rumah Pengetahuan Penyemprotan dinamis gas. "Oboronka" berbagi metode pemulihan produk logam Peralatan penyemprotan dinamis gas

Penyemprotan dinamis gas. "Oboronka" berbagi metode pemulihan produk logam Peralatan penyemprotan dinamis gas

Faktanya, ini adalah versi yang lebih maju dari metode gas-termal yang telah terbukti untuk memulihkan berbagai bagian dan permukaan logam. Cold Spray atau hanya CGN secara signifikan memperluas kemampuan metode "panas" dalam memproses produk.

Saat ini, tidak diragukan lagi, ini adalah teknologi paling maju untuk pemulihan dan perlindungan material, yang telah meluas baik di sektor industri maupun di ranah sipil.

Prinsip operasi, pro dan kontra CGN

Ini memiliki dua perbedaan utama dari metode restorasi gas-termal. Pertama, pengendapan lapisan pelindung atau restoratif terjadi pada suhu rendah, tidak melebihi 150 ° C, yang pada gilirannya tidak menyebabkan tekanan pada benda kerja dan deformasi mereka. Kedua, teknologi "dingin" memungkinkan Anda membuat lapisan dengan ketebalan yang dapat disesuaikan dan dalam batas yang ditentukan secara tepat. Kami akan membahas pro dan kontra lain nanti, tetapi untuk saat ini, tentang penulis metode dan cara kerjanya.

Pengembangnya adalah "Obninsk Center for Powder Spraying" (Rusia). Peralatan yang mereka produksi diberi nama DIMET ®... Ini disertifikasi sesuai dengan sistem GOST R dan dilindungi oleh paten di Rusia, AS, Kanada, dan negara lain. Teknologi ini didasarkan pada prinsip aksi supersonik dari partikel terkecil yang dapat melebur dan material lain di permukaan yang akan diolah. Pada dasarnya ini adalah polimer atau paduan karbida dengan logam dengan ukuran partikel 0,01-0,5 mikron. Pencampuran dengan gas, mereka diumpankan ke produk dengan kecepatan 500-1000 m / s.

Bergantung pada komposisi bahan habis pakai (bubuk) dan perubahan mode aplikasinya, dimungkinkan untuk mendapatkan lapisan homogen atau komposit dengan struktur padat atau berpori dan tugas fungsionalnya sendiri. Hal ini dapat berupa: pemulihan geometri produk, penguatan dan perlindungan logam dari korosi, meningkatkan konduktivitas termal dan listrik material, serta pembentukan lapisan tahan aus yang dapat menahan efek media yang aktif secara kimiawi, beban termal tinggi, dll.

Omong-omong, teknisi Obninsk telah mengembangkan beberapa modifikasi unit DIMET ®. Mempertimbangkan permintaan yang luas untuk peralatan ini, perangkat penyemprotan dinamis gas dingin manual dan otomatis sekarang diproduksi secara serial, yang memungkinkannya untuk digunakan dalam industri, industri minyak dan gas, serta dalam bisnis kecil untuk memproses suku cadang kecil. Selain itu, tidak ada yang rumit dalam teknologi itu sendiri. Untuk pengoperasian kompleks (selain bahan untuk penyemprotan), hanya diperlukan udara bertekanan (disuplai pada tekanan 0,6-1,0 MPa dan laju aliran 0,3-0,4 m3 / menit.) Dan jaringan listrik 220 V.

Sekarang lebih banyak tentang keuntungan dan kerugian dari metode ini. Pertama, berbeda dengan metode gas-termal, CGN dapat digunakan secara efektif pada tekanan normal, dalam kisaran suhu dan tingkat kelembapan apa pun. Kedua, benar-benar ramah lingkungan. Ketiga, karena kecepatannya yang tinggi, ini juga dapat digunakan untuk pembersihan permukaan secara abrasif. Nah, satu-satunya kelemahan dari teknologi ini adalah kemampuannya untuk mengaplikasikan lapisan hanya dari logam yang relatif ulet seperti tembaga, aluminium, seng, nikel, dll.

