धातुओं की पूर्व-संसाधना प्रक्रिया – स्प्रे सैंडिंग

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स्प्रे सैंडिंग में, संपीडित वायु प्रवाह या अपकेंद्रीय बल का उपयोग करके, निश्चित आकार के, उच्च गतिज ऊर्जा वाले रेत के कणों को धातु की सतह पर फेंका जाता है। इन रेत कणों के टकराव एवं काटने की क्रिया के कारण धातु की सतह खुरदरी एवं स्वच्छ हो जाती है। सबसे अधिक उपयोग में आने वाली एवं सबसे प्रभावी सतह-कठोरीकरण विधि के रूप में, स्प्रे सैंडिंग निम्नलिखित तरीकों से कोटिंग की आधार-सतह से जुड़ने की क्षमता को बेहतर बनाती है:
1.1 जुड़ने का क्षेत्र बढ़ना – स्प्रे सैंडिंग के कारण आधार-सतह पर बड़े-बड़े उभार एवं गड्ढे बन जाते हैं; इससे कोटिंग एवं आधार-सतह के बीच जुड़ने का क्षेत्र काफी बढ़ जाता है, जिससे दोनों के बीच का बंधन और मजबूत हो जाता है। ； 1.2 विक्षेपित सीमा-तनाव: स्प्रे-सैंडिंग प्रक्रिया के बाद सामग्री की सतह पर अवशिष्ट दबाव-तनाव रह जाता है। यह दबाव-तनाव, एक ओर धातु में मौजूद खींचने वाले तनावों को कम कर सकता है; दूसरी ओर, यह सामग्री की सतह पर तनावों के वितरण को अधिक समान बना सकता है। इस प्रकार, कोटिंग में दरारों के उत्पन्न होने एवं उनके आगे फैलने को प्रभावी ढंग से रोका जा सकता है, जिससे कोटिंग की टिकाऊता में वृद्धि होती है। ； 1.3 मूल धातु सतह का और अधिक शुद्धीकरण एवं सक्रियीकरण: 100 साल से अधिक के विकास के बाद, स्प्रे सैंडिंग तकनीक में काफी प्रगति हुई है, एवं विभिन्न इंजीनियरिंग क्षेत्रों में इसके उपयोगों में लगातार वृद्धि हो रही है। सैंडिंग प्रक्रिया, अपनी कम लागत एवं उच्च दक्षता के कारण, सामग्री को कठोर बनाने हेतु व्यापक रूप से उपयोग में आती है; खासकर बड़े आकार की वस्तुओं को कठोर बनाने हेतु। अध्ययनों से पता चला है कि स्प्रे-सैंडिंग प्रक्रिया, कोटिंगों एवं चिपकने वाले पदार्थों के बीच, आधार सामग्री के साथ होने वाले बंधन को काफी हद तक मजबूत कर सकती है। लेकिन स्प्रे सैंडिंग तकनीक में भी कुछ समस्याएँ हैं; स्प्रे सैंडिंग की प्रक्रिया के दौरान रेत के कण आसानी से सतह पर ही रह जाते हैं, जिससे कोटिंग एवं आधार सामग्री के बीच का बंधन कमजोर हो जाता है। निश्चित सीमा के भीतर दबाव एवं कणों के आकार को बढ़ाने से सामग्री की सतह की खुरदराहट बढ़ जाती है; इससे कोटिंग की चिपकने की क्षमता में वृद्धि होती है। लेकिन इससे रेत के कणों की मात्रा भी बढ़ जाती है, इसलिए उचित दबाव एवं कण-आकार का चयन आवश्यक है। सैंडिंग का कोण, सामग्री की सतह की खुरदराहट एवं सैंडिंग के बाद शेष रहने वाले अवशेषों पर भी बहुत प्रभाव डालता है; इसलिए उचित सीमा निर्धारित करना आवश्यक है। जब स्प्रे सैंडिंग का कोण एवं दबाव स्थिर रहता है, तो निश्चित सीमा तक स्प्रे सैंडिंग की दूरी बढ़ाने से कोटिंग की आधार सतह से चिपकने की क्षमता में वृद्धि होती है; लेकिन जब दूरी बहुत अधिक हो जाती है, तो कोटिंग की आधार सतह से चिपकने की क्षमता कम हो जाती है। ऐसा इसलिए होता है, क्योंकि उचित दूरी बनाने से रेत के कणों को पर्याप्त गति प्राप्त होती है; इस कारण वे सतह तक पहुँचते समय पर्याप्त गतिज ऊर्जा रखते हैं। लेकिन जब स्प्रे सैंडिंग की दूरी बहुत अधिक हो जाती है, तो गति के दौरान हवा के प्रतिरोध के कारण रेत के कणों की गतिज ऊर्जा कम हो जाती है। इस कारण सतह पर टकरने के समय उनकी गतिज ऊर्जा कम रह जाती है, जिससे सतह की खुरदराहट में कमी आ जाती