Attrezzatura per la spruzzatura dinamica a gas freddo di metalli. Spruzzatura a gas freddo Ugello spruzzatore dinamico a gas

Freddo spruzzatura gas dinamica - ultimo metodo nel campo della spruzzatura termica. Rispetto ai tradizionali processi di spruzzatura termica, la spruzzatura dinamica a gas freddo presenta particolari vantaggi poiché il materiale di spruzzatura non si fonde o fonde durante il processo. Pertanto, l'effetto termico sul materiale di rivestimento e di substrato rimane basso.

L'elevata energia cinetica delle particelle e l'elevato grado di deformazione all'impatto sul substrato, ad essa associato, consente di realizzare rivestimenti uniformi e molto densi. La gamma di spessori del rivestimento varia da pochi centesimi di millimetro a diversi centimetri.

Nei rivestimenti metallici risultanti, fisici e Proprietà chimiche praticamente non differiscono dalle proprietà del materiale di base.

Secondo la più recente tecnologia di sistema di Impact Innovations GmbH, un gas inerte - preferibilmente azoto o elio - viene immesso nella pistola a spruzzo a una pressione fino a 50 bar (725 psi) e riscaldato a una temperatura massima di 1100 °C (2012 °F) nel corpo della pistola.

La successiva espansione del riscaldato e sotto alta pressione gas in un ugello a espansione convergente ad una pressione ambiente fa sì che il gas inerte del processo venga accelerato a velocità supersoniche mentre allo stesso tempo raffredda il gas al di sotto di 100 ° C (373 ° F).

Le polveri spruzzabili vengono iniettate nella parte convergente dell'ugello per mezzo di un alimentatore di polvere e gas di trasporto e accelerate a una velocità delle particelle di 1200 m/s nel flusso principale del gas.

Nell'ugello di spruzzatura altamente ristretto, le particelle colpiscono le superfici dei componenti non trattate, nella maggior parte dei casi, si deformano e si trasformano in un rivestimento altamente adesivo/coesivo e a basso contenuto di ossido.

Effetto della velocità delle particelle sulla qualità e sull'efficienza del rivestimento

1. La particella di rivestimento ha raggiunto la velocità di impatto minima, necessaria per eccitare il meccanismo di interazione con la superficie del substrato (campione lavorato). Questa cosiddetta "velocità critica" influenza le proprietà del materiale di rivestimento.
2. Poiché la velocità di impatto è superiore alla velocità critica, la deformazione e la qualità di adesione delle particelle aumentano.
3. Se la velocità d'impatto è troppo elevata (il "tasso di erosione"), viene distrutto più materiale di quanto ne venga aggiunto. Il rivestimento non si forma.
4. Per formare un rivestimento denso e ben formato, la velocità di impatto delle particelle deve essere compresa tra la velocità critica e la velocità di erosione.

Cosa si può rivestire con la spruzzatura dinamica a gas freddo?

Materiali di rivestimento

Metalli: come magnesio, alluminio, titanio, nichel, rame, tantalio, niobio, argento, oro, ecc.

Leghe: ad esempio nichel-cromo, bronzo, leghe di alluminio, ottone, leghe di titanio, polveri MCrAlY (leghe a base del metallo di base (Co, Ni, Cr, Fe) con l'aggiunta di cromo, alluminio e ittrio), ecc.

materiali misti(matrice metallica in combinazione con fasi solide): ad esempio metallo e ceramica, compositi.

Materiali di base

Prodotti e campioni in metallo, plastica, vetro e ceramica.

Elaborazione individuale

Ogni singolo materiale viene lavorato singolarmente.

La lavorazione dei materiali richiede la regolazione individuale della temperatura e della pressione del gas. La combinazione di questi due parametri fisici determina la velocità delle particelle e la qualità del rivestimento. L'intervallo della velocità di sputtering ottimale, limitato dalla velocità critica e dalla velocità di erosione, è chiamato intervallo di sedimentazione. All'interno di questo intervallo, la qualità della deposizione del rivestimento è influenzata dai parametri.

Spruzzatura gasdinamica del metallo: scopo, scopo, tipi di tecnologia. Vantaggi e svantaggi del metodo. Area di applicazione. Attrezzature e caratteristiche dell'uso della spruzzatura a freddo.

