Wat is cold spray?
Cold spray is een relatief nieuwe technologie die tot de thermische spuittechnologieën behoort. Het is echter eigenlijk een vast-stofprocédé waarbij de poederdeeltjes tot supersonische snelheden worden versneld en bij botsing met het te coaten substraat een inslag ondergaan.
Dankzij de geringe warmte-inbreng in het substraat is koud spuiten geschikt voor temperatuur- of oxidatiegevoelige materialen. Ook faseveranderingen en korrelgroei van het substraat treden niet op. Dit is uiterst gunstig wanneer het gespoten voorwerp warmtebehandelingen heeft ondergaan om de hardheid, sterkte of taaiheid te verhogen, die zouden verslechteren wanneer de thermische input naar het substraat te hoog wordt. Bovendien vormen de andere hittegerelateerde problemen bij andere, hete thermische spuitmethoden, zoals thermische restspanningen of thermische krimp, geen probleem bij koud spuiten.
Wat zijn de toepassingen?
Door de drukspanningen die worden gevormd tijdens de plastische vervorming van de poederdeeltjes, kunnen dikke deklagen, of materiaalafzettingen, worden gevormd. Koudspuiten is daarom geschikt om allerlei soorten metalen onderdelen te repareren. Een voorbeeld uit de lucht- en ruimtevaartsector is te vinden in de behuizingen van magnesium tandwielkasten in helikopters. Deze corroderen als gevolg van beschadigde coatings of zware omgevingsomstandigheden, met olielekkage als gevolg. Zonder koudespray was het vaak nodig deze behuizingen te slopen. Geometrisch herstel van deze beschadigingen met koud spuiten vermindert de kosten en de ecologische voetafdruk. Soortgelijke toepassingen zijn bijvoorbeeld de restauratie van matrijzen, spuitgietvormen of auto-onderdelen. Aangezien afzettingen van grote dikte mogelijk zijn, wordt koudspuiten ook gebruikt als een techniek voor additieve vervaardiging. Zij kan worden gebruikt om volledig nieuwe onderdelen te vormen of om kenmerken aan bestaande voorwerpen toe te voegen. In vergelijking met de langere bestaande additieve fabricagetechnieken kan bij de fabricage met koud spuiten een hogere oplagesnelheid worden bereikt. Daardoor kunnen grote(re) onderdelen tegen relatief lage kosten worden geproduceerd.
De vrijheid van materiaalkeuze maakt de hoeveelheid toepassingen immens. Tot de metalen die kunnen worden verwerkt behoren staal, aluminium, koper, brons, magnesium en vele andere, inclusief een groot aantal legeringen daarvan. Naast metalen kunnen ook polymeren, keramiek of metaalmatrixcomposieten zoals op carbide gebaseerde mengsels (b.v. WC-Co of CrC-Ni) worden verwerkt. Al deze materialen maken het mogelijk allerlei functionele coatings aan te brengen. Denk aan verbetering van de corrosiebestendigheid, verbeterde slijtvastheid, of andere tribologische eigenschappen die het gevolg zijn van de toepassing van een specifiek spuitmateriaal.
Gezamenlijk onderzoeksprogramma met NLR
Om koudspuiten een goed hechtende, hoogwaardige coating of product te laten vormen, is het noodzakelijk het effect van alle betrokken materiaal- en procesvariabelen te kennen. Voor elke specifieke toepassing zullen de machine-instellingen en procescondities verschillen. Daarom wil het Koninklijk NLR samen met partners uit de industrie, het MKB, universiteiten of onderzoeksinstituten ervaring en kennis opbouwen op het gebied van koudspuiten. Daartoe wordt een 4-jarig gezamenlijk onderzoeksproject opgezet waarin deelnemers hun technologische vraagstukken en onderzoeksthema’s kunnen inbrengen. Deelnemende bedrijven worden aangemoedigd met een te ontwikkelen demonstrator te komen.
De programmaopzet zal een Publiek-Private Samenwerking zijn, waarbij elk bedrijf jaarlijks ongeveer 30k€ bijdraagt. Het NLR zal een substantiële bijdrage leveren (in de orde van 25-30% van het totale budget) en het TKI gebruiken als multiplier voor het projectbudget. Meer informatie over dit onderwerp is te vinden in de PPP-rubriek op deze website.
Op basis van de reacties zal het NLR een bijeenkomst organiseren om het gezamenlijke onderzoeksprogramma (PPP) inzake Cold Spray te presenteren. Geïnteresseerde bedrijven worden uitgenodigd de vragenlijst in te vullen om hun interesses en onderzoeksthema’s voor het programma aan te geven. Meer informatie is te vinden in de sectie “Cold Spray PPP gathering” op deze website.