Clasificarea acoperirilor în funcție de proprietățile funcționale și metoda de aplicare. Metoda de modificare a suprafeței Scopul și domeniile de aplicare a acoperirilor

fibre sintetice (RSV)

Modificare- aceasta este o schimbare direcționată a proprietăților fibrelor sintetice topite (RSV), care poate fi implementată în diferite moduri:

- modificarea fizică se realizează printr-o schimbare de direcție a condițiilor de turnare, întindere orientativă și tratament termic. Scopul este de a obține fibre cu proprietăți noi, predeterminate, reproductibile. În același timp, structura primară a fibrei rămâne neschimbată. Astfel, modificarea fizică poate fi realizată prin modificarea proprietăților reologice ale topiturii polimerice de filare, a condițiilor de extrudare a acestora, a trefilării filatoarelor, variarea rapoartelor de tragere și a condițiilor de tragere orientativă și tratamente termice (termofixare sau termorelaxare).

Forma principală a secțiunii transversale a filamentelor (f) este rotundă. Dar această împrejurare nu permite într-o serie de cazuri atingerea caracteristicilor textile-tehnologice necesare, precum acoperirea, aerul dat, gazul, etanșeitatea la apă etc.

Se știe că o proprietate atât de importantă precum confortul - capacitatea de a elimina umezeala, încălzirea sau de a le depozita, dacă este necesar, în spațiul dintre îmbrăcăminte și corp - depinde de numărul de goluri din materialul textil. Această împrejurare a predeterminat un mare interes pentru posibilitatea obținerii de fibre, în principal pe bază de RSV, cu secțiune transversală necirculară (profilată). Profesorul Jambrich (Universitatea Tehnică Slovacă) lucra constant la această problemă.

Producția de fibre profilate este complicată de două circumstanțe:

Dificultăți tehnice în fabricarea găurilor pentru matrițe ale unui profil figurat;

Circumstanțele fizico-chimice, care se datorează dorinței lichidului de a-și minimiza suprafața.

Dacă forma deschiderii matriței este un inel deschis, atunci fibra este goală.

Complicații tehnice și mai mari apar la obținerea fibrelor profilate cu o densitate liniară scăzută a unui singur filament (mai puțin de 0,1 tex).

Forma secțiunii transversale a fibrei nu se modifică în timpul tratamentelor de trefilare sau de termostabilizare. Firele, firele din fibre profilate fac posibilă obținerea de materiale textile ușoare, moi, confortabile.

În ultimii ani, tehnologiile pentru producerea de fire și fibre subțiri și foarte subțiri au fost intens dezvoltate. Vorbim despre fibre cu o densitate liniară a unui singur filament (T T f) în intervalul 0,1-0,3 decitex (dtex). Firele complexe și firele din astfel de fibre sunt capabile să creeze tipuri calitativ noi de materiale textile, în timp ce este posibil să se obțină țesături textile subțiri chiar și pe bază de polipropilenă hidrofobă (PP, PP). Aceste fibre cu T T f = 0,01-0,02 tex fac posibila obtinerea de fire, produse din care sunt foarte confortabile si usoare.

Trecerea la microfibre (MF) înseamnă nu doar o scădere a productivității echipamentelor, ci și o creștere a costurilor cu energia și forța de muncă, o creștere a ratelor de consum de polimeri. Cu toate acestea, aceste fibre au un viitor foarte mare;

- metode de modificare fizico-chimică se bazează pe introducerea diverșilor aditivi (aditivi) în substratul fibrelor polimerice.

În acest scop, se utilizează metoda de introducere a aditivilor prin topitura de filare (tehnologie „master batch”, „nanotehnologie”).

Introducerea aditivilor conform acestei metode se realizează prin diferite metode tehnologice. Aditivii pot fi introduși la începutul preparării topiturii de filare, adică. în stadiul de sinteză a polimerului, sau prin amestecarea directă a topiturii principale de filare cu o topitură de polimer concentrat care conține acest aditiv, i.e. cu aditiv concentrat de polimer (PKD) imediat înainte de turnare (tehnologie master-batch).

Aditivii introduși pot conferi diferite proprietăți fibrelor. Aceștia pot fi pigmenți, de ex. coloranți (vopsirea „în masă”), aditivi ignifugă care reduc combustibilitatea fibrelor, aditivi bactericizi și alți aditivi bioactivi, diverși polimeri liniari introduși în polimerul de bază pentru controlul proprietăților;

- vopsirea „în masă”.

Aditivii coloranți introduși pot fi solubili în topitura de filare sau pot fi umpluturi eterogene. În al doilea caz, aceștia sunt aditivi de pigment dispersați.

Principalele tipuri de pigmenți utilizați pentru vopsirea „în masă” sunt: ​​dioxid de titan TiO 2 (standard alb), negru de fum C foarte dispersat (standard negru), diverși alți pigmenți coloranți.

Cea mai importantă cerință tehnologică este dispersia mare a pigmenților introduși (dimensiunile particulelor nu pot depăși 10-15% din raza filamentului, de aceea se numesc condiționat „nanoparticule”). Particulele de dimensiuni mari vor încălca stabilitatea procesului de formare a firului și uniformitatea structurii fibrei, înrăutățindu-i proprietățile fizice și mecanice. Cele mai mari particule de pigment sunt filtrate în kit-ul filat înainte de a intra în extrudare prin orificiile filaturii, dar acest lucru duce la o modificare a conținutului de pigment din fibră și, în consecință, la o schimbare a intensității culorii.

Introducerea agenților de mată (TiO 2 și alții) se realizează prin obținerea unei fibre cu un luciu redus. Pentru a reduce puțin luciul, se folosește micromatting (introducerea unui agent de matizare este de sutimi de procente). Cel mai răspândit TiO 2, care are următoarele trei structuri cristalografice: rutil, anatază, brookit. Aceste modificări cristalografice ale dioxidului de titan diferă prin dimensiunile rețelelor cristalografice elementare. Forma anatazei se caracterizează prin suprafața specifică cea mai dezvoltată. Ea este cea mai importantă componentă a covorașului.

Pentru colorarea în culorile gri și negru se folosește adăugarea de funingine. Cerințele de dimensiune pentru particulele de negru de fum sunt aceleași ca pentru toți pigmenții.

Introducerea TiO 2 , negru de fum și alți pigmenți are ca scop nu numai obținerea unui efect de culoare, ci este și un factor esențial în formarea structurii.

Anterior, s-a descoperit că pe suprafața unei particule dispersate se formează un strat de molecule de polimer sorbite. După cum se știe, densitatea de împachetare a segmentelor macromoleculare este diferită și depinde de flexibilitatea polimerului, de regularitatea structurii structurii sale primare și de alți factori. Ca urmare a sorbției de către suprafața macromoleculelor de polietilen tereftalat (PET, PET) a particulelor de TiO2, pe suprafața particulelor apare un strat de polimer absorbit. Sub influența forțelor de suprafață ale particulelor de TiO2, segmentele de lanț polimeric sunt împachetate în straturi a căror densitate este mai mare decât densitatea lichidului polimeric înconjurător (PET topitură). La limita de fază, apare un strat de sorbție al polimerului, ale cărui segmente pot fi nu numai împachetate mai dens, ci și ordonate reciproc.

Cinetica cristalizării polimerului este descrisă de ecuația Avrami, iar mecanismul este caracterizat de valori diferite ale constantelor din această ecuație, ordonarea reciprocă (cristalizarea) poate avea loc în funcție de mecanismul de „nucleare”. În acest caz, caracteristicile cristalografice ale „nucleului” ar trebui să corespundă caracteristicilor cristalografice ale polimerului. În acest sens, particulele de pigment pot fi „semințe” de cristalizare numai atunci când celula lor cristalografică este identică cu celula cristalografică a fazei cristaline a polimerului.

Cu toate acestea, parametrii celulelor cristalografice de pigmenți, TiO2, negru de fum sunt foarte departe de parametrii celulelor cristalografice de PET. Prin urmare, nu sunt „semințe” de cristalizare, ci sunt factorii care modifică dinamica procesului de cristalizare ca urmare a formării unui strat ordonat de polimer sorbit pe suprafața lor. Prin urmare, odată cu introducerea pigmenților, procesul de cristalizare este accelerat și se modifică structura firului format. Introducerea a aproximativ 0,05-0,5% (greutate) dioxid de titan cu o dimensiune a particulelor de cel mult 0,5-0,7 microni (μ, μm) este un factor care modifică proprietățile mecanice ale firelor de poliester (PEF, PES), crescând uniformitatea a caracteristicilor lor fizice și mecanice. Nefiind „germeni” de cristalizare, particulele de pigment sunt centrele formării structurii. În acest caz se obțin fibre cu proprietăți la oboseală mai mari, cu o răspândire mai mică (dispersie, coeficient de variație) din punct de vedere al parametrilor fizici și mecanici.

Astfel, pigmenții nu sunt doar coloranți, ci și substanțe care îmbunătățesc structura fizică a fibrelor.

Introducerea coloranților solubili în lichide polimerice (topituri) este, de asemenea, o metodă importantă de modificare fizico-chimică. În acest caz, nu se obține doar un efect coloristic, ci și structura fibrelor se modifică.

Cea mai importantă cerință pentru coloranții solubili este stabilitatea lor în materialul de filare la temperaturi ridicate de topire.

Coloranții introduși afectează și proprietățile sistemului „polimer-colorant”. Coloranții pot fi plastifianți sau antiplastifianți (adică reduc sau măresc temperatura de tranziție sticloasă (T g)). Acest lucru trebuie luat în considerare atunci când se dezvoltă noi scheme tehnologice.

Cea mai importantă metodă de modificare fizico-chimică este obţinerea fibrelor din amestecuri de polimeri (obţinerea fibrelor compozite).

Atunci când în substratul polimeric sunt introduse cantități mici din al doilea polimer, care este incompatibil cu cel principal, se obțin efectele de întărire și întărire a structurii (efectul „aditivilor polimeri mici”).

Acești aditivi polimerici (până la 5% în greutate) sunt centrele de formare a structurii, crescând uniformitatea structurii firului format și îmbunătățind proprietățile acestuia.

Prin amestecarea topiturii de poliamidă (PA, RA) și PET în diferite proporții (în timp ce conținutul celui de-al doilea polimer este mic), se obține un amestec destul de omogen de polimeri. Ca urmare a unei schimbări bruște a gradienților de viteză, atunci când o astfel de topitură mixtă intră în gaura matriței, apare o structură de fibre microeterogenă (dacă este o pereche incompatibilă de polimeri), dar mai degrabă omogenă.

Dar din punct de vedere tehnic, a fost implementată o altă opțiune de amestecare, când amestecul de polimeri este macroeterogen (raport aproximativ egal dintre doi polimeri diferiți). În consecință, filamentele rezultate sunt construite din doi polimeri de natură chimică diferită.

Acestea sunt așa-numitele fibre bicomponente (BKV) sau fire bicomponente (BKN), care poate fi obţinută prin toate metodele de turnare cunoscute. În acest caz, doi polimeri sub formă de topituri sunt extrudați prin matrițe speciale, găurile în care sunt dispuse astfel încât fluxurile de topitură ale fiecărei componente sunt introduse în ei prin canale individuale. Drept urmare, fibra constă, parcă, din două părți. Într-o secțiune transversală, distribuția acestor componente poate fi prezentată sub formă de doi lobuli sau sub formă de diverse aranjamente concentrice. Toate operațiunile tehnologice rămân normale. Dar fibrele bicomponente au o caracteristică interesantă. În timpul relaxării termice, componenta polimerică inferioară Tc este capabilă să se micșoreze mai mult decât a doua componentă. Fibra capătă astfel o ondulare stabilă. Prin urmare, aceasta este una dintre tehnicile de texturare a fibrelor și a firelor.

