Hladno raspršivanje je proces taloženja u čvrstom stanju u kojem se aluminijski prah ubrzava do nadzvučne brzine u zagrijanoj struji plina pod pritiskom i vezuje za podlogu teškom plastičnom deformacijom pri udaru. Budući da se čestice nikada ne tope, proces taloži aluminij na temperaturi daleko ispod tačke topljenja materijala, zbog čega je postao ustaljena metoda za restauraciju istrošenih ili oštećenih aluminijskih komponenti umjesto da se one rastavljaju. Popravci se izgrađuju sloj po sloj, a zatim završavaju konvencionalnom obradom, tako da se tehnologija koristi za restauraciju dimenzija, za brtvljenje poroznosti i za dodavanje sloja otpornog na koroziju ili provodljivog sloja na postojeći dio.
Kako funkcionira lijepljenje aluminijuma hladnim sprejom
Vezivanje zavisi od brzine čestica, a ne od toplote. Svaka čestica praha mora premašiti kritičnu brzinu za određeni materijal i veličinu čestice; ispod tog praga čestica se jednostavno odbija i erodira površinu, dok se znatno iznad nje čestica deformiše i formira metaluršku vezu sa slojem ispod. Za čisti aluminij, kritične brzine obično padaju u rasponu od otprilike 600 do 700 m/s, a tačna vrijednost ovisi o distribuciji veličine praha, sadržaju kisika i potisnom plinu.
Pogonski gas:azot je standardni izbor za aluminijum, dok helijum dozvoljava istu brzinu pri nižoj temperaturi gasa i nižem pritisku stagnacije.
Uslovi za gas:ulazni pritisci od oko 2 do 5 MPa sa predgrijavanjem gasa do otprilike 500 stepeni C tipični su za taloženje aluminijuma.
puder:sferni, plinom atomizirani aluminijski prah u rasponu od oko 15 do 45 mikrometara daje najdosljedniju efikasnost taloženja.
Standoff i traverse:mlaznica do podloge na udaljenosti od otprilike 10 do 30 mm, s robotskim pomicanjem koji drži ugao taloženja blizu okomitog.
Efikasnost taloženja:tipično 70 do 90 posto za aluminij na aluminijskoj podlozi sa ispravnim parametrima, a ostatak je prekomjerni sprej koji se sakuplja i reciklira.
Brzina čestica se ne mjeri direktno unutar mlaza, tako da se instrumenti kao što su Dopler brzinomjeri koriste za karakterizaciju i praćenje oblaka; kalibracija ovih instrumenata u definiranim intervalima radnih sati je standardni zahtjev kvaliteta u kvalifikovanim radnjama za raspršivanje. Procesni prozori su eksperimentalno uspostavljeni za svaku kombinaciju praha i supstrata jer se kritična brzina pomjera sa sadržajem legure, a legure aluminija s visokim sadržajem magnezija ili silicija ponašaju se drugačije od komercijalno čistog aluminija.
Priprema podloge i restauracija dimenzija
Kvalitet veze se odlučuje prije prvog prolaza. Podloga se odmašćuje, a zatim aktivira pjeskarenjem čistom glinicom ili sličnim abrazivom za uklanjanje oksida i stvaranje profila za sidrenje. Svako ulje, vlaga ili labav oksid koji ostane na površini postaje ravan odlaganja, tako da se kontrolira interval između pripreme i prskanja, a površina se održava suhom i bez prašine.
Za dimenzionalnu restauraciju oštećeno područje se prvo priprema strojnom obradom ili brušenjem kako bi se uklonio napukli i kontaminirani materijal i izložio čvrsti metal, a rub reparaturne šupljine je općenito zakošen tako da se prskani sloj mehanički usidri na granici. Uglovi prskanja se drže blizu okomitih, a premaz je ugrađen u kontrolisanim prolazima koji ograničavaju porast temperature u komponenti. Strukture sa tankim zidovima posebno imaju koristi od ovog pristupa, jer nizak unos toplote izbegava zonu zahvaćenu izobličenjem i toplotom koju proizvodi procesi fuzije kao što su zavarivanje ili lasersko oblaganje.
| Faza popravke | Tipična kontrolna tačka |
|---|---|
| Rukovanje prahom | Sljedivost serije, kontrola vlage, provjera veličine čestica |
| Priprema površine | Profil pjeskarenja i čistoća, maksimalno vrijeme zadržavanja prije prskanja |
| Depozicija | Tlak i temperatura plina, brzina kretanja, zastoj, broj prolaza |
| Post{0}}obrada | Termička obrada ili vruće izostatičko prešanje, obrada do konačne dimenzije |
| Inspekcija | Nivo poroznosti, čvrstoća veze, tvrdoća, provodljivost, zaostalo naprezanje |
Naknadna-obrada koja poboljšava kvalitet popravke
Kako je prskani aluminij radno kaljena, blago porozna struktura, a svojstva popravljenog područja se obično poboljšavaju termičkom ili mehaničkom obradom nakon taloženja.
Vruće izostatičko prešanje:pritiskom na oko 350 stepeni C ili više može se zatvoriti velika većina šupljina među česticama i povećati gustina i performanse zamora blizu vrednosti kovanja.
Toplinska obrada:Kontrolisani ciklus žarenja ili starenja prilagođen leguri supstrata ublažava zaostalo naprezanje i, za legure koje se očvršćuju taloženjem, vraća dio čvrstoće izgubljene u originalnom oštećenju prilikom upotrebe.
