Le procédé de pulvérisation dynamique des gaz consiste à fixer des particules métalliques sur du métal, du verre, de la céramique ou produits en béton au moment de la collision du mélange gaz-poudre avec la surface extérieure-substrat. Cela se produit en raison de l'accélération préliminaire de ces particules dans la buse pour l'accélération des particules supersoniques, alors que la température des particules métalliques accélérées ne dépasse pas leur température de fusion. La couche métallique appliquée sur le produit par la méthode de pulvérisation dynamique au gaz froid se distingue par une adhérence de haute qualité à la surface de base et résiste aux dommages mécaniques.

L'histoire de la découverte du phénomène et des faits découverts empiriquement

Le fait que pour la formation d'un revêtement métallique sur la surface du substrat, il n'est pas nécessaire d'amener les particules métalliques à un état de fusion ou proche de celui-ci, comme c'est généralement le cas lors de l'utilisation de techniques de dépôt standard, a été découvert à la fin de du XXe siècle par des scientifiques russes. Les résultats d'un certain nombre d'expériences menées par des chercheurs de l'Académie des sciences de Russie ont montré que le dépôt de surface peut également être obtenu en chauffant des particules métalliques solides à une température bien inférieure à leur point de fusion.

De plus, les faits importants suivants ont été enregistrés au cours des expériences :

• Le paramètre principal de la technologie de pulvérisation dynamique à gaz froid, dont dépend la qualité de l'adhérence, est le taux d'accélération du mélange gaz-poudre. C'est ce paramètre qui affecte le degré d'adhérence du revêtement à la surface sur laquelle il est appliqué, ainsi que des caractéristiques de la couche déposée telles que la porosité et la résistance mécanique. À une vitesse de particules solides supérieure à 500-600 m/s, les processus érosifs se transforment en une couche de pulvérisation durable ;
• Empiriquement, la limite critique de consommation de particules a été trouvée, à laquelle la couche métallique ne se forme pas pendant toute la durée d'exposition du flux de gaz-poudre au substrat;
• si la consommation de poudre dépasse la valeur critique, il y a alors une adhérence forte et fiable des particules sur la surface pulvérisée et une couche pulvérisée dense se forme;
• du volume total de particules solides dispersées par le flux supersonique, seule une petite quantité forme une couche de pulvérisation en surface. La masse principale de particules est pulvérisée et n'a pas la capacité de prendre pied sur la surface traitée. Ainsi, la quantité de particules métalliques déposées et fixées sur le produit dépend directement de la quantité de matière pulvérulente consommée ;
• la surface du substrat lors de la formation de la couche de dépôt s'échauffe de manière insignifiante.

Types de pulvérisation dynamique à gaz froid et leurs avantages

La pulvérisation dynamique de gaz froid a 2 types:

1. Pulvérisation haute pression, qui utilise de l'hélium, de l'azote ou un mélange de gaz. La consommation de poudre est de 4,5 à 13,5 kg/h.
2. Pulvérisation dynamique à gaz froid à basse pression, réalisée à l'aide d'air comprimé. Le volume de poudre consommée varie de 0,3 à 3 kg/h.

Les deux types de pulvérisation ont leurs avantages et leurs inconvénients :

• lorsqu'il est utilisé dans un processus à haute pression, le revêtement est de meilleure qualité, malgré le fait que la taille des particules solides de la poudre métallique peut varier de 5 à 50 microns, et non entre 5 et 30 microns, comme dans la technologie de l'air comprimé ;
• Le procédé de pulvérisation à basse pression utilise des équipements plus petits, dont le coût est nettement inférieur à celui utilisé pour la pulvérisation à haute pression.

Procédé technologique de pulvérisation haute et basse pression

Dans le procédé de pulvérisation à froid à haute pression, le gaz est chauffé et combiné avec les particules solides du matériau en poudre. Ce mélange gaz-poudre pénètre dans une buse supersonique, y accélère à une vitesse supersonique et, sous une pression de 7 à 40 bars, est dirigé vers la surface du produit sur laquelle il est nécessaire de former un revêtement métallique.

La pulvérisation à froid, qui utilise de l'air comprimé, est technologiquement différente de la méthode de pulvérisation à haute pression en ce que les principaux processus ont lieu immédiatement dans la buse pour accélérer les particules à une vitesse supersonique : le gaz y est chauffé directement et la poudre pénètre dans la buse. perpendiculaire au flux de gaz. De plus, lors de l'utilisation de la méthode de pulvérisation à basse pression, des poudres sont utilisées dans lesquelles des particules de céramique sont présentes en plus des particules métalliques. De tels additifs améliorent l'état de surface du produit pulvérisé et améliorent la qualité d'adhérence des matériaux. De plus, lors du passage du flux de mélange à travers l'équipement, les particules de céramique nettoient en outre les parois et la sortie de la buse.

Champ d'application de la pulvérisation dynamique de gaz froid

Le revêtement dynamique des gaz froids est utilisé pour résoudre les problèmes suivants :

• restauration de pièces métalliques sujettes aux éclats, fissures, abrasion et autres dommages mécaniques ;
• revêtement de produits métalliques par pulvérisation afin d'augmenter leurs propriétés anticorrosion et thermoconductrices;
• protection des surfaces de contact des embouts des câbles métalliques.

