Inženýrské výzvy v oblasti žárového stříkání

Transkript

1 Inženýrské výzvy v oblasti žárového stříkání Radek Mušálek 1,2 musalek@ipp.cas.cz 1 Ústav fyziky plazmatu AV ČR, v.v.i. 2 Katedra materiálů FJFI Oddělení materiálového inženýrství ČVUT v Praze Praha Praha JuveMatter 2011, Jáchymov,

2 Osnova Osnova: Co je žárové stříkání Technologie jak to vypadá Nějaká videa Ukázky aplikací

3 Nástřiky Technologie žárového stříkání Žárové stříkání umožňuje modifikaci povrchové vrstvy součástí a její přizpůsobení provozním podmínkám prodloužení životnosti, zvýšení spolehlivosti a tedy zlepšení ekonomiky provozu VIDEO #1 WSP nástřik - měď substrát - ocel

4 Nástřiky Technologie žárového stříkání Žárové stříkání zdroj tepla elektrická energie zdroj tepla chemická energie (spalování) Elektrický oblouk Wire Arc Plazmové stříkání Plasma Spraying Stříkání plamenem Flame Spraying Vysokorychlostní nástřik HVOF Detonace Detonation Gun v atmosféře (APS) za sníženého tlaku (LPPS) ve vakuu (VPS) Cold spray Laser spray

5 Nástřiky Technologie žárového stříkání

6 Nástřiky Technologie žárového stříkání Flame Spraying - stříkání plamenem HVOF vysokorychlostní stříkání plamenem Wire Arc - nástřik elektrickým obloukem Plasma spraying - plazmové stříkání

7 Nástřiky Hořák WSP 500 příkon cca 160 kw vodou stabilizované plazma (WSP) rychlost podávání: až 100 kg/hodinu (kovy) vyvinuto na ÚFP podávací trubičky hořák plamen substrát/nástřik

8 Nástřiky Technologie žárového stříkání

9 Nástřiky Cold Spray žárový nástřik??? VIDEO #2 VIDEO #3 VIDEO #4 SOFTWARE skořepina Al 2 O 3 deponovaná na nafukovacím balónku

10 Nástřiky Výsledná struktura výsledná struktura nástřiku: kvalitativně se liší od struktury materiálů získaných klasickými technologiemi příklad výhod struktury nástřiku: přítomnost pórů může být žádoucí pro zvýšení odolnosti proti teplotním šokům keramické nástřiky mohou díky možnosti vzájemného pohybu splatů snést větší deformace bez porušení optimalizace procesu stříkání umožňuje měnit vlastnosti nástřiku (chemické složení, tvar a orientace pórů, tloušťka vrstvy, vnitřní pnutí, teplotní vodivost, tuhost,... ) v širokém rozsahu Cu-WSP nástřik materiály na míru

11 Technologie Hi-Tech, R&D Stříkací bouda Hi-tech výroba, R&D maximum automatizace robot, diagnostika, počítačové řízení Vacuum-spraying investice řádově 1 mil. (základní verze)

12 Nástřiky Praktický pohled Hlavní výhody vstvy na míru (chemické složení, mikrostruktura, FGM, vrstvení, fyzikální vlastnosti,...) vysokoteplotní materiály (keramiky, wolfram,...) komplexní tvary, velké plochy jinak těžko obrobitelné materiály (křehké, zadírající obráběcí nástroje,...) není třeba spojování, sváření, lepení vysoké rychlosti ochlazování (až 10 6 K/s) Hlavní nevýhody It does not work, well it is a coating pro R&D spektrum materiálů snad až příliš široké + metastabilní fáze + variabilita,... možná dekompozice nanášeného materiálu It s a kind of magic know-how Často je i neoptimalizovaný nástřik lepší, než cokoli jiného

13 Otázky pří žárovém stříkání 1. Co po mě vlastně zákazník chce? Ví to on sám? Vím to já? 2. Chce se jeden typ nástřiku nebo velká variabilita? 3. Jde o standardní aplikaci nebo hi-tech do extrémních podmínek? 4. Mám dostatek času a materiálu na optimalizaci a testování? 5. Je cílem dělat kusovou výrobu nebo série? 6. Mám dostatečné vybavení? 7. Mám dostatečnou opakovatelnost procesu? 8. Mám dostatečné know-how?

14 FGM a vrstvený kompozit Funkčně gradovaný nástřik (FGM) Wolfram korozivzdorná ocel Vrstvený kompozit Al 2 O 3 -Al

15 TBC, EBC nárůst o 50 až 315 C na 300 µm TBC + korozní ochrana ITSC 2010, Singapore

16 TBC, EBC ITSC 2010, Singapore EB-PVD APS Vertically cracked PS

17 proudové motory, Abradables ITSC 2010, Singapore

18 podvozky letadel EA-6B Náhrada tvrdého chromování HVOF WC-17Co (METCO DIAMALLOY 2005 NS) Lepší tvrdost, otěr, únava, adheze levnější, jednodušší Tai Ngin 2009

19 Kosmonautika Volvo AERO project Vulcan/Vulcan2 for Ariane-5

20 Kosmonautika suchá ložiska - provozní podmínky: otáček/min, teplota až 650 C NASA PS304 - US Patent No polotovar po otryskání pískem s nástřikem po vybroušení po použití Složení nástřiku: 60% NiCr - pojivo 20% Cr 2 O 3 - tvrdidlo 10% BaF 2 /CaF 2 vysokoteplotní lubrikant 10% Ag nízkoteplotní lubrikant

21 automobilové motory, písty, válce Liao 2009 Sulzer Metco

22 biokompatibilní vrstvy

23 samonosné nástřiky Tvarovky připravené WSP Vrstvené kompozity připravené WSP

24 elektronické součástky Wielage 2009 Cu Al Obvody pro výkonovou elektroniku Al 2 O 3 - substrát Coldspray snímače Sampath 2010

25 laserování Serres 2009

26 Nano suspension plasma spraying

27 Nano z amorfní fáze WSP Al 2 O 3 + ZrO 2 + SiO 2 Eutektické složení patent T. Chráska - ÚFP žíhání na 960 C nanokrystaly ~13 nm Amorfní splaty XRD nanokrystaly bohaté na ZrO2 v amorfní matrici bohaté na SiO 2

28 Opravy konstrukcí na místě, korozní ochrany Preziosa, Lille 2009

29 plasma facing components

30 Katedra materiálů FJFI, ČVUT v Praze Oddělení materiálového inženýrství ÚFP AV ČR, v.v.i. Děkuji Vám za pozornost