Processo di spruzzatura Termica (HVOF) e stabilità della portata di impasti ceramici

Nel processo di spruzzatura termica ossi-combustibile ad alta velocità (HVOF), le polveri ceramiche vengono iniettate su una fiamma per colpire un substrato designato,  la cui superfici viene quindi rivestita con un materiale che la rende più dura e più resistente all’abrasione o alle sostanze chimiche.

Alcuni processi HVOF impiegano l’iniezione diretta di polveri secche nella fiamma, mentre in una procedura messa in atto presso la Facoltà di Ingegneria dell’Università di Nottingham viene utilizzato un liquido come l’acqua per trasportare la polvere verso la fiamma, consentendo di gestire particelle di dimensioni più piccole fino alla gamma nanometrica. Le attività di ricerca e sviluppo di questa facoltà universitaria vengono svolte, per esempio, nel campo della generazione di energia, in cui l’applicazione di questi rivestimenti protettivi HVOF consente di eseguire i processi di combustione a temperature e pressioni più elevate, aumentando così l’efficienza di combustione e riducendo l’impronta di CO2.

Per migliorare il modo in cui l’impasto di polvere/liquido viene trasportato dal relativo contenitore alla fiamma, l’università ha chiesto aiuto a Bronkhorst UK.

“L’uso di ES-FLOW Bronkhorst ha radicalmente cambiato il modo di fare ricerca” afferma il dott.  Tanvir Hussain dell’Università di Nottingham.

Richieste di applicazione


Nella configurazione originale, la pressione all’interno del recipiente dell’impasto era impostata manualmente da un operatore per alimentare l’impasto alla portata richiesta nella fiamma. I valori rilevati dal misuratore di portata utilizzato non erano ripetibili e questa aspetto doveva essere migliorato. Inoltre, la portata dell’impasto cambiava facilmente a causa delle variazioni del livello dello stesso, della pressione di alimentazione del contenitore e della pressione a valle di quest’ultimo, quindi anche il controllo della pressione doveva essere migliorato. A ciò si aggiunga il fatto che il processo originale faceva molto affidamento sull’operatore per il rilevamento di questi fenomeni tramite consultazione del display del misuratore. Questi doveva quindi regolare manualmente la pressione secondo le necessità per provare a stabilire nuovamente la portata desiderata. Queste procedure generavano una stabilità della portata dell’impasto del valore di ± 10% o superiore, che doveva essere migliorata.

Punti fondamentali

  • Stabilità della portata
  • Miglioramento dell’automazione

Soluzione di processo


La soluzione di Bronkhorst
è composta da fasi consecutive, iniziando con l’acquisto da parte dell’Università del misuratore di portata volumetrico a ultrasuoni ES-FLOW per migliorare la capacità di misurazione della portata. Infatti, la portata può ora essere misurata in modo ripetibile. Inoltre, grazie al sensore diretto di questo robusto misuratore di portata di liquidi, l’abrasione delle particelle di ceramica presenti nell’impasto non costituisce praticamente un problema. L’impasto contiene circa il 20% di polvere in sospensione nel liquido e nella vecchia e nuova configurazione, il contenitore viene agitato per mantenere omogenea la miscela.

Come ampliamento della soluzione, viene utilizzato un regolatore di pressione EL-PRESS P-800 Bronkhorst nel controllo master-slave con il misuratore di portata dei liquidi ES-FLOW. Questa configurazione controlla la pressione sulla parte superiore del contenitore dell’impasto, controllando indirettamente anche la portata dell’impasto introdotto nella fiamma. Durante l’applicazione del rivestimento, l’operatore richiede una portata specifica al misuratore, il quale a sua volta invia la richiesta al regolatore di pressione P-800 che è, in realtà, un manometro con due valvole di controllo. Quindi il misuratore di portata di liquidi controlla le valvole di controllo e indirettamente anche la portata cambiando la pressione. Per l’applicazione attuale, la portata tipica dell’impasto è pari a 40 ml/min. La pressione nel contenitore è controllata nell’intervallo compreso tra 0 e 5 bar assoluti, con un valore tipico di circa 4-4,5 bar.

Schema di portata

Tuttavia, i primi risultati del test con questa configurazione erano in realtà troppo perfetti. Il controllo era troppo stabile: era stata infatti ottenuta una stabilità della portata dell’impasto di ±0,2%. L’aspetto negativo di questa situazione era rappresentato dal tempo di risposta troppo lungo per ottenere il controllo. Per raggiungere la stabilità veniva impiegato più di un minuto, con conseguente perdita di costoso impasto. Per risolvere questo problema, la dimensione degli orifizi di controllo del regolatore di pressione è stata cambiata da 0,2 mm a 0,5 mmm. Ora il controllo è migliore di ±1%, con un tempo di risposta sufficientemente rapido.

Gli operatori sono rimasti molto soddisfatti di questa soluzione. Non devono più controllare costantemente e regolare manualmente la portata. Inoltre la stabilità del flusso dell’impasto ottenuta è decisamente migliore di quella che avrebbero mai potuto raggiungere manualmente e soprattutto con uno spreco minimo di impasto. Inoltre, per questa parte del processo possono ora disporre di acquisizione dati e controllo computerizzato.

Non si è arrivati a questa soluzione grazie ‘solo a un prodotto Bronkhorst’, ma a seguito di un rapporto a lungo termine con il cliente, che si è evoluto e sviluppato nell’arco di 2-3 anni, offrendogli quello di cui aveva bisogno utilizzando i prodotti Bronkhorst.

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