Cakupan CGN

Saya ingin membahas lebih detail tentang bidang penggunaan teknologi penyemprotan dinamis gas dingin dengan bahan bubuk untuk menunjukkan dengan jelas berapa permintaannya saat ini.

Penghapusan cacat, pemulihan permukaan dan penyegelan

Semua ini adalah pekerjaan yang bahkan dapat dilakukan oleh bisnis kecil. Misalnya, di bengkel kecil, Anda dapat memperbaiki suku cadang yang terbuat dari paduan ringan (bagian dari struktur otomotif, misalnya), terutama aluminium dan aluminium-magnesium. Selain itu, cacat yang muncul selama produksi dan selama operasi dapat dengan mudah dihilangkan. Dan tidak adanya pemanasan yang kuat dan energi yang rendah dari metode ini memungkinkan Anda untuk memperbaiki produk berdinding tipis.

CGN juga sangat baik untuk memulihkan permukaan yang aus. Misalnya, proses yang melelahkan seperti "membangun" logam di bantalan kursi sekarang dapat dilakukan bahkan oleh perusahaan kecil, belum lagi pemulihan penyegelan (bila penggunaan sealant cair tidak memungkinkan) di jaringan pipa, penukar panas atau bejana untuk gas dan cairan yang bekerja.

Ini sangat efektif dalam perbaikan produk yang kompleks, di mana pemulihan parameter geometris yang akurat diperlukan, penghapusan cacat tersembunyi, tetapi pada saat yang sama dengan pelestarian semua karakteristik operasional, serta presentasi. Itulah mengapa metode ini aktif digunakan di kompleks industri militer, industri kereta api dan penerbangan, pertanian, pompa gas, dll.

Anda tidak dapat melakukannya tanpa teknologi ini dalam pembuatan area kontak. Karena kemungkinan pelapisan yang mudah pada permukaan logam, keramik, dan kaca, CGN juga digunakan dalam produksi produk listrik. Misalnya, dalam proses pelapisan tembaga, pembuatan jaringan pembawa arus listrik, penerapan kabel arus, pembuatan sub-lapisan untuk penyolderan, dll.

Perawatan anti-korosi dan penghapusan cacat yang dalam

Menyemprot apa yang disebut lapisan anti gesekan adalah cara yang sangat efektif untuk menghilangkan kerusakan lokal (keripik dalam, goresan, goresan). Hal ini memungkinkan Anda untuk menghindari prosedur pengisian ulang lengkap atau bahkan penggantian produk, yang, tentu saja, tidak ekonomis.

Dan dalam perawatan anti-korosi dan perlindungan terhadap korosi suhu tinggi dari berbagai komunikasi, metode ini tidak ada bandingannya. Ngomong-ngomong, berbagai modifikasi peralatan DIMET ® menyediakan pemrosesan permukaan bagian dalam pipa berkualitas tinggi dengan diameter 100 mm dan panjang hingga 12 m.

Penyemprotan dinamis gas dingin adalah metode terbaru di bidang penyemprotan termal. Dibandingkan dengan proses penyemprotan termal konvensional, penyemprotan gas dingin memiliki keunggulan tertentu karena bahan semprot tidak meleleh atau meleleh selama proses tersebut. Dengan demikian, efek termal pada bahan pelapis dan substrat tetap rendah.

Energi kinetik partikel yang tinggi dan tingkat deformasi yang tinggi pada benturan pada substrat yang terkait dengannya memungkinkan produksi lapisan yang homogen dan sangat padat. Kisaran ketebalan lapisan bervariasi dari seperseratus milimeter hingga beberapa sentimeter.

Pada pelapisan logam yang dihasilkan, sifat fisik dan kimianya praktis tidak berbeda dengan sifat bahan dasarnya.

Menurut teknologi sistem terbaru dari Impact Innovations GmbH, gas inert - sebaiknya nitrogen atau helium - dimasukkan ke dalam pistol semprot pada tekanan hingga 50 bar (725 psi) dan dipanaskan hingga suhu maksimum 1100 ° C (2012 ° F) pada tubuh pistol.