Candidats en sciences physiques et mathématiques O. KLYUEV et A. KASHIRIN.

Lorsque les premiers outils de travail en métal sont apparus, il s'est avéré que, étant solides et durables, ils se détérioraient souvent sous l'influence de l'humidité. Le temps a passé, les gens ont créé des mécanismes et des machines, et plus ils sont devenus parfaits, plus leurs pièces métalliques ont dû travailler dans des conditions difficiles. Vibrations et charges alternées, températures énormes, exposition aux radiations, environnements chimiques agressifs - ce n'est pas une liste complète des "tests" auxquels ils sont soumis. Au fil du temps, les gens ont appris à protéger le métal de la corrosion, de l'usure et d'autres phénomènes qui réduisent la durée de vie des pièces. En fait, il existe deux approches pour assurer une telle protection : soit des éléments d'alliage sont ajoutés au métal de base, qui confèrent à l'alliage les propriétés souhaitées, soit un revêtement protecteur est appliqué sur la surface. Les conditions de fonctionnement des pièces de machine dictent les propriétés que les revêtements doivent avoir. Les technologies pour leur application sont diverses: il y en a des communes et relativement simples, il y en a des très minces qui vous permettent de créer des revêtements aux propriétés uniques. Et les ingénieurs agités continuent d'inventer de nouveaux revêtements et de trouver des moyens de les obtenir. Le sort de ces inventions peut devenir heureux si le revêtement est bien supérieur à ses prédécesseurs en termes de propriétés utiles ou si la technologie a un impact économique significatif. Dans le développement des physiciens d'Obninsk, ces deux conditions ont été combinées.

Des particules métalliques volant à grande vitesse lors de l'impact avec le substrat y sont soudées, et des particules de céramique compactent le revêtement (a) ; des particules de céramique collées sont visibles sur la microcoupe de la couche métallique (b).

Diagramme (en haut) et Forme générale(en bas) appareil pour pulvériser des revêtements métalliques.

Au moyen de l'appareil, il est possible d'appliquer des revêtements dans n'importe quelles pièces et même dans des conditions de terrain.

Une zone de pression négative apparaît derrière la section critique de la buse et la poudre y est aspirée. Grâce à ce phénomène, il a été possible de simplifier la conception du chargeur.

Défauts dans les parties du corps (à gauche) et résultat de la pulvérisation (à droite) : a - une fissure dans une transmission automatique ; b - une cavité dans la culasse.

Revêtus d'une couche de cuivre ou d'aluminium, les outils peuvent être utilisés dans les zones à risque d'incendie : lorsqu'ils heurtent des objets métalliques, ils ne produisent pas d'étincelles.

TEMPÉRATURE PLUS VITESSE

Parmi les méthodes de métallisation des surfaces en technologie moderne le dépôt galvanique le plus souvent utilisé et l'immersion dans le bain de fusion. Le dépôt sous vide, le dépôt en phase vapeur, etc.

Le métal est fondu avec des brûleurs à gaz, un arc électrique, un plasma à basse température, des inducteurs et même explosifs. En conséquence, les méthodes de métallisation sont appelées pulvérisation à la flamme, métallisation à l'arc électrique et à haute fréquence, pulvérisation au plasma et au gaz de détonation.

Dans le processus de projection à la flamme, une tige, un fil ou une poudre métallique est fondu et pulvérisé dans la flamme d'un brûleur fonctionnant avec un mélange d'oxygène et de gaz combustible. Dans la métallisation à l'arc électrique, le matériau est fondu par un arc électrique. Dans les deux cas, les gouttelettes de métal sont déplacées vers le substrat pulvérisé par un flux d'air. Dans la projection plasma, un jet de plasma est utilisé pour chauffer et pulvériser le matériau, qui est formé par des plasmatrons de différentes conceptions. La pulvérisation de gaz de détonation se produit à la suite d'une explosion qui accélère les particules métalliques à des vitesses énormes.

Dans tous les cas, les particules du matériau pulvérisé reçoivent deux types d'énergie : thermique - de la source de chauffage et cinétique - du flux de gaz. Ces deux types d'énergie sont impliqués dans la formation du revêtement et déterminent ses propriétés et sa structure. L'énergie cinétique des particules (à l'exception de la méthode détonation-gaz) est faible par rapport à l'énergie thermique, et la nature de leur connexion avec le substrat et entre elles est déterminée par des processus thermiques : fusion, cristallisation, diffusion, transformations de phase , etc. Les revêtements se caractérisent généralement par une bonne adhérence au substrat (adhérence) et, malheureusement, une faible uniformité, car la répartition des paramètres sur la section transversale du flux de gaz est importante.

Les revêtements, qui sont créés par des procédés thermiques au gaz, présentent un certain nombre d'inconvénients. Celles-ci incluent, tout d'abord, une porosité élevée, à moins, bien sûr, que l'objectif ne soit de rendre spécifiquement le revêtement poreux, comme dans certaines parties des tubes radio. De plus, en raison du refroidissement rapide du métal à la surface du substrat, des contraintes internes élevées apparaissent dans le revêtement. La pièce chauffe inévitablement, et si elle a une forme complexe, elle peut alors être "conduite". Enfin, l'utilisation de gaz combustibles et les températures élevées dans la zone de travail rendent difficile la sécurité du personnel.