La spruzzatura gasdinamica del metallo viene eseguita per conferire alle superfici di prodotti metallici e non metallici le proprietà necessarie. Questo può essere un aumento della conduttività elettrica e termica, resistenza, protezione dall'esposizione processi di corrosione, ripristino di dimensioni geometriche, ecc. Allo stesso tempo, a seconda di compito specifico, a seconda del metallo del prodotto, è selezionato equipaggiamento necessario, materiali di consumo e tecnologia di spruzzatura. Molto spesso le superfici sono soggette a metallizzazione, mentre il rivestimento applicato ha un'elevata adesione al materiale su cui è applicato e il prodotto è meccanicamente resistente. Possono essere depositate polveri o miscele di metallo puro, nelle quali, oltre al componente metallico, viene introdotta polvere ceramica determinate quantità. Ciò riduce significativamente il costo della tecnologia di verniciatura a polvere e non ne pregiudica le proprietà.

L'essenza del metodo di spruzzatura dinamica a gas freddo è l'applicazione e il fissaggio sulla superficie di un prodotto o parte di particelle solide di metallo o una miscela di materiali di dimensioni comprese tra 0,01 e 50 micron, accelerati alla velocità richiesta in aria, azoto o elio. Tale materiale è chiamato polvere. Queste sono particelle di alluminio, stagno, nichel, babbit di diverse marche, una miscela di polvere di alluminio con zinco. Il mezzo con cui viene movimentato il materiale può essere freddo o riscaldato ad una temperatura non superiore a 700 °C.

Al contatto con la superficie del prodotto si verifica una trasformazione del tipo plastico e l'energia del tipo cinematico passa in adesivo e termico, che contribuisce alla produzione di uno strato superficiale durevole del metallo. La polvere può essere applicata non solo su superfici metalliche, ma anche su quelle in cemento, vetro, ceramica, pietra, il che amplia notevolmente la portata del metodo per creare superfici con proprietà speciali.

A seconda della pressione, si distinguono i seguenti tipi di irrorazione dinamica a gas freddo:

• alto;
• Basso.

Nel primo caso, l'elio e l'azoto vengono utilizzati come mezzo di lavoro che sposta materiale in polvere di dimensioni comprese tra 5 e 50 micron. Le particelle metalliche, se si muovono, hanno una pressione superiore a 15 atm. Nel secondo caso, viene utilizzato aria compressa, che viene erogato a pressione non superiore a 10 atm. Questi tipi differiscono anche per indicatori come la potenza di riscaldamento e il consumo del mezzo di lavoro.

Le fasi di spruzzatura sono le seguenti:

• preparazione della superficie del prodotto per la spruzzatura con mezzi meccanici o abrasivi;
• riscaldamento del mezzo di lavoro (aria, azoto, elio) fino al processo tecnologico temperatura;
• fornitura di gas riscaldato all'ugello dell'apparecchiatura insieme alla polvere alla pressione richiesta.

Di conseguenza, la polvere viene accelerata nel flusso a velocità supersoniche e si scontra con la superficie della parte o del prodotto. C'è una deposizione di uno strato metallico con uno spessore, il cui valore dipende dalla temperatura di riscaldamento del gas fornito e dalla pressione.

La preparazione della superficie del prodotto con un metodo abrasivo viene eseguita utilizzando l'apparecchiatura stessa per l'applicazione della spruzzatura dinamica del gas semplicemente modificando i parametri della modalità.

Lo scopo di questo tipo di irrorazione è piuttosto ampio. Il metodo viene utilizzato per sigillare perdite in serbatoi e tubazioni, riparare parti e fusioni in leghe leggere, applicare rivestimenti elettricamente conduttivi, anticorrosione e antifrizione, eliminare danni meccanici, ripristinare sedi nei cuscinetti.

I principali vantaggi del metodo

I vantaggi della tecnologia includono:

• esecuzione del lavoro in qualsiasi condizione climatica (pressione, temperatura, umidità);
• la possibilità di utilizzare attrezzature di tipo fisso e portatile, che in quest'ultimo caso consente di eseguire lavori nel luogo della loro realizzazione;
• la possibilità di applicare un rivestimento alle aree locali (luoghi difettosi);
• la possibilità di creare livelli con proprietà diverse;
• la possibilità di creare uno strato dello spessore richiesto o di diverso spessore nei rivestimenti multistrato;
• il processo non influisce sulla struttura del prodotto, che viene spruzzato, il che rappresenta un vantaggio importante;
• sicurezza;
• rispetto dell'ambiente.

Lo svantaggio di questo tipo di irrorazione è solo un dato di fatto. Gli strati possono essere applicati a metalli duttili come rame, zinco, alluminio, nichel e loro leghe.