Ekspansi selanjutnya dari gas yang dipanaskan dan bertekanan tinggi dalam nosel konvergen / meluas ke tekanan ambien mempercepat proses gas inert ke kecepatan supersonik dan pada saat yang sama mendinginkan gas hingga di bawah 100 ° C (373 ° F).

Serbuk yang dapat disemprotkan diinjeksikan ke dalam bagian konvergen nosel dengan menggunakan alat penyuplai gas pembawa dan bubuk dan dipercepat hingga kecepatan partikel 1200 m / s dalam aliran gas utama.

Dalam nosel semprot yang sangat terbatas, partikel mengenai bagian yang tidak dirawat, dalam banyak kasus, permukaan komponen, berubah bentuk dan berubah menjadi lapisan yang sangat berperekat / kohesif dan rendah oksida.

Pengaruh kecepatan partikel terhadap kualitas dan kinerja lapisan

Partikel pelapis telah mencapai kecepatan tumbukan minimum, yang diperlukan untuk merangsang mekanisme interaksi dengan permukaan substrat (sampel yang diproses). Yang disebut "kecepatan kritis" ini mempengaruhi sifat-sifat bahan pelapis.
Karena kecepatan tumbukan lebih tinggi dari kecepatan kritis, deformasi dan adhesi partikel meningkat.
Jika kecepatan tumbukan terlalu tinggi ("laju erosi"), lebih banyak material yang hancur daripada yang ditambahkan. Tidak ada lapisan yang terbentuk.
Agar lapisan padat dan terbentuk baik, kecepatan tumbukan partikel harus berada di antara kecepatan kritis dan kecepatan erosi.

Apa yang dapat dilapisi dengan penyemprotan dinamis gas dingin?

Bahan pelapis

Logam:misalnya magnesium, aluminium, titanium, nikel, tembaga, tantalum, niobium, perak, emas, dll.

Paduan: misalnya nikel-kromium, perunggu, paduan aluminium, kuningan, paduan titanium, bubuk dari MCrAlY (paduan logam dasar (Co, Ni, Cr, Fe) dengan penambahan kromium, aluminium dan yttrium), dll.

Bahan campuran (matriks logam dikombinasikan dengan fasa padat): misalnya logam dan keramik, komposit.

Bahan dasar

Produk dan sampel logam, plastik, serta kaca dan keramik.

Pemrosesan individu

Setiap bahan individu diproses secara individual.

Penanganan material membutuhkan penyesuaian suhu dan tekanan gas secara individual. Kombinasi dua parameter fisik ini menentukan kecepatan partikel dan kualitas lapisan. Kisaran laju semprotan optimal, yang dibatasi oleh laju kritis dan laju erosi, disebut rentang pengendapan. Dalam kisaran ini, kualitas lapisan dipengaruhi oleh parameternya.

Penyemprotan logam gas-dinamis: tujuan, tujuan, jenis teknologi. Keuntungan dan kerugian dari metode ini. Area aplikasi. Fitur peralatan dan aplikasi penyemprotan dingin.

Penyemprotan logam dinamis gas dilakukan untuk memberikan sifat yang diperlukan pada permukaan produk logam dan non-logam. Ini dapat berupa peningkatan konduktivitas listrik dan termal, kekuatan, perlindungan terhadap efek proses korosi, pemulihan dimensi geometris, dll. Dalam hal ini, tergantung pada tugas spesifik, tergantung pada logam produk, peralatan yang diperlukan, bahan habis pakai, dan teknologi penyemprotan dipilih. Paling sering, permukaan terkena metalisasi, sedangkan lapisan yang diterapkan memiliki daya rekat tinggi pada bahan yang diaplikasikan, dan produk secara mekanis kuat. Serbuk atau campuran logam murni dapat disemprotkan ke dalamnya, selain komponen logam, bubuk keramik dimasukkan dalam jumlah tertentu. Ini secara signifikan mengurangi biaya teknologi pelapisan bubuk dan tidak mempengaruhi propertinya.