Costul unor astfel de fibre este mai mare. Dar fibrele bicomponente pe bază de poliamide, poliesteri și alte substraturi polimerice au o cerere suficientă a consumatorilor pe piața mondială;

- procese de modificare chimică poate fi realizat prin efectuarea de reacții:

transformări polimer-analoage;

Copolimerizare (SPM);

Copolicondensare (SPK);

- „altoirea” pe suprafața exterioară a lanțurilor laterale de fibre de polimeri de natură chimică diferită.

În timpul tratamentelor de suprafață ale fibrei, natura chimică a fibrei se modifică de-a lungul secțiunii transversale (straturile exterioare capătă o natură chimică diferită).

Modificările structurii primare prin transformări polimer-analoage, SPM, SPC duc la apariția de noi tipuri de polimeri formatori de fibre.

Modificarea suprafeței se efectuează pe fibre finite (în condiții eterogene).

De exemplu, polimerii cu lanț de carbon, policaproamidă (PCA, PCA, PA6, PA6), poliesteri pot fi grefați pe suprafața fibrelor de celuloză. Pentru a reduce hidrofobicitatea fibrelor de poliamidă, monomerii hidrofili sunt „grefați” (de exemplu, acid itaconic (ITA), etc.). Altoirea nitrofuranului și a altor compuși pe suprafața șosetelor de nailon face posibilă conferirea proprietăților antifungice acestora.

Grefarea de suprafață poate fi efectuată ca rezultat al unei reacții de adiție de recombinare.

Prin modificarea chimică a fibrelor se pot obține materiale cu proprietăți complet diferite.

Ministerul Educației și Științei al Federației Ruse

Instituția de învățământ autonomă de stat federală de învățământ profesional superior „Universitatea Federală Ural numită după primul președinte al Rusiei B.N. Elțin”

Departamentul „Tratament termic și fizica metalelor”

„Clasificarea acoperirilor după proprietăți funcționale și metoda de aplicare”

Profesor:

conf. dr. Rossina N.G.

Student: Trapeznikov A.I.

Grupa: Mt 320701

Ekaterinburg 2015

Introducere

Clasificarea acoperirilor și metodele de preparare a acestora

1 Modificări ale proprietăților fizice și chimice ale suprafețelor în timpul acoperirii

2 Acoperiri interne

3 Acoperiri exterioare

4 Pregătirea suprafeței pentru acoperire

Metode de acoperire chimică și electrochimică

1 Clasificarea acoperirilor chimice și electrochimice

2 Esența metodei de acoperire chimică

3 Acoperirea produsului

Acoperire de condensare în vid

Aplicarea straturilor de acoperire cu surse de căldură concentrate

1 Clasificarea acoperirilor depuse

2 Aplicații pentru suprafațare

Acoperire prin placare

Metode de acoperire cu gaz termic

1 Metode de clasificare

Pulverizarea cu plasmă a acoperirilor

1 Avantajele și dezavantajele metodei de pulverizare cu plasmă

Pulverizarea cu flacără a acoperirilor

Concluzie

Introducere

Acoperirile disponibile tehnologiei moderne sunt foarte diverse atât ca proprietăți, cât și ca metode de producție. Utilizarea straturilor de protecție, protector-decorative și speciale ne permite să rezolvăm multe probleme. Prin alegerea materialului de acoperire, a condițiilor de aplicare a acestora, combinând acoperiri metalice și nemetalice, este posibil să se confere suprafeței produselor o culoare și o textură diferită, proprietățile fizice, mecanice și chimice necesare: duritate crescută și rezistență la uzură, reflectivitate ridicată, proprietăți anti-frecare îmbunătățite, conductivitate electrică de suprafață etc. Dar alegerea optimă a acoperirilor sau a metodelor de finisare a acestora este imposibilă fără o analiză cuprinzătoare a proprietăților și caracteristicilor lor de producție.

Tehnologia de acoperire, împreună cu alte industrii intensive în știință și economisind energie, este una dintre direcțiile principale în dezvoltarea producției moderne în țările lider ale comunității mondiale.

În prezent, îmbunătățirea și căutarea de noi metode de acoperire continuă. Studiul metodelor de acoperire, soiurile acestora; termodinamica proceselor în crearea de acoperiri de diferite tipuri pe suprafețe metalice și nemetalice; structura, structura și proprietățile operaționale ale acoperirilor; principalul echipament de acoperire gaz-termică și electro-termică a produselor metalice.

Studiul metodelor de îmbunătățire a calității produselor prin formarea de acoperiri multistrat și armate; control metrologic parametrii tehnologici formațiunile și proprietățile acestora.

Rolul și locul acoperirilor în producția modernă

Acoperirile sunt o structură cu un singur strat sau multistrat aplicată pe o suprafață pentru a o proteja de influențele externe (temperatură, presiune, coroziune, eroziune și așa mai departe).

Distingeți acoperirile externe și cele interne.

Acoperirile exterioare au o margine între acoperire și suprafața produsului. În consecință, dimensiunea produsului crește cu grosimea acoperirii, în timp ce greutatea produsului crește.

În acoperirile interne, nu există interfață, iar dimensiunile și greutatea produsului rămân neschimbate, în timp ce proprietățile produsului se modifică. Acoperirile interne mai sunt numite și acoperiri modificatoare.

Există două sarcini principale care pot fi rezolvate atunci când se aplică o acoperire

Modificarea proprietăților fizice și chimice inițiale ale suprafeței produselor care asigură condițiile de funcționare specificate;

Restaurarea proprietăților, dimensiunilor, masei suprafeței produsului, încălcate de condițiile de funcționare.

Scopul și domeniul de aplicare al acoperirilor

Principalul motiv pentru apariția și dezvoltarea tehnologiei de aplicare a straturilor de protecție a fost dorința de a crește durabilitatea pieselor și ansamblurilor diferitelor mecanisme și mașini. Optimizarea sistemului de acoperire presupune selectarea adecvată a compoziției de acoperire, a structurii, porozității și aderenței acesteia, ținând cont atât de temperatura de aplicare, cât și de temperatura de funcționare, de compatibilitatea substratului și a materialelor de acoperire, de disponibilitatea și costul materialului de acoperire, precum precum si posibilitatea de reinnoire, reparare si intretinere corespunzatoare a acestuia.in timpul functionarii.

Utilizarea unei acoperiri insuficient de rezistente, a cărei grosime scade considerabil în timpul funcționării, poate duce la o scădere a rezistenței întregii piese din cauza scăderii ariei efective a secțiunii transversale complete. Difuzia reciprocă a componentelor din substrat în acoperire și invers poate duce la epuizarea sau îmbogățirea aliajelor într-unul dintre elemente. Expunerea termică poate modifica microstructura substratului și poate cauza apariția unor tensiuni reziduale în acoperire. Luând în considerare toate cele de mai sus, alegerea optimă a sistemului ar trebui să asigure stabilitatea acestuia, adică păstrarea unor proprietăți precum rezistența (în diferitele sale aspecte), ductilitatea, rezistența la impact, rezistența la oboseală și la fluaj după orice impact. Cea mai puternică influență asupra proprietăților mecanice este exercitată de funcționarea în condiții de ciclu termic rapid, iar cel mai important parametru este temperatura și timpul efectului acestuia asupra materialului; interacțiunea cu mediul de lucru înconjurător determină natura și intensitatea expunerii chimice.

Metodele mecanice de lipire a stratului de strat de substrat adesea nu asigură calitatea dorită a aderenței. Metodele de lipire prin difuzie dau de obicei rezultate mult mai bune. Un bun exemplu de acoperire cu difuzie de succes este aluminizarea metalelor feroase și neferoase.

1. Clasificarea acoperirilor și metodele de preparare a acestora

În prezent, există multe acoperiri diferite și metode de obținere a acestora.

Multe publicații oferă diverse scheme de clasificare pentru acoperirile anorganice în funcție de diferite criterii. Acoperirile pot fi clasificate după următoarele principii de bază:

După scop (anti-coroziune sau de protecție, termorezistent, rezistent la uzură, anti-fricțiune, reflectorizant, decorativ etc.);

După proprietăți fizice sau chimice (metalice, nemetalice, refractare, rezistente chimic, reflectorizante etc.);

După natura elementelor (crom, crom-aluminiu, crom-siliciu și altele);

Prin natura fazelor formate în stratul de suprafață (aluminiură, siliciură, borură, carbură și altele)

Luați în considerare cele mai importante acoperiri, clasificate în funcție de scop.

Acoperiri de protecție - scopul principal este asociat cu diferitele lor funcții de protecție. Acoperirile rezistente la coroziune, la căldură și la uzură sunt utilizate pe scară largă. Învelișurile de protecție termică, izolatoare electric și reflectorizante sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă.

Acoperiri și pelicule structurale - joacă rolul elementelor structurale în produse. De asemenea, sunt utilizate pe scară largă în fabricarea de produse în instrumente, echipamente electronice, circuite integrate, în motoare cu turboreacție - sub formă de etanșări acționate într-o turbină și compresor etc.

Acoperiri tehnologice - concepute pentru a facilita procese tehnologice la fabricarea produselor. De exemplu, aplicarea lipiturilor la lipirea structurilor complexe; producerea de semifabricate în procesul de deformare la temperatură înaltă; sudarea materialelor diferite etc.

Acoperiri decorative - extrem de utilizate pe scară largă în producția de produse de uz casnic, decorațiuni, îmbunătățirea esteticii instalatii industrialeși dispozitive, protetice în tehnologie medicală etc.

Acoperiri de restaurare - dau un efect economic uriaș la restaurarea suprafețelor uzate ale produselor, cum ar fi arborii de elice în construcțiile navale; gâturile arborilor cotiți ale motoarelor cu ardere internă; palete la motoarele cu turbină; diverse scule de tăiere și presare.

Acoperiri optice - reduc reflectivitatea în comparație cu materialele în vrac, în principal datorită geometriei suprafeței. Profilarea arată că suprafața unor acoperiri este o colecție de rugozități, a căror înălțime variază de la 8 la 15 microni. Pe macrorugozități separate, se formează microrugozități, a căror înălțime variază de la 0,1 la 2 μm. Astfel, înălțimea neregulilor este proporțională cu lungimea de undă a radiației incidente. Reflectarea luminii de pe o astfel de suprafață are loc în conformitate cu legea Frenkel.

În literatură, există diverse principii pentru clasificarea metodelor de acoperire. Deși trebuie menționat că nu există un sistem de clasificare unificat pentru metodele de acoperire. Hawking și o serie de alți cercetători au propus trei clasificări ale metodelor de acoperire:

În funcție de starea de fază a mediului din care este depus materialul de acoperire;

În funcție de starea materialului aplicat;

Prin starea proceselor care definesc un grup de metode

acoperiri.

Clasificări mai detaliate ale metodelor de acoperire sunt prezentate în Tabelul 1.

