Metallipinnoitteiden kylmäkaasudynaaminen ruiskutus (CHD) ( eng. Cold Spray ) on prosessi, jossa metallipinnoitteita muodostetaan törmäämällä kylmiä ( sulamispistettä huomattavasti alhaisemmassa lämpötilassa ) metallihiukkasia, jotka on kiihdytetty yliäänikaasuvirran nopeuteen. useita satoja metrejä sekunnissa, pintakäsitellyt yksityiskohdat. Kun sulamattomat metallihiukkaset osuvat alustaan, ne käyvät läpi plastisen muodonmuutoksen ja hiukkasten kineettinen energia muuttuu lämmöksi , jolloin muodostuu jatkuva kerros tiiviisti pakattuja metallihiukkasia.
CGN :n pääominaisuus on korkeiden lämpötilojen puuttuminen metallipinnoitteiden muodostusprosessissa , joten hiukkasten ja perusmateriaalien hapettumisen puuttuminen, epätasapainoiset kiteytysprosessit ja työkappaleiden suuret sisäiset jännitykset.
Tähän mennessä on olemassa kaksi päätyyppiä CGN:
|
" High Pressure Cold Spray " . Työkaasuna käytetään typpeä tai heliumia yli 1,5 MPa:n (15 atm ) paineissa, yli 2 m³/min virtausnopeudella jayli 18 kW : n lämmitysteholla. Sputteroinnissa käytetään yleensä puhtaita metallijauheita, joiden koko on 5-50 mikronia. |
"Matalapaineen kylmäkaasudynaaminen ruiskutus" (eng. - Matalapaineinen kylmäsumutus ). Työkaasuna käytetään paineilmaapaine on 0,5-1,0 MPa (5-10 atm), virtausnopeus 0,5 m³ / min ja lämmitysteho 3-5 kW. Pinnoitteet kerrostetaan käyttämällä mekaanisia metalli- ja keraamisten jauheiden seoksia. Keraamisen komponentin sisällyttäminen ruiskutettuun seokseen tarjoaa korkealaatuisia pinnoitteita suhteellisen alhaisella energiankulutuksella.
|
Ilmiö kiinteiden metallihiukkasten kiinnittymisestä esteen pinnalle löydettiin kokeellisissa tutkimuksissa yliäänisen heterofaasin virtauksesta kappaleiden ympärillä, jotka suoritettiin Neuvostoliiton tiedeakatemian Siperian osaston teoreettisen ja sovelletun mekaniikan instituutissa (ITAM) . 1, 2], [1] .
Myöhemmin sekä CGN:ssä tapahtuvien prosessien fysiikkaan että CGN:n laitteiden ja sen käytännön soveltamismenetelmien luomiseen liittyvään tutkimukseen ja kehitykseen osallistui tutkimus- ja tuotantoyrityksiä eri maista. Yksityiskohtainen katsaus kylmäkaasudynaamisen ruiskutuksen alalla syntyneeseen henkiseen omaisuuteen on esitetty kohdassa [4], kuvaus työn nykytilasta on kohdassa [5]. Tällä hetkellä CGT valmistaa maailmassa useita erilaisia korkeapaine-CGN-laitteita, OCPN [2] ja CenterLine [ 3] matalapaineisia CGN-laitteita (OCPN:n lisenssillä). Teollisuus käyttää kannettavia laitteita DIMET®, jonka on valmistanut Obninsk Center for Powder Spraying [4] .
[6], [6]
Matalapaineisen CGN-tekniikan olemus (katso kuva) on seuraava:
1 - paineilma, jonka paine on 0,5-1,0 MPa, syötetään lämmittimeen, lämmitetään siellä 400-600 asteeseen. FROM;
2 - menee yliäänisuuttimeen;
3 - jauhemateriaalia, joka on metallin ja keraamisten hiukkasten mekaaninen seos, syötetään yliääniilmavirtaan suuttimen kriittisen osan takana, siihen osaan, jossa virtauksen paine on jonkin verran pienempi kuin ilmakehän paine;
4 - ilmavirta kiihdyttää hiukkasia nopeuteen 300-600 m/s;
5 - hiukkaset ovat vuorovaikutuksessa esteen pinnan kanssa muodostaen siihen metallikeraamisen pinnoitteen.
Tekniikassa on useita ominaisuuksia, jotka erottavat sen lähimmästä metallipinnoitustekniikasta, erityisesti:
• toimintaan tarvitaan vain paineilmaa ja sähköä;
• ei metallihiukkasten ja alustan kuumenemista ja hapettumista, muodonmuutoksia, metallien rakenteen muutoksia (alustan lämpötila alle 100-150 astetta C);
• ei haitallisia ja aggressiivisia kaasuja, aineita , säteilyä tai muita vaarallisia tekijöitä;
• pinnoitteiden levittämisen teknologinen yksinkertaisuus.
Tekniikka mahdollistaa alumiini- , kupari- , sinkki- , tina- , lyijy- , nikkeli- ja muiden metallipinnoitteiden valmistamisen. Alumiinioksidia käytetään yleisesti keraamisena lisäaineena , vaikka muita materiaaleja, joilla on korkea kovuus ja korkea sulamispiste, voidaan käyttää.
Metallit, lasi , keramiikka , lasikeramiikka , graniitti , betoni .
Tällä tavalla luodut pinnoitteet ovat metallimatriisi, johon on upotettu keraamisia hiukkasia (katso kuva).
Pinnoitteille on ominaista korkea lujuus, hyvät suorituskykyominaisuudet ja niitä voidaan levittää minkä tahansa paksuisena.
Teknologiaa voidaan soveltaa useilla teollisuudenaloilla useiden metallipinnoitteiden [7] levittämiseen liittyvien tehtävien ratkaisemiseen konepajatuotteiden valmistuksessa, koneenosien korjauksessa sekä taiteessa ja käsityössä:
|
|
1. A. P. Alkhimov, N. I. Nesterovich ja A. N. Papyrin, Experimental study of supersonic two-phase flow around bodys. - PMTF, 1982, nro 2, s. 66-74.
2. A. P. Alkhimov, V. F. Kosarev ja A. N. Papyrin, "Kylmä" kaasudynaaminen ruiskutusmenetelmä. — Dokl. Neuvostoliiton tiedeakatemia, 1990, osa 315, nro 5, s. 1062-1065.
3. Alkhimov A. P., Klinkov S. V., Kosarev V. F., Fomin V. M. Kylmäkaasudynaaminen ruiskutus. Teoria ja käytäntö. - M. Fizmatlit, 2010, 536 s.
4. E. Irissou, J.-G. Legoux, ANRyabinin, B. Jodoin, C. Moreau. Katsaus kylmäsumutusprosessiin ja -teknologiaan: Osa I – Immateriaalioikeudet. Journal of Thermal Spray Technology, 2008, V. 17(4), pp. 495–516
5. Kashirin A. I., Shkodkin A. V. Metallipinnoitteiden kaasudynaaminen ruiskutus - menetelmän synty ja sen nykyinen tila. — Kovetusteknologiat ja pinnoitteet. 2007, nro 12(36), s. 22-33.
6. Buzdygar T. V., Kashirin A. I., Klyuev O. F. Portnyagin Yu. I. Menetelmä pinnoitteiden saamiseksi. - Venäjän federaation patentti nro 2038411, 1993.