للسطح (التفجير الرملي)
تُعد هذه خطوة أساسية لإنشاء الشكل السطحي المثالي الذي يسمح بالتشابك الميكانيكي لطبقات الطلاء.
العملية: يُفجر المكون بوسائط حادة الحواف (عادةً أكسيد الألومنيوم) تحت ضغط وزاوية محددين. تُعرف هذه العملية بمعايير محددة لتحقيق خشونة سطحية (Ra) نموذجية في نطاق 3-5 ميكرومتر (120-200 ميكرو إنش).
السبب: يزيد السطح الخشن مساحة الالتصاق بشكل كبير ويُنشئ تجاويف توفر تثبيتًا ميكانيكيًا لطبقة الربط اللاحقة. كما يُقوّي الطبقة السطحية القريبة، وهو تأثير مفيد أحيانًا. يجب التحكم في العملية لتجنب ترسيب الوسائط أو التصلب المفرط الذي قد يكون ضارًا.
3. التنظيف الكيميائي النهائي وإزالة الأكسدة
بعد التفجير الرملي، يكون التنظيف الكيميائي الدقيق ضروريًا.
العملية: غالبًا ما تتضمن النقع في حمض خفيف أو عملية إزالة الشوائب الكيميائية لإزالة الملوثات المجهرية المتبقية، وجزيئات الوسائط المدمجة، وطبقة الأكسيد التي تشكلت بعد التفجير.
السبب: يُظهر التفجير الرملي معدنًا طازجًا ونشطًا يبدأ فورًا في الأكسدة. يجب إزالة هذا الأكسيد “الطبيعي” الضعيف الالتصاق مباشرة قبل تطبيق طبقة الربط لضمان سطح نظيف معدنيًا. بالنسبة للسبائك الفائقة القائمة على النيكل مثل Inconel 718، غالبًا ما تُستخدم معالجة إزالة أكسدة منخفضة الحموضة.
4. تطبيق طبقة الربط
بينما تُعتبر طبقة الربط جزءًا من نظام الطلاء، إلا أن تطبيقها هو الخطوة الأخيرة والأكثر أهمية في تحضير السطح قبل الطلاء الخزفي العلوي.
العملية: تُطبق طبقة الربط (عادةً سبيكة MCrAlY أو ألومينيد انتشاري) عبر عملية متحكم بها مثل الرش بالبلازما في الفراغ (VPS) أو الترسيب بالبخار الفيزيائي بشعاع الإلكترون (EB-PVD).
السبب: تؤدي هذه الطبقة وظيفتين أساسيتين: 1) توفير مقاومة للأكسدة من خلال تكوين طبقة مستقرة وبطيئة النمو من Al₂O₃ (TGO)، و2) تقليل اختلاف معامل التمدد الحراري بين الركيزة المعدنية والطلاء الخزفي العلوي. يجب تطبيق طبقة الربط في بيئة خالية من الأكسجين (فراغ أو غاز خامل) لمنع تكوين أكاسيد غير مستقرة أثناء الترسيب.
5. تنشيط سطح طبقة الربط (اختياري ولكنه حاسم)
قبل تطبيق الطبقة العلوية من YSZ، قد يخضع سطح طبقة الربط لمرحلة تكييف نهائية.
العملية: تفجير رملي خفيف جدًا أو معالجة حرارية مضبوطة لتخشين السطح قليلًا وضمان الحالة الكيميائية المثلى للالتصاق.
السبب: يُعزز هذا من الخشونة الدقيقة الموحدة على سطح طبقة الربط، مما يزيد من التشابك الميكانيكي للطلاء العلوي ويضمن سطحًا متجانسًا لتكوّن طبقة TGO.
الاعتبارات الهندسية وضمان الجودة
تخصيص المواد: تُضبط المواد الكيميائية للتنظيف ومعلمات النقع الحمضي بدقة وفقًا لنوع السبيكة الفائقة لتجنب الحفر الانتقائي أو إتلاف الأطوار الحساسة.
توثيق العملية وتتبعها: يجب توثيق كل خطوة والتحقق من صحتها. بالنسبة لمكونات الطيران، تُدار العملية وفق معايير صارمة مثل NADCAP. يتم تسجيل دفعة وسائط التفجير، ومستوى النظافة، ومعلمات العملية بالكامل لتتبعها.
العمليات الحساسة للوقت: يجب تقليل الفاصل الزمني بين التنظيف النهائي وتطبيق طبقة الربط (خصوصًا في VPS/EB-PVD) — غالبًا إلى بضع ساعات فقط — لتجنب إعادة أكسدة السطح المحضر بدقة.
الفحص قبل الطلاء: يُفحص السطح بدقة بعد التحضير باستخدام أساليب بصرية وأبعادية وأحيانًا باستخدام فحوص الاختراق للتحقق من خلوه من العيوب، والتأكد من تحقيق الخشونة المطلوبة والنظافة السطحية قبل دخوله غرفة الطلاء.