Inti dari metode penyemprotan dinamis gas dingin terdiri dari aplikasi dan fiksasi partikel logam padat atau campuran bahan dengan ukuran mulai dari 0,01 hingga 50 mikron ke permukaan artikel atau bagian, yang dipercepat hingga kecepatan yang diperlukan di udara, nitrogen, atau helium. Bahan ini disebut bedak. Ini adalah partikel aluminium, timah, nikel, babbitt dari berbagai tingkatan, campuran bubuk aluminium dengan seng. Media yang digunakan untuk memindahkan material dapat menjadi dingin atau dipanaskan hingga suhu tidak melebihi 700 ° C.

Setelah kontak dengan permukaan produk, transformasi jenis plastik terjadi, dan energi jenis kinematik diubah menjadi perekat dan termal, yang berkontribusi pada pembentukan lapisan permukaan logam yang tahan lama. Serbuk dapat diaplikasikan tidak hanya pada permukaan logam, tetapi juga pada beton, kaca, keramik, batu, yang secara signifikan memperluas cakupan metode untuk membuat permukaan dengan sifat khusus.

Bergantung pada tekanannya, jenis penyemprotan dinamis gas dingin berikut dibedakan:

tinggi;
rendah.

Pada kasus pertama, helium dan nitrogen digunakan sebagai media kerja penggerak material serbuk dengan ukuran 5 sampai 50 mikron. Partikel logam, jika bergerak, memiliki tekanan lebih dari 15 atm. Dalam kasus kedua, udara tekan digunakan, yang disuplai di bawah tekanan tidak melebihi 10 atm. Jenis ini juga berbeda dalam indikator seperti daya pemanas dan konsumsi media kerja.

Tahapan penyemprotan adalah sebagai berikut:

persiapan permukaan produk untuk penyemprotan mekanis atau abrasif;
memanaskan media kerja (udara, nitrogen, helium) ke suhu yang disetel dalam proses teknologi;
pasokan gas yang dipanaskan ke nosel peralatan bersama dengan bubuk pada tekanan yang diperlukan.

Akibatnya, bubuk tersebut dipercepat dalam aliran ke kecepatan supersonik dan bertabrakan dengan permukaan bagian atau produk. Lapisan logam disemprot dengan ketebalan, nilainya tergantung pada suhu pemanasan gas dan tekanan yang disuplai.

Persiapan permukaan produk dengan metode abrasif dilakukan dengan menggunakan peralatan itu sendiri untuk menerapkan penyemprotan dinamis-gas hanya dengan mengubah parameter mode.

Cakupan penyemprotan jenis ini cukup luas. Metode ini digunakan untuk menutup kebocoran pada tangki dan saluran pipa, memperbaiki suku cadang dan pengecoran dari paduan ringan, menerapkan pelapis konduktif secara elektrik, anti korosi dan anti gesekan, menghilangkan kerusakan mekanis, dan memulihkan dudukan pada bantalan.

Keuntungan utama dari metode ini

Keunggulan teknologi meliputi:

kinerja pekerjaan dalam kondisi iklim apa pun (tekanan, suhu, kelembaban);
kemungkinan menggunakan peralatan stasioner dan portabel, yang dalam kasus terakhir memungkinkan pekerjaan dilakukan di tempat penerapannya;
kemungkinan melapisi area lokal (area cacat);
kemampuan untuk membuat lapisan dengan properti berbeda;
kemampuan untuk membuat lapisan dengan ketebalan yang diperlukan atau ketebalan yang berbeda dalam lapisan multilayer;
proses tersebut tidak mempengaruhi struktur produk yang akan disemprotkan, yang merupakan keuntungan penting;
keamanan;
keramahan lingkungan.

Hanya satu fakta yang dikaitkan dengan kerugian dari jenis penyemprotan ini. Lapisan dapat diaplikasikan pada logam ulet seperti tembaga, seng, aluminium, nikel dan paduannya.

Pabrikan dari berbagai negara memproduksi peralatan stasioner dan portabel untuk pelapisan manual dan otomatis dengan berbagai kapasitas pada berbagai logam.

