Công Nghệ Cold Spray – Ứng Dụng Trong Sửa Chữa và Bảo Dưỡng Hàng Không

Trong bối cảnh ngành công nghiệp hàng không ngày càng phát triển, việc đảm bảo độ bền và chất lượng của các bộ phận máy bay đóng vai trò thiết yếu. Một trong những vấn đề nan giải là tuổi thọ của linh kiện thường dài hơn so với thời gian sản xuất của chúng, khiến các bộ phận thay thế dần trở nên khan hiếm. Đó là lúc Cold Spray xuất hiện như một giải pháp tiên tiến giúp khôi phục và sửa chữa các bộ phận máy bay quan trọng.

Cold Spray Là Gì?

Cold Spray là một quy trình phủ lớp kim loại ở trạng thái rắn bằng cách sử dụng một tia khí có tốc độ cao để đẩy các hạt bột kim loại vào bề mặt cần phủ. Khác với các phương pháp phun nhiệt khác, Cold Spray chỉ yêu cầu nhiệt độ thấp hơn nhiều, thường thấp hơn điểm nóng chảy của vật liệu, giúp hạn chế biến dạng và không tạo ra các tạp chất oxy hóa trong lớp phủ.

Nhờ đặc tính này, Cold Spray thích hợp cho các vật liệu nhạy cảm với nhiệt như hợp kim nhôm và magie – vốn rất phổ biến trong các linh kiện hàng không. Phương pháp này không chỉ giúp đảm bảo độ bền mà còn tiết kiệm chi phí so với việc thay mới các bộ phận đã hỏng.

Tìm hiểu thêm: ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ TITOMIC KINETIC FUSION (COLD SPRAY) CHO LỚP PHỦ

Nghiên cứu trường hợp: Sửa chữa vỏ Integrated Drive Generator (IDG)

Bối cảnh

Trong thập kỷ qua, ngày càng nhiều các xưởng phun nhiệt được chứng nhận cho ngành hàng không tại Bắc Mỹ đã áp dụng và phát triển các quy trình sửa chữa bằng công nghệ Cold Spray nhằm khôi phục hàng trăm linh kiện máy bay có giá trị cao về các thông số kỹ thuật ban đầu của nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) cho cả hàng không thương mại và quân sự. Công nghệ Cold Spray, với khả năng tạo lớp kim loại dính kết tốt, độ rỗng thấp, không có oxit ở nhiệt độ thấp, đã trở thành một giải pháp hấp dẫn để phục hồi các bộ phận đúc của máy bay làm từ magie và nhôm, những loại vật liệu không chịu được biến dạng.

Hệ thống phun lạnh thương mại với phun bột ở hạ lưu

Ứng dụng Cold Spray trong sửa chữa hàng không

Hiện nay, các vỏ đúc từ magie hoặc nhôm của Integrated Drive Generator (IDG) là một ví dụ điển hình về linh kiện hàng không có giá trị cao được sửa chữa thường xuyên bằng công nghệ Cold Spray. Đây là những bộ phận không thuộc hạng mục thiết yếu nhưng rất đắt đỏ để thay thế và thời gian sửa chữa kéo dài.

Máy phát điện tích hợp của Boeing 747

IDG là thiết bị phát điện trong khi bay, chuyển đổi tốc độ quay biến đổi của động cơ máy bay thành tốc độ cố định để điều khiển máy phát điện xoay chiều tích hợp. Thông thường, vỏ IDG bị ăn mòn, mài mòn làm cho các kích thước vượt ra ngoài phạm vi cho phép, ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động. Nhiều hư hỏng thường xảy ra tại các khu vực có dung sai chặt chẽ và nhạy cảm với nhiệt như lỗ stator, lỗ nam châm kích thích, bề mặt tiếp xúc và mặt lắp ráp.

Thiệt hại do ăn mòn lỗ trên vỏ máy phát điện phụ (APU) của Boeing 747

Những khu vực này rất khó để phục hồi kích thước bằng các phương pháp phun nhiệt truyền thống. Do đó, công nghệ Cold Spray đã trở thành một giải pháp thay thế khả thi về mặt kinh tế. Các thiết bị đã được sửa chữa bằng Cold Spray hiện đang được đưa vào sử dụng trên các máy bay thương mại như Boeing 737NG, 747, 777; Airbus A320, A330 và A340.