Tabelul 1 Avantaje și dezavantaje diverse metode strat

MetodăAvantajeDezavantajePVDVersatilitate; toate elementele și materialele solide pot fi depuse. Este posibil să se obțină pelicule subțiri și acoperiri suficient de groase. Există diverse modificări ale metodei. Н = 5-260 microni Este posibilă aplicarea acoperirilor doar pe partea vizibilă a suprafeței. Putere slabă de împrăștiere. Echipament scump.CVD Concurează cu metoda de depunere fizică. Elementele și compușii pot fi aplicați chimic activi și în stare de vapori. Capacitate bună de împrăștiere. H = 5-260 µm Un rol important îl joacă sursa de încălzire. Depunerea este de obicei efectuată la temperaturi mai ridicate decât în ​​metoda de depunere fizică. Substratul se poate supraîncălzi. Posibilă depunere directă nedorită Depunere în fază solidă O uniformitate bună și toleranțe dimensionale apropiate ale stratului de acoperire. Eficiență economică ridicată a procesului. Cele mai comune materiale de acoperire sunt Al și Cr. Duritate mare a acoperirii. H = 5 - 80 µm Dimensiuni limitate ale substratului. Nu se aplică pentru substraturi sensibile la căldură. Mai subțiri decât cu alte metode de difuzie, acoperiri. Este posibilă fragilitatea straturilor de acoperire Pulverizare Posibilitatea de a controla condițiile de pulverizare și calitatea materialului aplicat în timpul procesului. Posibilitatea de a obține acoperiri groase omogene. H = 75 - 400 microni.Calitatea depinde de priceperea operatorului. Substratul trebuie să fie rezistent la căldură și impact. Acoperirile sunt poroase, cu o suprafață rugoasă și posibile incluziuni.Placuire Sunt posibile acoperiri groase. Pot fi prelucrate substraturi mari. H = 5 - 10% din grosimea substratului Este posibilă deformarea substratului. Potrivit pentru substraturi rigide.Electrodepunere (inclusiv chimică și electroforeză) Proces rentabil folosind electroliți apoși. Este posibil să se aplice metale prețioase și acoperiri refractare din topituri de sare. Este utilizat pentru producția industrială de cermet. Depunerea chimică și electroforeza sunt aplicabile numai pentru unele elemente și tipuri de substraturi. H = 0,25 - 250 µm Este necesară o proiectare atentă a echipamentului pentru a asigura o putere bună de împrăștiere. Utilizarea sărurilor topite ca electroliți necesită un control strict pentru a preveni pătrunderea umidității și oxidarea. Aburi nocivi deasupra topiturii. Acoperirile pot fi poroase și tensionate. Limitat la zone specifice cu temperaturi ridicate Imersie la cald Acoperiri relativ groase. Metoda de acoperire rapidă. H = 25 - 130 microni Limitat doar prin aplicarea lui A1 pentru a obtine acoperiri la temperaturi ridicate. Acoperirile pot fi poroase și discontinue.

Tabelul 2. Clasificarea metodelor de acoperire în funcție de starea de fază a mediului

Stare solidă Lipire mecanică Placare Sinterizare Stare lichidă Imersie la cald Pulverizare Hardfacing Stare semi-lichidă sau pastoasă Proces sol-gel Lipire prin alunecare Mediu gazos (interacțiune atomică, ionică sau electronică) Depunere fizică de vapori Depunere chimică de vapori SoluțieChimic Galvanic Electrogalvanic PlasmăTratament de suprafață

Tabelul 3. Clasificarea metodelor de acoperire în funcție de starea proceselor care definesc un grup de metode

Placi mecanice Lipire Fizică fizică Depunere de vapori Acoperiri în vid Evaporare termică Pulverizare Depunere de ioni Depunere chimică în vapori Depunere de electroliți Fără câmp electric Electrochimic în soluții apoase în pulverizare de sare topită Pistol de detonare Metalizare arc electric Flacără de gaz cu plasmă Folosind suprafață cu sârmă Laser Arc Welxy-P Welxy Manual în gaz inert Sudarea cu plasmă Fuziune pulverizată Arc scufundat Altele între electrozii de tungsten într-o atmosferă inertă

Tabelul 4. Clasificarea metodelor în funcție de starea materialului aplicat și a metodelor de fabricație

Grupa 1 Stare atomică sau ionică Metode de vid: Evaporare în vid Depunerea fasciculului de ioni Depunerea epitaxială a fasciculului molecular Metode plasmatice: Pulverizare (ion, magnetron) Depunere de ioni Polimerizare plasmatică Evaporare reactivă activată Depunerea arcului catodic Interacțiune chimică în vaporii reactivi: Depunere în fază de vapori Depunerea în fază Recuperare Plasmă Piroliza prin pulverizare Depunerea electroliților: Electroplating Depunere chimică Depunerea de sare topită Substituție chimică Grupa 2 Laminare explozivă Topire cu laser Udare: Periere Imersie la cald Metode electrostatice: Acoperire prin centrifugare Modelare prin pulverizare Grupuri a 4 Modificarea structurii suprafeței Modificarea suprafeței cu laser Tratament termic Implantarea ionică Aliare de suprafață: Difuzie din vrac Pulverizare Leșiere Difuziune chimică inversă a vaporilor de lichid (încălzire, plasmă) Anodizare electrolitică Tratament termic în săruri topite Metode mecanice: Sablare

1.1 Modificări ale proprietăților fizico-chimice ale suprafețelor în timpul aplicării acoperirii

Stratul de suprafață (acoperirea) joacă un rol decisiv în formarea proprietăților operaționale și a altor proprietăți ale produselor; crearea sa pe suprafața unui corp solid modifică aproape întotdeauna proprietățile fizico-chimice în direcția corectă. Acoperirea vă permite să restabiliți proprietățile pierdute anterior în timpul funcționării produselor. Cu toate acestea, proprietățile suprafețelor inițiale ale produselor obținute în timpul producției lor sunt cel mai adesea modificate. În acest caz, proprietățile materialului stratului de suprafață diferă semnificativ de proprietățile suprafeței originale. În majoritatea covârșitoare, compoziția chimică și de fază a suprafeței nou create se modifică, rezultând produse cu caracteristicile de performanță necesare, cum ar fi rezistența ridicată la coroziune, rezistența la căldură, rezistența la uzură și mulți alți indicatori.

Modificarea proprietăților fizice și chimice ale suprafețelor originale ale produselor poate fi realizată prin crearea de acoperiri atât interne, cât și externe. Sunt posibile și opțiuni combinate (Fig. 1).

acoperire placare chimică în vid

La aplicarea acoperirilor interne, dimensiunile produselor rămân neschimbate (L și = const). Unele metode asigură și constanța masei produsului, în alte metode - creșterea de masă este neglijabilă și poate fi neglijată. De regulă, nu există o limită clară a stratului de suprafață modificat ( ?m ? const). La aplicarea straturilor exterioare, dimensiunea produsului crește (L și ?const) pe grosimea stratului ( ?PC ). De asemenea, masa produsului crește. În practică, există și acoperiri combinate. De exemplu, atunci când se aplică acoperiri de protecție termică, care se caracterizează printr-un număr crescut de discontinuități în stratul exterior, rezistența la căldură este asigurată de o acoperire internă neporoasă.

1.2 Acoperiri interne

Acoperirile interne sunt create prin diferite metode de influențare a suprafeței materialului original (modificarea suprafețelor originale). În practică, sunt utilizate pe scară largă următoarele metode de influență: mecanică, termică, difuzie termică și de înaltă energie cu fluxuri penetrante de particule și radiații.

Există, de asemenea, metode combinate de influență, de exemplu, termomecanice etc. În stratul de suprafață, au loc procese care duc la o schimbare structurală a materialului sursă la o adâncime de la intervalul nanometric la zecimi de milimetru sau mai mult.

În funcție de metoda de influență, au loc următoarele procese:

modificarea structurii granulare a materialului;

Distorsiunea rețelei cristaline, modificarea parametrilor și a tipului acesteia;

distrugerea rețelei cristaline (amorfizare);

modificarea compoziției chimice și sinteza de noi faze.

1.3 Acoperiri exterioare

Valoarea practică a acoperirilor exterioare este foarte mare. Aplicarea acoperirilor exterioare permite nu numai rezolvarea problemelor de modificare a proprietatilor fizico-chimice ale suprafetelor originale, ci si refacerea acestora dupa operare.

Mecanismul de formare și cinetica sunt prezentate în Fig. 3. Acoperirile exterioare joacă adesea rolul unui element structural, de exemplu, acoperirile de film în producția de circuite integrate. Până în prezent, au fost dezvoltate un număr mare de metode pentru aplicarea acoperirilor în diverse scopuri din multe materiale anorganice.

Pentru a analiza procesele fizico-chimice asociate cu depunerea învelișurilor, se recomandă sistematizarea acestora în funcție de condițiile de formare, se pare că se pot distinge următoarele grupe de acoperiri formate pe o suprafață solidă: fază solidă, fază lichidă, pulbere. și atomică.

1.4 Pregătirea suprafeței pentru acoperire

Pregătirea suprafeței determină principalul indicator de calitate - puterea de aderență a stratului de acoperire la materialul de bază al produsului sau rezistența adezivului. Unele excepții sunt acoperirile formate pe o suprafață topită, de exemplu, atunci când acoperirile sunt depuse cu surse de căldură concentrate. Cu toate acestea, chiar și în acest caz, suprafețele contaminate afectează negativ proprietățile materialului de acoperire. Se observă fragilizarea acestuia, crește tendința de a forma defecte: fisuri, porozitate etc. În acest sens, pregătirea suprafeței este o operație cheie în procesul tehnologic de aplicare a oricăror acoperiri.

La pregătirea suprafeței, trebuie rezolvate două sarcini importante:

) îndepărtarea de la suprafață a substanțelor adsorbite - poluare;

) activarea suprafeţei.

Îndepărtarea contaminanților și activarea suprafeței pot fi efectuate atât într-un singur proces tehnologic, cât și separat. În principiu, orice îndepărtare a substanțelor adsorbite fizic sau chimic de pe o suprafață activează deja acea suprafață.

Legăturile rupte ale atomilor de suprafață sunt restaurate, asimetria lor este restaurată și, în consecință, nivelul energiei de suprafață crește. Cel mai mare efect în pregătirea suprafeței se obține atunci când, odată cu îndepărtarea contaminanților, are loc cea mai mare activare a acestuia. În procesele tehnologice reale, o astfel de pregătire a suprafeței nu este întotdeauna posibilă. Utilizați de obicei preparate separate în două sau trei etape. Etapa finală vizează în principal activarea suprafeței la valorile sale maxime.

În practica de aplicare a acoperirilor s-au folosit următoarele metode principale de pregătire a suprafeței produselor: spălarea cu apă rece sau fierbinte; degresare; gravare; impact mecanic; efecte termice și chimico-termice; impact electrofizic; expunerea la fluxuri de lumină; deshidratare.

2. Metode de acoperire chimică și electrochimică

Producția de acoperiri din soluții prin metode chimice și electrochimice este un exemplu clasic de procese care fac posibilă urmărirea formării straturilor depuse într-un mod relativ pur prin atașarea succesivă a atomilor la suprafața produsului acoperit în timpul interacțiunii acestuia cu ionul. -mediu de reacție.

Există definiții standard ale metodelor de obținere a acoperirilor din soluții apoase - electroliți (GOST 9.008-82).

Metoda chimică de obținere a acoperirilor este producerea unui înveliș anorganic metalic sau nemetalic într-o soluție de sare fără curent electric dintr-o sursă externă. Exemple de obtinere a acoperirilor prin metoda chimica sunt: ​​pentru acoperirile metalice obtinute prin reducere - nichelare, cupru, argintare etc., pentru acoperirile nemetalice obtinute prin oxidare - oxidare, fosfatare, cromare etc. pentru prelucrarea suplimentară a acoperirii.

Metoda electrochimică de obținere a unei acoperiri este producerea unui înveliș anorganic metalic sau nemetalic într-un electrolit sub acțiunea unui curent electric dintr-o sursă externă.

Reducerea catodică a metalelor este o metodă electrochimică pentru producerea unei acoperiri metalice pe metalul care este catodul.

Oxidarea anodică este o metodă electrochimică pentru producerea unei acoperiri anorganice nemetalice pe un metal care este un anod.

Metoda de contact de obținere a unei acoperiri este prepararea unei acoperiri dintr-o soluție de săruri ale metalului depus prin imersarea metalului acoperit în contact cu un metal mai electronegativ.

2.1 Clasificarea acoperirilor chimice și electrochimice

Acoperirile chimice și electrochimice pot fi clasificate pe baza următoarelor principii de bază:

După metoda de producție (chimic, electrochimic, galvanic, catodic, oxid anodic și contact);

După tipul de material aplicat (metalic, nemetalic și compozit);

Conform cerințelor pentru acoperire (protector, protector-decorativ, decorativ, special);

În raport cu mediul extern chimic activ (catod, anod, neutru);

În funcție de designul acoperirii (un singur strat, multistrat).

2.2 Esența metodei de acoperire chimică

Acoperirile obtinute prin metoda chimica se caracterizeaza prin porozitate mai mica decat cele depuse prin metoda galvanica la aceeasi grosime si uniformitate ridicata.