Peralatan terapan

Perangkat untuk penyemprotan logam dinamis gas terdiri dari bagian utama berikut:

wadah bubuk;
sistem untuk memasok media kerja, termasuk tabung gas terkompresi dan semua aksesori yang diperlukan untuk itu;
nozel (sebagai aturan, ada beberapa di antaranya, memiliki konfigurasi berbeda dan digunakan untuk mode penyemprotan yang berbeda);
panel kendali.

Di Federasi Rusia, peralatan berkualitas tinggi untuk penyemprotan dinamis gas diproduksi oleh pusat penyemprotan bubuk di Obninsk di bawah merek dagang DIMET. Ini memenuhi persyaratan standar GOST domestik, disertifikasi dan dilindungi oleh paten di banyak negara, termasuk Rusia.

Proses perbaikan suatu bagian dengan penyemprotan dinamis-gas ditunjukkan dalam video:

Penyemprotan dinamis gas dingin supersonik (GDS).

Inti dari metode ini terletak pada pembentukan pelapis karena energi kinetik yang tinggi dari partikel logam yang tidak meleleh. Metode ini sekarang dikenal sebagai Semprotan Dingin -penyemprotan dingin.

Perlu dicatat bahwa dalam metode pelapisan semprotan termal yang paling umum, untuk pembentukannya dari aliran partikel, partikel yang jatuh ke substrat harus memiliki suhu tinggi, biasanya di atas titik leleh bahan. Pada penyemprotan gas-dinamis, kondisi ini tidak wajib, yang menentukan keunikannya. Dalam hal ini, partikel yang berada dalam keadaan tidak meleleh, tetapi memiliki kecepatan yang sangat tinggi, berinteraksi dengan basa padat.

Berbeda dengan penyemprotan panas plasma, metode pelapisan dingin dinamis-gas dikembangkan, yang intinya adalah kecepatan ambang tertentu ditetapkan di mana partikel plastik dingin membentuk lapisan padat. Dengan granulasi yang berbeda (partikel besar dan kecil dalam aliran tunggal), partikel yang lebih kecil dengan kecepatan lebih tinggi mengendap di substrat, sedangkan partikel yang lebih besar dengan kecepatan lebih rendah memantul dari permukaan dan tidak berpartisipasi dalam pembentukan lapisan.

Perilaku partikel ini memungkinkan partikel abrasif yang lebih besar untuk dimasukkan ke dalam aliran bahan pelapis. Sandblasting dan pelapisan dilakukan secara bersamaan. Dari sudut pandang persiapan permukaan, ketika permukaan juvenil substrat kehilangan aktivitasnya karena adsorpsi gas di permukaan dengan penundaan deposisi, skema pelapisan seperti itu optimal. Pada saat yang sama, instalasi dikembangkan di mana gas (udara, nitrogen) pada tekanan 2,5-3,5 MPa dipanaskan hingga 350-600 ° C dalam kumparan logam dengan arus listrik yang melewatinya dari transformator pengelasan. Alat penyemprot dilengkapi dengan nosel Laval, yang menyediakan aliran supersonik dari jet dua fase.

Dalam gambar. 2.48 adalah diagram proses. Penyemprotan dingin gas-dinamis memungkinkan aplikasi pelapis logam ulet dengan penambahan bahan lain.

Dalam gambar. 2.49 menunjukkan ketergantungan kecepatan dan suhu gas dan partikel pada nosel Laval untuk jet dua fase (nitrogen + partikel tembaga padat berukuran 5 dan 25 μm) pada tekanan R \u003d 2,5 MPa dan suhu T 0 \u003d 950 ° C. Dalam hal ini, rasio diameter outlet /) ke kritis /) k adalah /) di / G\u003e k \u003d 9.

Angka: 2.48.

Angka: 2.49.Temperatur udara T d, kecepatan udara dan suhu dan kecepatan partikel tembaga dengan diameter 5 dan 25 mikron dalam nosel supersonik yang diprofilkan

Instalasi rumah tangga "DIMET" diproduksi oleh pusat penyemprotan bubuk Obninsk dalam dua versi - daya manual 2 kW dan daya stasioner 7 kW. Rekomendasi penggunaan bahan bedak disajikan dalam tabel. 2.10.