Produttori paesi diversi produrre attrezzature fisse e portatili per il rivestimento manuale e automatizzato di diverse capacità su diversi metalli.

Attrezzatura applicata

L'apparato per la spruzzatura di metallo gas-dinamica è costituito dalle seguenti parti principali:

• contenitori per polveri;
• sistemi per l'alimentazione del mezzo di lavoro, compresa una bombola per gas compresso e tutti gli accessori necessari per esso;
• ugelli (di norma ce ne sono diversi, hanno configurazioni diverse e vengono utilizzati per diverse modalità di spruzzatura);
• pannello di controllo.

Nella Federazione Russa, l'attrezzatura di alta qualità per la spruzzatura con il metodo gas-dinamico è prodotta dal centro di spruzzatura delle polveri di Obninsk con il marchio "DIMET". Soddisfa i requisiti dei GOST nazionali, è certificato e protetto da brevetti in molti paesi, inclusa la Russia.

Il processo di riparazione di una parte mediante spruzzatura dinamica del gas è mostrato nel video:

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A proposito, gli ingegneri di Obninsk hanno già sviluppato diverse modifiche delle installazioni DIMET. Data la domanda diffusa questa attrezzatura, ora sia i dispositivi manuali che automatizzati di spruzzatura dinamica a gas freddo sono prodotti in serie, il che consente loro di essere utilizzati nell'industria, industria petrolifera e del gas, così come nelle piccole imprese per la lavorazione di piccole parti. Inoltre, non c'è nulla di particolarmente complicato nella tecnologia stessa. Per il funzionamento del complesso (oltre al materiale da spruzzare) è necessaria solo aria compressa (fornita a una pressione di 0,6-1,0 MPa e una portata di 0,3-0,4 m3/min.) e un'alimentazione a 220 V.

Ora sui vantaggi e gli svantaggi del metodo. Attrezzature per la spruzzatura di metalli dalla Cina? In primo luogo, contrariamente al metodo gastermico, il CGN può essere efficacemente utilizzato a pressione normale, in qualsiasi intervallo di temperatura e livello di umidità.

In secondo luogo, è assolutamente sicuro per l'ambiente. In terzo luogo, grazie all'elevata velocità, può essere utilizzato anche per la pulizia di superfici abrasive. Ebbene, l'unico inconveniente della tecnologia è la possibilità di applicare rivestimenti solo da metalli relativamente duttili, come rame, alluminio, zinco, nichel, ecc.

Ambito di CGN

Vorrei soffermarmi più in dettaglio sulle aree di applicazione della tecnologia della spruzzatura dinamica a gas freddo con materiali in polvere per mostrare chiaramente quanto sia richiesta oggi.

Eliminazione dei difetti, ripristino delle superfici e sigillatura

Tutto questo è un lavoro che anche le piccole imprese possono fare. Ad esempio, nelle piccole officine è possibile riparare parti in leghe leggere (parti di una struttura automobilistica, ad esempio), principalmente alluminio e alluminio-magnesio. Inoltre, i difetti che si sono verificati sia nel processo di produzione che durante il funzionamento vengono facilmente eliminati.

E l'assenza di un forte riscaldamento e la bassa energia del metodo consentono di riparare anche prodotti a parete sottile.

CGN è ottimo anche per il ripristino di superfici usurate. Ad esempio, un processo così laborioso come la "costruzione" del metallo nelle sedi dei cuscinetti può ora essere eseguito anche da piccole imprese, per non parlare del ripristino della tenuta (quando l'uso di sigillanti liquidi è impossibile) in tubazioni, scambiatori di calore o recipienti per gas di lavoro, liquidi.

Restauro ad alta precisione di parti di vari meccanismi, conduzione corrente

CGN molto efficace nella riparazione di manufatti complessi, dove è richiesto il ripristino preciso dei parametri geometrici, l'eliminazione dei difetti nascosti, ma allo stesso tempo con la conservazione di tutti caratteristiche di performance, così come il vestito commerciale. Ecco perché questo metodo viene utilizzato attivamente nel complesso militare-industriale, nelle industrie ferroviarie e aeronautiche, agricoltura, trasporto gas, ecc.

Non puoi fare a meno di questa tecnologia nella creazione di cuscinetti di contatto. Prezzi per attrezzature per la spruzzatura di metalli? Grazie alla possibilità di un facile rivestimento su qualsiasi superficie metallica, ceramica e vetro, il CGN viene utilizzato anche nella produzione di prodotti elettrici. Ad esempio, nei processi di placcatura in rame, la creazione di reti di alimentazione di corrente, l'applicazione di cavi di corrente, la produzione di sottostrati per la saldatura, ecc.