Depunerea chimică a metalelor este un proces de reducere care se desfășoară conform ecuației:

Mez+ + Ze?M

unde Eu z+ - ioni metalici in solutie; z este valența metalului; Ze este numărul de electroni; Me - metal de acoperire.

Ioni metalici în soluție (Me z+ ) se combină (în funcție de valență) cu numărul corespunzător de electroni (Ze) și se transformă într-un metal (Me).

În cazul depunerii chimice, electronii necesari sunt generați ca urmare a unui proces chimic care are loc în soluția utilizată pentru obținerea acoperirii. În timpul depunerii galvanice, electronii necesari pentru reducerea ionilor metalici sunt furnizați de o sursă de curent externă. .În funcție de procesul chimic care are loc în timpul depunerii acoperirii, se disting următoarele metode.

Metoda de contact (imersie), în care metalul acoperit este scufundat într-o soluție care conține o sare a unui metal mai electropozitiv, iar învelișul în acest caz este depus datorită diferenței de potențial care apare între metalul acoperit și ionii din soluţie. Metoda chimică de contact (electroliza internă), în care depunerea se efectuează datorită diferenței de potențial care apare atunci când metalul acoperit este în contact cu un metal mai electronegativ în procesul de imersare într-o soluție de sare metalică, care este utilizată. pentru acoperire. O metodă de reducere chimică în care metalul de acoperit este scufundat într-o soluție care conține o sare a metalului care se depune, aditivi de tamponare și complexare și un agent reducător, în timp ce ionii metalului depus sunt redusi ca urmare a interacțiunii cu agentul reducător și se depune pe metalul de acoperit, iar această reacție are loc numai pe suprafața metalului, care este catalitică pentru acest proces.

2.3 Acoperirea produsului

Aplicabil în întreprinderile interne sau străine echipamente tehnologice pentru depunerea acoperirilor prin reducere chimica, acestea sunt proiectate in functie de sarcini specifice de productie: piesele mari sunt agatate in bai cu ajutorul unor dispozitive speciale, cele mici sunt acoperite cu vrac in tamburi, tevi (linii drepte sau coloane) - la instalatiile care asigura posibilitatea de pompare a soluției prin cavități interioare etc. e. Adesea, instalațiile de acoperire chimică sunt amplasate în atelierele de galvanizare, ceea ce face posibilă utilizarea echipamentelor disponibile acolo pentru degresare, izolare, decapare, spălare, uscare și tratare termică a pieselor.

O diagramă simplificată a aparatului pentru aplicarea acoperirilor chimice este prezentată în fig. 4.

Acoperirea chimică se realizează în soluții necurgătoare sau curgătoare. În unele cazuri, soluția după procesarea a 1-2 loturi de piese în ea este turnată și înlocuită cu proaspătă; în altele, soluția este filtrată, ajustată și refolosită. O instalație pentru o acoperire unică a pieselor într-o soluție necurgătoare are de obicei o baie de fier sudat sau de porțelan, care este introdusă într-un recipient mai mare - un termostat. Spațiul dintre pereții ambelor băi este umplut cu apă sau ulei, care este încălzit cu încălzitoare electrice sau cu abur viu. În exterior, termostatul are un strat termoizolant (de exemplu, din tablă de azbest, pe care se pune o carcasă). Un termometru de contact cu un termostat este plasat în baie pentru a menține temperatura necesară a soluției de lucru.

3. Acoperire de condensare în vid

Metodele și caracteristicile tehnologice ale acoperirii prin condensare în vid (VKNP) au multe în comun și, în acest sens, este recomandabil să se ia în considerare o schemă generalizată a procesului. O schemă generalizată a procesului de acoperire prin condensare în vid este prezentată în Fig. 1. 5.

Este cunoscut faptul că acoperirile în timpul depunerii prin condensare în vid sunt formate dintr-un flux de particule în stare atomică, moleculară sau ionizată. În acoperiri trec particule neutre și excitate (atomi, molecule, clustere) cu energii normale și înalte și ioni cu o gamă largă de energie. Fluxul de particule se obține prin evaporarea sau pulverizarea materialului prin expunerea acestuia la diferite surse de energie. Fluxurile de particule ale materialului aplicat sunt obținute prin evaporare termică, evaporare explozivă - pulverizare și pulverizare ionică a unui material solid. Procesul de aplicare se desfășoară în camere rigide sigilate la o presiune de 13,3 - 13,3 10-3Pa datorită căruia asigură lungimea necesară a drumului liber al particulelor și protecția procesului de interacțiunea cu gazele atmosferice. Transferul particulelor către suprafața de condensare se realizează ca urmare a diferenței de presiuni parțiale ale fazei de vapori. Cea mai mare presiune a vaporilor (13,3 Pa sau mai mult) lângă suprafața de pulverizare (evaporare) face ca particulele să se deplaseze către suprafața produsului, unde presiunea de vapori este minimă. Alte forțe de transfer acționează într-un flux de particule în stare ionizată; particulele ionizate au mai multă energie, ceea ce facilitează formarea de acoperiri.

Metodele de acoperire prin condensare în vid sunt clasificate în funcție de diferite criterii:

Conform metodelor de obținere a unui flux de vapori din materialul de acoperire și de formare a particulelor: evaporarea termică a unui material din stare solidă sau topită, evaporarea explozivă (intensificată) - pulverizare; pulverizarea ionică a unui material solid;

După starea energetică a particulelor: aplicarea de către particule neutre (atomi, molecule) cu stări energetice diferite; particule ionizate, particule accelerate ionizate (în condiții reale, în flux sunt prezente diferite particule);

În funcție de interacțiunea particulelor cu gazele reziduale ale camerei: aplicarea într-un vid inert rarefiat mediu sau înalt (13,3 MPa); și într-un mediu activ rarefiat (133 - 13,3 Pa).

Introducerea gazelor active în cameră face posibilă trecerea la metoda de depunere cu reacție în vid a acoperirilor. Particulele din flux sau de pe suprafața de condensare intră în interacțiune chimică cu gazele active (oxigen, azot, monoxid de carbon etc.) și formează compușii corespunzători: oxizi, nitruri, carburi etc.

Clasificarea acoperirii de condensare în vid este prezentată în fig. 6. Alegerea metodei și a varietăților (metodelor) acesteia este determinată de cerințele pentru acoperiri, ținând cont de eficiența economică, productivitatea, ușurința de control, automatizare etc. Cele mai promițătoare metode sunt depunerea în vid prin condensare cu ionizare a fluxului. de particule pulverizate (stimulare cu plasmă); adesea aceste metode sunt numite ion-plasmă.

Următoarele cerințe de bază sunt impuse produselor obținute prin metode de condensare în vid:

Respectarea cerințelor industriei moderne;

Presiunea scăzută a vaporilor saturați ai materialului produsului la temperatura procesului;

Posibilitatea de încălzire a suprafeței pentru creșterea rezistenței adezive a acoperirilor.

Acoperirile de condensare în vid sunt utilizate pe scară largă în diferite domenii ale tehnologiei. Procesul de reacție în vid creează acoperiri rezistente la uzură pentru produse în diverse scopuri: perechi de frecare, scule de presare și tăiere etc.

Depunerea prin condensare în vid face posibilă obținerea de acoperiri cu proprietăți fizice și mecanice ridicate; din compuși sintetizați (carburi, nitruri, oxizi etc.); subțire și uniformă; folosind o clasă largă de materiale anorganice.

Procesele tehnologice asociate cu aplicarea condensului în vid nu poluează mediul și nu încalcă mediul. În acest sens, se compară favorabil cu metodele chimice și electrochimice pentru aplicarea straturilor subțiri.

Dezavantajele metodei de depunere prin condensare în vid includ productivitatea scăzută a procesului (rata de condensare este de aproximativ 1 μm/min), complexitatea crescută a tehnologiei și echipamentelor și coeficienții energetici scăzuti de pulverizare, evaporare și condensare.

Este recomandabil să se ia în considerare procesul de depunere prin condensare în vid a acoperirilor ca fiind format din trei etape:

Trecerea fazei condensate (solide sau lichide) în cea gazoasă (abur);

Formarea fluxului și transferul particulelor pe suprafața de condensare;

Condensarea vaporilor pe suprafața produsului - formarea unei acoperiri.

Pentru a obține acoperiri de înaltă calitate, este necesar un control flexibil al procesului prin crearea condițiilor optime pentru curgerea acestora.

4. Aplicarea straturilor de acoperire cu surse de căldură concentrate

Depunerea acoperirilor prin sudare cu surse de căldură concentrată se realizează sub formă de treceri separate, fiecare dintre acestea formând un cordon de material topit cu o lățime b. Suprapunere role ?b de obicei este (1/4 - 1/3)3. Materialul de acoperire constă dintr-un material de bază topit și un material de umplutură, care este alimentat în baie. Dacă materialul de bază nu este topit, cordonul de sudură este format numai din materialul de umplutură, caz în care ponderea materialului de bază în formarea acoperirii depuse este zero. Cele mai răspândite metode de suprafață prin surse de căldură concentrate cu o ușoară topire a materialului de bază cu o înălțime h n . Înălțimea mărgelei h n de obicei este de 2 - 5 mm. Când rolele se suprapun, se formează șanțuri longitudinale (neregularități) cu o adâncime de 1–2 mm.

știind compoziție chimică materialul de bază și de umplutură și proporția participării lor la formarea materialului de acoperire, este posibil să se determine compoziția chimică a stratului depus.

Sub acțiunea unei surse concentrate de căldură, materialul de bază este încălzit local, mai ales atunci când este topit. Fluxul de căldură este îndepărtat de materialul de bază, formând o zonă afectată de căldură (HAZ) în acesta. În regiunea cu temperatură înaltă a ZAZ, de regulă, se observă creșterea cerealelor, se formează o structură întărită, se formează fisuri calde și reci. În practică, suprafața tinde să minimizeze lungimea ZAZ.

Sub influența unei surse de căldură, metalul topit este deplasat din baie în porțiuni separate, care, în timpul cristalizării, formează un cordon de material depus. Procesul de cristalizare are loc pe baza granulelor topite ale materialului de bază, axa principală a cristalitelor este orientată în conformitate cu direcția de îndepărtare a căldurii către materialul de bază. În timpul cristalizării este posibilă formarea de defecte: fisuri la cald și la rece, porozitate, incluziuni de zgură etc. Natura formării stratului de acoperire din perle (pasaje) individuale depuse cu suprapunere nu permite obținerea de suprapuneri subțiri și uniforme. Grosimea minimă a stratului de 1 - 2 mm poate fi atinsă numai cu ajutorul tehnologiei de precizie. Pentru acoperirile de suprafață se folosesc în principal materiale metalice, uneori se introduc diverși compuși nemetalici refractari în metalul topit.

4.1 Clasificarea acoperirilor depuse

Clasificarea acoperirilor depuse se realizează în funcție de diferite criterii. Cel mai bine clasificat după:

surse de căldură concentrate;

natura protecției metalului topit;

gradul de mecanizare.

În funcție de sursele de căldură, suprafața acoperirilor este împărțită în:

flacără;

plasmă;

raza de lumina;

fascicul de electroni;

inducţie;

zgura electrică.

Prin natura protecției metalului topit, ele disting: acoperire cu zgură, protecție cu gaz și zgură gazoasă. In functie de gradul de mecanizare se va modifica suprafata manuala si mecanizata cu elemente de automatizare.

4.2 Aplicații pentru suprafațare

Suprafața cu surse de căldură concentrată este utilizată pentru a reface suprafețele uzate, în timp ce acoperirile, de regulă, dau un efect economic ridicat. Cu toate acestea, suprafața poate fi folosită și pentru a crea suprafețele inițiale de produse noi cu o gamă largă de proprietăți fizice și chimice, de exemplu, la crearea supapelor de evacuare în motoarele cu ardere internă, în producția de instrumente de foraj etc.

