Lição 11.11RevestirCapítulo 11 · Revestimentos e acabamento de superfícies

Cold spray

Grãos de metal sólido se soldam só pela velocidade

O cold spray dispara pó de metal sólido contra uma peça tão rápido que os grãos se soldam ao bater, sem nunca fundir. Pense nele como a aspersão térmica (Aspersão térmica) sem a chama. Ele repara peças desgastadas de aviões e navios, e pode até construir peças de metal inteiras camada por camada.

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

Cold spray · aquecedor, alimentação de pó, bocal supersônico, detalhe do impactoA parte de cima mostra a pistola do aquecedor ao bocal; o detalhe mostra o que acontece no impacto. Os números circulados correspondem às etapas abaixo.

Como funciona

Aqueça o gás. Nitrogênio ou hélio em alta pressão (muitas vezes dezenas de vezes a pressão normal do ar) é aquecido, normalmente a algumas centenas de graus e no máximo cerca de 1.000 °C. Isso fica bem abaixo do ponto de fusão do pó.
Adicione o pó. Um alimentador dosa grãos finos de metal, normalmente com cerca de 10–50 µm de diâmetro, na corrente de gás.
Acelere. Um bocal convergente-divergente (que estreita e depois alarga, chamado bocal de Laval) torna o gás supersônico. Ele arrasta os grãos até cerca de 500–1.000 m/s.
Impacto e ligação. Cada grão sólido se achata no impacto. A colisão quebra sua fina película de óxido, e metal limpo é pressionado contra metal limpo e se solda no estado sólido (sem fundir).
Construa e usine. Um robô varre o bocal sobre a peça e os grãos se acumulam em um depósito denso de uma fração de milímetro a vários centímetros. Como ele é rugoso, o depósito é depois usinado até a forma.

Dados-chave

Materiais: Metais dúcteis: alumínio, cobre, titânio, níquel, tântalo, aços; algumas misturas de metal e cerâmica. Pós duros e quebradiços são aspergidos mal
Peças típicas: Carcaças e eixos reparados, revestimentos anticorrosão, camadas de cobre, bocais de foguete, anéis
Tamanho da peça: De pequenos reparos a depósitos de vários centímetros de espessura em peças grandes; limitado pelo alcance do robô
Precisão: Bruto como aspergido, cerca de ±1 mm; a forma final vem da usinagem
Acabamento superficial: Rugoso e fosco como aspergido; superfícies usinadas parecem metal maciço
Tamanho de lote adequado: Reparos, peças únicas e pequenas séries; revestimentos de produção
Custo de ferramental e máquinas: Sem moldes; sistemas muitas vezes de centenas de milhares de dólares, mais o gás (o hélio é caro)
Velocidade: Deposição rápida, normalmente quilos por hora para alumínio ou cobre

Pontos fortes e limites

Pontos fortes

Sem fusão: sem oxidação, pouco dano de calor à peça
Depósitos densos, de revestimentos a construções espessas
Pode unir metais difíceis de soldar entre si
Rápido e bom para reparos no local

Limites

Só funciona com metais dúcteis (que dobram)
Forma próxima da final, rugosa, que precisa ser usinada
Linha de visada, como qualquer aspersão
O hélio de melhor qualidade é caro, e o jato é muito barulhento

Onde é usado

Aeroespacial e defesaRecuperação de carcaças de caixa de câmbio de magnésio e alumínio corroídas
EspaçoCamadas de cobre e níquel para bocais de motores de foguete
Eletrônica e energiaCobre sobre alumínio para dissipadores de calor e contatos elétricos
Petróleo, gás e navalCamadas resistentes à corrosão, reparo de eixos e válvulas
ManufaturaConstruções aditivas de anéis, flanges e peças de forma próxima da final

Como reconhecê-lo

Um acúmulo espesso e denso de metal em uma peça antiga, muitas vezes de um metal diferente do da própria peça.
Sem cor de revenido, carepa ou marcas de queima em volta da área reparada, ao contrário da soldagem.
Como aspergida, uma superfície rugosa e fosca como lixa grossa; depois de usinada, metal liso.
Ao microscópio, grãos achatados firmemente empacotados com quase nenhum poro.