コールドスプレー

固体の金属粒子が、速度だけで溶接される

コールドスプレーは、固体の金属粉末を非常に高速で部品に吹き付け、粒子は溶けることなく、衝突の際に溶接されます。炎のない溶射(溶射)と考えてください。摩耗した航空機や船の部品を補修でき、層を重ねて金属部品全体をつくることもできます。

写真：Александр Шоринов, CC BY-SA 4.0, 提供： Wikimedia Commons

コールドスプレー · ヒーター、粉末供給、超音速ノズル、衝突のクローズアップ上はヒーターからノズルまでのガン、クローズアップは衝突時に起きることを示しています。丸数字は下の手順に対応しています。

しくみ

ガスを加熱する。 高圧(通常の空気圧の数十倍になることが多い)の窒素またはヘリウムを加熱します。通常は数百度で、最高でも約 1,000 °C です。これは粉末の融点よりずっと低い温度です。
粉末を加える。 フィーダーが、直径およそ 10–50 µm の細かい金属粒子を、ガスの流れに計量して送り込みます。
加速する。 先細末広ノズル(狭まってから広がるノズル、ラバルノズルという)が、ガスを超音速にします。それが粒子を、およそ 500–1,000 m/s まで加速します。
衝突して接合する。 固体の粒子は、衝突で平らにつぶれます。その衝撃で薄い酸化皮膜が壊れ、きれいな金属同士が押し合って、固体のまま(溶けずに)溶接されます。
積み上げて機械加工する。 ロボットがノズルを部品の上で動かし、粒子が積み重なって、数分の1ミリから数センチまでの緻密な堆積物になります。表面は粗いので、そのあと機械加工で形を整えます。

材料: 延性のある金属:アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、タンタル、鋼。一部の金属とセラミックスの混合物。硬くてもろい粉末は、うまく吹き付けられません
代表的な部品: 補修したハウジングや軸、防食コーティング、銅の層、ロケットのノズル、リング
部品サイズ: 小さな補修から、大きな部品への数センチ厚の堆積まで。ロボットの届く範囲で制限される
精度: 吹き付けたままだと粗く、約 ±1 mm。最終的な形は機械加工でつくる
表面仕上げ: 吹き付けたままは粗くつや消し。機械加工した面は、中実の金属のように見える
向いているロット数: 補修、1品もの、少量生産。量産向けのコーティング
金型・設備コスト: 型は不要。装置は数十万ドルになることが多く、ガス代もかかる(ヘリウムは高価)
速度: 堆積が速く、アルミや銅なら通常 1 時間あたり数キログラム