تقنية الرَّش البارد

[Makeyev]

تقنية الرَّش البارد​

لمحة تاريخية

كان فريق بحثي من العلماء الروس في مدينة نوفوسيبيرسك يجري تجارب نفق الرياح الأسرع من الصوت، ويدرس تدفق الغاز حول نماذج صلبة من أشكال مختلفة. وللمساعدة في تصور التدفق حول النماذج، تم زرع تيار التدفق بجزيئات معدنية صغيرة يمكن تتبعها بتشخيصات الليزر.

لاحظ الباحثون الروس أنه مع زيادة سرعة التدفق تدريجياً، كان هناك تغيير كبير في تفاعل الجسيمات مع النماذج الصلبة. عند السرعات المنخفضة، كانت الجسيمات ترتطم بسطح النموذج وترتد بطريقة مشابهة لتبعثر حبات الرمال (في الصورة a). ومع زيادة سرعة التدفق إلى ما بعد نقطة معينة، والتي تسمى الآن السرعة الحرجة، بدأت الجسيمات في الالتصاق بسطح النموذج وبناء طبقة الطلاء بسرعة (في الصورة b).

أدرك العلماء الروس إمكانات هذه الظاهرة كتقنية طلاء جديدة مهمة وأطلقوا عليها اسم «طريقة الرَّش الديناميكي بالغاز البارد»


وتم إثبات إمكانية تطبيق هذه التكنولوجيا كعملية لتوحيد المعادن وحصلت على براءة اختراع أولاً من قبل معهد الميكانيكا النظرية والتطبيقية التابع لأكاديمية العلوم في نوفوسيبيريسك (طريقة حقن المنبع) ثم من قبل مركز أوبنينسك لرَّش المسحوق (طريقة حقن المصب).

ويمكن مشاهدة المقطع الذي تم إلتقاطه من خلال كاميرات فائقة السرعة لعملية الترابط الناجمة عن الصدم مع النفث المرتبط به كآلية لإنشاء أسطح معدنية نظيفة وجديدة ضرورية للربط - المقطع للدكتور مصطفى حساني من كلية سيبلي للهندسة الميكانيكية والفضائية في جامعة كورنيل.

ومن هنا يمكن إعطاء تعريف لـ «تقنية الرَّش البارد» بأنها ​

عملية تشكيل طبقة معدنية عندما تصطدم الجسيمات المعدنية الباردة (مع درجة حرارة أقل بكثير من نقطة الانصهار) بسرعة تدفق الغاز الأسرع من الصوت إلى سرعة تصل عدة مئات من الأمتار في الثانية مع سطح قطعة العمل. وعندما تصطدم الجسيمات المعدنية غير المنصهرة بالركيزة، يحدث تشوُّه لدائني وتحول الطاقة الحركية للجسيمات إلى حرارة، مما يضمن تكوين طبقة متصلة من جزيئات المعادن المرصوصة بإحكام.​

صورة للنموذج الأولي الروسي لجهاز تقنية الرَّش البارد

وقد ساهمت ثلاثة معاهد روسية في تطوير هذه التقنية

معهد الميكانيكا النظرية والتطبيقية التابع لأكاديمية العلوم الروسية ومركز أوبنينسك لرَّش المسحوق ومعهد موسكو للطيران ​

مركز أوبنينسك لرَّش المسحوق (OCPS) أصبح رائدا في تطوير تقنية الرَّش البارد منخفض الضغط وصاحب الإنتشار الأوسع من خلال العلامة التجارية لجهاز الرَّش البارد ®DYMET المتميز بصغر حجمه وقابلية النقل

كما تم إعطاء ترخيص لشركة CenterLine من قبل الشركة الروسية لإستخدام التقنية في قارة أمريكا الشمالية
​

 

[Makeyev]

براءات الإختراع​

يبين الشكل عدد الاختراعات الممنوحة للمخترعين الروس الرئيسيين. وبشكل عام، حصلت الثلاثة معاهد من خلال الباحثين على 35 براءة اختراع من أصل 36 براءة اختراع روسية لتقنية الرَّش البارد بحسب مصدر في عام 2008.

