Холодное газодинамическое напыление

Эта статья или раздел носит ярко выраженный рекламный характер. Это не соответствует правилам Википедии. Вы можете помочь проекту, исправив текст согласно стилистическим рекомендациям Википедии.

Холодное газодинамическое напыление (ХГН) (англ. Cold Spray) металлических покрытий — это процесс формирования металлических покрытий при соударении холодных (с температурой, существенно меньшей температуры плавления) металлических частиц, ускоренных сверхзвуковым газовым потоком до скорости несколько сот метров в секунду, с поверхностью обрабатываемой детали. При ударах нерасплавленных металлических частиц о подложку происходит их пластическая деформация и кинетическая энергия частиц преобразуется в тепло и, частично, в энергию связи с подложкой, обеспечивая формирование сплошного слоя из плотно упакованных металлических частиц.

Основной особенностью ХГН является отсутствие высоких температур в процессе формирования металлических покрытий, следовательно, отсутствие окисления материалов частиц и основы, процессов неравновесной кристаллизации, высоких внутренних напряжений в обрабатываемых деталях.

К настоящему времени существуют две основных разновидности ХГН:

«Холодное газодинамическое напыление высокого давления» (англ. High Pressure Cold Spray). В качестве рабочего газа используются азот или гелий при давлениях выше 1,5 МПа (15 атм), расходе более 2 куб.м/мин., и мощностью подогрева более 18 кВт. Для напыления обычно используются чистые металлические порошки размером 5-50 мкм.

«Холодное газодинамическое напыление низкого давления» (англ. — Low Pressure Cold Spray). В качестве рабочего газа используется сжатый воздух давлением 0,5-1,0 МПа (5-10 атм), расходом 0,5 куб.м/мин, и мощностью подогрева 3-5 кВт. Для напыления покрытий используются механические смеси металлических и керамических порошков. Включение керамического компонента в напыляемую смесь обеспечивает получение качественных покрытий при сравнительно небольших энергозатратах.

История

Явление закрепления твердых металлических частиц на поверхности преграды было обнаружено в экспериментальных исследованиях обтекания тел сверхзвуковыми гетерофазными потоками, выполнявшихся в Институте теоретической и прикладной механики СО РАН СССР (ИТПМ) [1, 2], [1].

В последующем в исследования и разработки, связанные как с физикой процессов, происходящих при ХГН, так и с созданием оборудования для ХГН и способов его практического применения включились исследовательские и производственные предприятия разных стран. Детальный обзор интеллектуальной собственности, созданной в области холодного газодинамического напыления, представлен в [4], описание современного состояния работ - в [5]. В настоящее время в мире серийно производятся несколько типов оборудования для ХГН высокого давления — компанией CGT [www.cgt-gmbh.com], для ХГН низкого давления — компаниями ОЦПН [2] и CenterLine [3]-(по лицензии ОЦПН). В практике промышленного применения применятся портативное оборудование ДИМЕТ®, выпускаемое Обнинским центром порошкового напыления [4].

Холодное газодинамическое напыление высокого давления

[5]

Холодное газодинамическое напыление низкого давления

[6], [6]

Суть технологии ХГН низкого давления (см. рис.) состоит в следующем:

Схема холодного газодинамического напыления металлических покрытий воздухом низкого давления

— сжатый воздух давлением 0,5-1,0 МПа подается в нагреватель, нагревается там до 400—600 град. С;

— поступает в сверхзвуковое сопло;

— порошковый материал, представляющий собой механическую смесь металлических и керамических частиц, подается в сверхзвуковой поток воздуха за критическим сечением сопла, в ту его часть, где давление в потоке несколько ниже атмосферного давления;

— частицы ускоряются воздушным потоком до скорости 300—600 м/с;

— частицы взаимодействуют с поверхностью преграды, формируя на ней металлокерамическое покрытие.

