W ostatnich latach coraz wyraźniej dają o sobie znać napięcia w globalnych łańcuchach dostaw. W eksploatacji statków powietrznych, okrętów i obiektów energetycznych coraz częściej zdarzają się sytuacje, w których zachodzi konieczność wymiany komponentów, których zasoby magazynowe ulegają wyczerpaniu, a zakłady produkujące takie części dawno przestały już istnieć. Często też wymiana elementu na nowy przestaje być opłacalna. Rośnie więc znaczenie alternatywnych rozwiązań, zakładających wydłużenie eksploatacji komponentów poprzez aplikację specjalistycznych powłok i naprawę uszkodzeń. Duże znaczenie zyskują tu różne techniki przyrostowe.
W kontekście powlekania powierzchni i uzupełniania ubytków coraz więcej uwagi poświęca się możliwościom technologii gazodynamicznego natryskiwania na zimno. W języku angielskim jest ona określana mianem cold spray, dla odróżnienia od różnych metod natryskiwania termicznego. Niskotemperaturowy charakter procesu cold spray wynika z faktu, że temperatura strumienia gazu, będącego nośnikiem cząstek aplikowanego materiału, nie osiąga właściwej danemu materiałowi temperatury topnienia, a w konsekwencji zachowuje on stały stan skupienia. Dzięki temu w obrębie materiału można wyeliminować bądź ograniczyć towarzyszące przemianie fazowej niekorzystne zjawiska, takie jak oksydacja, emisja gazów, rozrost ziaren krystalicznych czy powstawanie naprężeń resztkowych przy krzepnięciu. Nie dochodzi także do formacji rozległej strefy wpływu ciepła w głąb materiału podłoża.
Naprawa i regeneracja komponentów metalowych
Potencjał procesu cold spray na potrzeby nanoszenia powłok metalicznych na metalowe powierzchnie, od czasu wynalezienia metody w latach osiemdziesiątych w Instytucie Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej Akademii Nauk ZSRR w Nowosybirsku, został gruntownie przebadany i wdrożony do praktyki przemysłowej. Technologia zakłada wykorzystanie strumienia gazów i dyszy de Lavala do przyspieszania mikrometrycznych cząstek materiału (od 1 do 50 µm)[1] do prędkości w zakresie od 300 do 1200 m/s [3]. Za ich osadzenie na podkładzie odpowiada odkształcenie plastyczne spowodowane energią uderzenia, prowadzące do powstania kombinacji wiązań metalurgicznych i mechanicznego zazębienia obu materiałów. Dla każdego typu proszku i dla każdego podłoża wyznaczana jest odpowiednia wartość prędkości krytycznej strumienia gazu, poniżej której energia rozpędzonych cząstek jest zbyt niska dla osiągnięcia efektu osadzenia.
Zasada działania procesu cold spray sprawdza się przy powlekaniu i regeneracji powierzchni metalowych, o czym pisaliśmy na przykładzie pokrywy zespołu przekładni silnika lotniczego i jarzma działka. Na uwagę zasługuje szczególnie możliwość uniknięcia odkształceń termicznych naprawianej konstrukcji. Metodyka naprawy i regeneracji obejmuje przygotowanie powierzchni (skrawanie, śrutowanie), natryskiwanie materiału i obróbkę wykończającą do docelowej geometrii. Funkcjonalność zregenerowanej części potwierdza się stosownymi badaniami [9].
Wyróżniamy dwie podstawowe konfiguracje procesu gazodynamicznego natryskiwania na zimno: HPCS (High-Pressure Cold Spraying) i LPCS (Low-Pressure Cold Spraying). Wysokociśnieniowy wariant technologii wykorzystuje gaz pod ciśnieniem dochodzącym do 40 bar, do którego sproszkowany materiał wprowadzany jest przez wlotem do dyszy. W niskociśnieniowej odmianie procesu wystarcza ciśnienie 9 bar, a proszek wprowadzany jest do strumienia na wylocie dyszy. Gazem nośnym może być sprężone powietrze, azot i hel, podgrzewane do temperatury w zakresie od 20 do 650 °C. Każda konfiguracja wymaga więc osobnego zestawu parametrów technologicznych. W zastosowaniach naprawczych sprawdza się przede wszystkim system LPCS, ze względu na niższe koszty i niewielkie rozmiary aparatury [6].
cały artykuł jest dostępny w wydaniu płatnym 7/8 (226/227) lipiec/sierpień 2026
