Defectele tipice de acoperire în depunerea prin pulverizare termică includ porozități, incluziuni de oxid și stres rezidual (Davis 2004). Figura 8 prezintă schematic defectele de acoperire generate în stratul depus prin pulverizare termică (Davis 2004). Din Fig. 8 este evident că defectele vizibile observate de obicei în acoperirea depusă prin pulverizare termică sunt porozități, incluziuni de oxid și particule netopite.

Porozități

Porozitățile sunt create de obicei datorită captării unui număr mare de particule netopite sau resolidificate în acoperire (cf. Fig. 9) și deteriorează proprietățile de rezistență la uzură și coroziune prin crearea unei coeziuni slabe a acoperirii (Davis 2004). Porozitățile pot fi generate și din următoarele motive: (a) contracția materialului la răcire din starea lichidă; (b) particule netopite, parțial topite sau resolidificate prinse, conducând la formarea de goluri; (c) umbrirea de la aceste „netopite”, creând goluri vizibile care nu sunt umplute de picăturile care se răspândesc; (d) coeziune intra-splată slabă, ceea ce duce la separarea splatelor; (e) umezirea slabă a suprafețelor sau a splatelor adiacente care poate rezulta din particule reci sau cu mișcare lentă sau din fenomene de tensiune superficială; (f) fisurare inter-splat sau intra-splat; (g) unghiuri mari de depunere care duc la umbrire sau „plutirea zăpezii”; și (h) porozități inerente procesului de fabricare a pulberii de materie primă. Din Fig. 9 este evident că particulele în stare lichidă curg ușor și umplu majoritatea golurilor. Însă, dintre particulele solide, puține sunt reflectate de la suprafața solidă și pot adera local, sau pot fi prinse în ea, crescând rugozitatea acoperirilor. Aceste particule de „suprapulverizare” nu sunt bine legate și nici nu sunt în contact intim cu splatul subiacent, ceea ce creează goluri care nu sunt deschise liniei directe de vedere. După cum s-a menționat anterior, pulverizarea termică este un proces în linie-de- vedere; prin urmare, următoarele particule care sosesc nu pot umple golurile adiacente particulelor solide prinse (Fig. 9). În alte cazuri, chiar și în aceeași clipă, ceva particule solid + lichid (adică, particule parțial topite) se pot deforma și pot fi complet densificate, cu condiția să fie disponibil suficient lichid pentru a umple orice goluri care se formează în jurul cantității mici de miez solid existent. De asemenea, este posibil ca particulele parțial topite să acționeze similar cu particulele solide, lăsând goluri prinse în jurul porțiunilor lor solide.

Unghiul de impact al fluxului de pulverizare este o altă sursă de porozitate, din cauza „umbririi”. Figura 10 ilustrează tipul de umbrire asociat în general cu acoperirile atunci când sunt pulverizate la unghiuri sub 45^o de la unghiul de incidență „normal” optim (Davis 2004). Porozitatea acoperirii scade (adică densitatea crește) pe măsură ce unghiul de pulverizare se apropie de 90^o, adică normal la suprafața acoperită (Davis 2004). Rezultă că sistemele de acoperire mai avansate sunt pulverizate cu toleranțe mai strânse pe alinierea dispozitivului de fixare. Acoperirile cu plasmă pot fi pulverizate la un unghi de aproximativ 15^o, în timp ce acoperirile de vârf pot fi pulverizate la un unghi de 30^o. Figura 10 arată schematic proeminențele de suprafață care se formează și apoi interstițiile umbră sau golurile adiacente la, și în spatele proeminențelor. Aceste proeminențe produc chiar mai multă umbrire, mai ales că unghiul de incidență este mai mic de 90^o.

Coeziunea slabă a stropilor sau a particulelor duce, de asemenea, la crăparea, delaminarea sau ruperea prematură a acoperirii. Porozitățile deschise pot fi interconectate până la interfața acoperire-substrat, permițând elementelor corodante sau oxidante să atace materialul de bază. Porozitatea poate astfel „scurtcircuita” rezistența inerentă la coroziune a unei acoperiri. Pentru straturile de acoperire dură sau rezistente la uzură, porozitățile scad duritatea stratului de acoperire și contribuie la finisarea slabă a suprafeței, scăzând astfel rezistența la uzură.

Porozitățile prezente în structura depusă prin pulverizare termică pot fi controlate prin controlul dimensiunii, formei și metodei de fabricare a pulberii, a gradului de topire a picăturilor pulverizate și a unghiului lor de impact. Gradul de topire al particulei este controlat în continuare de (a) temperatura jetului și distribuția entalpiei, (b) eficacitatea transferului de căldură a jetului/particulei și proprietăților jetului/gazului, (c) dimensiunea particulelor și distribuția acestora, (d) morfologia particulelor, (e) proprietățile termice ale particulelor, (f) timpul de permanență al particulelor, (g) distribuțiile traiectoriei particulelor și (h) tensiunea și curentul arcului.

