Proprietà termomeccaniche di rivestimenti protettivi ottenuti per termospruzzatura

Il plasma è uno stato della materia ad alto contenuto energetico, dovuto ai contributi di dissociazione molecolare e di ionizzazione atomica; esso è costituito da elettroni liberi, atomi ionizzati e neutri e da molecole dissociate, e all’uscita della torcia si presenta in forma di fiamma. La torcia utilizzata per il plasma spray è costituita da due elettrodi, un anodo in rame ed un catodo in tungsteno, disposti uno dentro l’altro a formare un ugello che può convergente o convergente-divergente a seconda delle applicazioni.
Il gas plasmogeno, in genere argon o azoto, fluisce nel condotto anulare attraverso l’arco elettrico generato dai due catodi, per poi fuoriuscire sottoforma di fiamma. Le polveri sono trasportate all’interno della fiamma da un carrier gas e possono essere iniettate o nella zona del convergente oppure direttamente nella fiamma, subito a valle dell’ugello: la scelta di iniettarle esternamente serve ad evitare l’eventuale depositarsi delle particelle sulle pareti interne dell’ugello, mentre l’iniezione interna comporta maggiori tempi di residenza delle polveri all’interno del getto, incrementando lo scambio termico. Le temperature massime raggiunte dal plasma sono comprese tra 10000 e 15000°C, ma si possono raggiungere anche i 30000°C nelle applicazioni ad elevata potenza; conseguenza di ciò è che le torce devono prevedere un sistema di raffreddamento ad acqua che impedisce agli elettrodi di fondere. Questa necessità implica tuttavia che una parte dell’energia fornita al plasma non viene utilizzata per fondere ed accelerare le polveri, ma viene assorbita dal sistema di raffreddamento. Il rendimento del processo è di conseguenza molto basso, dato che oltre il 50% della potenza elettrica viene assorbita dall’acqua del circuito di raffreddamento, ed un altro 35-40% va perduto in fenomeni di irraggiamento e convezione verso l’ambiente esterno, giungendo quindi alle polveri solo il 5% della potenza erogata.