है। देश-विदेश के विद्वानों ने स्प्रे सैंडिंग तकनीक पर बहुत अध्ययन किए हैं। इन अध्ययनों में रेत के कणों के प्रकार एवं आकार जैसी विशेषताओं, स्प्रे सैंडिंग की दूरी, दबाव एवं कोण जैसे प्रक्रिया-संबंधी मापदंडों, तथा आधार सामग्री की विशेषताओं के, आधार सामग्री की संरचना एवं उसके एवं कोटिंग के बीच के बंधन-बल पर पड़ने वाले प्रभावों का विश्लेषण किया गया है। वेई मिन एवं उनके सहयोगियों ने CaCO3, ब्राउन कॉरंडम एवं क्वार्ट्ज रेत के कणों का उपयोग करके 45 स्टील एवं 7A52 प्रकार की एल्यूमिनियम-अलॉय सामग्रियों पर स्प्रे सैंडिंग की। इस प्रक्रिया के बाद वस्तुओं की सतह की संरचना एवं खुरदरापन में हुए परिवर्तनों का अध्ययन किया गया। प्रयोगों से पता चला कि CaCO3 का उपयोग करके सैंडिंग करने के बाद सतह की खुरदराहट कम हो जाती है, जबकि ब्राउन अल्यूमिना का उपयोग करके सैंडिंग करने के बाद सतह की खुरदराहट अधिक रहती है। मिश्रित अभ्रकों का उपयोग करके सैंडिंग करने के बाद सतह की खुरदराहट इन दोनों के बीच ही रहती है। विभिन्न अनुपातों का उपयोग करके, लगातार परिवर्तित खुरदरापन प्राप्त किया जा सकता है। मेलैली एवं सहयोगियों ने स्प्रे-सैंडिंग प्रक्रिया के, लोहे, एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं एवं उच्च-ताकत वाले इस्पात जैसी सामग्रियों की सतह की खुरदराहट एवं सूक्ष्म कणों के अवशेषों पर पड़ने वाले प्रभावों का अध्ययन किया। प्रयोगों के परिणामों से पता चला कि सतह की खुरदराहट पर सबसे अधिक प्रभाव रेत कणों के आकार का होता है। स्प्रे सैंडिंग के दौरान दबाव बढ़ने से आधार सामग्री की सतह की खुरदराहट में कुछ हद तक वृद्धि हो सकती है, लेकिन इससे रेत कणों का अवशेष भी बढ़ जाता है। बहबू एवं सहयोगियों ने स्प्रे सैंडिंग के कोण के, सामग्री की सतह की खुरदराहट एवं स्प्रे सैंडिंग के बाद शेष रहने वाले अवशेषों पर पड़ने वाले प्रभावों का अध्य अध्ययनों से पता चलता है कि, जब सैंडिंग की दिशा, सामग्री की सतह के साथ 75° के कोण पर होती है, तो सामग्री की सतह पर अधिक मात्रा में रेत के कण बच जाते हैं। वांग ने स्प्रे सैंडिंग की तीव्रता के, लोहे की सतह पर बनने वाली माइक्रो-आर्क ऑक्सीकरण परतों की संरचना एवं गुणों पर पड़ने वाले प्रभावों का अध्ययन किया। उन्होंने स्प्रे सैंडिंग के समय के, लोहे की सतह की खुरदरी संरचना एवं स्प्रे सैंडिंग के बाद शेष रहने वाले अवशेषों पर पड़ने वाले प्रयोगों से पता चला कि, 15 सेकंड के समय में, लोहे की सतह पर केवल थोड़ी ही ऊबड़-खाबड़ संरचनाएँ थीं; स्प्रे सैंडिंग के अवशेष तो बिल्कुल भी नहीं मिले। ； जब समय 30 सेकंड हो जाता है, तो टाइटेनियम की सतह पर बड़ी संख्या में ऊँचे-नीचे की संरचनाएँ एवं गड्ढे दिखाई देने लगते हैं। इन ऊँची-नीची संरचनाओं में रेत के कण भी जमा होने लगते हैं। समय और बढ़ने पर, ये ऊँची-नीची संरचनाएँ लगभग वैसी ही रहती हैं, लेकिन रेत के कणों की मात्रा लगातार बढ़ती रहती है। लियाओ मेंगहाओ ने विभिन्न आकार के रेत कणों का उपयोग करके स्टील, टाइटेनियम एवं एल्यूमीनियम जैसी विभिन्न सामग्रियों पर स्प्रे सैंडिंग प्रक्रिया लागू की। उन्होंने धातु की सतहों पर होने वाले स्प्रे सैंडिंग संबंधी प्रदूषण का अध्ययन किया, एवं रेत कणों के सतह पर बचे रहने की प्रक्र प्रयोगों से पता चला कि शेष रहने वाले कणों का आकार, सैंडब्लास्टिंग में उपयोग होने वाले रेत कणों के आकार की तुलना में बहुत ही छोटा होता है। इससे