Incluziuni de oxid

Majoritatea acoperirilor metalice suferă de oxidare în timpul pulverizării termice prin interacțiunea particule/atmosferă și/sau încălzirea suprafeței de acoperire în timpul depunerii. Timpii mai lungi de acționare și temperaturile mai ridicate ale particulelor măresc grosimea straturilor de oxid sau nitrură de pe particule, producând concentrații mai mari de linii de oxid în interiorul acoperirii. Incluziunile de oxid (stringers) din acoperirile metalice sunt în general văzute ca faze întunecate, alungite, care apar ca șiruri în secțiunea transversală a acoperirii, paralele cu substratul. Deoarece particulele se răspândesc la impact, peliculele de suprafață se fracturează cu metalul care curge și devin parte a depunerii pe măsură ce picăturile se solidifică în stropi. Însă, dispersia incluziunii de oxid poate crește duritatea acoperirii, deoarece oxizii au duritate care depășește 1.000 DPH. Prin urmare, amestecul compozit de metal și oxizi de metal devine mai dur decât acoperirea metalică în sine. Această duritate crescută poate duce la acoperiri fragile, deoarece oxizii se fracturează ușor. O fracție mai mare de oxizi poate interfera cu coeziunea splat-to-splat, ducând la scăderea rezistenței de coeziune a acoperirii. Însă, în unele aplicații incluziunile de oxizi pot contribui pozitiv, deoarece o distribuție omogenă a oxizilor fini poate îmbunătăți rezistența la uzură și, de asemenea, scade conductivitatea termică. Dar, prezența oxizilor în acoperiri poate deteriora duritatea, rezistența, prelucrabilitatea și proprietățile de rezistență la coroziune ale acoperirii.

Conținutul de includere în acoperire poate fi redus prin (a) înveliș adecvat cu gaz inert; (b) reducerea temperaturii medii a particulelor; (c) reducerea timpului (dwell) de acționare al particulelor prin reducerea la minimum a distanțelor de pulverizare sau creșterea vitezelor; (d) reducerea temperaturii substratului/suprafeței de acoperire folosind jeturi de aer de răcire sau creșterea vitezei depunerii prin pulverizare termică, minimizând astfel oxidarea la suprafața de acoperire; și (e) utilizarea unei dimensiuni adecvate a particulelor de pulbere de materie primă. Particulele mai mari au o suprafață mai mică raportată la volum, ceea ce minimizează conținutul total de oxid.

Tensiunea reziduală în acoperire

Călirea rapidă a majorității materialelor în timpul pulverizării termice este însoțită de contracție sau shrinkage. Pe măsură ce particulele lovesc suprafața substratului, ele se răcesc și se solidifică rapid, generând o tensiune reziduală de tracțiune în interiorul particulei și o tensiune de compresiune în suprafața substratului. Pe măsură ce acoperirile se formează, efortul de tracțiune din acoperire crește, atingând o grosime de prag, unde, dacă tensiunile de tracțiune o vor depăși pe cea a rezistenței de aderență sau a rezistenței de coeziune a acoperirii, se va produce defecțiune. Ca rezultat, stratul subțire este mai durabil decât stratul gros. Figura 11 ilustrează schematic procesul de generare a tensiunii reziduale. Tensiunea reziduală introdusă în acoperire în timpul depunerii prin pulverizare termică depinde de coeficientul de dilatare termică al materialelor de acoperire, tehnică utilizată pentru dezvoltarea acoperirii, și densitatea acoperirii. Materialele cu un coeficient ridicat de dilatare termică, cum ar fi oțelurile inoxidabile austenitice, sunt predispuse la niveluri ridicate de acumulare a tensiunilor și, prin urmare, au limitări de grosime scăzută. Acoperirile dense sunt în general mai solicitate decât acoperirile poroase. Tehnicile de depunere folosind energie cinetică foarte mare și energie termică scăzută (HVOF, HEP, pulverizare la rece) pot produce acoperiri relativ lipsite de tensiune, deși sunt extrem de dense. Se crede că aceasta se datorează tensiunilor de compresiune dezvoltate ca urmare a deformării mecanice (asemănătoare cu ecruisarea) în timpul impactului particulelor care contracarează tensiunile de contracție la tracțiune cauzate de solidificare și răcire.

Tensiunea reziduală dezvoltată în acoperire poate fi controlată printr-o operațiune adecvată de (a) preîncălzire și (b) postîncălzire înainte și, respectiv, după depunere. Însă, optimizarea parametrilor procesului este esențială pentru obținerea celor mai bune rezultate în acest sens.