Waar de gezondheidsrisico’s van lassen uitgebreid zijn beschreven, is thermisch spuiten een onderbelichte activiteit. Terwijl aan deze manier van werken misschien vergelijkbare risico’s kleven. Een drieluik over deze werkzaamheden met aandacht voor blootstelling en gezondheidsrisico’s. Deel een legt kort uit wat thermisch spuiten is.
Schoop en schoperen
Thermisch spuiten is een al zeer lang bestaand proces dat in de eerste jaren van de twintigste eeuw werd ontwikkeld door Dr. M.U. Schoop en zijn collega’s. In 1912 is het proces in een patent vastgelegd. In de jaren vijftig en zestig werden verschillende technieken ontwikkeld waarmee via thermisch spuiten coatings op materialen kunnen worden aangebracht. Het wordt in Nederland ook wel schoperen genoemd.
Gesmolten materiaal
Bij het thermisch spuiten voegt met een deklaag toe aan een ondergrond door het met hoge snelheid spuiten van een gesmolten materiaal op die ondergrond. Het smelten van het materiaal kan op verschillende manieren gebeuren (vlam, lasboog, plasma). Het te verspuiten materiaal is poeder of een draad dat verhit wordt tot het smeltpunt. De gesmolten deeltjes worden door middel van perslucht of zuurstof verstoven naar de ondergrond waar ze weer stollen tot een hechtlaag. Een voordeel is dat de ondergrond relatief koel kan blijven en er dus geen kans is op vervorming.
Bij thermisch spuiten wordt een coating laagje voor laagje opgebouwd. Hierbij beweegt de spuit ten opzichte van de ondergrond. Dit kan met de hand gebeuren waarbij een spuiter de spuit over de ondergrond beweegt, maar kan ook worden geautomatiseerd. Dan wordt het doorgaans uitgevoerd door een robotarm.
Verschillende processen
Toegepaste thermische spuitprocessen zijn:
| Proces | Type | Beschrijving | Specifiek proces |
| Warm spuiten | Vlamspuiten | verhitting door verbranding van een brandstof-zuurstof mengsel | autogeen draadspuiten |
| autogeen poederspuiten | |||
| explosief spuiten | |||
| High-velocity oxy-fuel coating spraying (HVOF)1 | |||
| Elektrisch spuiten | energie afkomstig van elektrische energie meestal door een boogontlading | elektrisch draadspuiten | |
| Plasmaspuiten | verhitting door boog, met gasinjectie | Plasmaspuiten2 | |
| lagedruk-plasmaspuiten | |||
| Koud spuiten | Cold Spray of Gas Dynamic Spray (GDS) | kleine metaalpoederdeeltjes worden versneld tot snelheden tot 600 m/s waardoor ze bij inslag plastisch deformeren en er hechting optreedt.3 |
1 Bij HVOF wordt een mengsel van gas of vloeistof samen met zuurstof en het poeder in een verbrandingskamer toegevoerd. Door de warmte smelt het poeder gedeeltelijk en het wordt zo op een ondergrond gespoten
2 Hierbij wordt gas opeen zodanig hoge temperatuur gebracht dat het ioniseert en elektrisch geleidend wordt. Dit maakt het spuiten van bijna alle metalen of keramische materialen mogelijk op een groot aantal materialen met uitzonderlijke hechtingsterkte en minimale vervorming van de ondergrond.
3 Tijdens dit proces wordt het substraat niet warmer dan 90⁰C waardoor geen vervorming of structuurverandering optreedt.
Materialen en sectoren
In een recent systematisch review (Antonini et al. 2020) wordt een overzicht gegeven van de materialen die worden gesmolten om een coating aan te brengen. De verschillende technieken die gebruikt worden, komen in het artikel uitgebreid aan de orde.
| Materiaal | Karakteristieken | Samenstelling |
| Pure metalen | Corrosiebescherming, elektrische geleiding, warmtegeleiding | Zn, Cu, Ti, Al |
| Staal | Weerstand tegen slijtage, economisch | Fe 35N 20Cr 2Si, Fe 28Cr 5C 1Mn, Fe 13Cr |
| Complexe verbinding | Hoge temperatuur, corrosiebescherming | NiCoCrAlY, NiCrAlY, CoCrAlY |
| Self-fluxing alloys | Grote hardheid, sterke binding, slijtageweerstand | NiCrBSiC, NiCoCrBSiC |
| Carbides | Slijtage en erosie bescherming | WC 12Ni, WC 10Ni 5Cr |
| Oxides | Grote hardheid, bestendig tegen roest/oxidatie en slijtage | Al2O3, Cr2O3 |
Sectoren waarin met thermisch spuiten wordt gewerkt zijn onder meer:
- Automobielindustrie,
- productie van gas en andere energie turbines,
- productie van orthopedisch implantaten,
- vliegtuigindustrie,
- productie van machines,
- productie van machineonderdelen zoals walsen, rollen, elektronische sensoren en antennes,
- consumentengoederen zoals pannen, stalen platen etc.
Bronnen
https://nl.wikipedia.org/wiki/Thermisch_spuiten
Antonini, J. M., McKinney, W. G., Lee, E. G., & Afshari, A. A. (2020). Review of the physicochemical properties and associated health effects of aerosols generated during thermal spray coating processes. Toxicology and Industrial Health, 0748233720977975. (alleen abstract)
In de volgende artikelen gaat het over de blootstelling bij thermisch spuiten en over de gezondheidsrisico’s
Lees ook