Aplikasi utama GDN adalah aplikasi lapisan anti korosi tipe tapak yang berbahan dasar aluminium dan seng. Pelapis tahan aus diterapkan berdasarkan bahan plastik - babbitt, tembaga, nikel, dll. Dibandingkan dengan metode HN dan EDM, ketika logam meleleh dan jenuh dengan gas, termasuk hidrogen, yang memperburuk sifat pelindung lapisan, HDN tidak memiliki kelemahan ini. Hidrogen tidak larut dalam partikel fase padat. Lapisan tersebut secara efektif melindungi baja dari korosi. Metode ini telah diterapkan secara luas untuk melindungi badan mobil dari korosi di bidang lapisan pengelasan.

Utama komponen penutup	pekerja
Aluminium, seng		Kebocoran penyegelan pada pipa logam, radiator, kondensor, penukar panas, dll., Termasuk kebocoran penyegelan pada sambungan yang dilas, memperbaiki korosi dan kerusakan mekanis. Retak penutup, selokan, dan cacat lainnya pada bagian aluminium, baja, dan besi tuang
Aluminium, seng		Mengembalikan bentuk bagian logam. Mengisi rongga, pori-pori, retakan, dan cacat lainnya pada produk yang terbuat dari aluminium dan paduannya (termasuk suku cadang mesin, cetakan, dll.). Rekonstruksi kursi bantalan di bagian aluminium, baja dan besi tuang
Aluminium, silikon karbida		Mengisi rongga, retakan dan cacat lainnya pada aluminium, baja dan besi cor bagian bodi mesin
Aluminium oksida		Pembersihan dan persiapan peledakan permukaan baja dan besi cor untuk pelapisan logam
		Pelapisan konduktif secara elektrik (pada baja, aluminium, keramik). Lapisan bawah untuk penyolderan timah pada bagian aluminium, baja dan besi cor
Tembaga, seng		Mengisi rongga, retakan dan cacat lainnya pada baja dan besi cor bagian bodi mesin

Utama komponen penutup	pekerja	Penunjukan pelapis, objek perbaikan dan restorasi
		Perlindungan anti korosi. Penyegelan cacat, microcracks, koneksi berulir
		Lapisan tahan panas untuk perlindungan korosi suhu tinggi. Lapisan konduktif elektrik untuk bantalan kontak peralatan listrik
Nikel, seng		Mengisi rongga, burnout dan cacat lainnya pada produk baja. Untuk produk yang beroperasi pada suhu tinggi
		Lapisan konduktif elektrik untuk bantalan kontak peralatan listrik
		Perlindungan korosi pada bagian baja dan pengelasan pada struktur baja

Dalam gambar. 2.50 adalah diagram instalasi perusahaan Linde (AMERIKA SERIKAT). Kemajuan terbaru dalam penerapan metode - pembuatan penyemprot genggam, karakteristiknya diberikan dalam tabel. 2.11.

Tabel 2.11

Karakteristik penyemprot GDN

Karakteristik	Model 412	Model 403
Produktivitas A1, g / mnt
Jumlah mode suhu
Dimensi (mm) dan berat (kg):
unit penyemprotan	450 x 64 x 85 mm; 1.3KG	450 x 64 x 85 mm; 1.3KG
	340 x 260 x 320 mm; 8 kg	560 x 260 x 490 mm; 16 kg
Karakteristik cakupan:
kekuatan adhesi, MPa
porositas,%
kekasaran permukaan, μm	R, \u003d 20-40

Angka: 2.50.Skema pabrik penyemprotan dingin perusahaan Linde:

1 - kapal tanker dengan gas cair (Ag); 2 - evaporator; 3 - kompresor; 4 - pemanas udara; 5 - pengumpan bubuk; 6 - semprotan

Persyaratan rendah untuk gas yang dipercepat dan konsumsi daya yang rendah memungkinkan pembuatan instalasi portabel menggunakan teknologi DIMET.