La méthode de la détonation au gaz est quelque peu à part. Lors de l'explosion, la vitesse des particules atteint 1000-2000 m/s. Par conséquent, le principal facteur déterminant la qualité du revêtement est leur énergie cinétique. Les revêtements se caractérisent par une adhérence élevée et une faible porosité, mais les processus explosifs sont extrêmement difficiles à contrôler et il est pratiquement impossible de garantir la stabilité du résultat.

VITESSE PLUS TEMPÉRATURE

Le désir de créer une technologie plus avancée est né il y a longtemps. Les ingénieurs avaient un objectif - préserver les avantages des technologies traditionnelles et se débarrasser de leurs lacunes. La direction de la recherche était plus ou moins évidente : premièrement, les revêtements doivent être formés principalement en raison de l'énergie cinétique des particules métalliques (il ne faut pas laisser les particules fondre : cela empêchera la pièce de chauffer et d'oxyder le substrat et particules de revêtement), et, deuxièmement, les particules doivent acquérir une vitesse élevée non pas en raison de l'énergie de l'explosion, comme dans la méthode des gaz de détonation, mais dans un jet de gaz comprimé. Cette méthode est appelée dynamique des gaz.

Les premiers calculs et expériences ont montré qu'il est possible de créer ainsi des revêtements aux caractéristiques tout à fait satisfaisantes si l'hélium est utilisé comme gaz de travail. Ce choix s'explique par le fait que la vitesse du flux de gaz dans la tuyère supersonique est proportionnelle à la vitesse du son dans le gaz correspondant. Dans les gaz légers (l'hydrogène n'a pas été considéré en raison de son explosivité), la vitesse du son est beaucoup plus élevée que dans l'azote ou l'air. C'est l'hélium qui accélérerait les particules métalliques pour vitesses élevées, leur donnant suffisamment d'énergie cinétique pour se fixer à la cible. On croyait que l'utilisation de gaz plus lourds, dont l'air, était vouée à l'échec.

Le fonctionnement des installations expérimentales de pulvérisation a donné un bon résultat : les particules de la plupart des métaux utilisés industriellement accélérées dans un jet d'hélium ont bien adhéré au substrat, formant des revêtements denses.

Mais les ingénieurs n'étaient pas entièrement satisfaits. Il était clair que les équipements fonctionnant aux gaz légers seraient inévitablement coûteux et ne pourraient être utilisés que dans des entreprises produisant des produits de haute technologie (il n'y a que des lignes à l'hélium comprimé). Et des conduites à air comprimé sont disponibles dans presque tous les ateliers, dans toutes les entreprises de service automobile, dans les ateliers de réparation.

De nombreuses expériences avec de l'air comprimé semblaient confirmer les pires attentes des développeurs. Cependant, une recherche intensive a néanmoins conduit à une solution. Des revêtements de qualité satisfaisante ont été obtenus lorsque l'air comprimé dans la chambre devant la buse a été chauffé et de la céramique fine ou de la poudre de métal dur ont été ajoutées à la poudre de métal.

Le fait est que lorsqu'elle est chauffée, la pression d'air dans la chambre augmente conformément à la loi de Charles et, par conséquent, la vitesse de sortie de la buse augmente également. Les particules métalliques, qui ont gagné en vitesse dans le jet de gaz, se ramollissent lorsqu'elles frappent le substrat et s'y soudent. Les particules de céramique jouent le rôle de marteaux microscopiques - elles transfèrent leur énergie cinétique aux couches sous-jacentes, les compactent, réduisant la porosité du revêtement.

Certaines particules de céramique se coincent dans le revêtement, d'autres rebondissent dessus. Certes, les revêtements ne sont ainsi obtenus qu'à partir de métaux relativement ductiles - cuivre, aluminium, zinc, nickel, etc. Par la suite, la pièce peut être soumise à toutes les méthodes d'usinage connues : perçage, fraisage, affûtage, meulage, polissage.

LA CONDITION PRINCIPALE - SIMPLICITÉ ET FIABILITÉ

Les efforts des technologues seront vains si les concepteurs ne peuvent créer des équipements simples, fiables et économiques dans lesquels le procédé inventé par les technologues serait mis en œuvre. La base de l'appareil de pulvérisation de poudres métalliques était une buse supersonique et un réchauffeur électrique à air comprimé de petite taille capable de porter la température d'écoulement à 500-600 o C.

L'utilisation de l'air ordinaire comme gaz de travail a permis de résoudre simultanément un autre problème auquel étaient confrontés les développeurs de systèmes utilisant des gaz légers. On parle de l'introduction de la poudre pulvérisée dans le jet de gaz. Pour maintenir l'étanchéité, les doseurs devaient être installés jusqu'à la section critique de la buse, c'est-à-dire que la poudre devait être introduite dans la zone à haute pression. Les difficultés purement techniques étaient accentuées par le fait que, traversant la section critique, les particules métalliques provoquaient l'usure de la tuyère, détérioraient ses caractéristiques aérodynamiques, et ne permettaient pas de stabiliser les modes de dépôt du revêtement. Dans la conception de l'appareil à jet d'air, les ingénieurs ont appliqué le principe d'un pistolet pulvérisateur, connu de tous grâce à des expériences scolaires en physique. Lorsqu'un gaz traverse un canal de section variable, sa vitesse augmente dans un endroit étroit et la pression statique chute et peut même être inférieure à la pression atmosphérique. Le canal par lequel la poudre provenait du chargeur était situé juste à un tel endroit, et la poudre se déplaçait dans la buse en raison de l'aspiration d'air.

