Johdanto

Terminen ruiskutus on yleisesti vakiintunut menetelmä, jolla pinnoitetaan monenlaisia erilaisista materiaaleista valmistettuja kappaleita, useilla erilaisilla pinnoitevaihtoehdoilla. Pinnoitteet voivat olla muoveja, metalleja, keraameja tai niiden yhdistelmiä. Pinnoitteiden käyttötarkoitus voi olla korroosionesto, kulumisenesto, kitkan lisäys, kitkan vähennys, sähköneristys, sähkönjohtavuus, lämmöneristys, kuluneiden tai väärinkoneistettujen osien täyttö ym. ym. Pinnoitepaksuudet vaihtelevat huomattavasti.

Pehmeillä pinnoitteilla paksuudet voivat olla useampia millejä, kaikkein kovimmilla pinnoitteilla maksimipaksuudet ovat enintään 500-600 mikronia. Pinnoiteaineet voivat olla langan tai jauheen muodossa menetelmästä riippuen. Termistä ruiskutusta kutsutaan kylmäpinnoitusmenetelmäksi. Pinnoitettavan kappaleen lämpötila ei yleensä nouse pinnoituksen aikana yli 150-200 C asteen, näin vältetään muodon ja aineen muutokset pinnoitettavassa kappaleessa. Aina on muistettava se tosiasia, että pinnoiteaineen tartunta alustaansa on osaksi mekaaninen, se asettaa menetelmän käytölle tiettyjä rajoituksia.

Pinnoitettavan alustan laadulle on myöskin olemassa tietyt vaatimukset. Pinnan pitää olla puhdas, kosteus ja öljyt pitää poistaa esilämmityksellä joka on hieman pinnoituslämpötilaa korkeampi. Välittömästi ennen pinnoitusta tehtävä pinnankarhennus varmentaa pinnoitteen tartunnan. Karhennus tehdään joko teräsrakeilla, alumiinioksidilla tai piikarbidilla. Pinnoitettavat kappaleet voivat olla muodoltaan hyvinkin monimutkaisia, niistä myöhemmin esimerkkejä.

Termisen ruiskutuksen menetelmät

Jauheliekkiruiskutus

Jauheliekkiruiskutuksessa asetyleeni / happiseos palaessaan sulattaa liekkiin johdettavan pulverimaisen lisäaineen. Liekin puhalluksella, jota voidaan lisätä paineilman avulla, sulapartikkelit kiinnittyvät pinnoitettavan kappaleen esikäsitellylle pinnalle. Liekin lämpötila on hieman yli 3000 C astetta. Sulapartikkeleiden nopeus noin 60 - 70 m / s. Tartuntalujuus on melko vaatimaton, noin 10 - 30 N/mm2. Huokoisuus on myöskin melko runsasta, joka toisaalta voi olla joissain sovelluksissa hyvinkin tarkoituksenmukaista.

Jauheliekkiruiskutuksella tehdään myöskin sulautuspinnoitusta tietyillä pinnoiteaineilla. Pinnoitettu kappale lämpökäsitellään hieman yli tuhannen asteen lämpötilassa jolloin pinnoite sulautuu perusaineeseen. Tällaista pinnoitusta ei kuitenkaan voida tehdä sellaiseen kappaleeseen jossa muodonmuutoksia ei sallita. Lisäainevalikoima on erittäin runsas, käsittäen erilaiset metallit, muovit ja keraamit.

Lankaliekkiruiskutus

Edellisen menetelmän kaltaisesti asetyleeni / happiseos palaessaan sulattaa langan muodossa olevan lisäaineen kun se syötetään liekkiin. Paineilmapuhalluksella sulapartikkelit kiinnittyvät kappaleen pinnalle. Partikkeleiden nopeus on noin 120 - 140 m/s. Liekin lämpötila ja pinnoitteen huokoisuus on samaa luokkaa kuin jauheliekkiruiskutuksessakin. Tartuntalujuus on suuremmasta partikkelinopeudesta hieman parempi, eli noin 15 - 40 N/mm. Lisäainevalikoima tällä menetelmällä on melko suppea. Valikoimaan kuuluvat vain metalliset lisäaineet.

Lankaliekkiruiskutus on kylmin pinnoitusmenetelmä. Pinnoittaa voidaan metallien lisäksi mm. muovikoteloita, lasia, puuta, kangasta sekä muita arkoja materiaaleja.

Valokaariruiskutus

Valokaariruiskutuksessa kahta lisäainelankaa syötetään ruiskun elektrodien läpi sopivassa kulmassa toisiinsa nähden. Lankojen väliin syntyvä valokaari sulattaa lisäainelangat. Voimakas paineilmapuhallus sumuttaa hienojakoisen metallisulan pinnoitettavalle kappaleelle. Paineilma voidaan myöskin korvata mm. typellä tai argonilla jolloin vältetään pinnoitteen hapettuminen. Lämpötila valokaaressa on noin 7000 C astetta. Sulapartikkelien nopeus on noin 150 - 170 m/s. Tartunta on parempi kuin lankaliekkiruiskutuksessa, noin 20 – 45 N/mm2. Pinnoitteen huokoisuus on melko runsasta, siihen voidaan vaikuttaa hyvinkin laajaalaisesti tarpeesta ja kohteesta riippuen. Lisäainevalikoima on melko runsas. Valokaariruiskutus on suurten pintojen tehokas pinnoitusmenetelmä.