Особенности технологии

Технология обладает рядом осбенностей, отличающих ее от наиболее близких к ней газотермических технологий нанесения металлов, в частности:

• для работы необходим только сжатый воздух и электроэнергия;

• нет нагрева и окисления металла частиц и подложки, деформаций, изменения структуры металлов (температура подложки меньше 100—150 град С) ;

• нет вредных и агрессивных газов, веществ, излучений и др. опасных факторов;

• технологическая простота нанесения покрытий.

Покрытия

[7]

Материалы покрытий

Технология позволяет создавать алюминиевые, медные, цинковые, оловянные, свинцовые, никелевые и другие металлические покрытия. В качестве керамической примеси обычно используется оксид алюминия, хотя могут быть использованы и другие материалы, отличающиеся высокой твердостью и температурой плавления.

Материалы основы

Металлы, стекло, керамика, ситаллы, гранит, бетон.

Структура

Покрытия, создаваемые таким способом, представляют собой металлическую матрицу с внедренными в нее керамическими частицами (см. рис.)

Свойства

Покрытия характеризуются высокой прочностью, хорошими эксплуатационными свойствами и могут наноситься любой толщиной.

Применение

Технология находит применение в различных отраслях промышленности для решения целого ряда задач по нанесению металлических покрытий [8] в производстве машиностроительной продукции, ремонте деталей машин и в декоративно-прикладном искусстве:

восстановление утраченного металла в производстве (например, отливок [9]) деталей и ремонте эксплуатационного износа и повреждений в ремонте деталей машин, технологического оборудования и транспортных средств любого назначения; ремонт форм [10], дорнов, каландров [11], и др.; нанесение электропроводящих покрытий на металлы [12], стекло [13], керамику [14]; нанесение подслоев под пайку [15]; герметизация течей емкостей, трубопроводов, теплообменников (особенно тонкостенных [16]), масло- газонаполненных трансформаторов [17], и т. п.;

восстановление нормативных геометрических параметров деталей газоперекачивающих аппаратов [;http://www.dimet-r.narod.ru/application/spec03.html]; нанесение покрытий, предотвращающих адгезионное схватывание [18]; ремонт подшипников скольжения [19]; ремонт посадочных мест подшипников [20]; восстановление поверхностей гидроштоков [21]; защита от коррозии [22]; восстановление исторических скульптурных памятников [23], художественная обработка стекла, керамики, металлов, реставрация ретроавтомобилей [24].

Литература

1. Алхимов А. П., Нестерович Н. И., Папырин А. Н. Экспериментальное исследование обтекания тел сверхзвуковым двухфазным потоком. — ПМТФ, 1982, № 2, с.66-74.

2. Алхимов А. П., Косарев В. Ф., Папырин А. Н. Метод «холодного» газодинамического напыления. — Докл. АН СССР, 1990, т.315, № 5, с.1062-1065.

3. Алхимов А. П., Клинков С. В., Косарев В. Ф., Фомин В. М. Холодное газодинамическое напыление. Теория и практика. — М. Физматлит, 2010, 536 с.

4. E.Irissou, J.-G.Legoux, A.N.Ryabinin, B.Jodoin, C.Moreau. Review on Cold Spray Process and Technology: Part I — Intellectual Property. Journal of Thermal Spray Technology, 2008, V. 17(4), pp. 495–516

5. Каширин А. И., Шкодкин А. В. Газодинамическое напыление металлических покрытий — возникновение метода и его современное состояние. — Упрочняющие технологии и покрытия. 2007, № 12(36), с. 22-33.

6. Буздыгар Т. В., Каширин А. И., Клюев О. Ф. Портнягин Ю. И. Способ получения покрытий. — Патент РФ № 2038411, 1993.

Примечания

Ссылки

Для улучшения этой статьи желательно?: Исправить статью согласно стилистическим правилам Википедии. Переработать оформление в соответствии с правилами написания статей. Проставить интервики в рамках проекта Интервики.