En conséquence, un appareil portable pour appliquer des revêtements métalliques est né. Il présente un certain nombre d'avantages qui le rendent très utile dans diverses industries :

pour le fonctionnement de l'appareil, seuls un réseau électrique et une conduite d'air ou un compresseur sont nécessaires, fournissant une pression d'air comprimé de 5-6 atm et une alimentation de 0,5 m 3 / min;

lors de l'application de revêtements, la température du substrat ne dépasse pas 150 ° C;

les revêtements ont une adhérence élevée (40-100 N/mm2) et une faible porosité (1-3 %) ;

l'équipement n'émet pas de substances nocives ni de rayonnements ;

les dimensions de l'appareil permettent de l'utiliser non seulement en atelier, mais aussi sur le terrain ;

des revêtements de presque toutes les épaisseurs peuvent être pulvérisés.

L'installation comprend le pulvérisateur proprement dit pesant 1,3 kg, que l'opérateur tient dans sa main ou fixe dans le manipulateur, un réchauffeur d'air, des doseurs de poudre, une unité de contrôle et de contrôle du fonctionnement du pulvérisateur et du doseur. Tout cela est monté sur un rack.

J'ai dû travailler dur sur la création de consommables. Les poudres disponibles dans le commerce ont des granulométries trop importantes (de l'ordre de 100 microns). Une technologie a été développée qui permet d'obtenir des poudres avec des grains de 20 à 50 microns.

DES VÉHICULES SPATIAL AUX SEMOIRS

La nouvelle méthode de pulvérisation de revêtements métalliques peut être utilisée dans une grande variété d'industries. Il est particulièrement efficace dans les travaux de réparation, lorsqu'il est nécessaire de restaurer des parties de produits, par exemple pour réparer une fissure ou un évier. En raison des basses températures du processus, il est facile de restaurer des produits à parois minces, qui ne peuvent pas être réparés d'une autre manière, par exemple par surfaçage.

Étant donné que la zone de pulvérisation a des limites claires, le métal pulvérisé ne tombe pas sur des zones exemptes de défauts, ce qui est très important lors de la réparation de pièces de forme complexe, telles que des carters de boîte de vitesses, des blocs-cylindres de moteur, etc.

Les dispositifs de pulvérisation sont déjà utilisés dans les industries aérospatiale et électrique, dans les centrales nucléaires et dans agriculture, dans les entreprises de réparation automobile et dans la production de fonderie.

La méthode peut être très utile dans de nombreux cas. Voici quelques-uns d'entre eux.

Restauration des zones usées ou endommagées des surfaces.À l'aide de la pulvérisation, des pièces de boîtes de vitesses, des pompes, des compresseurs, des moules pour la coulée de précision, des moules pour la fabrication d'emballages en plastique sont restaurés pendant le fonctionnement. Nouvelle méthode est devenu une aide précieuse pour les employés des entreprises de réparation automobile. Désormais, littéralement "à genoux", ils colmatent les fissures des blocs-cylindres, des silencieux, etc. Ils éliminent sans problème les défauts (cavités, fistules) des pièces moulées en aluminium.

Élimination des fuites. La faible perméabilité aux gaz des revêtements permet d'éliminer les fuites dans les canalisations et les réservoirs lorsque les composés d'étanchéité ne peuvent pas être utilisés. La technologie est adaptée à la réparation de réservoirs fonctionnant sous pression ou à hautes et basses températures : échangeurs de chaleur, radiateurs de voiture, climatiseurs.

Application de revêtements électriquement conducteurs. La pulvérisation cathodique permet d'appliquer des films de cuivre et d'aluminium sur une surface métallique ou céramique. En particulier, la méthode est plus rentable que les méthodes traditionnelles lors du cuivrage des barres conductrices de courant, des pastilles de galvanisation sur les éléments de mise à la terre, etc.

Protection anticorrosion. Les films en aluminium et en zinc protègent mieux les surfaces de la corrosion que la peinture et de nombreux autres revêtements métalliques. La faible productivité de l'installation ne permet pas de traiter de grandes surfaces, mais il est très pratique de protéger des éléments aussi vulnérables que les soudures. À l'aide de la pulvérisation de zinc ou d'aluminium, il est possible d'arrêter la corrosion aux endroits où des "insectes" apparaissent sur les surfaces peintes des carrosseries.

Restauration des paliers lisses. Les paliers lisses utilisent généralement des chemises en régule. Au fil du temps, ils s'usent, l'écart entre l'arbre et le manchon augmente et la couche de lubrification est rompue. La technologie de réparation traditionnelle nécessite soit le remplacement du revêtement, soit le soudage des défauts. Et la pulvérisation permet de restaurer les doublures. Dans ce cas, la céramique ne peut pas être utilisée pour sceller la couche de métal projeté. Des inclusions dures quelques minutes après le début des travaux désactiveront le roulement et les surfaces des bagues et de l'arbre seront endommagées. J'ai dû utiliser une buse de conception spéciale. Il permet l'enrobage de régule pur en mode dit thermocinétique. Les particules de poudre immédiatement derrière la section critique de la buse sont accélérées par un flux d'air supersonique, puis la vitesse d'écoulement diminue fortement jusqu'au transsonique. En conséquence, la température augmente fortement et les particules sont chauffées presque jusqu'au point de fusion. Lorsqu'ils touchent la surface, ils se déforment, fondent partiellement et adhèrent bien à la couche sous-jacente.