Trattamento anticorrosione ed eliminazione dei difetti profondi

Spruzzare il cosiddetto rivestimento antifrizione è un modo molto efficace per eliminare i danni locali (scheggiature profonde, graffi, graffi). Ciò evita la procedura di ricarica completa o addirittura di sostituzione del prodotto, che, ovviamente, non è economicamente sostenibile.

E nel trattamento anticorrosivo e nella protezione contro la corrosione ad alta temperatura di varie comunicazioni questo metodo non ci sono affatto uguali. A proposito, varie modifiche dell'attrezzatura DIMET® fornire una lavorazione di alta qualità della superficie interna di tubi con un diametro di 100 mm e una lunghezza fino a 12 m.

Informazioni aggiuntive:

I rivestimenti resistenti al calore vengono applicati con il metodo gas-dinamico, che fornisce protezione fino a 1000-1100 gradi Celsius. La conduttività elettrica è in media dell'80-90% della conduttività elettrica del materiale sfuso. La resistenza alla corrosione dipende dalle caratteristiche dell'ambiente aggressivo.

Il funzionamento dell'apparecchiatura DIMET, sviluppata e prodotta in serie dal "Obninsk Center for Powder Spraying" (OOO "OCPN"), si basa sull'effetto di fissare particelle metalliche, se si muovono a velocità supersonica, sulla superficie quando si scontrano con esso, spruzzatura gas-dinamica di metalli DIMET. La tecnologia consente di applicare rivestimenti metallici non solo su metalli, ma anche su vetro, ceramica, pietra e cemento. Ad oggi la tecnologia DIMET permette di applicare rivestimenti di alluminio, zinco, rame, stagno, piombo, babbits, nichel e applicarli non solo su metalli, ma anche su vetro, ceramica, pietra e cemento.

Gli specialisti di Plakart producono rivestimenti gas-dinamici per apparecchiature industriali (ad esempio, nella foto - rivestimento anticorrosione di uno scambiatore di calore senza smontaggio). Inoltre, forniamo impianti di spruzzatura dinamica a gas freddo chiavi in ​​mano (regolazione, assistenza, formazione).

A seconda della composizione consumabile(polvere) e cambiando le modalità della sua applicazione, è possibile ottenere un rivestimento omogeneo o composito con una struttura solida o porosa e un proprio compito funzionale. Questo può essere: ripristino della geometria del prodotto, rafforzamento e protezione del metallo dalla corrosione, aumento della conduttività termica ed elettrica del materiale, nonché formazione di un rivestimento resistente all'usura in grado di resistere agli effetti di ambienti chimicamente attivi, carichi termici elevati, ecc.

Nella descrizione dell'invenzione di Browning, questi problemi sono discussi ma non risolti. uscire da questa disposizione apre un metodo di spruzzatura in cui la polvere non viene riscaldata allo stato fuso. L'idea della possibilità di "saldatura a freddo" di piccole particelle metalliche durante la loro collisione ad alta velocità con una superficie solida è stata espressa nell'invenzione di Shestakov nel 1967. La proposta di saldatura a freddo di particelle in modalità dinamica non è stata sviluppata in quel momento.

Attrezzature per la spruzzatura dinamica a gas freddo di metalli? Perché per implementare il regime di spruzzatura a freddo, erano necessarie nuove proposte per la progettazione del gruppo ugelli.

Il processo di spruzzatura gasdinamica è il fissaggio di particelle metalliche su prodotti metallici, vetrosi, ceramici o cementizi al momento della collisione della miscela gas-polvere con la superficie esterna-substrato. Ciò accade a causa dell'accelerazione preliminare di queste particelle nell'ugello per l'accelerazione supersonica delle particelle, mentre la temperatura delle particelle metalliche accelerate non supera la loro temperatura di fusione. Lo strato metallico depositato sul prodotto mediante spruzzatura dinamica a gas freddo si distingue per l'adesione di alta qualità alla superficie di base ed è resistente ai danni meccanici.