Este recomandabil în special să folosiți suprafețe rezistente la uzură în perechi de frecare, iar uzura minimă poate fi obținută atât datorită creșterii durității stratului cu fața dură, cât și scăderii coeficientului de frecare. Un efect economic mare este cunoscut atunci când se creează un instrument de tăiere. Oțelul de mare viteză din stratul depus a fost obținut prin suprafața cu arc de argon cu alimentarea cu sârmă de umplutură din aliaje de tungsten-molibden cu conținut ridicat de carbon (0,7 - 0,85 % în greutate). Pentru suprafața matrițelor puternic încărcate în timpul ștanțarii la cald, s-au folosit electrozi acoperiți, de exemplu, TsI-1M (tip EN - 80V18Kh4F - 60, tip F). Suprafața acoperirilor rezistente la uzură este utilizată pe scară largă în producția de echipamente de terasament. În general, metodele de suprafață sunt foarte eficiente, dezavantajele lor includ:

o grosime mare a stratului depus (cu unele excepții);

prezența unei zone extinse afectate de căldură în materialul de bază;

rugozitate mare a suprafeței, care necesită prelucrare ulterioară;

o gamă limitată de materiale depuse, în principal metal.

5. Acoperire prin placare

Placarea include o gamă largă de metode de acoperire. Acestea includ:

Soc exploziv;

Soc magnetic;

Presare izostatică la cald sau placare;

Obținerea unei legături mecanice prin extrudare.

Cu o astfel de clasificare, metodele de placare și metodele cu formarea unei legături de difuzie se suprapun oarecum. Metodele de placare sunt clasificate în funcție de viteza de formare a legăturii dintre acoperire și substrat:

1. Procese foarte rapide (placare de explozie, impact electromagnetic);

Procese moderat rapide (laminare, extrudare);

Procese lente (sudare prin difuzie, presare izostatică la cald).

Mai frecvent, placarea este utilizată pentru a acoperi aliajele de fier cu aliaje pe bază de nichel. Placarea cu cobalt a oțelului este mai puțin comună, în principal din cauza costurilor ridicate.

Dintre metodele de placare, laminarea și extrudarea par a fi cele mai utilizate. Acoperirile de explozie au fost descoperite accidental în 1957. Presarea izostatică la cald și acoperirile de impact electromagnetic sunt tehnici relativ noi. Acoperirile de legare prin difuzie au fost dezvoltate la începutul secolului al XX-lea în scopul acoperirii fierului cu aliaje de nichel și alte aliaje de temperatură înaltă pentru aplicații speciale.

6. Metode de acoperire gaz-termică

Presupunând tipul sursei de căldură ca bază pentru separare, s-au aplicat în practică următoarele metode de pulverizare: plasmă, gaz-flacără, gaz de detonare, arc și metalizare de înaltă frecvență.

Primele acoperiri termice au fost obtinute la inceputul secolului XX. M. W. Shoop, care a pulverizat metalul topit cu un jet de gaz și, direcționând acest flux pe proba de bază, a obținut un strat de acoperire pe acesta. Acest proces a fost numit cumpărături după numele autorului și a fost brevetat în Germania, Elveția, Franța și Anglia. Designul primului metalizator de sârmă cu flacără de gaz Schoop datează din 1912, iar primul metalizator de sârmă cu arc electric - din 1918.

În industria autohtonă, metalizarea cu flacără de gaz a început să fie utilizată de la sfârșitul anilor 20. La sfârșitul anilor 1930, a fost înlocuit cu succes de placarea cu arc electric. Echipamentul pentru metalizarea arcului electric a fost creat de N. V. Katz și E. M. Linnik.

Pulverizarea termică a acoperirilor în practica mondială a început să se dezvolte activ la sfârșitul anilor 50. Acest lucru a fost facilitat de crearea unei tehnici de încredere pentru generarea de plasmă la temperatură joasă; dispozitive explozive cu gaz de detonare, îmbunătățirea proceselor de descărcare a arcului.

Multe echipe științifice ale Academiei de Științe a URSS, instituții de învățământ superior tehnic, institute de ramură și întreprinderi industriale au fost implicate în dezvoltarea teoriei, tehnologiei și echipamentelor pentru pulverizarea termică. Într-un ritm similar, munca se dezvolta în conducerea principală țări străine.

6.1 Clasificarea metodelor

Există multe în comun în metodele și tehnologia pulverizării termice. Schema procesului de pulverizare termică este prezentată în fig. 7.

Materialul pulverizat sub formă de pulbere, sârmă (cordoane) sau tije este alimentat în zona de încălzire. Distingeți între alimentarea radială și axială a materialului. Particulele încălzite sunt pulverizate cu gaz, al cărui scop principal este accelerarea particulelor pulverizate în direcția axială, dar, împreună cu aceasta, poate îndeplini și alte funcții. Când sârmă sau tije sunt introduse în zona de încălzire, gazul de pulverizare dispersează materialul topit; într-o serie de metode de pulverizare, acesta îndeplinește și funcția de încălzire.

Încălzirea particulelor, dispersia și accelerarea acestora de către un flux de gaz au predeterminat denumirea procesului - pulverizare termică. Particulele care intră pe suprafața de formare a acoperirii trebuie să asigure formarea de legături interatomice puternice în timpul procesului de contact, care necesită încălzirea lor și viteza corespunzătoare. Este cunoscut faptul că temperatura particulelor determină activarea termică în zona de contact; viteza particulelor la impactul asupra suprafeței creează condițiile pentru activarea mecanică a contactului cu suprafața. Trebuie avut în vedere că la viteze mari ale particulelor, în momentul contactului lor, o parte din energia cinetică este transformată în energie termică, ceea ce contribuie și la dezvoltarea activării termice.

Metodele dezvoltate de pulverizare gaz-termică fac posibilă reglarea în limite suficiente a temperaturilor și vitezelor particulelor care intră pe suprafața de formare a acoperirii.

Metodele de pulverizare termică clasifică:

după tipuri de energie;

după tipul sursei de căldură;

după tipul de material pulverizat;

pe tipuri de protecție;

dupa gradul de mecanizare si automatizare;

prin periodicitatea fluxului de particule.

După tipul de energie, există metode care utilizează energia electrică (metode gaz-electrice) și metode în care se generează energie termică din cauza arderii gazelor combustibile (metode gaz-flacără). Pentru încălzirea materialului pulverizat sunt utilizate următoarele tipuri de surse de căldură: arc, plasmă, descărcări de înaltă frecvență și flacără de gaz. În consecință, metodele de pulverizare sunt numite: placare cu arc electric, pulverizare cu plasmă, placare de înaltă frecvență, pulverizare cu flacără, pulverizare cu gaz de detonare. Primele trei metode sunt gaz-electrice, ultima - gaz-flacără.

În funcție de tipul de material pulverizat, se utilizează pulbere, sârmă (tijă) și metode de pulverizare combinate. În metodele combinate, se utilizează sârmă cu miez de flux. Dupa tipul de protectie se cunosc urmatoarele metode de pulverizare: fara protectie de proces, cu protectie locala si cu protectie generala in camere sigilate. Cu protecția generală, se face distincția între efectuarea procesului la presiune normală (atmosferică), ridicată și la rarefacție (în vid mic).

Gradul de mecanizare si automatizare a procesului. Cu metodele manuale de pulverizare se mecanizează doar furnizarea materialului pulverizat. În metodele mecanizate, pulverizatorul este deplasat și în raport cu produsul de pulverizat. Utilizați adesea mișcarea produselor pulverizate în raport cu un pulverizator fix. Nivelul de automatizare a proceselor de depunere depinde de proiectarea instalației, în cele mai simple versiuni nu există automatizare, iar în complexele complexe este posibilă automatizarea completă a procesului.

Frecvența curgerii. Majoritatea metodelor de pulverizare sunt efectuate cu un flux continuu de particule. Pentru unele metode, este posibil doar controlul ciclic al procesului. Acoperirea se formează într-un mod de depunere în impulsuri, alternând cu pauze. Metodele de pulverizare gaz-termică sunt utilizate pe scară largă pentru aplicarea acoperirilor în diverse scopuri. Principalele avantaje ale metodelor de pulverizare termică includ productivitatea ridicată a procesului cu o calitate satisfăcătoare a acoperirilor.

7. Pulverizarea cu plasmă a acoperirilor

Jetul de plasmă este utilizat pe scară largă ca sursă de încălzire, atomizare și accelerare a particulelor în depunerea acoperirilor. Datorită debitului și temperaturii ridicate, jetul de plasmă vă permite să pulverizați aproape orice material. Un jet de plasmă se obține în diverse moduri: prin încălzirea cu arc a gazului; încălzire prin inducție de înaltă frecvență, explozie electrică, încălzire cu laser etc.

O schemă generalizată a procesului de pulverizare cu plasmă a acoperirilor este prezentată în fig. 8. Cu pulverizarea cu plasmă este posibilă alimentarea atât radială, cât și axială a materialului pulverizat sub formă de pulbere sau sârmă (tije). Se folosesc diverse tipuri de jeturi de plasmă: turbulente, laminare, subsonice și supersonice, turbionante și nevolbitoare, axisimetrice și plan-simetrice, continue și pulsate etc.

Jeturile laminare asigură lungimi de scurgere mult mai mari (l n ,l cu ), datorită căruia timpul de încălzire al particulelor pulverizate crește și se caracterizează prin valori mai mari ale raportului dintre energia de intrare și debitul gazului care formează plasmă. Jeturile laminare trebuie clasificate ca fiind cu entalpie ridicată. În plus, se caracterizează printr-un debit mare și un nivel de zgomot mai scăzut (până la 40 - 30 dB). În prezent, nu au fost încă găsite soluții care să permită utilizarea pe scară largă a jeturilor laminare pentru pulverizare. Dificultățile sunt asociate în principal cu furnizarea de pulbere. Teoria și practica aplicării acoperirilor cu jeturi laminare a fost dezvoltată de A. V. Petrov.

Jeturile de plasmă supersonice sunt, de asemenea, destul de promițătoare pentru pulverizare. Vitezele mari ale particulelor pulverizate (800 - 1000 m/s și mai mult) fac posibilă formarea de acoperiri în principal fără topirea acestora

Nivelul modern de pulverizare cu plasmă se bazează în principal pe utilizarea jeturilor de plasmă subsonice și supersonice, turbulente, axisimetrice, cu o gamă largă de proprietăți termice. Aproximativ jumătate din puterea furnizată atomizorului este cheltuită pentru încălzirea gazului care formează plasmă. De obicei, eficiența termică a atomizorului este de 0,4-0,75. De asemenea, trebuie remarcată utilizarea slabă a jetului de plasmă ca sursă de căldură pentru încălzirea particulelor de pulbere. Eficiența eficientă a încălzirii particulelor de pulbere prin plasmă ?P este în intervalul 0,01 - 0,15. La pulverizarea firului, eficiența efectivă este mult mai mare și ajunge la 0,2 -0,3.

Cele mai importante caracteristici termofizice ale jeturilor de plasmă, care determină condițiile optime pentru încălzirea, pulverizarea și accelerarea particulelor pulverizate, includ entalpia specifică, temperatura și viteza în diferite secțiuni de-a lungul axei curgerii. Controlul flexibil al parametrilor termofizici ai jetului determină fabricabilitatea procesului și capacitățile acestuia.

Dupa gradul de protectie al procesului, pulverizarea cu plasma se distinge: fara protectie, cu protectie locala si protectie generala.

7.1 Avantajele și dezavantajele metodei de pulverizare cu plasmă

Principalele avantaje ale metodei de pulverizare cu plasmă:

productivitate ridicată a procesului de la 2 - 8 kg/h pentru pistoletele cu plasmă cu o putere de 20 - 60 kW până la 50 - 80 kg/h cu atomizoare mai puternice (150 - 200 kW);

versatilitate în materialul pulverizat (sârmă, pulbere cu diferite puncte de topire;

un număr mare de parametri care asigură un control flexibil al procesului de depunere;

reglementarea calității acoperirilor pulverizate pe o gamă largă, inclusiv obținerea de conductoare de proces deosebit de de înaltă calitate, cu protecție generală;

valori ridicate ale KIM (la pulverizarea materialelor de sârmă 0,7 - 0,85, pulbere - 0,2 - 0,8);

posibilitatea de mecanizare complexă și automatizare a procesului;

disponibilitate largă a metodei, eficiență suficientă și cost redus al celor mai simple echipamente.