À UN SPÉCIALISTE - UNE NOTE

Littérature

Kashirin A. I., Klyuev O. F., Buzdygar T. V. Dispositif pour le revêtement dynamique des gaz de matériaux en poudre. Brevet RF pour l'invention n° 2100474. 1996, MKI6 C 23 C 4/00, publ. 27/12/97. Bulle n° 36.

Kashirin A. I., Klyuev O. F., Shkodkin A. V. La méthode d'obtention des revêtements. Brevet RF pour l'invention n° 2183695. 2000, MKI7 C 23 C 24/04, publ. 20/06/02. Taureau. N° 17.

Les contacts des développeurs et les conditions d'achat de leurs technologies ou produits se trouvent à la rédaction.

En fait, il s'agit d'une version plus avancée de la méthode thermique au gaz établie de longue date pour restaurer diverses pièces et surfaces métalliques. Cold Spray ou simplement CGN élargit considérablement les possibilités de la méthode "à chaud" de traitement des produits.

Aujourd'hui, c'est sans aucun doute la technologie la plus avancée pour la récupération et la protection des matériaux, qui s'est généralisée tant dans le secteur industriel que dans la sphère civile.

Le principe d'action, le pour et le contre de la CGN

Il présente deux différences principales par rapport à la méthode de restauration thermique au gaz. Premièrement, le dépôt d'un revêtement de protection ou de restauration se produit à une température basse ne dépassant pas 150 °C, ce qui à son tour ne provoque pas de contraintes dans les pièces et leur déformation. Deuxièmement, la technologie "à froid" vous permet de créer une couche d'épaisseur réglable et dans des limites définies avec précision. Nous parlerons des autres avantages et inconvénients un peu plus tard, mais pour l'instant, des auteurs de la méthode et de son fonctionnement.

Son développeur est "Centre de revêtement en poudre d'Obninsk"(Russie). L'équipement qu'ils produisent s'appelle DIMET®. Il est certifié selon le système GOST R et est protégé par des brevets en Russie, aux États-Unis, au Canada et dans d'autres pays. La technologie est basée sur le principe de l'impact supersonique des plus petites particules de matériaux à bas point de fusion et autres sur la surface traitée. Fondamentalement, ce sont des polymères ou des alliages de carbures avec des métaux d'une granulométrie de 0,01 à 0,5 microns. Mélangés au gaz, ils sont introduits dans le produit à une vitesse de 500-1000 m/s.

Selon composition consommable(poudre) et en changeant les modes de son application, vous pouvez obtenir un revêtement homogène ou composite avec une structure solide ou poreuse et sa propre tâche fonctionnelle. Il peut s'agir de: restauration de la géométrie du produit, durcissement et protection du métal contre la corrosion, augmentation de la conductivité thermique et électrique du matériau, ainsi que formation d'un revêtement résistant à l'usure pouvant résister aux effets chimiques environnements actifs, charges thermiques élevées, etc.

Soit dit en passant, les ingénieurs d'Obninsk ont ​​déjà développé plusieurs modifications des unités DIMET ®. Compte tenu de la forte demande pour ces équipements, les machines de pulvérisation dynamiques à gaz froid manuelles et automatisées sont désormais produites en série, ce qui leur permet d'être utilisées dans l'industrie, l'industrie pétrolière et gazière, ainsi que dans les petites entreprises pour le traitement de petites pièces. De plus, il n'y a rien de particulièrement compliqué dans la technologie elle-même. Pour le fonctionnement du complexe (en plus du matériel de pulvérisation), seul de l'air comprimé est nécessaire (fourni à une pression de 0,6-1,0 MPa et un débit de 0,3-0,4 m3/min.) Et une alimentation 220 V .

Maintenant plus sur les avantages et les inconvénients de la méthode. Tout d'abord, contrairement à la méthode thermique au gaz, le CGN peut être utilisé efficacement à pression normale, dans n'importe quelle plage de température et niveau d'humidité. Deuxièmement, il est absolument sans danger pour l'environnement. Troisièmement, en raison de sa vitesse élevée, il peut également être utilisé pour le nettoyage de surfaces abrasives. Eh bien, le seul inconvénient de la technologie est la possibilité d'appliquer des revêtements uniquement à partir de métaux relativement ductiles, tels que le cuivre, l'aluminium, le zinc, le nickel, etc.

Périmètre de la CGN

Je voudrais m'attarder plus en détail sur les domaines d'application de la technologie de pulvérisation dynamique à gaz froid avec des matériaux en poudre afin de montrer clairement à quel point elle est demandée aujourd'hui.

Élimination des défauts, restauration des surfaces et étanchéité

Tout cela est un travail que même les petites entreprises peuvent faire. Par exemple, dans de petits ateliers, il est possible de réparer des pièces en alliages légers (pièces d'une structure automobile par exemple), principalement en aluminium et en aluminium-magnésium. De plus, les défauts apparus à la fois dans le processus de production et pendant le fonctionnement sont facilement éliminés. Et l'absence de chauffage fort et la faible énergie de la méthode permettent de réparer même des produits à parois minces.