पता चलता है कि जब रेत के कण आधार सामग्री से टकरते हैं, तो वे टूट जाते हैं; और यही कारण है कि रेत क ली चिनफेंग ने स्प्रे सैंडिंग की दक्षता को प्रभावित करने वाले कारकों का अध्ययन किया। उन्होंने बताया कि स्प्रे सैंडिंग का दबाव, सफाई की दक्षता के समानुपात में होता है; सिद्धांत रूप में, जितना अधिक दबाव होगा, सफाई की दक्षता भी उतनी ही अधिक होगी। लेकिन दबाव बढ़ने से रेत के कण टूट जाते हैं, एवं स्प्रे सैंडिंग के अवशेष भी बढ़ जाते हैं। इसलिए 0.7 MPa का दबाव सबसे उपयुक्त है; आम तौर पर इसे 0.55-0.75 MPa के बीच ही रखा जाता है। अतः, जब सब्सट्रेट के पूर्व-संसाधन हेतु स्प्रे सैंडिंग का उपयोग किया जाता है, तो सब्सट्रेट की कठोरता के आधार पर ही उपयुक्त रेत के कण, स्प्रे सैंडिंग का कोण, समय एवं दबाव चुनना आवश्यक है; ताकि स्प्रे सैंडिंग के कारण उत्पन्न अवशेषों का कोटिंग की मजबूती पर कोई प्रभाव न पड़े। हाल के वर्षों में, कुछ विद्वानों ने सूक्ष्म आकार के रेत कणों का उपयोग स्प्रे सैंडिंग हेतु किया है; इसके बाद सब्सट्रेट की सतह को एसिड से उपचारित किया गया। इस प्रक्रिया से सब्सट्रेट की सतह पर मौजूद स्प्रे सैंडिंग के अवशेष हट जाते हैं, साथ ही सतह की खुरदराहट भी बढ़ जाती है, एवं समान आकार की सूक्ष्म/माइक्रो-संरचनाएँ भी बन जाती हैं। इस प्रकार, उपयुक्त सतह-खुरदराहट एवं पर्याप्त कोटिंग-बंधन-शक्ति प्राप्त होती है। धातु की सतह को पॉलिश करना, एसिड से साफ करना, ड्यूप्लेसिंग करना, या सैंडिंग करना – इन सभी विधियों से सतह को साफ किया जा सकता है, एवं सतह की खुरदराहट भी बढ़ाई जा सकती है। लेकिन प्रत्येक उपचार विधि में कुछ कमियाँ होती हैं; इन्हें अकेले इस्तेमाल करने से इष्टतम परिणाम नहीं मिलता। इसलिए, विभिन्न उपचार विधियों को मिलाकर इस्तेमाल करना ही एक प्रभावी विकल्प हो सकता है। हालाँकि, सब्सट्रेट की सतह की खुरदराहट को बढ़ाने से कोटिंग की मजबूती में सुधार हो सकता है, लेकिन खुरदराहट का कोटिंग की मजबूती पर प्रभाव हमेशा सकारात्मक ही नहीं होता। जब सतह की खुरदराहट बहुत अधिक होती है, खासकर जब सतह की संरचना असमान होती है, तो इसके कारण कोटिंग की मोटाई में असमानता आ जाती है; जिससे चिपकने की क्षमता कम हो जाती है। ； इसके साथ ही, कोटिंग में तनाव एवं दरारें भी पैदा हो जाती हैं; जिससे कोटिंग की क्षरणरोधक क्षमता कम हो जाती है। इसके अलावा, यदि सतह की खुरदरापन स्तर बहुत अधिक हो, तो तरंगों के शिखरों पर कोटिंग की मोटाई डिज़ाइन मानकों से कम हो जाती है; इस कारण कोटिंग जल्दी ही खराब हो जाती है। गहरे एवं संकीर्ण घाटियों में बुलबुले आसानी से फंस जाते हैं, जिससे कोटिंग में फुलाव आ जाता है, एवं कोटिंग की सुरक्षात्मक क्षमता कम हो जाती है। दूसरी ओर, स्प्रे करने की विधि अलग-अलग होने के कारण, सतह की खुरदराहट का कोटिंग के चिपकने पर पड़ने वाला प्रभाव भी अलग-अलग होता है। आर्क स्प्रे पेंटिंग एवं प्लाज्मा स्प्रे पेंटिंग के उदाहरण के रूप में कहा जा सकता है कि, एक निश्चित सीमा तक, जितनी अधिक खुरदरापन होती है, उतनी ही कम प्लाज्मा स्प्रे पेंटिंग द्वारा बनने वाली परत की चिपकने की क्षमता होती है; जबकि आर्क स्प्रे पेंटिंग द्वारा बनने वाली परत की चिपकने की क्षमता अध इसलिए, प्रयोगों के आधार पर ही विभिन्न डिज़ाइन आवश्यकताओं, विभिन्न कोटिंग प्रणालियों, एवं विभिन्न स्प्रेिंग तरीकों के लिए सर्वोत्तम खुरदरापन स्तर निर्धारित करना आवश्यक है।