Cum se obține tratamentul de suprafață al structurii cavității interne?

一, Principiul tehnic: Modificarea suprafeței prin efectele combinate ale mai multor câmpuri fizice
Scopul principal al tratamentului de suprafață pentru structurile cavității interne este de a crește performanța și de a optimiza morfologia suprafeței prin metode mecanice, chimice sau compozite. Există trei grupuri principale de principii tehnice:
Tip de îndepărtare mecanică: folosește efectul de micro tăiere al particulelor abrazive pentru a scăpa de straturile de defecte de suprafață. Metoda de lustruire cu curgere abrazivă, de exemplu, utilizează abrazivi polimerici semi-solidi care curg sub presiune pentru a lustrui structuri complicate, cum ar fi găurile transversale și cavitățile interioare, în mod uniform, rezultând o rugozitate a suprafeței de Ra0,1 μm.
Tipul de dizolvare chimică: Acest tip de dizolvare chimică folosește ideile de electrochimie sau coroziune chimică pentru a elimina selectiv denivelările de pe suprafață. Tehnologia de lustruire electrolitică controlează ritmul dizolvării anodice pentru a face suprafața micro-geometrică mai netedă. De asemenea, face o peliculă groasă de oxid pentru a face suprafața mai rezistentă la coroziune. Tratamentul cavității interioare a oțelului inoxidabil 316L poate reduce rugozitatea de la Ra6 μm ​​la Ra0,2 μm.
Tip de armătură compozită: Realizarea unei suprafețe gradate funcțional prin utilizarea atât a depunerilor fizice, cât și a modificării chimice. De exemplu, tehnologia PVD (Physical Vapor Deposition) pune un strat de TiN în cavitatea matriței. Acest strat este dur de până la 2200HV și de trei ori mai rezistent la uzură. Tehnologia de infiltrare cu pământuri rare adaugă elemente precum Ce și La în timpul procesului de nitrurare pentru a face stratul de infiltrare cu 40% mai adânc, ceea ce îmbunătățește foarte mult rezistența la oboseală.
2, Implementarea procesului: răspunsuri exacte pentru fiecare situație
1. Lustruire adâncime a cavității interioare: o utilizare inovatoare a tehnologiei cu curgere abrazivă
Procedurile tradiționale de lustruire nu funcționează bine pe structurile cu găuri adânci, cum ar fi golurile interioare ale palelor motorului de avion și injectoarele de combustibil pentru automobile, deoarece sunt greu de ajuns și nu funcționează foarte bine. Tehnologia curgerii abrazive progresează prin utilizarea următoarelor idei noi:
Optimizare medie: se folosește un amestec abraziv semi-solid de particule de carbură de siliciu și purtători polimeri pentru a se asigura că poate tăia și nu zgâria suprafața.
Proiectarea canalului: Prin utilizarea dinamicii fluidelor computaționale (CFD) pentru a simula și îmbunătăți canalul de scule, ne putem asigura că viteza de curgere a abrazivului în microporii de 0,3 mm este mai mult de 95% uniformă.
Controlul parametrilor: De exemplu, în timpul tratării cavității interioare a unui anumit tip de pale de turbină, rugozitatea poate fi redusă de la Ra3,2 μm la Ra0,4 μm după trei cicluri (5 minute fiecare). Presiunea este de 0,5 MPa și debitul este de 15 mm/s.
2. Pentru debavurarea cavității complexe, utilizați o abordare compozită electrochimică și mecanică.
Când îndepărtați bavurile din structurile cu orificii transversale, cum ar fi corpurile supapelor de transmisie și blocurile de supape hidraulice, trebuie să găsiți un compromis între viteză și calitate. O companie a venit cu procesul „debavurare electrochimică+lustruire în flux abraziv”:
Etapă electrochimică: O soluție de NaCl 10% este utilizată ca electrolit și o sursă de alimentare cu impulsuri cu o frecvență de 10 kHz și un ciclu de lucru de 30% este utilizată pentru a îndepărta 90% din bavuri la o densitate de curent de 0,5 A/cm². Procesul nu durează mai mult de 2 minute.
Etapa de curgere a particulelor de măcinare utilizează abraziv din carbură de siliciu cu ochiuri de 800 pentru a lustrui timp de 2 minute la o presiune de 0,3 MPa. Acest lucru îndepărtează reziduurile electrochimice și lasă o calitate a suprafeței de Ra0,2 μm.
3. Faceți interiorul cavității rezistent la coroziune: folosind atât tehnologia de lustruire electrolitică, cât și tehnologia de acoperire
Interiorul implanturilor de dispozitive medicale, inclusiv articulațiile protetice, trebuie să fie atât biocompatibil, cât și rezistent la coroziune. O companie folosește procesul de „lustruire electrolitică + acoperire DLC (diamond-like carbon)”:
Lustruire electrolitică: Prin utilizarea unei tensiuni de 15V și a unui curent de 20A timp de 5 minute într-un electrolit amestecat cu acid fosforic și acid sulfuric, rugozitatea suprafeței Ti6Al4V scade de la Ra1,6 μm la Ra0,08 μm și se formează un strat de oxid de 100 nm grosime.
Acoperire DLC: Se aplică o acoperire DLC cu o grosime de 2 μm folosind tehnica de pulverizare cu magnetron. Duritatea se apropie de 20 GPa, coeficientul de frecare scade la 0,05, iar rezistența la coroziune este crescută de 10 ori într-un mediu fluid corporal simulat.
3, Utilizare în afaceri: exemple comune în sectorul de producție-de ultimă generație
1. Domeniul aerospațial
Tehnologia de topire selectivă cu laser (SLM) este utilizată de GE Aviation pentru a face duze de combustibil pentru motoarele LEAP. După ce a fost realizat, canalul de curgere intern este lustruit cu curgere abrazivă pentru a face suprafața mai netedă (de la Ra12 μm la Ra0,8 μm), pentru a face curgerea combustibilului mai uniform (cu 8%) și pentru a face motorul mai eficient-de combustibil (cu 1,5%).
2. În afacerea de a face mașini
Bosch a creat o nouă modalitate de a curăța și lustrui cavitatea-pompei de ulei de înaltă presiune a sistemului Common Rail. Utilizează atât curățarea cu ultrasunete, cât și lustruirea electrolitică.
Curățare cu ultrasunete: Pentru a scăpa de lichidul de tăiere rămas de la prelucrare, curățați timp de 10 minute la o frecvență de 40 kHz și o putere de 100 W.
Lustruire electrolitică: utilizați un electrolit pe bază de fosfat-și o tensiune de 12 V timp de 3 minute pentru a face cavitatea din oțel inoxidabil 316L mai puțin aspră (de la Ra2,5 μm la Ra0,4 μm) și pentru a crește durata în care poate rezista la coroziunea prin pulverizare de sare (de la 500 de ore la 2000 de ore).
3. Domeniul dispozitivelor medicale
Johnson&Johnson DePuy Synthes realizează cupe acetabulare folosind metoda „lustruire electrolitică+oxidare cu micro arc”.
Lustruire electrolitică: reduceți rugozitatea suprafeței substratului Ti6Al4V de la Ra3,2 μm la Ra0,2 μm și scăpați de particulele netopite care au fost produse în timpul turnării SLM.
Oxidare cu microarc: Se realizează o acoperire de oxid de 20 μm grosime cu hidroxiapatită într-un electrolit de silicat prin aplicarea 300V timp de 5 minute. Rata de supraviețuire a implantului este de 99,2%, iar rezistența legăturii osoase este sporită cu 40%.