Innovatieve ontwikkelingen rond het aanbrengen van metal coatings; door Marcel van Wonderen van KLM

Sinds 1972 wordt bij KLM E&M  het thermisch spuitproces toegepast. Dit proces gebruikt speciale warmte bronnen om materialen in poeder of draad vorm te verhitten en als half gesmolten, plastische deeltjes met een enorme snelheid op een metaal oppervlak neer te slaan. Daar vormt het een coating die afhankelijk van het soort materiaal een specifieke functionaliteit heeft. Zo kan men coatings aanbrengen met b.v. slijtweerstand, glijdende eigenschappen, hitte weerstand en elektrische geleiding. De mogelijkheden zijn bijna onbeperkt.

Vliegtuigmotoronderdelen die voor onderhoud en reparatie bij KLM E&M binnen komen zullen in 70% van de gevallen een dergelijk coating krijgen. Sterker nog, zonder dit soort coatings zouden vliegtuigmotoren niet meer kunnen functioneren.

Het eerste thermische spuitproces werd bij KLM E&M 1972 geintroduceerd. Met dit vlamspuiten (verbranding van acetyleen en zuurstof als warmtebron) konden we laag smeltende metalen en legeringen verspuiten. Halverwege de ’70-er jaren werd ook het plasma spuitproces bijgevoegd. Hierbij wordt een “plasma” als warmtebron gebruikt (temperaturen tussen de 14.000 en 22.000 °C). Dit proces is zeer geschikt om o.a. keramische materialen te verspuiten (o.a. gebruikt voor de verbrandingskamer). In 1991 werd het “electrical twin wire arc process” onderzocht en uiteindelijk ingezet als alternatief voor plasma spuiten. KLM was uiteindelijk de eerste luchtvaartmaatschappij ter wereld die van GE en CFM volledige proces goedkeuring kreeg om dit nieuwe proces te gebruiken bij het aanbrengen van coatings. In 2004 werd het “High Pressure High Velocity Oxygen Fuel Process” bij de familie toegevoegd. Ook in dit geval was KLM weer de eerste in de wereld met dit proces inclusief goedkeuring van GE en CFM. Dit HP-HVOF systeem spuit o.a. keiharde Wolframcarbide coatings die een perfect alternatief voor galvanische Chroomlagen zijn.

 

Innovatieve ontwikkelingen

Op dit moment zijn er ontwikkelingen gaande rond een nieuw innovatief proces genaamd “Cold Spraying”.  Het principe van het Cold Spray proces is gebaseerd op de formule van kinetische energie (E = ½MV²). Met gebruik van oververhit gas worden deeltjes zodanig versneld dat ze supersonische snelheden krijgen (tot 1400 m/s). Bij de botsing van de deeltjes tegen het metalen oppervlak komt zoveel energie vrij dat de deeltjes frictielashechtingen verkrijgt. 

 

Uit eerste demo-testresultaten bleek de hechtingssterkte bij een (expres) niet-geprepareerd oppervlak al in de buurt van 50 MPa komt, wat ongekend hoog is voor dergelijke coatings (ter vergelijking: GE eist een hechtingssterkte van >27,6 MPa voor vergelijkbare thermische spuit coatings!

En dan zijn dit de resultaten van een lage druk systeem, met lucht als oververhit gas en met de hand opgespoten! Met deze systemen zijn al onderzoeksresultaten bekend met het opspuiten van super-legeringen, zoals Inconel 718, Stellites en Titaan. Juist deze legeringen zijn erg interessant voor de vliegtuig MRO industrie en kunnen een alternatief zijn voor o.a. electro hard Chroom en Nikkel lagen. Met de introductie van REACH (Registration, Evaluation, Authorisation and restriction of Chemicals) in 2017, zijn innovatieve ontwikkelingen rond dit soort nieuwe processen een ‘must’ voor KLM. Het Cold Spray proces is eenvoudig te robotiseren en de hoeveelheid vrijgekomen schadelijke stoffen zijn minimaal (het proces is gebaseerd op kinetische energie en niet op hoge temperatuur, waardoor er b.v. geen chromaten worden gevormd) en bovendien goed af te zuigen.

KLM hoopt in de nabije toekomst dit proces in huis te hebben en goedgekeurd te krijgen door GE en CFM.