CGN est également excellent pour restaurer les surfaces usées. Par exemple, un processus aussi exigeant en main-d'œuvre que la «construction» de métal dans les sièges de roulement peut désormais être effectué même par de petites entreprises, sans parler de la restauration de l'étanchéité (lorsque l'utilisation de mastics liquides est impossible) dans les canalisations, les échangeurs de chaleur ou récipients pour gaz de travail, liquides.

Il est très efficace dans la réparation de produits complexes, où une restauration précise des paramètres géométriques est requise, l'élimination des défauts cachés, mais en même temps avec la préservation de toutes les caractéristiques opérationnelles, ainsi que présentation. Voilà pourquoi cette méthode activement utilisé dans le complexe militaro-industriel, les industries ferroviaire et aéronautique, l'agriculture, le transport de gaz, etc.

Vous ne pouvez pas vous passer de cette technologie dans la création de pastilles de contact. En raison de la possibilité de revêtement facile sur toutes les surfaces métalliques, céramiques et en verre, CGN est également utilisé dans la production de produits électriques. Par exemple, dans les processus de cuivrage, la création de réseaux de transport de courant de puissance, l'application de conducteurs de courant, la fabrication de sous-couches pour la soudure, etc.

Traitement anti-corrosion et élimination des défauts profonds

La pulvérisation du revêtement dit anti-friction est un moyen très efficace de se débarrasser des dommages locaux (éclats profonds, éraflures, rayures). Cela évite la procédure de remplissage complet ou même de remplacement du produit, ce qui, bien sûr, n'est pas économiquement viable.

Et dans le traitement anti-corrosion et la protection contre la corrosion à haute température de diverses communications, cette méthode n'a pas du tout d'égal. Soit dit en passant, diverses modifications de l'équipement DIMET® fournir un traitement de haute qualité de la surface intérieure des tuyaux d'un diamètre de 100 mm et d'une longueur allant jusqu'à 12 m.

Les robots Kawasaki sont utilisés dans les complexes de pulvérisation utilisant la technologie DIMET. Cette technologie permet d'appliquer une couche de métal sur différentes surfaces : métal, verre, céramique, pierre. Une caractéristique de la technologie est la possibilité d'appliquer de la poudre métallique sur des métaux incompatibles pour le soudage et le brasage. Par exemple, il est possible de déposer efficacement du cuivre sur de l'aluminium, ce qui est d'une grande valeur pour l'électrotechnique.

À propos de la technologie

La technologie de pulvérisation dynamique des gaz de poudre métallique et sa transformation en un revêtement monolithique est mise en œuvre sur les équipements DIMET fabriqués par le Centre de pulvérisation de poudre d'Obninsk. Les revêtements sont formés sur toute surface solide telle que le métal, le verre, la céramique, la pierre. Le matériau de revêtement est choisi lors de la résolution d'un problème de production ou de création spécifique, car la solution peut être obtenue à l'aide de différents types de matériaux en poudre.

L'air comprimé (5-8 atm) est chauffé (300-600°C) et introduit dans la buse, où un flux supersonique se forme :

• des poudres contenant des particules métalliques et céramiques sont introduites dans ce flux
• les particules sont accélérées par le flux de gaz à une vitesse de plusieurs centaines de mètres par seconde et sont dirigées vers le substrat à l'état non fondu
• lors de l'impact avec le substrat, l'énergie cinétique des particules est convertie en chaleur, puis en énergie de liaison des particules avec le substrat
• à la suite de tels impacts à grande vitesse, les particules se fixent sur le substrat et forment un revêtement dense.

Les principaux processus qui déterminent l'adhérence des particules au substrat et entre elles sont :

1. Contact étroit des réseaux cristallins des particules et du substrat (ou des différentes particules) jusqu'à la formation de liaisons métalliques, au moins dans certaines zones de la tache de contact. Dans ce cas, la particule ou le substrat ne fond nulle part. Ce mécanisme d'embrayage est similaire au mécanisme d'embrayage du soudage par explosion.
2. Sur les protubérances individuelles et les irrégularités des particules qui tombent, leur fusion peut se produire et un microsoudage par points peut être effectué.
3. En contact étroit avec des surfaces juvéniles de matériaux dissemblables, des interactions intermoléculaires entre ces matériaux peuvent se manifester. Un exemple typique d'un tel mécanisme est le dépôt d'un revêtement d'aluminium miroir sur du verre.
4. La cohésion mécanique peut jouer un certain rôle sous condition de pénétration profonde des particules dans le substrat. Le rapport spécifique du rôle relatif des divers mécanismes de liaison dans différents cas peut différer considérablement les uns des autres et fait l'objet d'une étude distincte.