ومن أهم ما قدمه الروس هو تطوير مسدس النفث المستخدم في هذه التقنية

التكنولوجيا​

هناك نوعين رئيسيين لـ تقنية الرَّش البارد:​

تقنية الرَّش البارد بضغط عالي​	تقنية الرَّش البارد بضغط منخفض​
يستخدم النيتروجين أو الهليوم كغاز معالج عند ضغط أعلى من 1.5 ميجا باسكال (15 ضغط جوي) ، ومعدل تدفق يزيد عن 2 متر مكعب / دقيقة ، وقدرة تسخين تزيد عن 18 كيلو واط. وللرَّش ، عادة ما تستخدم مساحيق معدنية نقية بحجم 5-50 ميكرون.​	الغاز العامل عبارة عن هواء مضغوط بضغط 0,50.5-1.0 ميجا باسكال (5-10 ضغط جوي)، ومعدل تدفق 0.5 متر مكعب/دقيقة، وسعة تسخين تبلغ 3-5 كيلو واط. وتستخدم المخاليط الميكانيكية من مساحيق المعادن والسيراميك لرَّش الطلاء (تشكيل الطبقة). يوفر إدراج مكون السيراميك في الخليط المرشوش طلاءًا عالي الجودة مع استهلاك طاقة منخفضة نسبيًا.​
من اختراع معهد الميكانيكا النظرية والتطبيقية التابع لأكاديمية العلوم الروسية​	من اختراع مركز أوبنينسك لرَّش المسحوق​

الفرق بين النوعين:​

في تقنية الرَّش البارد بضغط منخفض تكون سرعات الجسيمات القصوى التي يمكن تحقيقها في مثل هذه الأجهزة أقل منها في تقنية الرَّش البارد بضغط عالي. وهذا يعني أن نطاق المواد التي يمكن استخدامها في أجهزة الرَّش البارد بضغط منخفض محدود بدرجة أكبر. ومع ذلك ، توفر أجهزة الرَّش البارد منخفض الضغط مزايا الحجم الصغير وإمكانية النقل بالإضافة إلى انخفاض تكاليف الشراء والتشغيل. وهذا يجعلها مناسبة تمامًا للتطبيقات مثل رَّش الطلاءات المضادة للتآكل المصنوعة من الزنك أو الألومنيوم على الفولاذ ، على سبيل المثال ، في ورش الإصلاح أو في الميدان. كما أدى تطوير مساحيق معدنية أو خزفية مركبة خاصة لاستخدامها في مثل هذه الأجهزة إلى توسيع نطاق المواد التي يمكن ترسيبها بنجاح.

يمكن ملاحظة الحجم الكبير لتقنية الرَّش البارد بضغط عالي

​

مميزات التقنية​

السمة الرئيسية لـ تقنية الرَّش البارد هي عدم وجود درجات حرارة عالية أثناء تكوين الطبقة المعدنية، وبالتالي، عدم وجود أكسدة للجسيمات والمواد الأساسية، وعمليات تبلور غير متوازنة، والضغوط الداخلية العالية في الأجزاء المعالجة.

كما لا يوجد تأثير ضار على هيكل البنية الأساسي للقطعة المعالجة بالإضافة إلى أنها تحتاج إلى وقت قصير لجاهزية سطح القطعة للمعالجة!

التطبيقات​

يتزايد عدد التطبيقات الصناعية لتقنية الرَّش البارد في جميع أنحاء العالم في مجال الطيران والطاقة والسيارات والتكنولوجيا الحيوية والجيش.

وتستخدم التكنولوجيا في مختلف الصناعات لحل عدد من المشاكل المتصلة بتطبيق الطلاءات المعدنية في إنتاج منتجات بناء الآلات، وإصلاح قطع غيار الآلات، وفي الفنون الزخرفية

​

إصلاح السيارات​

بسبب بساطة التكنولوجيا المستخدمة في أجهزة ®DYMET حيث أنها رخيصة الثمن ولها قابلية النقل وصغيرة الحجم مقارنة بالأجهزة الأخرى، فإنها مستخدمة بشكل واسع في ورش إصلاح السيارات وكذلك ورش إصلاح القطع. وبشكل عام الجهاز فعَّالة في معالجة مجموعة واسعة من عيوب القطع.​

يمكن زيارة الرابط لمجموعة واسعة من التطبيقات لأجهزة ®DYMET​
http://www.dimet-r.narod.ru/application.html​

وهنا مقطع مرئي لتقنية الرَّش البارد بضغط عالي لعملية إصلاح قرص المكابح

التواجد حول العالم​

انتشار العلامة التجارية ®DYMET حول العالم حيث يلاحظ غياب التواجد في الدول العربية ومنطقة الشرط الأوسط وفي قارة أفريقيا!