La storia della scoperta del fenomeno e dei fatti scoperti empiricamente

Il fatto che l'istruzione rivestimento metallico sulla superficie del substrato, non è necessario portare le particelle metalliche allo stato di fusione o vicino ad esso, come di solito accade quando si utilizzano tecniche di deposizione standard, è stato scoperto alla fine del XX secolo da scienziati russi. I risultati di una serie di esperimenti condotti da ricercatori dell'Accademia delle scienze russa hanno dimostrato che la deposizione superficiale può essere ottenuta anche riscaldando particelle di metallo solido a una temperatura molto inferiore al loro punto di fusione.

Inoltre, durante gli esperimenti sono stati registrati i seguenti fatti importanti:

• Il parametro principale nella tecnologia della spruzzatura dinamica a gas freddo, da cui dipende la qualità dell'adesione, è la velocità di accelerazione della miscela gas-polvere. È questo parametro che influenza il grado di adesione del rivestimento alla superficie su cui è applicato, nonché caratteristiche dello strato depositato come porosità e resistenza meccanica. A una velocità delle particelle solide superiore a 500-600 m/s, i processi erosivi si trasformano in uno strato di spruzzo duraturo;
• Empiricamente, è stato trovato il limite critico del consumo di particelle, al quale lo strato metallico non si forma per qualsiasi durata di esposizione del flusso di polvere di gas al substrato;
• se il consumo di polvere supera il valore critico, si verifica un'adesione forte e affidabile delle particelle sulla superficie spruzzata e si forma uno strato denso spruzzato;
• del volume totale di particelle solide disperse dal flusso supersonico, solo una piccola quantità forma uno strato di spruzzo superficiale. La massa principale di particelle viene spruzzata e non ha la capacità di prendere piede sulla superficie trattata. Di conseguenza, la quantità di particelle metalliche depositate e fissate sul prodotto dipende direttamente dalla quantità di materiale in polvere consumato;
• la superficie del substrato durante la formazione dello strato di deposizione si riscalda in modo insignificante.

Tipi di spruzzatura dinamica a gas freddo e loro vantaggi

La spruzzatura dinamica a gas freddo ha 2 tipi:

1. Spruzzatura ad alta pressione, che utilizza elio, azoto o una miscela di gas. Il consumo di materiale in polvere è di 4,5-13,5 kg/h.
2. Spruzzatura dinamica a gas freddo bassa pressione effettuato con aria compressa. Il volume della polvere consumata varia da 0,3-3 kg/h.

Entrambi i tipi di irrorazione hanno i loro vantaggi e svantaggi:

• se utilizzato in un processo ad alta pressione, il rivestimento è di migliore qualità, nonostante la dimensione delle particelle solide della polvere metallica possa variare da 5 a 50 micron, e non entro 5-30 micron, come nella tecnologia dell'aria compressa;
• Il processo di spruzzatura a bassa pressione utilizza apparecchiature più piccole, il cui costo è molto inferiore a quello utilizzato per la spruzzatura ad alta pressione.

Processo tecnologico di spruzzatura ad alta e bassa pressione

Nel processo di spruzzatura a freddo ad alta pressione, il gas viene riscaldato e combinato con le particelle solide del materiale in polvere. Questa miscela gas-polvere entra in un ugello supersonico, vi accelera a velocità supersonica e, sotto una pressione di 7-40 bar, viene diretta verso la superficie del prodotto su cui è necessario formare un rivestimento metallico.

La spruzzatura a freddo, che utilizza aria compressa, è tecnologicamente diversa dal metodo di spruzzatura ad alta pressione in quanto i processi principali avvengono immediatamente nell'ugello per accelerare le particelle a velocità supersonica: il gas viene riscaldato direttamente al suo interno e la polvere entra nell'ugello perpendicolarmente al flusso del gas. Inoltre, quando si utilizza il metodo di spruzzatura a bassa pressione, vengono utilizzate polveri in cui sono presenti particelle di ceramica oltre a particelle di metallo. Tali additivi migliorano le condizioni superficiali del prodotto, che viene spruzzato, e migliorano la qualità dell'adesione dei materiali. Inoltre, durante il passaggio del flusso di miscela attraverso l'apparecchiatura, le particelle di ceramica puliscono ulteriormente le pareti e l'uscita dell'ugello.

Portata della spruzzatura dinamica a gas freddo

Il rivestimento dinamico a gas freddo viene utilizzato per risolvere i seguenti problemi:

• ripristino di parti metalliche soggette a scheggiature, crepe, abrasioni e altri danni meccanici;
• rivestimento di prodotti metallici a spruzzo per aumentarne le proprietà anticorrosive e termoconduttive;
• protezione delle superfici di contatto dei puntali dei cavi metallici.