Pulverizarea gaz-dinamică la rece (CHD) ( eng. Cold Spray ) a acoperirilor metalice este procesul de formare a acoperirilor metalice prin ciocnirea particulelor de metal reci (cu o temperatură semnificativ mai mică decât punctul de topire ) accelerate de un flux de gaz supersonic la o viteză de câteva sute de metri pe secundă, o suprafață fiind tratată detalii. Când particulele de metal netopite lovesc substratul, ele suferă deformare plastică, iar energia cinetică a particulelor este convertită în căldură , oferind formarea unui strat continuu de particule de metal compactate.
Principala caracteristică a CGN este absența temperaturilor ridicate în procesul de formare a acoperirilor metalice , prin urmare, absența oxidării particulelor și a materialelor de bază, procese de cristalizare neechilibră și solicitări interne ridicate în piesele de prelucrat.
Până în prezent, există două tipuri principale de CGN:
|
„ Spray la rece de înaltă” . Azotul sau heliul este utilizat ca gaz de lucrula presiuni de peste 1,5 MPa (15 atm), un debit mai mare de 2 m³/min și o putere de încălzire de peste 18 kW. Pentru pulverizare se folosesc de obicei pulberi metalice pure cu o dimensiune de 5-50 microni. |
„Pluverizare gaz-dinamică la rece de joasă presiune” (ing. - Pulverizare la rece de joasă presiune ). Ca gaz de lucru, aerul comprimat este utilizat cu o presiune de 0,5-1,0 MPa (5-10 atm), un debit de 0,5 m³/min și o putere de încălzire de 3-5 kW. Acoperirile sunt depuse folosind amestecuri mecanice de pulberi metalice și ceramice . Includerea unei componente ceramice în amestecul pulverizat asigură acoperiri de înaltă calitate, cu un consum de energie relativ scăzut.
|
Fenomenul de fixare a particulelor de metal solide pe suprafața unui obstacol a fost descoperit în studiile experimentale ale fluxului heterofazic supersonic în jurul corpurilor, efectuate la Institutul de Mecanică Teoretică și Aplicată al Filialei Siberiene al Academiei de Științe a URSS (ITAM) [ 1, 2], [1] .
Ulterior, cercetarea și dezvoltarea legate atât de fizica proceselor care au loc în CGN, cât și de crearea de echipamente pentru CGN și metodele de aplicare practică a acestuia au inclus întreprinderi de cercetare și producție din diferite țări. O trecere în revistă detaliată a proprietății intelectuale create în domeniul pulverizării gaz-dinamice la rece este prezentată în [4], o descriere a stării actuale a lucrării este prezentată în [5]. În prezent, mai multe tipuri de echipamente pentru CGN de înaltă presiune sunt produse în masă în lume de către CGT, pentru CGN de joasă presiune de către OCPN [2] și CenterLine [3] - (sub licență de la OCPN). Industria folosește echipamente portabile DIMET® fabricate de Centrul Obninsk pentru Pulverizare de Pulbere [4] .
[6], [6]
Esența tehnologiei CGN de joasă presiune (vezi fig.) este următoarea:
1 - aer comprimat cu o presiune de 0,5-1,0 MPa este furnizat încălzitorului, încălzit acolo la 400-600 de grade. DIN;
2 - intră în duza supersonică;
3 - materialul sub formă de pulbere, care este un amestec mecanic de particule de metal și ceramică, este introdus în fluxul de aer supersonic din spatele secțiunii critice a duzei, în acea parte a acesteia în care presiunea în flux este oarecum mai mică decât presiunea atmosferică;
4 - particulele sunt accelerate de fluxul de aer la o viteză de 300-600 m/s;
5 - particulele interacționează cu suprafața barierei, formând pe aceasta o acoperire metalo-ceramică.
Tehnologia are o serie de caracteristici care o deosebesc de tehnologiile gaz-termice de depunere a metalelor cele mai apropiate, în special:
• pentru funcționare sunt necesare doar aer comprimat și electricitate;
• lipsa încălzirii și oxidarii particulelor metalice și a substratului, deformări, modificări ale structurii metalelor (temperatura substratului este mai mică de 100-150 grade C);
• fără gaze nocive și agresive, substanțe , radiații și alți factori periculoși;
• simplitatea tehnologică a aplicării acoperirilor.
Tehnologia face posibilă crearea de aluminiu , cupru , zinc , staniu , plumb , nichel și alte acoperiri metalice. Alumina este folosită în mod obișnuit ca dopant ceramic , deși pot fi utilizate alte materiale cu duritate mare și puncte de topire ridicate.
Metale, sticla , ceramica , vitro-ceramica , granit , beton .
Acoperirile create în acest fel sunt o matrice metalică cu particule ceramice încorporate în ea (vezi Fig.)
Acoperirile se caracterizează prin rezistență ridicată, proprietăți bune de performanță și pot fi aplicate în orice grosime.
Tehnologia își găsește aplicație în diverse industrii pentru rezolvarea unui număr de sarcini pentru aplicarea acoperirilor metalice [7] în producția de produse de inginerie, repararea pieselor de mașini și în arte și meșteșuguri:
|
|
1. A. P. Alkhimov, N. I. Nesterovich și A. N. Papyrin, Studiu experimental al fluxului supersonic în două faze în jurul corpurilor. - PMTF, 1982, nr. 2, p. 66-74.
2. A. P. Alkhimov, V. F. Kosarev și A. N. Papyrin, metoda de pulverizare gaz-dinamică „rece”. — Dokl. Academia de Științe a URSS, 1990, vol. 315, nr. 5, p. 1062-1065.
3. Alkhimov A. P., Klinkov S. V., Kosarev V. F., Fomin V. M. Pulverizare gaz-dinamică la rece. Teorie și practică. - M. Fizmatlit, 2010, 536 p.
4. E.Irissou, J.-G.Legoux, ANRyabinin, B.Jodoin, C.Moreau. Revizuirea procesului și tehnologiei de pulverizare la rece: Partea I - Proprietatea intelectuală. Journal of Thermal Spray Technology, 2008, V. 17(4), pp. 495–516
5. Kashirin A. I., Shkodkin A. V. Pulverizarea gaz-dinamică a acoperirilor metalice - apariția metodei și starea ei actuală. — Tehnologii de întărire și acoperiri. 2007, nr. 12(36), p. 22-33.
6. Buzdygar T. V., Kashirin A. I., Klyuev O. F. Portnyagin Yu. I. Metoda de obținere a acoperirilor. - Brevet al Federației Ruse nr. 2038411, 1993.