Domaines d'utilisation

Industrie	Application	Revêtements
Fonderie	Réparation des défauts des pièces moulées Sous pression Dans un moule à froid Modèles à la cire perdue	Revêtements pour restaurer la forme et les dimensions des pièces. Revêtements d'étanchéité (faible perméabilité aux gaz)
Production métallurgique	Réduction de la résistance électrique des contacts des électrolyseurs Protection contre la corrosion à haute température	Revêtements électriquement conducteurs Revêtements résistants à la chaleur
Automobile	Réparation de pièces moulées	Revêtements d'étanchéité Revêtements anti-corrosion
	Revêtements pour la réparation des dommages mécaniques à la culasse, BC, unités Scellement des fissures dans la culasse, le BC, les radiateurs, les canalisations, les climatiseurs Protection locale contre la corrosion Remise en forme des pièces de carrosserie en aluminium sans mastic	Revêtements d'étanchéité Revêtements anti-corrosion
Construction d'avions, réparation d'avions	Réparation de défauts de moulage et de fabrication de pièces en aluminium	Revêtements pour restaurer la forme et les dimensions des pièces. Revêtements d'étanchéité
Fusée et technologie spatiale	Spécial	Revêtements pour sceller les produits en aluminium renforcé thermiquement Revêtements à rayonnement thermique
Construction navale, réparation navale	Protection protectrice des coutures soudées Restauration des sièges de roulement	Revêtements pour restaurer la forme et les dimensions des pièces Revêtements anti-corrosion Revêtements d'étanchéité
Industrie du pétrole et du gaz	Restauration de la géométrie des pièces des groupes compresseurs de gaz Prévention du grippage des connexions filetées fortement chargées Restauration de paliers lisses	Revêtements pour restaurer la forme et les dimensions des pièces Revêtements anti-grippage Antifriction
Production électrique	Métallisation des plages de contact électrique Application de revêtements électroconducteurs galvaniquement compatibles Métallisation pour le transfert de chaleur Sous-couches pour aluminium et verre à souder	Revêtements électriquement conducteurs
Fabrication d'outils	Restauration de moules pour emballages en plastique et en verre Restauration de moules pour le pressage de produits en caoutchouc Restauration d'équipements pour le pressage de pièces à partir de matériaux de presse (AG4, DSV, carbolite) Fabriquer un outil anti-étincelles	Revêtements pour restaurer la forme et les dimensions des pièces Revêtements à sécurité intrinsèque
Restauration de monuments et sculptures	Restauration des éléments perdus des monuments. Protection contre la corrosion	Revêtements pour restaurer la forme et les dimensions des pièces Revêtements anti-corrosion

Projet terminé

Complexe robotique pour le revêtement des surfaces de contact des jeux de barres conducteurs de courant, qui sont utilisés dans le réacteur tokamak du projet ITER. Le développeur du complexe est Acton LLC (partenaire et intégrateur système de Robowizard).

Schéma complexe :

Problème résolu :

Pulvérisation d'un revêtement de cuivre à deux couches sur des surfaces planes de contact électrique de jeux de barres en aluminium. La zone de pulvérisation peut atteindre 0,5 m 2, les pneus eux-mêmes atteignent une longueur de 12 mètres et une masse de 4 tonnes.

La composition du complexe :

1. PLC Bélier ;
2. RobotKawasaki RS006L;
3. Chambre de pulvérisation ;
4. Contrôleur E01 ;

Le complexe implémenté permet d'effectuer les tâches suivantes:

• exécution du processus technologique avec la fonction de contrôle du programme et de gestion des paramètres ;
• mouvement du pulvérisateur selon une trajectoire donnée, synchronisé avec le travail équipement technologique, par la transmission de messages d'information ;
• visualisation des paramètres de processus sur l'écran tactile de l'opérateur, ainsi que des moyens de changement de mode de fonctionnement, organisés sur la base d'éléments de boîte de dialogue.

Si vous avez besoin d'une telle solution, laissez vos coordonnées dans le formulaire de demande. Nos experts vous conseilleront et discuteront des détails de la coopération.

Galerie de projets

Schéma de coopération

Pulvérisation dynamique de gaz froid supersonique (SCD).

L'essence de la méthode réside dans la formation de revêtements en raison de l'énergie cinétique élevée des particules métalliques non fondues. Cette méthode est actuellement connue sous le nom de pulvérisation à froid- pulvérisation froide.

Il convient de noter que dans les procédés de revêtement thermique au gaz les plus courants pour leur formation à partir d'un flux de particules, il est nécessaire que les particules tombant sur le substrat aient une température élevée, généralement supérieure au point de fusion du matériau. Avec la pulvérisation dynamique au gaz, cette condition n'est pas obligatoire, ce qui détermine son unicité. Dans ce cas, les particules qui sont à l'état non fondu, mais avec une vitesse très élevée, interagissent avec une base solide.

Contrairement à la méthode de pulvérisation au plasma chaud, une méthode dynamique des gaz de dépôt de revêtement à froid a été développée, dont l'essence était qu'une certaine vitesse seuil était établie à laquelle les particules de plastique froides formaient un revêtement dense. Avec une granulation différente (grandes et petites particules en un seul flux), des particules plus petites avec une vitesse plus élevée se sont déposées sur le substrat, tandis que des particules plus grosses avec une vitesse plus faible ont rebondi sur la surface et n'ont pas participé à la formation du revêtement.

