پاشش سرد

پاشش سرد ( به انگلیسی: Cold spraying ) یک روش رسوب دهی پوشش است. پودرهای جامد ( قطر ۱تا۵۰ میکرومتر ) در یک جت گاز ماوراء صوت تا رسیدن سرعت به ۱۲۰۰ متر برثانیه، شتاب می گیرند. هنگام برخورد با بستر، ذرات دچار تغییر شکل پلاستیک شده و به سطح می چسبند. برای دستیابی به ضخامتی یکنواخت، نازل پاشش در امتداد بستر اسکن می شود. فلزات، پلیمرها، سرامیک ها، کامپوزیت ها و پودرهای نانو کریستالی را می توان با استفاده از فرایند پاشش سرد رسوب داد. [ ۱] [ ۲] انرژی جنبشی ذرات که از گسترش گاز تأمین می شود، در حین اتصال به انرژی تغییر شکل پلاستیک تبدیل می شود. برخلاف روش های پاشش حرارتی ( Thermal spraying ) همچون پاشش پلاسما ( plasma spraying ) ، پاشش قوس الکتریکی ( arc spraying ) ، پاشش شعله ( flame spraying ) یا سوخت اکسیژنِ سرعت بالا ( HVOF ) ، پودرها حین فرایند پاشش ذوب نمی شوند. [ ۳]
پاشش سرد توسط دانشمندان روسی در دهه ۱۹۹۰ گسترش یافت. دانشمندان در حین آزماش فرسایش ذرات هدف، که در معرض جریان سرعت بالای دوفازی از پودر ریزقرار داشت، تشکیل سریع و تصادفی پوشش هارا مشاهده کردند. این روش پوشش دهی در دهه ۱۹۹۰ تجاری شد. [ ۳]
دونوع پاشش سرد موجود است.
پاشش سرد فشار بالا ( HPCS ) که در آن گاز مؤثر نیتروژن یا هلیوم در فشارهایی بالاتر از ۱٫۵ مگا پاسکال است. [ ۴] سرعت جریان بیش از ۲ مترمکعب در دقیقه و قدرت گرمایش 1. 8kw است. این روش برای پاشش پودرهای فلزی خالص با اندازه های ۵ تا ۵۰ میکرومتر استفاده می شود.
پاشش سرد کم فشار ( LPCS ) که در آن گاز مؤثر کلر با فشار ۰٫۵ تا ۱٫۰ مگا پاسکال است. سرعت جریان ۲ مترمکعب در دقیقه و قدرت گرمایش ۳ تا ۵ کیلو وات است. این روش برای پاشش مخلوط مکانیکی پودرهای فلزی و سرامیکی مورد استفاده است.
گنجاندن یک جزء سرامیکی در مخلوط، با مصرف انرژی نسبتاً کم پوشش هایی با کیفیت بالا را فراهم می سازد. [ ۵]
رایج ترین نظریه پیوند در پاشش سرد به ناپایداری برشی آدیاباتیک ( ناپایداری باند لغزشی برشی آدیاباتیک : adiabatic shear instability ) نسبت داده می شود که در سطح مشترک بستر ذرات در یک سرعت معین یا فراتر به نام سرعت بحرانی اتفاق می افتد. هنگامی که ذره کروی شکل با سرعت بحرانی به یک لایه برخورد می کند، یک میدان فشار قوی از نقطه برخورد به درون ذره و بستر، به صورت کروی انتشار می یابد. در نتیجهٔ این میدان فشار، بار برشی ای تولید می شود که مواد را به صورت جانبی شتاب می دهد و باعث کرنش برشی متمرکز می شود. بارگذاری برشی در شرایط بحرانی منجر به ناپایداری برشی آدیاباتیک می شود که درآن نرم شدن حرارتی بر فشار کار ( work strain ) و سخت شدن نرخ کرنش ( strain rate hardening ) غالب است که منجر به جهش ناپیوسته دما و کرنش ( strain ) و شکست تنش های جریان می شود. این پدیده ناپایداری برشی آدیاباتیک منجر به جریان چسبناک ( ناروان: viscous flow ) مواد درجهت رو به بیرون جریان وبا دماهایی نزدیک به دمای ذوب می شود. این فوران مواد هم چنین پدیده ای شناخته شده در جوشکاری انفجاری مواد است. [ ۶] [ ۷] [ ۸]