همسة
بعض الأعضاء يطرح مواضيع طالبا فكرة لمشاريع، ربما يستفيد الأعضاء من هذا الجهاز في عمليات التسويق أو شراءه وفتح ورش إصلاح قطع الغيار للسيارات بدلا من استبدالها بشكل كامل!
​

 

[Makeyev]

أمريكا​

في الولايات المتحدة الأمريكية، بدأت جهود تطوير تقنية الرَّش البارد بعد بضع سنوات من تسجيل براءة الاختراع في عام 1994 من قبل العالم الروسي أناتولي بافلوفيتش الخيموف وآخرون. ، من خلال عمل المركز الوطني لعلوم التصنيع.

في عام 1993، عُرض على الدكتور روبرت ماكون، الباحث في شركة فورد موتور، لقطات لعملية الرَّش البارد. قام بتعقب أناتولي بابيرين ودعاه إلى شركة فورد موتور لعرض النتائج. وقدم عرضًا تقديميًا للمركز الوطني الأمريكي لعلوم التصنيع (NCMS) في عام 1994.

وفي عام 1994، بدأت المركز في دعم الدكتور بابيرين لإجراء مشروع عرض لتقنية الرَّش البارد في جامعة توليدو. وهناك، أنشأ بابيرين أول جهاز بتقنية الرَّش البارد في الولايات المتحدة وأجرى أول بحث عن الرَّش البارد في الولايات المتحدة، مما أدى إلى إنشاء العديد من التقارير الفنية المبكرة حول العملية.


جدير ذكره أن العالم الروسي أناتولي نيكيفوروفيتش بابيرين قَدِم من معهد الميكانيكا النظرية والتطبيقية التابع لأكاديمية العلوم الروسية حيث بدأ أبحاثه في تقنية الرَّش البارد قبل قدومه إلى الولايات المتحدة الأمريكية منذو عام 1994. وفي شهر مايو لعام 2000 غادر المعهد بناء على طلبه. وفي عام 2003 أصبح رئيسا للشركة الأمريكية «Cold Spray Technologies».

وفي عام 2020 ظهرت مقالة تتحدث عن الشركة الأمريكية «VRC Metal Systems, LLC»

فيكتور شامبين ، إلى اليسار ، ودينيس هيلفريتش كانا رائدين في الكثير من أعمال مختبر أبحاث الجيش الأمريكي في تقنية الرَّش البارد خلال العقد الأول من القرن الحادي والعشرين

يعود ارتباط المختبر بتقنية الرَّش البارد إلى أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، عندما قدم الباحثون التكنولوجيا لأول مرة لقيادة الجيش. وفي عام 2001 ، أسس شامبين مركز الرَّش البارد بعد أن طور التكنولوجيا لدرجة أنه يمكن نقلها. وعمل مع أناتولي بابيرين ، أحد رواد الاتحاد السوفياتي الأوائل لتقنية الرَّش البارد بالتعاون مع مختبرات سانديا الوطنية.​

بداية مبكرة لإستخدام تقنية الرَّش البارد لإصلاح غطاء القمر الصناعي في مركز الأبحاث الوطني سانديا.
يُعتقد أن هذا هو أول جزء تم طلاءه باستخدام تقنية الرَّش البارد يتم إطلاقه في الفضاء.​

الجيش الأمريكي​

لعقود من الزمان، اتبعت أطقم صيانة الطائرات التابعة للقوات الجوية الأمريكية نموذج «استبدال المكونات». فعندما يتآكل جزء من الطائرة، يتم استبداله بجزء جديد. هذا النموذج فعّال - إذا كان لديك أجزاء جديدة وتوفر لديك الوقت والمال. ومع العجز في الأمور الثلاثة السابقة، فإن تقنية الرَّش البارد تسمح لفرق الصيانة بتجديد الأجزاء البالية أو المكسورة أثناء وجودها على متن الطائرة، مما يجعلها جاهزة للمهمة بسرعة أثناء وجودها في الميدان.