Quy trình chứng nhận Cold Spray

Quy trình chứng nhận mà hầu hết các xưởng phun nhiệt được FAA (Cục Hàng Không Liên Bang Mỹ) chứng nhận thực hiện bao gồm các bước sau:

1. Lựa chọn vật liệu bột Cold Spray phù hợp

2. Phát triển và tối ưu hóa các thông số quy trình phun nhằm tạo lớp phủ đạt yêu cầu kỹ thuật

3. Kiểm định các thuộc tính của lớp phủ, thường tuân thủ theo các thử nghiệm như kiểm tra độ bền kết dính theo tiêu chuẩn ASTM C633, phân tích vi cấu trúc và thử nghiệm uốn 90º theo yêu cầu của nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) (ví dụ: theo chuẩn sửa chữa Hamilton Sundstrand SPR52). Trong trường hợp này, yêu cầu kỹ thuật bao gồm:

🔹 Độ bền dính tối thiểu 3,000 psi (20 MPa)

🔹 Độ rỗng dưới 2%

🔹 Không có vết nứt, không có vùng thiếu kết dính

🔹 Khả năng uốn 90º quanh bán kính 6 mm mà không bị mẻ hoặc tróc

Cấu trúc vi mô của vật liệu composite nhôm-nhôm oxit loại phun lạnh (SST A0050) được sử dụng trong sửa chữa các linh kiện nhôm và hợp kim magie. Vật liệu nền là nhôm 6061

Quy trình sửa chữa IDG và đảm bảo chất lượng

Các hướng dẫn chung cho việc sửa chữa IDG thương mại bao gồm:

- Loại bỏ các bề mặt bị ăn mòn và/hoặc hư hại hiện có

- Gia công sơ bộ nếu cần thiết để tạo điều kiện cho việc phun Cold Spray

- Chuẩn bị bề mặt bao gồm phun cát hoặc các phương pháp khác để tăng độ nhám bề mặt

- Phun lớp phủ Cold Spray sử dụng súng phun cầm tay hoặc robot

Phun lạnh bằng robot (a) và gia công sau khi phun lạnh (b)

- Gia công lại bề mặt sau khi sửa chữa theo yêu cầu kỹ thuật của nhà sản xuất thiết bị gốc

- Kiểm tra trực quan

- Kiểm tra kích thước

- Kiểm tra không phá hủy

- Hoàn thiện (sơn và/hoặc anode hóa) để tăng khả năng chống ăn mòn khi cần thiết

Các linh kiện đã được sửa chữa và hoàn thiện: a) Đường kính ngoài của trục, b) Đường kính trong của lỗ stator, c) Bề mặt tiếp xúc của vỏ, và d) Lỗ vỏ

Đọc thêm: VẬT LIỆU CHỐNG ĐẠN – NHẸ HƠN, HIỆU SUẤT HƠN NHỜ VÀO CÔNG NGHỆ PHUN LẠNH

Tính khả thi về mặt kinh tế của Cold Spray

Lý do chính để sử dụng Cold Spray trong phục hồi các loại linh kiện này là khả năng khôi phục chúng với chi phí thấp hơn nhiều so với chi phí thay thế từ nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) – trong trường hợp linh kiện đó vẫn còn sẵn. Trong nhiều trường hợp, linh kiện không còn được sản xuất và có sẵn trên thị trường. Hình 7 so sánh chi phí trung bình của việc thay thế so với chi phí khôi phục bằng Cold Spray cho một số loại IDG khác nhau.

Chi phí sửa chữa bằng phun lạnh so với thay mới cho các loại IDG khác nhau

Kết Luận

Cold Spray là một bước tiến lớn trong ngành hàng không, giúp giảm chi phí, nâng cao tuổi thọ linh kiện và đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật khắt khe. Nhờ Cold Spray, các thành phần máy bay quan trọng như IDG có thể được phục hồi với chi phí thấp và chất lượng cao, đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả cho máy bay. Đây chính là minh chứng cho sự phát triển không ngừng của công nghệ trong việc tối ưu hóa bảo dưỡng và sửa chữa trong ngành công nghiệp hàng không hiện đại.

Nguồn: https://www.supersonicspray.com/uploads/documents/2019.05.01%20DVS%20Welding-Cutting.pdf

Vinnotek - Nhà Phân Phối Chính Thức Máy Cold Spray của Titomic Tại Việt Nam

Vinnotek tự hào là đối tác tin cậy và đại diện chính thức của Titomic tại Việt Nam - công ty dẫn đầu trong ứng dụng công nghệ sản xuất bồi đắp quy mô lớn. Với khả năng sản xuất linh hoạt từ các dụng cụ, phụ tùng đến những bộ phận máy móc phức tạp, Titomic mang đến giải pháp tối ưu để thay thế các phương thức sản xuất truyền thống.

Tại Vinnotek, chúng tôi cung cấp các dòng máy phun lạnh (Cold Spray) đa dạng với nhiều mức áp suất, từ cao, trung bình đến thấp, đáp ứng linh hoạt các yêu cầu khác nhau của từng doanh nghiệp. Với đội ngũ chuyên nghiệp và tinh thần sáng tạo không ngừng, chúng tôi cam kết mang lại các giải pháp công nghệ tiên tiến và hiệu quả, giúp khách hàng nâng cao năng suất và chất lượng sản xuất.

Hãy liên hệ với Vinnotek ngay hôm nay để khám phá những bước đột phá công nghệ cho ngành công nghiệp của bạn!

THÔNG TIN LIÊN HỆ:

Số điện thoại: (+84)905300382