Ce comportement des particules a permis d'introduire des particules abrasives plus grosses dans le flux de matériau de revêtement. Un sablage et un revêtement simultanés ont eu lieu. Du point de vue de la préparation de surface, lorsque la surface juvénile du substrat perd son activité en raison de l'adsorption de gaz sur la surface pendant le retard de dépôt, un tel schéma de revêtement est optimal. Dans le même temps, une installation a été développée dans laquelle du gaz (air, azote) à une pression de 2,5-3,5 MPa est chauffé à 350-600 ° C dans un serpentin métallique le traversant. choc électrique d'un transformateur de soudage. L'atomiseur est équipé d'une buse Laval, qui fournit une sortie supersonique d'un jet biphasique.

Sur la fig. 2.48 est un diagramme du processus. La projection à froid dynamique des gaz permet d'appliquer des revêtements à partir de métaux ductiles avec l'ajout d'autres matériaux.

Sur la fig. 2.49 montre les dépendances de la vitesse et de la température des gaz et des particules le long de la tuyère de Laval pour un jet diphasique (azote + particules solides de cuivre de taille 5 et 25 microns) à pression R= 2,5 MPa et température T 0= 950°С. Dans ce cas, le rapport du diamètre de sortie /) dans à la critique /) k est /) dans / Г> k \u003d 9.

Riz. 2.48.

Riz. 2.49. Température de l'air Td, vitesse et température de l'air et vitesse des particules de cuivre d'un diamètre de 5 et 25 microns dans une tuyère supersonique profilée

L'installation domestique "DIMET" est produite par le centre de pulvérisation de poudre d'Obninsk en deux versions - manuelle avec une puissance de 2 kW et stationnaire avec une puissance de 7 kW. Les recommandations pour l'utilisation de matériaux en poudre sont présentées dans le tableau. 2.10.

L'application principale du HDN est l'application de revêtements anti-corrosion de type bande de roulement à base d'aluminium et de zinc. Des revêtements résistants à l'usure sont appliqués à base de matières plastiques - régule, cuivre, nickel, etc. Par rapport aux méthodes GN et EDM, lorsque le métal est fondu et saturé de gaz, y compris d'hydrogène, ce qui aggrave les propriétés protectrices du revêtement, HDN ne présente pas ces inconvénients. L'hydrogène ne se dissout pas dans les particules en phase solide. Le revêtement protège efficacement l'acier de la corrosion. La méthode a trouvé une large application pour protéger les carrosseries contre la corrosion dans le domaine des soudures.

Principale Composants revêtements	travail
Aluminium, zinc		Sceller les fuites dans les tuyaux métalliques, les radiateurs, les condenseurs, les échangeurs de chaleur, etc., y compris colmater les fuites dans soudures, réparation de la corrosion et des dommages mécaniques. Sceller les fissures, les ravines et autres défauts dans les pièces en aluminium, en acier et en fonte
Aluminium, zinc		Restauration de la forme des pièces métalliques. Remplissage de cavités, pores, fissures et autres défauts dans les produits en aluminium et ses alliages (y compris les pièces de moteur, moules etc.). Restauration des sièges de roulement dans les pièces en aluminium, en acier et en fonte
Aluminium, carbure de silicium		Remplissage des cavités, fissures et autres défauts des pièces de carrosserie moteur en aluminium, acier et fonte
Oxyde d'aluminium		Nettoyage et préparation au jet abrasif de la surface de l'acier et de la fonte pour l'application de revêtements métalliques
		Revêtement électriquement conducteur (sur acier, aluminium, céramique). Sous-couche pour soudure à l'étain sur pièces en aluminium, acier et fonte
Cuivre, zinc		Colmatage des cavités, fissures et autres défauts des pièces de carrosserie en acier et en fonte du moteur

Principale Composants revêtements	travail	Nomination de revêtements, objets de réparation et de restauration
		Protection anticorrosion. Scellement de défauts, microfissures, raccords filetés
		Revêtement résistant à la chaleur pour protéger contre la corrosion à haute température. Revêtement électriquement conducteur pour les plages de contact des équipements électriques
Nickel, zinc		Remplissage de cavités, brûlures et autres défauts dans les produits en acier. Pour les produits à haute température
		Revêtement électriquement conducteur pour les plages de contact des équipements électriques
		Protection anti-corrosion des pièces en acier et des soudures sur les structures en acier

Sur la fig. 2.50 montre le schéma d'installation de l'entreprise Linde(ETATS-UNIS). Progrès récents dans la mise en œuvre de la méthode - la fabrication de pulvérisateurs à main dont les caractéristiques sont données dans le tableau. 2.11.

Tableau 2.11

Caractéristiques des pulvérisateurs HDN

Les caractéristiques	Modèle 412	Modèle 403
Productivité selon A1, g/min
Nombre de modes de température
Dimensions (mm) et poids (kg) :
bloc de pulvérisation	450 x 64 x 85 mm ; 1,3 kg	450 x 64 x 85 mm ; 1,3 kg
	340 x 260 x 320 mm ; 8 kg	560 x 260 x 490 mm ; 16 kg
Les caractéristiques revêtements :
force d'adhérence, MPa
porosité, %
rugosité de surface, µm	R, = 20-40

Riz. 2,50. Schéma de l'usine de pulvérisation à froid de l'entreprise Lind :

1 - camion-citerne à gaz liquéfié (AG); 2 - évaporateur ; 3 - compresseur ; 4 - aérotherme ; 5 - chargeur de poudre ; 6 - atomiseur

De faibles exigences pour le gaz accélérateur et une faible consommation d'énergie permettent de créer des unités portables utilisant la technologie DIMET.