Dezavantajele metodei includ:

valori scăzute ale factorului de utilizare a energiei (pentru pulverizarea cu sârmă ?la = 0,02 - 0,18; pulbere - ?și = 0,001 - 0,02);

prezența porozității și a altor tipuri de discontinuități (2 - 15%);

puterea de adeziv și coeziune relativ scăzută a acoperirii (valorile maxime sunt 80 - 100 MPa);

nivel ridicat de zgomot în timpul procesului deschis (60 - 120 dB).

Pe măsură ce metoda de pulverizare cu plasmă se îmbunătățește, numărul dezavantajelor scade. Promițătoare, de exemplu, este dezvoltarea pulverizării cu o ieșire supersonică a unui jet de plasmă, care face posibilă formarea de acoperiri în principal din particule fără topire, care se află în stare viscoplastică. În comparație cu radiala, cea mai eficientă este alimentarea axială a materialului pulverizat în pulverizatoarele cu plasmă cu arc.

Un interes considerabil este pulverizarea cu plasmă folosind torțe cu plasmă cu două arcuri sau trifazate. Utilizarea torțelor cu plasmă de înaltă frecvență promite mari avantaje. În aceste cazuri se obține o plasmă care nu este contaminată cu materiale pentru electrozi, iar alimentarea axială a materialului pulverizat este simplificată.

8. Pulverizarea cu flacără a acoperirilor

O flacără de gaz este produsă prin arderea gazelor combustibile în oxigen sau aer. În arzătoarele-pulverizatoare speciale, un amestec combustibil este furnizat de-a lungul periferiei duzei, partea centrală este proiectată pentru a furniza materialul pulverizat în jetul de flacără de gaz format. În apropierea ieșirii duzei, flacăra de gaz este un con; pe măsură ce se îndepărtează de ieșirea duzei, flacăra de gaz formează un flux continuu de gaz la temperatură înaltă. Există laminare (R e < Recp ) și jeturi turbulente (R e > R ecr ). Trecerea regimului de ardere și a fluxului de jet de la laminar la turbulent depinde de natura gazului combustibil și este determinată de numerele Reynolds (Re =2200 - 10000).

Jeturile de flacără de gaz ca sursă de încălzire, pulverizare și accelerare în timpul depunerii acoperirii sunt similare cu jeturile de plasmă. Cu toate acestea, temperatura, entalpia și viteza jetului de flacără de gaz sunt mult mai mici. Particulele pulverizate interacționează cu o fază gazoasă complexă constând din gaze combustibile, produse ale arderii și disocierii lor, oxigen și azot. Potențialul redox din secțiunea inițială a jetului este ușor de controlat prin modificarea raportului dintre gazul combustibil și oxigen. În mod convențional, se pot distinge trei moduri de formare a flăcării: neutru, oxidant și reducător.

Următoarele gaze combustibile sunt utilizate pentru pulverizarea acoperirilor: acetilenă (C 2H 2), metan (CH 4), propan (C 3H 8), butan (C 4H1 0), hidrogen (H 2), etc. Uneori se folosesc amestecuri, de exemplu, propan-butan etc.

Pulverizarea cu flacără se efectuează într-o atmosferă deschisă. Aerul intră în pistolul cu flacără cu gaz și, prin urmare, cantitatea de oxigen este mai mare decât cea necesară pentru oxidarea completă a elementelor de gaz combustibil conform reacțiilor de mai sus. Pentru echilibrarea compozițiilor, cantitatea de oxigen din amestecul de gaz combustibil-oxigen este redusă.

Cea mai mare temperatură a flăcării este atinsă atunci când se utilizează amestecuri de acetilenă-oxigen. Cu toate acestea, puterea calorică este mai mare pentru propan și butan. Prin urmare, pentru pulverizare se utilizează cel mai adesea acetilena tehnică standard sau un amestec de propan-butan. Odată cu formarea jeturilor de gaz-plasmă, eficiența termică a atomizatorului este destul de mare ( ?t.r. \u003d 0,8 - 0,9). În acest caz, cea mai mare parte a energiei furnizate este cheltuită pentru încălzirea gazului. Cu toate acestea, eficiența eficientă a încălzirii particulelor de pulbere ( ?și ) compoziția este doar 0,01 - 0,15.

1 Metode de pulverizare cu flacără

Schema generalizată a procesului de pulverizare cu flacără este prezentată în fig. nouă.

Gazul combustibil și oxigenul (rar aer) intră în camera de amestec 3, amestecul combustibil intră apoi în dispozitivul de duză 7, la ieșirea căruia amestecul este aprins și formează o flacără 2. Pentru a comprima flacăra de gaz, o duză suplimentară 4 este utilizate, în care se alimentează gaz comprimat, de obicei aer sau azot. Urma exterioară a fluxului de gaz 5 prelungește jetul de gaz la temperatură înaltă, îi crește temperatura, entalpia și viteza, în plus, gazul poate fi utilizat pentru răcirea elementelor solicitate termic ale atomizorului.

Materialul pulverizat sub formă de pulbere sau sârmă (tije) este alimentat de-a lungul axei jetului de gaz-flacără din interiorul pistoletului, ceea ce contribuie la încălzirea și pulverizarea mai intensă a materialului.

Metodele de pulverizare cu flacără sunt clasificate după următoarele criterii:

Tipul de material pulverizat. Pulverizarea cu flacără se distinge prin pulbere și materiale de sârmă (tijă).

tip de gaz combustibil. Metode cunoscute de pulverizare folosind acetilenă sau gaze, înlocuitori ai acetilenei (propan, butan, amestecuri ale acestora etc.).

gradul de mecanizare. Se aplica pulverizare manuala si mecanizata (masina). Prin metode manuale se mecanizează doar alimentarea cu materialul pulverizat. În metodele complet mecanizate, produsul pulverizat este mutat în raport cu pulverizatorul sau invers și sunt introduse elemente de automatizare.

2 pulverizatoare cu flacără

În țara noastră se produc o serie de instalații de pulverizare cu flacără cu materiale de sârmă și pulbere. Acetilena și amestecul de propan-butan sunt folosite ca gaze energetice. Acetilenă (sau un înlocuitor), oxigen și, în unele cazuri, gaz suplimentar (aer) pentru pulverizare este furnizat atomizatorului de la unitatea de alimentare cu gaz. Unitatea de alimentare cu gaz nu este inclusă în setul aparatului fabricat. Se monteaza direct pe zona de lucru. Pulverizatoarele cu flacără sunt de obicei echipate cu un pulverizator (pistol), un alimentator de sârmă sau pulbere și un panou de control. Adesea, mecanismul de alimentare a sârmei este situat în aceeași carcasă cu pulverizatorul, pe care este atașat alimentatorul de pulbere.

Concluzie

Producție modernăținând cont de realizările moderne în știință și tehnologie, necesită crearea unei baze puternice pentru implementarea de noi metode de aplicare a acoperirilor din diferite grupuri de materiale anorganice. Sunt necesare acoperiri cu o gamă largă de proprietăți fizice și chimice: pentru protecție în diverse medii; rezistent la uzura; optic; protectie termica si multe altele. Sunt necesare, de asemenea, eforturi semnificative pentru a îmbunătăți metodele de acoperire existente și de lungă durată.

Pentru rezolvarea acestor probleme este necesară o abordare integrată, nu doar legată de soluționarea aspectelor științifice și tehnice specifice creării de noi tehnologii în domeniul acoperirilor, dar sarcina de optimizare și coordonare a stocării și difuzării informațiilor devine din ce în ce mai importantă.

Lista literaturii folosite

1. Grilikhes, S.Ya., Tikhonov, K.I. Acoperiri electrolitice și chimice. L.: Chimie, 1990. -288 p.

Kovensky, I.M., Povetkin, V.V. Metode pentru studiul acoperirilor electrolitice. -M.: Nauka, 1994. -234 p.

Molchanov V.F. Acoperiri electrolitice combinate - Kyiv: Technique, 1976. -176 p.

Dasoyan, M.A., Palmskaya, I.Ya., Sakharova, E.V. Tehnologia acoperirilor electrochimice. -L.: Mashinostroenie, 1989. -391 p.

Eichis, A.P. Acoperiri și estetică tehnică. - Kiev: Tehnica, 1971. - 248 p.

Biront, V.S. Coating: un manual pentru studenții universitari. - Krasnoyarsk. GATsMiZ, 1994. - 160 p.

Bobrov, G.V. Aplicarea acoperirilor anorganice (teorie, tehnologie, echipamente): un manual pentru studenți. / G.V.Bobrov, A.A. Ilyin. - M.: Intermet Engineering, 2004. - 624 p.

8. Liner, V.I. Acoperiri de protecție din metale / V.I. Liner, - M.: Metalurgie, 1974. - 560 p.

9.. Nikandrova, L.I. Metode chimice de obţinere a acoperirilor metalice./ L.I. Nikandrov. - L.: Mashinostroenie, 1971. 101 p.

Coroziune.: Ediție de referință. / Ed. LL. Schreyer. - M.: Metalurgie. 1981. - 632 p.

Tratarea chimico-termică a metalelor și aliajelor.: Manual / Ed. L.S. Lahovici. M.: Metalurgie, 1981.-.424 p.

Kolomytsev, P.T. Straturi de difuzie rezistente la căldură / P.T. Kolomitsev. - M.: Metalurgie, 1979. - 272 p.

Hawking, M. Acoperiri metalice și ceramice / M. Hawking, V. Vasantasri, P. Sidki. - M.: Mir, 2000. - 516 p.

Modificarea fizică și chimică este înțeleasă ca o schimbare intenționată a proprietăților suprafeței ca urmare a influenței externe tehnologice. Aceasta se referă la o modificare a structurii materialului în straturi subțiri de suprafață din cauza impactului fizic (fascice de ioni și electroni, plasmă la temperatură joasă și de înaltă temperatură, descărcări electrice etc.) sau a impactului chimic, ducând la formarea pe suprafața straturilor de compuși chimici bazați pe materialul de bază (oxidare chimică, electrochimică și termică, fosfatare, sulfurare, nitrurare cu plasmă etc.).

Evident, nu există o graniță de clasificare pronunțată între procesele de modificare fizico-chimică și întărirea suprafeței.

Dintre numeroasele metode de modificare fizico-chimică, cele mai promițătoare sunt implantarea ionică, anodizarea, în special, pulsată (tratament într-o plasmă cu electrolit) și întărirea cu laser.

Implantarea ionică este o metodă relativ nouă de modificare fizică și chimică, bazată pe introducerea ionilor accelerați ai elementelor de aliere în stratul de suprafață.

	b)

Orez. 19.12. Schema instalației pentru implantare ionică cu un accelerator liniar (A ) din D-implanturi (b):

1 - sursa de ioni; 2 - sistem de extracție a ionilor; 3 - separator; 4 - magneți de focalizare; 5 - accelerator liniar; 6 - sistem de deviere electrostatic; 7 - flux ionic; 8 - piese călite

Ionii implantați au o adâncime de penetrare mică, dar influența lor se extinde mult mai departe de suprafață.

Se pot distinge următoarele caracteristici ale implantării ionice:

Posibilitatea de formare la suprafata a unor aliaje care nu pot fi obtinute in conditii normale din cauza solubilitatii sau difuziei limitate a componentelor. Într-un număr de cazuri, limitele de solubilitate de echilibru sunt depășite cu mai multe ordine de mărime;

Dopajul nu este asociat cu procesele de difuzie, cu excepția modificării materialelor de implantare ionică la densitate mare de curent, când se observă difuzie stimulată de radiații a componentelor;

Procesul se desfășoară la temperaturi scăzute (sub 150 °C), fără a modifica proprietățile mecanice ale materialului. Metoda permite prelucrarea materialelor termosensibile;

Nu există nicio modificare vizibilă a dimensiunilor pieselor după implantare;

Suprafețele modificate nu necesită finisare ulterioară;

Procesul este bine controlat și reproductibil;

Curățarea mediului înconjurător a proceselor;

Numai suprafețele expuse care sunt expuse direct la iradierea ionică sunt întărite;

adâncimea mică a stratului modificat;

Costul relativ ridicat al echipamentelor.

