Холодное напыление — это метод, продлевающий срок службы многих высокопроизводительных алюминиевых деталей. Долговечность — одно из преимуществ алюминия, но даже самые прочные сплавы подвержены износу и повреждениям.
Холодное напыление, относительно недавняя разработка, позволяет производителям защищать и ремонтировать металлические детали и изделия. Это особенно полезно для критически важных компонентов.
ЧТО ТАКОЕ ХОЛОДНОЕ НАПЫЛЕНИЕ?
Холодное напыление, также известное как газодинамическое холодное напыление, представляет собой процесс осаждения материала. Он работает путем ускорения твердых порошков в сверхзвуковой газовой струе со скоростью до 1200 м/с. Эти порошки могут быть изготовлены из нескольких различных материалов, включая металлы, полимеры, керамику и композитные материалы. И иметь размер от 1 до 50 микрометров в диаметре. Когда порошок сталкивается с поверхностью на высокой скорости, он достигает пластической деформации, в результате чего порошок прилипает к поверхности.
На молекулярном уровне кинетическая энергия, присутствующая в частицах, генерируется расширением газа и затем преобразуется в энергию пластической деформации во время процесса соединения. Существует одно решающее отличие метода холодного напыления от методов термического напыления. Таких как плазменное напыление, дуговое напыление, газопламенное напыление или высокоскоростное кислородное напыление: порошок не плавится во время процесса.
Этот процесс был впервые разработан в 1990-х годах. Он был обнаружен несколько случайно во время экспериментов с эрозией частиц во время высокоскоростного потока мелкодисперсного порошка в аэродинамической трубе. Ученые поняли, что при определенных обстоятельствах происходит неожиданно быстрое образование покрытий. Им удалось коммерциализировать эту технику в течение нескольких лет.
КАКОВЫ ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ХОЛОДНОГО НАПЫЛЕНИЯ?
Явление холодного напыления основано на адиабатической сдвиговой нестабильности. Это происходит на границе раздела частицы с подложкой, когда сферическая частица достигает критической скорости. При ударе в точке контакта частицы и подложки создается сильное поле давления. Это поле давления образует сдвиговую нагрузку, которая заставляет материал ускоряться в поперечном направлении под действием локализованной деформации сдвига.
Возникновение адиабатической сдвиговой неустойчивости приводит к вязкому течению материала в направлении наружу. Без какого-либо нагрева порошка температура по-прежнему близка к температуре плавления материала.
Существуют и другие параметры холодного напыления, о которых производители должны знать, особенно при работе с алюминием. Эти факторы могут оказать существенное влияние на качество и эффективность покрытий, наносимых холодным напылением.
Тип используемого газа может существенно повлиять на способ нанесения покрытия. Типичные варианты газа включают воздух, азот и гелий; каждый ведет себя по-разному. Также важны давление и температура газа.
Другим важным фактором является размер частиц используемого порошка. Также необходимо учитывать плотность, прочность и температуру плавления исходного материала.
Применение обработки поверхности также можно контролировать с помощью типа используемого сопла, а также скорости перемещения, скорости сканирования, количества выполняемых проходов, расстояния между соплом и подложкой и т. д.
Все эти параметры играют роль в проведении окончательной обработки поверхности. Наконец, при выборе материала для холодного напыления целесообразно оценить корреляцию между параметрами процесса и конечными свойствами материала.
В ЧЕМ ПРЕИМУЩЕСТВА ХОЛОДНОГО НАПЫЛЕНИЯ?
Холодное напыление оказалось очень эффективным по сравнению с методами термического напыления и имеет ряд признанных преимуществ. Поскольку нагрев не используется, первоначальные физические и химические свойства частиц сохраняются. Это означает, что имеется нагартованная микроструктура покрытий без плавления и затвердевания. Благодаря этому холодное напыление можно использовать с термочувствительными материалами. Он также подходит для значительно отличающихся комбинаций материалов, поскольку адгезия носит чисто механический характер.
Полученное покрытие обладает высокой тепло- и электропроводностью. Он также имеет высокую плотность и твердость, отличную однородность и низкую усадку. Возможные порошковые материалы могут быть очень маленькими, в качестве опции можно использовать наноматериалы.
Специальная подготовка поверхности практически не требуется, а во время процесса потребляется мало энергии. Благодаря высокой скорости подачи мощности процесс имеет высокую производительность, скорость осаждения и эффективность.
Наконец, можно собирать и повторно использовать 100% частиц без каких-либо токсичных отходов или сжигания. Отсутствие высокотемпературных газовых струй или радиации обеспечивает большую эксплуатационную безопасность по сравнению с аналогичными методами.
В ЧЕМ НЕДОСТАТКИ ХОЛОДНОГО НАПЫЛЕНИЯ?
Несмотря на множество преимуществ, важно понимать, что холодное напыление имеет и некоторые недостатки. Твердые, хрупкие материалы уязвимы, поскольку механическое сцепление за счет пластической деформации не так эффективно, как при использовании пластичных частиц.
Другие проблемы включают близкую к нулю пластичность в состоянии после напыления и необходимость использования пластичной подложки. Наконец, следует учитывать высокую стоимость гелия.