La pulverización dinámica de gas frío (CHD) ( eng. Cold Spray ) de recubrimientos metálicos es el proceso de formación de recubrimientos metálicos al colisionar partículas metálicas frías (con una temperatura significativamente más baja que el punto de fusión ) aceleradas por un flujo de gas supersónico a una velocidad de varios cientos de metros por segundo, con una superficie que se trata de detalles. Cuando las partículas de metal sin fundir golpean el sustrato, sufren una deformación plástica y la energía cinética de las partículas se convierte en calor , proporcionando la formación de una capa continua de partículas de metal densamente empaquetadas.
La característica principal de CGN es la ausencia de altas temperaturas en el proceso de formación de recubrimientos metálicos , por lo tanto, la ausencia de oxidación de partículas y materiales base, procesos de cristalización fuera del equilibrio y altas tensiones internas en las piezas.
Hasta la fecha, existen dos tipos principales de CGN:
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“ Aerosol frío de alta” . Se utiliza nitrógeno o helio como gas de trabajoa presiones superiores a 1,5 MPa (15 atm), un caudal superior a 2 m³/min. y una potencia calorífica superior a 18 kW. Para la pulverización catódica se suelen utilizar polvos metálicos puros con un tamaño de 5-50 micras. |
"Pulverización dinámica de gas frío a baja presión" (ing. - Pulverización en frío a baja presión ). Como gas de trabajo, se utiliza aire comprimido con una presión de 0,5-1,0 MPa (5-10 atm), un caudal de 0,5 m³ / min y una potencia calorífica de 3-5 kW. Los revestimientos se depositan mediante mezclas mecánicas depolvos metálicos y cerámicos . La inclusión de un componente cerámico en la mezcla pulverizada proporciona recubrimientos de alta calidad con un consumo de energía relativamente bajo.
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El fenómeno de fijación de partículas metálicas sólidas en la superficie de un obstáculo fue descubierto en estudios experimentales de flujo heterofásico supersónico alrededor de cuerpos, realizados en el Instituto de Mecánica Teórica y Aplicada de la Rama Siberiana de la Academia de Ciencias de la URSS (ITAM) [ 1, 2], [1] .
Posteriormente, la investigación y el desarrollo relacionados tanto con la física de los procesos que ocurren en CGN como con la creación de equipos para CGN y métodos para su aplicación práctica incluyeron empresas de investigación y producción de diferentes países. Una revisión detallada de la propiedad intelectual creada en el campo de la pulverización dinámica de gas frío se presenta en [4], una descripción del estado actual del trabajo se encuentra en [5]. Actualmente, varios tipos de equipos para CGN de alta presión son producidos en masa en el mundo por CGT, para CGN de baja presión por OCPN [2] y CenterLine [3] - (bajo licencia de OCPN). La industria utiliza equipos portátiles DIMET® fabricados por el Centro de Pulverización de Obninsk [4] .
[6], [6]
La esencia de la tecnología CGN de baja presión (ver Fig.) es la siguiente:
1 - Se suministra aire comprimido con una presión de 0.5-1.0 MPa al calentador, se calienta allí a 400-600 grados. DE;
2 - entra en la boquilla supersónica;
3 - el material en polvo, que es una mezcla mecánica de partículas de metal y cerámica, se introduce en el flujo de aire supersónico detrás de la sección crítica de la boquilla, en esa parte donde la presión en el flujo es algo más baja que la presión atmosférica;
4 - las partículas son aceleradas por el flujo de aire a una velocidad de 300-600 m/s;
5 - las partículas interactúan con la superficie de la barrera, formando una capa de metal-cerámica sobre ella.
La tecnología tiene una serie de características que la distinguen de las tecnologías térmicas de gas de deposición de metal más cercanas, en particular:
• solo se necesita aire comprimido y electricidad para su funcionamiento;
• sin calentamiento ni oxidación de las partículas de metal y del sustrato, deformaciones, cambios en la estructura de los metales (la temperatura del sustrato es inferior a 100-150 grados C);
• sin gases nocivos y agresivos, sustancias , radiación y otros factores peligrosos;
• simplicidad tecnológica de aplicación de recubrimientos.
La tecnología hace posible crear revestimientos de aluminio , cobre , zinc , estaño , plomo , níquel y otros metales. La alúmina se usa comúnmente como dopante cerámico , aunque se pueden usar otros materiales con alta dureza y altos puntos de fusión.
Metales, vidrio , cerámica , vitrocerámica , granito , hormigón .
Los recubrimientos creados de esta manera son una matriz de metal con partículas de cerámica incrustadas (ver Fig.)
Los recubrimientos se caracterizan por su alta resistencia, buenas propiedades de rendimiento y se pueden aplicar en cualquier espesor.
La tecnología encuentra aplicación en varias industrias para resolver una serie de tareas para aplicar recubrimientos metálicos [7] en la producción de productos de ingeniería, reparación de piezas de máquinas y artes y oficios:
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1. A. P. Alkhimov, N. I. Nesterovich y A. N. Papyrin, Estudio experimental del flujo bifásico supersónico alrededor de los cuerpos. - PMTF, 1982, N° 2, págs. 66-74.
2. A. P. Alkhimov, V. F. Kosarev y A. N. Papyrin, método de pulverización dinámica de gas "frío". — Dokl. Academia de Ciencias de la URSS, 1990, vol. 315, No. 5, pp. 1062-1065.
3. Alkhimov A. P., Klinkov S. V., Kosarev V. F., Fomin V. M. Pulverización dinámica de gas frío. Teoría y práctica. - M. Fizmatlit, 2010, 536 p.
4. E.Irissou, J.-G.Legoux, ANRyabinin, B.Jodoin, C.Moreau. Revisión del Proceso y Tecnología de Rociado en Frío: Parte I - Propiedad Intelectual. Journal of Thermal Spray Technology, 2008, V. 17(4), pp. 495–516
5. Kashirin A. I., Shkodkin A. V. Pulverización dinámica de gas de recubrimientos metálicos: el surgimiento del método y su estado actual. — Tecnologías de endurecimiento y recubrimientos. 2007, núm. 12(36), pág. 22-33.
6. Buzdygar T. V., Kashirin A. I., Klyuev O. F. Portnyagin Yu. I. Método para obtener recubrimientos. - Patente de la Federación Rusa No. 2038411, 1993.