Instalația pentru implantare cu fascicul de ioni conține o sursă de ioni, un sistem de „tragere” de ioni 2, un separator de ioni 3, lentile de focalizare magnetică 4, un accelerator liniar 5, un sistem de deflexie electrostatică b. În practică, se folosesc surse de ioni continui și pulsați de diferite modele, care generează ioni de gaz (de la hidrogen la kripton) și metale (cu catod cald și rece, magnetron, diaplasmotron etc.). Ionii care părăsesc sursa sunt eterogene ca compoziție. Pentru a separa ionii străini, se folosește un separator de masă magnetic, care deviază ionii cu o masă și o sarcină diferite față de axa principală. Fasciculul de ioni „purificat” este focalizat și accelerat într-un accelerator liniar. Scanarea fasciculului de ioni pe suprafața piesei întărite se realizează printr-un sistem de deviere 6 .

Pentru a asigura o întărire uniformă, piesa se rotește și se rotește în raport cu grinda.

Implantarea ionică cu ioni de plasmă - uneori numită implantare 3D - se realizează în camere de vid, unde un mediu ionizat este creat printr-o descărcare strălucitoare sau arc, iar piesei este aplicată o tensiune înaltă pulsată, care asigură accelerarea ionilor în direcție. a suprafetelor bombardate. Un flux de ioni de înaltă energie poate fi format direct în procesul de ardere a unei descărcări auto-susținute în impulsuri între o cameră de vid împământată și un produs care este un catod.

Ionii accelerați în câmpul de cădere a catodului de grosime mică modifică în mod eficient suprafața produsului, care poate avea o formă tridimensională complexă. Ionii incidenti genereaza de la suprafata produsului un fascicul de electroni care, interactionand cu plasma, asigura auto-sustinerea descarcarii. Această metodă are anumite avantaje față de metodele cu grinzi datorită simplității și costului relativ scăzut al implementării proceselor tehnologice. Poate fi combinat cu alte metode de prelucrare cu plasmă ionică, cum ar fi magnetronul, pulverizarea cu arc de vid și cu plasmă termică, nitrurarea ionică etc.

Implantarea ionică de înaltă energie utilizează ioni de gaz cu energii de până la 100 keV pentru a întări metale și aliaje, ceramică și polimeri.

Tratamentul cu ioni de azot de mare energie crește în mod eficient durabilitatea sculelor de tăiere și ștanțare și rezistența la oboseală a pieselor.

Implantarea de atomi interstițiali (azot, carbon și bor) îmbunătățește rezistența la uzură și rezistența la oboseală a oțelurilor. Aceste elemente au proprietatea de a segrega dislocarea chiar și la temperatura camerei, ceea ce le blochează mișcarea și întărește stratul de suprafață, ceea ce la rândul său previne dezvoltarea fisurilor de oboseală.

Odată cu implantarea ionică a nichelului cu bor, rezistența la oboseală crește cu mai mult de 100%.

Creșterea rezistenței la oboseală se datorează nu acțiunii tensiunilor de compresiune reziduale care apar în timpul implantării ionilor, așa cum se credea anterior, ci inhibării dezvoltării fisurilor de oboseală datorită scăderii mobilității dislocațiilor.

Pentru a îmbunătăți proprietățile anti-fricțiune, se pot implanta ioni de molibden și o cantitate dublă de ioni de sulf. Implantarea articulațiilor poate deveni o nouă metodă de formare a straturilor anti-fricțiune și a altor straturi aliaje speciale.

Prin implantarea titanului se obține la suprafață o fază amorfă Ti-C-Fe, ceea ce duce la scăderea frecării și a uzurii.

Implantarea ionică este utilizată pe scară largă pentru a îmbunătăți rezistența la coroziune a pieselor din oțel. În acest scop, se implantează ioni.

Tratament termic local efectuează modificarea structurii stratului de suprafață. În același timp, sunt furnizate astfel de condiții de temperatură-timp și rezultate de întărire care sunt dificil sau imposibil de obținut prin metodele tradiționale de tratament termic, și anume:

Rate mari de încălzire și răcire (viteze de încălzire ajung la 10 4 ... 10 8 K / s, iar ratele de răcire - 10 3 ... 10 4 K / s, în funcție de timpul de expunere și energia radiației, precum și de funcționare moduri ale laserului). Astfel de moduri de încălzire și răcire duc la un curs neechilibrat de transformări de fază, la o schimbare a punctelor critice A cuși DAR, formarea soluţiilor solide suprasaturate cu structuri fin dispersate până la amorfe. Ca urmare, se formează un strat cu duritate crescută (depășește cu 15 ... 20% duritatea după întărire prin metodele existente), cu rezistență bună la uzură și gripare în timpul frecării;

Posibilitatea de întărire a suprafețelor în locuri greu accesibile (cavități, adâncituri), unde se poate introduce fasciculul laser cu ajutorul dispozitivelor optice;

Utilizarea unui laser face posibilă reducerea bruscă a adâncimii stratului întărit și controlul eficient al dimensiunii acestuia.

întărire cu laser utilizat pentru călirea sculelor de tăiere și măsurare, a muchiilor de lucru ale matrițelor și poansonilor la o adâncime de până la 0,15 mm (radiație pulsată) și până la 1,5 mm (radiație continuă). La oțelurile pentru scule, duritatea este de 63 ... 67 HRC. Rugozitatea suprafeței prelucrate nu se modifică.

S-a stabilit că utilizarea radiației laser ca sursă de încălzire în întărirea termoplastică a aliajelor de nichel face posibilă obținerea unor tensiuni de compresiune reziduale de până la 10 GPa în stratul de suprafață.

Cu tratamentul termic cu laser, este posibil să se creeze condiții pentru evaporarea selectivă a proeminențelor neregulilor, care duc la o scădere a rugozității suprafeței.

Fațare tare cu laser este una dintre cele mai promițătoare modalități de a restaura părțile critice ale motoarelor cu turbine cu gaz, în special paletele turbinei și ale compresorului. Principalele sale avantaje sunt capacitatea de a elimina micile defecte fără a încălzi suprafața adiacentă defectului și absența unui plumb în timpul suprafeței.

Suprafața cu laser se realizează în camere cu atmosferă protectoare sau cu suflare de gaz inert. Materialele de sârmă, folie sau pulbere sunt utilizate ca materiale de umplutură.

Placarea cu laser cu aliaje metalice pulbere cu impact termic minim face posibilă creșterea performanței pieselor de mai multe ori în condiții severe de temperatură, eroziune și alte condiții de funcționare.

INTRODUCERE

Procesele de modificare a suprafeței materialelor conductoare sunt utilizate pe scară largă pentru a crea proprietăți speciale ale diferitelor produse din optică, electronică și, de asemenea, ca tratament de finisare pentru o gamă largă de produse de uz casnic și tehnice. Metodele de lustruire mecanică existente sunt consumatoare de timp, complexe și conduc adesea la modificări structurale nedorite ale stratului de suprafață al produselor, crearea unor tensiuni suplimentare, care pot avea o importanță decisivă în formarea peliculelor subțiri cu proprietăți speciale în microelectronică. Metodele electrochimice utilizate pe scară largă de lustruire a produselor metalice sunt costisitoare, în principal din cauza utilizării electroliților acizi scumpi, care provoacă și daune mari mediului mediului. În acest sens, cea mai mare importanță se acordă dezvoltării și implementării de noi procese tehnologice care să permită menținerea calității și structurii suprafeței, să aibă o productivitate ridicată și o bună calitate a mediului și a mediului. indicatori economici. Astfel de procese includ lustruirea diferitelor materiale conductoare prin metoda electrolitică-plasmă. Spre deosebire de lustruirea electrochimică tradițională în acizi, tehnologia electrolitică-plasmă utilizează soluții apoase de săruri de concentrație scăzută (3–6%), care sunt de câteva ori mai ieftine decât componentele acide toxice.

Eliminarea electroliților uzați nu necesită instalații speciale de tratament. Timpul de lustruire este de 2–5 minute, iar timpul de debavurare este de 5–20 de secunde. Această metodă permite prelucrarea produselor în patru domenii principale:

• pregătirea suprafeței înainte de aplicarea foliilor subțiri și a acoperirilor;
• lustruirea suprafețelor cu profil complex ale pieselor critice;
• debavurarea și tocirea marginilor ascuțite;
• lustruirea decorativă a produselor metalice;

În prezent, prelucrarea electrolitică-plasmă a diferitelor oțeluri și aliaje de cupru este utilizată la o serie de întreprinderi din Belarus, Rusia, Ucraina, precum și în China și alte țări. Aplicarea largă a acestei tehnologii este constrânsă de gama limitată de materiale și produse lustruite, deoarece electroliții și modurile de lustruire a produselor și metalelor în formă complexă, cum ar fi aluminiul și titanul, precum și materialele semiconductoare, nu au fost dezvoltați. Căutarea electroliților eficienți necesită un studiu mai profund al mecanismului de îndepărtare a rugozității și de formare a luciului de suprafață în timpul acțiunii electrolitice-plasmei asupra materialelor conductoare.

PROCESE ISO-CHIMICE SUB EXPUNERE LA ELECTROLIȚI-PLASMA

Funcționarea instalațiilor de prelucrare electrolitic-plasmă se bazează pe principiul utilizării descărcărilor electrice pulsate care apar de-a lungul întregii suprafețe a unui produs scufundat într-un electrolit. Efectul combinat al unui mediu activ chimic și al descărcărilor electrice pe suprafața unei piese creează efectul produselor de lustruire. În tehnologia lustruirii electrolitice-plasmă, piesa de prelucrat este un anod, căruia i se aplică un potențial pozitiv și un potențial negativ este aplicat băii de lucru. După ce sunt depășite unele densități critice de curent și tensiune, se formează o carcasă de vapori-plasmă în jurul anodului metalic, împingând electrolitul departe de suprafața metalică. Fenomenele care apar în regiunea apropiată de electrod nu se încadrează în cadrul electrochimiei clasice, deoarece în apropierea anodului ia naștere un sistem multifazic metal-plasmă-gaz-electrolit, în care ionii și electronii servesc ca purtători de sarcină /3/.

Lustruirea metalelor are loc în intervalul de tensiuni de 200–350 V și densități de curent de 0,2–0,5 A/cm 2 /2,3/. La o tensiune mai mare de 200 V, în jurul anodului se formează o înveliș de vapori-plasmă (VPO) subțire stabilă (50–100 μm), care se caracterizează prin fluctuații mici ale curentului la U = const. Intensitatea câmpului electric în carcasă ajunge la 10 4 –10 5 V/cm 2 . La o temperatură de aproximativ 100 0 C, o astfel de intensitate poate provoca ionizarea vaporilor, precum și emisia de ioni și electroni, ceea ce este necesar pentru a menține o descărcare electrică strălucitoare staționară în învelișul apropiat de electrod. În apropierea microproeminențelor, puterea câmpului electric crește semnificativ, iar în aceste zone apar descărcări de scântei pulsate cu eliberarea de energie termică.

S-a stabilit prin cercetări că stabilitatea și continuitatea PPO, fiind o condiție necesară pentru implementarea procesului de netezire a microrugozității, sunt determinate de o combinație de diverși parametri fizico-chimici: caracteristicile electrice ale circuitului, condițiile termice și structurale ale suprafața tratată, compoziția chimică și de fază a materialului tratat, proprietățile moleculare ale electrolitului și parametrii hidrodinamici lichide din zona apropiată de electrod /1–4/.