وفي عام 2016 كتب الموقع الرسمي لـ قاعدة إلسورث الجوية الأمريكية مقالة تحت عنوان

«تكنولوجيا الحرب الباردة تنقذ قاذفات B-1 المتقادمة»

حيث أشارت لما يلي:
​

طور الاتحاد السوفيتي عملية استخدام «الرَّش الديناميكي للغاز البارد» خلال الحرب الباردة لإصلاح الطائرات الدوارة. وجلب المهندس الرئيسي للمشروع التكنولوجيا إلى الولايات المتحدة، وتعمل وزارة الدفاع على تطوير العملية منذ أوائل الثمانينيات.​

في عام 2016، كلفت أضرار التآكل التي لحقت بالمركبات البرية العسكرية وحدها الجيش الأمريكي حوالي 1.2 مليار دولار.

وقال فيكتور شامبين:​

قد يكلف جزء باهظ الثمن من طائرة تعرض لبعض التآكل أو الإهْتِراء 400 ألف دولار ؛ ومع ذلك ، يمكنك إصلاحه باستخدام تقنية الرَّش البارد مقابل جزء بسيط من التكلفة - ربما حوالي 2000 دولار أمريكي​

يشرح برين جيمس، كبير المستشارين الهندسيين والفنيين لمجموعة الصيانة الثامنة والعشرين، عملية الرَّش البارد في قاعدة إلسورث الجوية بتاريخ 25 يناير 2016.

الجزء، الذي كان سيكلف 83 ألف دولار لعملية استبداله، كلف 4000 دولار عند إصلاحه باستخدام تقنية الرَّش البارد من قبل فريق الفنيين في قاعدة إلسورث الجوية الأمريكية​

مقطع مرئي​

---

تقود الأفكار المبتكرة القوات الجوية نحو عمليات جديدة توفر المال وساعات العمل. اليوم، يخبرنا كبير الطيارين تيموثي ديشينات عن عملية جديدة يمكن أن تطيل عمر ليس فقط القاذفة B-1، ولكن الطائرات الأخرى​

Makeyev​

 

[الفيلق المزعوم]

موضوع جميل صراحة وتقنية جبارة تغنيك عن عمليات استبدال لقطع قد تكلفك الكثير من لحضة الطلب حتى الوصول .
اعتقد وجب على الجيوش العربية اقتناء هكذا اجهزة من الروس .

 

[افلاطون]

الروس رغم قلت الصرف على الابحاث مقارنه بالامريكان والصينيين الا انهم جدا مبدعين

 

[Makeyev]

موضوع جميل صراحة وتقنية جبارة تغنيك عن عمليات استبدال لقطع قد تكلفك الكثير من لحضة الطلب حتى الوصول .
اعتقد وجب على الجيوش العربية اقتناء هكذا اجهزة من الروس .

صورة من الموقع الرسمي للقوات البرية للولايات المتحدة في عام 2015 حيث تعرض بعض استخدامات تقنية الرَّش البارد على القاذفة B-1 مع ذكر سنة الإصلاح وزمن الخدمة التقريبي منذو عملية الإصلاح وعدد ساعات الطيران!

وهنا أول تجربة على حافة نافذة متآكلة لـ V-22 Osprey

​

 

[Makeyev]

مشاهدة المرفق 449674
كما تم إعطاء ترخيص لشركة CenterLine من قبل الشركة الروسية لإستخدام التقنية في قارة أمريكا الشمالية​

صورة لجهاز CenterLine لدى البحرية الأمريكية

---

يوضح فني صيانة الهيكل ضابط الصف الأول سانغ فانغ تقنية الرّش البارد ذو الضغط المنخفض لجهاز CenterLine بتاريخ 30 أغسطس 2022. صورة من أرشيف البحرية الأمريكية​