Ανασκόπηση της τεχνολογίας ψυχρού ψεκασμού.

Abstract

Ο ψυχρός ψεκασμός (cold gas dynamic spray ή cold spray) είναι η τελευταία εξέλιξη στις τεχνικές θερμικού ψεκασμού. Είναι μια διαδικασία όπου οι στερεές σκόνες επιταχύνονται από ένα ακροφύσιο (de laval ) προς ένα υπόστρωμα. Ουσιαστικά αποτελείται από σωματίδια σκόνης εμβαδού μεταξύ 5 έως 100mm. Τα σωματίδια της σκόνης τροφοδοσίας επιταχύνονται σε υψηλότερες ταχύτητες σε σχέση με τις παραδοσιακές τεχνικές ψεκασμού και θερμαίνονται σε θερμοκρασία χαμηλότερη από τη θερμοκρασία τήξης των υλικών της σκόνης και του υποστρώματος. Εάν η ταχύτητα κρούσης υπερβαίνει το κατώτατο όριο τα σωματίδια υπομένουν την πλαστική παραμόρφωση και κολλάνε στην επιφάνεια. Επίσης διαφορετικά υλικά όπως μέταλλα, κεραμικά και σύνθετα υλικά και πολυμερή μπορούν να χρησιμοποιηθούν στον ψυχρό ψεκασμό δημιουργώντας μια πλούσια γκάμα από ιδιαίτερες ιδιότητες. Ο ψυχρός ψεκασμός είναι μια νέα και υποσχόμενη τεχνολογία επίστρωσης-επικάλυψης της επιφάνειας προσφέροντας πολλά τεχνολογικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τον θερμικό ψεκασμό, δεδομένου ότι χρησιμοποιεί την κινητική ενέργεια αντί της θερμικής ενέργειας για την απόθεση υλικού. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να μπορούν να αποφευχθούν η οξείδωση και οι ανεπιθύμητες χημικές αντιδράσεις από την υπολειπομένη εφελκυστική τάση. Στην εξέλιξη της μεθόδου, οι διάφορες εφαρμογές που αναπτυχθήκαν αρχικά δημιουργούσαν επικαλύψεις ψυχρού ψεκασμού διαφορετικών υλικών όπως Cu(χαλκού) και Ti (τιτανίου), που έχουν πληθώρα βιομηχανικών εφαρμογών. Όπως προκύπτει από τη βιβλιογραφία, οι επικαλύψεις αυτές μελετήθηκαν ως προς τη μικροδομή τους, ώστε να προσδιοριστεί το υλικό που ήταν καταλληλότερο για χρήση στον ψυχρό ψεκασμό. Η καλύτερη επικάλυψη ψυχρού ψεκασμού, σύμφωνα με την βιβλιογραφία, είναι αυτή με υλικό τον χαλκό (Cu) διότι ήταν συμπαγής, δεν περιείχε οξείδια και η διεπιφάνεια της με το υπόστρωμα κράματος αλουμινίου (Al2017) δεν παρουσίασε ατέλειες (ρωγμές ή κενά). Ο χαλκός αποδείχθηκε ιδανικό υλικό για τον ψυχρό ψεκασμό εξαιτίας της ισχυρής παραμόρφωσής του. Δεδομένου ότι ο συνολικός αριθμός των μελετών για το θέμα αυτό αναπτύσσεται ραγδαία θα ήταν απαραίτητη μια σύνοψη για την τρέχουσα κατάσταση. Η καταγραφή της τρέχουσας τεχνολογικής στάθμης θα δώσει έμφαση στις καινοτόμες εφαρμογές περιλαμβάνοντας μεταλλικά, κεραμικά και σύνθετα υλικά μεταλλικής μήτρας (ΜΜC) για την επικάλυψη καθώς και στον τρόπο εφαρμογής τους. Σκοπός της παρούσας πτυχιακής εργασίας είναι η περιγραφή της αρχής λειτουργίας της τεχνολογίας, η καταγραφή της υπάρχουσας τεχνολογικής στάθμης στην τεχνολογία του ψυχρού ψεκασμού, των διαθέσιμων εμπορικών μηχανών και των εφαρμογών χρήσης της τεχνολογίας, που έχουν παρουσιαστεί στη διεθνή βιβλιογραφία και το διαδίκτυο.

Cold gas dynamic spray or cold spray is the latest development in thermal spray techniques. It is a process where solid powders are accelerated from a de laval nozzle to a substrate. It essentially consists of dust particles in the range of 5 to 100mm. Powder dust particles are accelerated at higher speeds than traditional spray techniques and are heated to a temperature lower than the melting temperature of the powder and substrate materials. If the impact velocity exceeds the threshold, the particles undergo the plastic deformation and stick to the surface. Also different materials such as metals, ceramics and composites and polymers can be used in cold spraying to create a rich array of particular properties. Cold Spraying is a new and promising surface coating technology offering many technological advantages over thermal spraying as it uses kinetic energy instead of thermal energy for depositing material. This has the effect of avoiding oxidation and undesirable chemical reactions from residual stress. Originally, cold spray coatings of different materials such as Cu (copper) and Ti (titanium) have been created, with a variety of industrial applications. These coatings were studied in their microstructure to determine the material most suitable for use in cold spray. The best cold spray coating was made with Copper (Cu) material because it was compact, did not contain oxides, and its interface with aluminum alloy substrate (Al2017) showed no flaws (cracks or voids). Copper proved to be an ideal material for cold spraying because of its strong deformation. As the total number of studies on this issue is growing rapidly, a summary of the current situation would be needed. The recording of the current technological level will focus on innovative applications including metal, ceramic and composite metal matrix (SMC) coatings and how they are applied. The purpose of this dissertation is to describe the principle of operating the technology, to record the existing technological level in cold spraying technology, available commercial machines and technology applications, which have been presented in the international bibliography and the internet.