Laserski šok peening ili shot peening:uvodi tlačno naprezanje na površini i može višestruko povećati vijek trajanja zamora gdje je popravljena regija visoko opterećena.
Mikro{0}}oksidacija ili anodizacija:pruža zaštitu od korozije na završnoj površini i često je specificiran za dijelove izložene vlažnim ili slanim uvjetima.
CNC završna obrada:vraća naslagu u dimenzije za crtanje i može postići završnu obradu površine od Ra 0,8 mikrometara ili bolje, u skladu sa okolnom obrađenom površinom.
Standardi, kvalifikacija i inspekcija
Kvalificirani rad hladnim sprejom reguliran je formalnim specifikacijama procesa; standard za taloženje vojnih materijala za hladni sprej je uobičajeni referentni okvir, podržan općim metalurškim metodama ispitivanja koje se koriste na drugim mjestima u proizvodnji. Ispitivanje napetosti slijedi ASTM E8/E8M, ispitivanje tvrdoće mikroudubljenja slijedi ASTM E384, a provjera korozije gotovog sloja koristi ispitivanje neutralnim slanim sprejom prema ISO 9227 ili ASTM B117. Tamo gdje popravljeni dio mora ostati električno provodljiv, mjerenje provodljivosti vrtložne struje se koristi da se potvrdi da je naslaga unutar definisanog procenta vrijednosti osnovnog materijala.
Tipični kriteriji prihvatljivosti za popravak aluminija kritičnog za let uključuju poroznost ispod oko 0,3 posto u nanesenom sloju, čvrstoću veze izmjerenu ispitivanjem zatezanja ili smicanja na kuponima svjedoka, zaostalo naprezanje verificirano difrakcijom rendgenskih zraka gdje je zahtjev zahtjevan, i inspekciju dimenzija u odnosu na toleranciju crteža. Inspekcija bez razaranja kombinuje ultrazvučno ispitivanje na unutrašnje defekte i kompjuterizovano tomografsko skeniranje debelih preseka, obično iznad oko 3 mm, kako bi se potvrdilo da nema nevezanog područja ili prazne mreže. Svaka serija praha, svaki plinski cilindar i svaki skup parametara procesa se snimaju tako da se popravak može u potpunosti pratiti do njegovih ulaznih materijala.
Gdje se primjenjuje popravak hladnim sprejom
Popravak aluminijuma hladnim sprejom koristi se u vazduhoplovstvu, železnici, energetici i opštem inženjeringu. Kućišta kompresora, kućišta mjenjača, tijela pumpi, sjedišta ventila, glave cilindara i komponente izmjenjivača topline se rutinski obnavljaju, kao i paneli sa tankim zidovima gdje se izobličenja moraju izbjeći. Tehnologija se također koristi za dodavanje materijala novim dijelovima, na primjer izgradnja provodljivog sloja aluminija na različitu podlogu ili nanošenje kože otporne na koroziju na odljevak. Prijenosni sistemi su učinili popravku na terenu praktičnom: popravka koja je nekada zahtijevala potpunu proceduru zavarivanja i dugotrajno zaustavljanje sada se može završiti u jednoj smjeni, uz naknadnu -mašinsku obradu na licu mjesta.
Često postavljana pitanja
P: Za šta se koristi popravak aluminijuma hladnim sprejom?
Obnavlja istrošene, korodirane ili manjih dimenzija aluminijumskih komponenti nagomilavanjem metala bez njegovog topljenja, a primenjuje se na kućišta, kućišta, tela pumpi i ventila, ploče i izmenjivače toplote, nakon čega sledi mašinska obrada do konačne veličine.
P: Zašto je brzina čestica važnija od temperature?
Vezivanje nastaje plastičnom deformacijom pri udaru, tako da svaka čestica mora premašiti kritičnu brzinu specifičnu za materijal, oko 600 do 700 m/s za čisti aluminij. Ispod te vrijednosti čestice se odbijaju i erodiraju površinu umjesto da se prianjaju.
P: Da li hladni sprej slabi ili izobličuje osnovnu komponentu?
Budući da naslaga ostaje znatno ispod tačke topljenja, zona uticaja toplote je mala, a izobličenje je ograničeno, što je glavna prednost u odnosu na zavarivanje i lasersko oblaganje, posebno na delovima sa tankim zidovima.
P: Da li je potrebna toplinska obrada nakon nanošenja hladnog spreja?
Ne uvijek, ali vruće izostatičko presovanje ili ciklus starenja prikladan za leguru zatvaraju poroznost među česticama, ublažavaju zaostalo naprezanje i poboljšavaju performanse zamora, tako da je uobičajeno za popravke s velikim opterećenjima ili popravke kritične za sigurnost.
P: Kako se provjeravaju popravci hladnog prskanog aluminijuma?
Poroznost se provjerava na kuponima i na dijelu, čvrstoća veze se provjerava pomoću uzoraka svjedoka, provodljivost se potvrđuje ispitivanjem vrtložnim strujama, a ultrazvučno ili kompjuterizovano tomografsko skeniranje otkriva unutrašnje praznine i nepovezana područja.
P: Koja je priprema površine potrebna?
Podloga se odmašćuje, a zatim pjeskari čistim abrazivom kako bi se uklonio oksid i stvorio profil sidrenja, a prskanje počinje unutar kontroliranog vremena zadržavanja tako da se aktivirana površina ne-reoksidira ili kontaminira.
