Studené plynové dynamické stříkání (CHD) ( angl. Cold Spray ) kovových povlaků je proces vytváření kovových povlaků srážkou studených (s teplotou výrazně nižší než bod tání ) kovových částic urychlených proudem nadzvukového plynu na rychlost několik set metrů za sekundu, s povrchem upravovaným detaily. Když neroztavené kovové částice narazí na substrát, podstoupí plastickou deformaci a kinetická energie částic se přemění na teplo , čímž se vytvoří souvislá vrstva hustě zabalených kovových částic.
Hlavním rysem CGN je absence vysokých teplot v procesu vytváření kovových povlaků, tedy absence oxidace částic a základních materiálů, nerovnovážné krystalizační procesy a vysoká vnitřní pnutí v obrobcích.
K dnešnímu dni existují dva hlavní typy CGN:
|
" Vysokotlaký studený sprej " . Dusík nebo helium se používá jako pracovní plynpři tlacích nad 1,5 MPa (15 atm), průtoku větším než 2 m³/min. a topném výkonu větším než 18 kW. Pro naprašování se obvykle používají čisté kovové prášky o velikosti 5-50 mikronů. |
"Nízkotlaké dynamické stříkání za studena" (angl. - Low pressure cold spray ). Jako pracovní plyn se používá stlačený vzduch o tlaku 0,5-1,0 MPa (5-10 atm), průtoku 0,5 m³/min a topném výkonu 3-5 kW. Povlaky se nanášejí pomocí mechanických směsí kovových a keramických prášků. Zahrnutí keramické složky do stříkané směsi poskytuje vysoce kvalitní povlaky s relativně nízkou spotřebou energie.
|
Fenomén fixace pevných kovových částic na povrchu překážky byl objeven v experimentálních studiích nadzvukového heterofázového proudění kolem těles, prováděných v Ústavu teoretické a aplikované mechaniky Sibiřské pobočky Akademie věd SSSR (ITAM) [ 1, 2], [1] .
Následně výzkum a vývoj související jak s fyzikou procesů probíhajících v CGN, tak s tvorbou zařízení pro CGN a způsoby jeho praktické aplikace zahrnoval výzkumné a výrobní podniky z různých zemí. Podrobný přehled duševního vlastnictví vzniklého v oblasti studeného plynodynamického nástřiku je uveden v [4], popis současného stavu práce je v [5]. V současné době je ve světě sériově vyráběno několik typů zařízení pro vysokotlaké CGN CGT, pro nízkotlaké CGN pak OCPN [2] a CenterLine [3] - (v licenci OCPN). Průmysl používá přenosné zařízení DIMET® vyrobené Obninským centrem pro práškové stříkání [4] .
[6], [6]
Podstata nízkotlaké CGN technologie (viz obr.) je následující:
1 - do ohřívače je přiváděn stlačený vzduch o tlaku 0,5-1,0 MPa, ohřátý tam na 400-600 stupňů. Z;
2 - vstupuje do nadzvukové trysky;
3 - práškový materiál, který je mechanickou směsí kovových a keramických částic, je přiváděn do proudění nadzvukového vzduchu za kritickou částí trysky, do té její části, kde je tlak v proudu poněkud nižší než atmosférický tlak;
4 - částice jsou urychlovány proudem vzduchu na rychlost 300-600 m/s;
5 - částice interagují s povrchem bariéry a vytvářejí na něm metalokeramický povlak.
Tato technologie má řadu vlastností, které ji odlišují od plyno-tepelných technologií nanášení kovů, které jsou jí nejbližší, zejména:
• k provozu je potřeba pouze stlačený vzduch a elektřina;
• nedochází k zahřívání a oxidaci kovových částic a substrátu, deformacím, změnám ve struktuře kovů (teplota substrátu je nižší než 100-150 stupňů C);
• žádné škodlivé a agresivní plyny, látky , záření a jiné nebezpečné faktory;
• technologická jednoduchost nanášení nátěrů.
Technologie umožňuje vytvářet hliníkové , měděné , zinkové , cínové , olověné , niklové a další kovové povlaky. Jako keramická příměs se běžně používá oxid hlinitý , i když lze použít i jiné materiály s vysokou tvrdostí a vysokými teplotami tání.
Kovy, sklo , keramika , sklokeramika , žula , beton .
Takto vytvořené povlaky jsou kovová matrice s keramickými částicemi v ní uloženými (viz obr.)
Nátěry se vyznačují vysokou pevností, dobrými provozními vlastnostmi a lze je nanášet v jakékoli tloušťce.
Technologie nachází uplatnění v různých průmyslových odvětvích pro řešení řady úloh pro nanášení kovových povlaků [7] při výrobě strojírenských výrobků, opravách strojních součástí a v uměleckých řemeslech:
|
|
1. A. P. Alkhimov, N. I. Nesterovich a A. N. Papyrin, Experimentální studie nadzvukového dvoufázového proudění kolem těles. - PMTF, 1982, č. 2, s. 66-74.
2. A. P. Alkhimov, V. F. Kosarev a A. N. Papyrin, „studená“ metoda plynového dynamického rozprašování. — Dokl. Akademie věd SSSR, 1990, roč. 315, č. 5, s. 1062-1065.
3. Alkhimov A. P., Klinkov S. V., Kosarev V. F., Fomin V. M. Studený plyn-dynamický nástřik. Teorie a praxe. - M. Fizmatlit, 2010, 536 s.
4. E.Irissou, J.-G.Legoux, ANRyabinin, B.Jodoin, C.Moreau. Recenze procesu a technologie studeného nástřiku: Část I – Duševní vlastnictví. Journal of Thermal Spray Technology, 2008, V. 17(4), pp. 495–516
5. Kashirin A. I., Shkodkin A. V. Plynové dynamické nástřiky kovových povlaků - vznik metody a její současný stav. — Technologie kalení a povlaky. 2007, č. 12(36), s. 22-33.
6. Buzdygar T. V., Kashirin A. I., Klyuev O. F. Portnyagin Yu. I. Způsob získávání povlaků. - Patent Ruské federace č. 2038411, 1993.