"HVOF"/ Hybridi suurnopeusliekkiruiskutus

"HVOF" ruiskutuksessa suuri määrä polttokaasuja ( vaihtoehtoja voivat olla: Nestekaasu + happi. Vety + happi. Asetyleeni + happi. Kerosiini + happi.) syötetään suurella paineella ruiskun polttokammioon, jossa se syttyy. Seurauksena on suurnopeuksinen kaasuliekki. Hienojakoinen pinnoitejauhe syötetään typen avulla aksiaalisesti liekkiin, joka antaa partikkeleille sopivan sulatilan ja erittäin suuren nopeuden. Liekin nopeus onkin suurimmillaan yli 2000 m/s. Liekin lämpötila on noin 2700 C astetta. Tartuntalujuus ja huokoisuus on parasta mahdollista luokkaa. Menetelmällä voidaan myöskin tehdä erittäin laadukkaita keraamisia pinnoitteita. Suurnopeusliekkiruiskutus on parhaimmillaan volframikarbidi, ja kromikarbidi pinnoitteiden valmistuksessa, joskin menetelmällä saadaan kaikilla metallisilla pinnoitteilla paras mahdollinen tartunta ja pinnoitteen tiiveys.

Menetelmien erilaiset käyttökohteet

Liekkijauheruiskutusta käytetään sen vaatimattoman kapasiteetin ja laatutason takia, useimmiten pääasiassa metallisilla pinnoitteilla tehtäviin erilaisiin korjaustöihin. Tällaisia ovat mm. erilaiset alimittaisiksi kuluneet laakerikohdat, työstövirheet, sulautuspinnoitteiden ruiskutus ym. Yleisesti ottaen kaikki sellaiset kohteet, joilta ei vaadita ehdotonta tiiveyttä, ja huippuluokan tartuntaa Parhaimmillaan jauheliekkiruiskutus. on muovi ja polymeerijauheiden, sekä erilaisten sovitepinnoitteiden ( mm. Ni. Grafiitti ) ruiskutuksessa. Polymeeripinnoitteita käytetään lähinnä korroosionsuojana, sekä sähköeristeenä.

Lankaliekkiruiskutusta käytetään yleisimmin sinkin sekä molybdeenin ruiskutukseen. Sinkkiä, alusinkkiä, alumiinia ja magnaanialumiinia käytetään korroosionestotarkoituksiin. Molybdeeniä käytetään mm. teollisesti männänrenkaiden sekä synkronirenkaiden pinnoitukseen. Myöskin erilaisten liukulaakeripintojen ja männänvarsien pinnoitukset sekä kaikenlaiset korjauspinnoitukset ovat lankaliekkiruiskun ominta tehtäväkenttää. Koska lankaliekkiruiskutus on kaikkein ”kylmin” pinnoitusmenetelmä, sillä voidaan myöskin tehdä muovikoteloiden häiriösuojauksia, erilaisia koristepinnoituksia puulle, kankaalle ja muille aroille materiaaleille.

Valokaariruiskutusta käytetään yleisimmin kohteissa joissa pintaalat ovat suuria. Sovellukset voivat olla korroosionesto, erilaisten telojen pinnoitukset ja säiliöpinnoitukset. Korroosionestokohteet voivat olla sillankaiteita ja erilaisia rautarakenteita joihin sinkkiruiskutuksen jälkeen tulee päälle maalaus. Valokaariruiskutuksella voidaan myöskin tehdä erilaisia karkeita tartuntapintoja, sellaisia ovat mm. trukkien nostokäpälät, liukuesteet kuljetintelat ym. Valokaariruiskutus on käyttökustannuksiltaan edullisin menetelmä. Sähkövirran lisäksi tarvitaan ainoastaan paineilmaa. Laitteisto on myöskin ns. ”kenttäkelpoinen” helposti siirrettävä työkohteeseen.

"HVOF" ruiskutus on nykyaikaisin ja laadukkain termisen ruiskutuksen pinnoitusmenetelmä. Menetelmä on otettu laajemmin käyttöön vasta 90 – luvulla. Saavutettava pinnoitteen tiiveys ja tartunta alustaansa, ovat avanneet aivan uusia mahdollisuuksia metallisten pinnoitteiden käytölle niin valmistavassa teollisuudessa, kuin huolto ja korjaustoiminnassakin. ”HVOF” eli suurnopeus liekkiruiskutukselle löytyy koko ajan uusia sovelluskohteita, menetelmä syrjäyttää jossain määrin muita pinnoitusmenetelmiä joskaan ei tee mitään entistä tarpeettomaksi. Tyypillisimpiä sovelluksia ovat paperi ja painokoneiden telojen valmistus, pallo ja läppäventtiilien valmistus, pumppujen valmistus, suihkumoottoreiden valmistus sekä kaikkien näiden huolto ja korjaustoiminta. Eroosion abraasion ja kavitaation torjunnasta löytyy menetelmälle kohteita jatkuvasti lisää, Pinnoiteainevalikoima laajenee kehityksen myötä uusille alueille.

Yleisimmät pinnoiteaineet ovat volframi ja kromikarbidiseokset, haponkestävä teräs, inconel, kupari, alumiinipronssi, kromiteräs sekä lukuisat erilaiset erikoisseokset. Pinnoituslaitteisto on melko kallis ja suuri kokonaisuus. Pinnoitustyöt tehdään pääasiassa pinnoitusyrityksen tiloissa, jolloin voidaan varmistaa parhaiten laadukas lopputulos.