Pelajaran 11.11MelapisiBab 11 · Pelapisan dan finishing permukaan

Cold spray

Butiran logam padat menyatu karena kecepatan semata

Cold spray menembakkan serbuk logam padat ke komponen begitu cepat sehingga butirannya menyatu saat menumbuk, tanpa pernah meleleh. Anggap ini sebagai penyemprotan termal (Penyemprotan termal) tanpa api. Teknik ini memperbaiki komponen pesawat dan kapal yang aus, dan bahkan bisa membangun seluruh komponen logam lapis demi lapis.

Foto: Александр Шоринов, CC BY-SA 4.0, melalui Wikimedia Commons

Cold spray · pemanas, pengumpan serbuk, nosel supersonik, close-up tumbukanBagian atas menunjukkan senjata dari pemanas hingga nosel; close-up menunjukkan apa yang terjadi saat tumbukan. Angka dalam lingkaran sesuai dengan langkah-langkah di bawah.

Cara kerjanya

Panaskan gas. Nitrogen atau helium bertekanan tinggi (sering puluhan kali tekanan udara normal) dipanaskan, biasanya hingga beberapa ratus derajat dan paling tinggi sekitar 1.000 °C. Itu tetap jauh di bawah titik leleh serbuk.
Tambahkan serbuk. Pengumpan mengukur butiran logam halus, biasanya selebar sekitar 10–50 µm, ke dalam aliran gas.
Percepat. Nosel konvergen-divergen (yang menyempit lalu melebar, disebut nosel de Laval) membuat gas menjadi supersonik. Gas menyeret butiran hingga sekitar 500–1.000 m/s.
Tumbukan dan ikatan. Setiap butiran padat gepeng saat menumbuk. Tumbukan memecahkan kulit oksida tipisnya, dan logam bersih menekan logam bersih lalu menyatu dalam keadaan padat (tanpa meleleh).
Bangun dan mesin. Robot menyapukan nosel melintasi komponen, dan butiran menumpuk menjadi endapan padat dari sepecahan milimeter hingga beberapa sentimeter. Karena kasar, endapan kemudian dimesin sesuai bentuk.

Fakta kunci

Material: Logam ulet: aluminium, tembaga, titanium, nikel, tantalum, baja; beberapa campuran logam-keramik. Serbuk keras dan getas sulit disemprot
Komponen khas: Rumah dan poros yang diperbaiki, lapisan antikorosi, lapisan tembaga, nosel roket, cincin
Ukuran komponen: Perbaikan kecil hingga endapan setebal beberapa sentimeter pada komponen besar; dibatasi jangkauan robot
Presisi: Kasar saat disemprot, sekitar ±1 mm; bentuk akhir berasal dari permesinan
Hasil permukaan: Kasar dan doff saat disemprot; permukaan yang dimesin tampak seperti logam padat
Ukuran batch yang cocok: Perbaikan, pekerjaan satuan, dan seri kecil; pelapisan produksi
Biaya perkakas dan mesin: Tanpa cetakan; sistem sering ratusan ribu dolar, ditambah gas (helium mahal)
Kecepatan: Pengendapan cepat, biasanya kilogram per jam untuk aluminium atau tembaga

Kekuatan dan batasan

Kekuatan

Tanpa peleburan: tidak ada oksidasi, sedikit kerusakan akibat panas pada komponen
Endapan padat, dari lapisan hingga bangunan tebal
Bisa menyambung logam yang sulit dilas bersama
Cepat dan baik untuk perbaikan di lokasi

Batasan

Hanya bekerja dengan logam ulet (yang bisa dibengkokkan)
Bentuk kasar mendekati bentuk akhir (near-net) yang harus dimesin
Garis pandang, seperti semprotan apa pun
Helium untuk kualitas terbaik mahal, dan semburannya sangat bising

Di mana dipakai

Dirgantara dan pertahananMemulihkan rumah gearbox magnesium dan aluminium yang berkarat
AntariksaLapisan tembaga dan nikel untuk nosel mesin roket
Elektronik dan energiTembaga pada aluminium untuk heat sink dan kontak listrik
Minyak, gas, dan kelautanLapisan tahan korosi, perbaikan poros dan katup
ManufakturPembangunan aditif cincin, flensa, dan komponen near-net-shape

Cara mengenalinya

Endapan logam tebal dan padat pada komponen lama, sering berupa logam yang berbeda dari komponennya sendiri.
Tanpa warna panas, kerak, atau bekas terbakar di sekitar area perbaikan, tidak seperti pengelasan.
Saat disemprot, permukaan kasar dan doff seperti amplas kasar; setelah dimesin, logam polos.
Di bawah mikroskop, butiran pipih yang tersusun rapat dengan hampir tanpa pori.

Bandingkan dengan

Penyemprotan termal11.10melelehkan material lebih dulu dan meninggalkan lebih banyak pori dan oksida; cold spray menjaganya tetap padat.Explosion welding7.8gagasan yang sama tentang pengelasan lewat tumbukan keras, tetapi dengan pelat utuh, bukan butiran kecil.Directed energy deposition8.7juga membangun atau memperbaiki komponen logam, tetapi dengan melelehkan serbuk memakai laser.

Tonton

TWI Ltd · Para ahli menjelaskan proses, material, dan peralatan

Impact Innovations | Cold Spray Made In Germany · Tembaga dan nikel disemprot, lalu dimesin menjadi nosel roket

UTBM Université de Technologie Belfort-Montbéliard · Laboratorium universitas membangun komponen logam dengan cold spray

3DPrint.com · Robot menyemprot magnet di dalam silinder

Lihat foto asli

Wikipedia: Cold spraying — sejarah, kecepatan, gas, dan kegunaan; kebanyakan teks, sedikit foto
Pencarian foto Wikimedia Commons

Ingat

Cold spray menyatukan butiran logam padat karena kecepatan semata, tanpa meleleh.
Butuh logam ulet dan nosel supersonik.
Unggul untuk perbaikan dan bangunan logam yang tebal dan padat.