AVANTAJE ALE TRATAMENTULUI ELECTROLITIC PLASMA

În Republica Belarus, pentru prima dată, o nouă metodă de înaltă performanță și ecologică de prelucrare electrolitică-plasmă a produselor metalice din oțel inoxidabil și aliaje de cupru în soluții apoase de sare și-a găsit aplicație industrială. Această metodă este în mare măsură lipsită de dezavantajele inerente lustruirii mecanice și electrochimice și, în plus, permite economisirea resurselor materiale și financiare. Tehnologia electrolitic-plasmă are caracteristici tehnice superioare ale procesului, cum ar fi viteza de procesare a produsului, clasa de curățenie a suprafeței sale, absența introducerii particulelor abrazive și degresarea suprafeței.Procesul poate fi complet. automatizate, suprafețe mari de producție nu sunt necesare pentru a găzdui echipamentul (Fig. 1).

Figura 1. Schema de instalare pentru lustruirea produselor conductoare. 1 - baie de lucru; 2 - pompa electrica; 3 - baie pregătitoare; 4 - transformator; 5 - dulap electric; 6 - panou de control.

Utilizarea unor metode mai performante de lustruire electrolitică-plasmă va face posibilă înlocuirea prelucrărilor mecanice și electrochimice toxice, care necesită multă muncă. Procesul de lustruire a metalelor este prietenos cu mediul și respectă standardele sanitare; nu sunt necesare instalații speciale de tratament pentru curățarea electrolitului uzat.

Principalele soluții tehnice pentru tehnologia electrolitic-plasmă de lustruire a unui număr de metale au fost dezvoltate și brevetate în Germania și Belarus. Electroliții cunoscuți sunt potriviți pentru prelucrarea unei clase limitate de metale și nu lustruiesc aluminiul, titanul etc. Institutul de Probleme Energetice al Academiei Naționale de Științe din Belarus (acum Institutul Comun pentru Energie și Cercetare Nucleară - Sosny al Academiei Naționale) of Sciences of Belarus) a dezvoltat o nouă compoziție de electroliți pentru lustruirea aliajelor de aluminiu forjat, care nu conține acid concentrat, neagresiv pentru echipament, durabil și cu cost redus, a fost depusă o cerere de invenție la 20 mai 2002.

INDICATORI ECONOMICI AI TRATAMENTULUI ELECTROLITIC-PLASMA

La lustruirea a 1 m 2 dintr-un produs prin metoda electrochimică clasică se consumă aproximativ 2,5 kg de acizi cu un cost de 3 unități convenționale, iar la lustruirea prin metoda electrolitic-plasmă se consumă aproximativ 0,1 kg de săruri cu un cost de 0,02 unități convenționale. Calculele arată că, cu funcționarea în două schimburi a echipamentului electrolitic-plasmă timp de 200 de zile, economiile resurse financiare pe an este de aproximativ 30.000 USD, astfel, cu un cost de instalare de 26.000 USD. rambursarea sa nu depășește un an. În plus, acest calcul nu ține cont de economiile obținute ca urmare a absenței costurilor pentru instalațiile de tratare.

Pe langa faptul ca tehnologia electrolitic-plasma are o productivitate mai mare si este prietenoasa cu mediul, are performante economice mai bune in comparatie cu metodele de prelucrare mecanica si electrochimica. Deși consumul de energie în timpul lustruirii electrolitic-plasmă (tensiunea de funcționare este de 220-320 V) este semnificativ mai mare decât în ​​timpul prelucrării prin metoda electrochimică tradițională la tensiuni joase, cu toate acestea, costurile totale de operare la utilizarea acestei tehnologii sunt în medie de șase ori mai mici și acest economic Câștigul se realizează în primul rând prin înlocuirea electrolitului acid scump cu o soluție apoasă de sare ieftină. Trebuie remarcat faptul că nu sunt necesari reactivi de înaltă puritate (săruri) pentru a obține efectul de lustruire, ceea ce afectează semnificativ costul acestora. Indicatorii economici ai tehnologiei electrolitice cu plasmă sunt îmbunătățiți considerabil printr-o schemă simplificată de eliminare a electrolitului uzat și absența instalațiilor speciale de tratare.

Calculele costurilor folosind tehnologia luată în considerare arată că, odată cu creșterea puterii instalației, atunci când aria maximă a suprafeței lustruite la o sarcină crește, costurile unitare totale (pe 1 m 2 de suprafață) scad, inclusiv reducerea costurilor de capital și de exploatare separat. În acest caz, există o redistribuire partajată a costurilor pentru elementele individuale de cheltuieli. Datele date sunt valabile pentru funcționarea continuă de șapte ore a instalației pe tură timp de douăzeci de zile lucrătoare pe lună. Practica utilizării metodei propuse arată că, în funcție de dimensiunea, forma, volumul unui lot de produse prelucrate și modul de funcționare al instalației, trebuie să alegeți capacitatea adecvată a instalației, care oferă cel mai mic costși cea mai scurtă perioadă de rambursare.

PERSPECTIVE DE PRELUCRARE ELECTROLIT-PLASMA A MATERIALELOR CONDUCENTE

Institutul Comun pentru Energie și Cercetare Nucleară - Sosny al Academiei Naționale de Științe din Belarus (JIPNR-Sosny) efectuează cercetări privind dezvoltarea electroliților eficienți pentru lustruirea unei game largi de materiale și produse conductoare, lucrările sunt în curs de perfecționare a tehnologiei, crearea și implementarea echipamentelor. Teoretic și studii experimentale vizează optimizarea procesului ținând cont de factorii termofizici, precum criza de fierbere, precum și de parametrii fizici ai electrolitului (coeficientul de tensiune superficială, vâscozitatea, unghiul de umectare) pentru a dezvolta abordări bazate științific în căutarea compozițiilor electrolitice. care asigură o calitate dată de prelucrare a unei game largi de materiale la costuri minime ale resurselor utilizate (material, energie, timp, forță de muncă etc.).

Pentru lustruirea oțelurilor inoxidabile și a aliajelor de cupru prin metoda electrolitic-plasmă, JIPINR-Sosny a dezvoltat o gamă de putere de echipamente EIP-I, EIP-II, EIP-III, EIP-IV cu un cost de la 4000 uc. pana la 22000 c.u. productivitate variată de la 400 cm2 la 11000 cm2 pentru o încărcare. Acest produs este orientat spre export. Astfel de instalații au fost furnizate multor întreprinderi din Belarus, Rusia și Ucraina. La fabricarea echipamentelor electrolitice-plasmă se folosesc materiale și componente fabricate în Belarus.

Pentru a economisi energie suplimentară, au fost dezvoltate o nouă sursă de energie economică și o metodă de lustruire în două etape folosind tensiuni de operare ridicate în prima etapă de îndepărtare a rugozității suprafeței și efectuarea celei de-a doua etape finale de prelucrare într-un electrolit la tensiuni mai mici. Efectul de economisire a energiei al dotării instalațiilor cu o nouă sursă de energie și al utilizării unui mod în două etape de lustruire a produselor conductoare poate fi de la 40 la 60% din energia electrică consumată față de sursele standard de energie utilizate la o tensiune fixă ​​constantă.

CONSTATĂRI

Sunt determinati cei mai semnificativi factori care influenteaza regimul tehnologic de prelucrare electrolitic-plasma a materialelor conductoare. Se arată că noua metodă de prelucrare într-un electrolit are o serie de avantaje tehnice și economice în comparație cu tehnologiile existente de lustruire a suprafețelor unei game largi de produse.

Dezvoltarea pe scară largă în diverse industrii a metodelor ecologice de prelucrare a materialelor conductoare nu numai că va economisi resursele materiale și de muncă și va crește dramatic productivitatea muncii în prelucrarea metalelor, dar va rezolva și o sarcină socială semnificativă de îmbunătățire semnificativă a condițiilor de muncă pentru personalul tehnic și de inginerie și de a crea o mai mare măsură. situaţie favorabilă de mediu la întreprinderi.şi în regiuni.

LITERATURĂ

1. Brevetul nr. 238074 (GDR).
2. I.S.Kulikov, S.V.Vashchenko, V.I.Vasilevsky Particularități ale lustruirii electro-pulse a metalelor în plasmă electrolitică // VESTSI ANB ser. Fiz-tehn. Științe. 1995. nr 4. pp. 93–98.
3. B.R. Lazarenko, V.N. Duradzhi, Bryantsev I.V. Despre structura și rezistența zonei apropiate de electrod în timpul încălzirii metalelor într-o plasmă de electrolit // Elektronnaya obrabotka materialov. 1980. nr 2. pp. 50–55.
4. Brevet al Republicii Belarus nr. 984 1995.

Kulikov I.S., Vașcenko S.V., Kamenev A.Ya.

Invenţia se referă la domeniul tratării chimico-fizice a stratului de suprafaţă al produselor metalice din titan şi aliajele acestuia în vederea modificării proprietăţilor suprafeţei acestora. Metoda include tratarea fizică și chimică a suprafeței produselor și aluminarea, în timp ce tratamentul fizic și chimic al suprafeței produselor se realizează prin lustruire electrochimică într-un electrolit de următoarea compoziție: acid percloric - 1 parte; acid acetic - 9 părți, la o temperatură de 30-35 ° C, densitate de curent 2 A / dm 2, tensiune 60 V, timp de 3 minute. EFECT: activarea interacțiunii suprafeței produselor metalice cu mediile și substanțele de contact, rezistență ridicată la scară și rezistență la coroziune, proprietăți antifricțiune ridicate. 1 filă.

Invenţia se referă la domeniul tratării chimico-fizice a stratului de suprafaţă al produselor metalice din titan şi aliajele acestuia în vederea modificării proprietăţilor suprafeţei acestora.

Fenomene de suprafață - o expresie a proprietăților speciale ale straturilor de suprafață, i.e. straturi subțiri de materie la interfața dintre corpuri (medii, faze). Aceste proprietăți se datorează excesului de energie liberă a stratului de suprafață, caracteristicilor structurii și compoziției sale. Natura moleculară și proprietățile suprafeței se pot schimba radical ca urmare a formării straturilor monomoleculare de suprafață sau a filmelor de fază (polimoleculare). Orice „modificare” a stratului de suprafață (interfacial) duce de obicei la o creștere sau scădere a interacțiunii moleculare dintre fazele de contact (liofilitate și liofobicitate). Liofilitatea înseamnă umezire bună (adesea completă), tensiune interfacială scăzută, rezistența suprafețelor la lipirea reciprocă. Liofobia este conceptul opus.

Când două solide sau un corp solid intră în contact cu mediile lichide și gazoase, proprietățile suprafeței determină condițiile pentru fenomene precum aderența, umezirea și frecarea. Transformările fizice sau chimice în straturile de suprafață afectează foarte mult natura și ritmul proceselor eterogene - coroziune, catalitice, membrană etc. Fenomenele de suprafață determină în mare măsură modurile de obținere și durabilitatea celor mai importante materiale de construcție și de structură, în special, cele produse în metalurgie.

Udarea (liofilitatea) este o condiție necesară pentru saturarea suprafeței titanului cu aluminiu și alte elemente (saturarea prin difuzie cu metale). Produsul, a cărui suprafață este îmbogățită cu aceste elemente, capătă proprietăți valoroase, care includ rezistență ridicată la scară, rezistență la coroziune, rezistență crescută la uzură, duritate și sudabilitate.

Neumectabilitatea (liofobicitatea) unui metal neprotejat crește rezistența acestuia la mediile agresive.

Brevetul (brevet RF 2232648, IPC B 05 D 5/08, publ. 2004.07.20) indică faptul că proprietățile suprafețelor se manifestă în moduri diferite. Acest lucru se datorează faptului că suprafețele sunt realizate dintr-o varietate de materiale și, în majoritatea cazurilor, au o structură diferită. În special, metalele selectate din grupul constând din beriliu, magneziu, scandiu, titan, vanadiu, crom, mangan, fier, cobalt, nichel, cupru, zinc, galiu, ytriu, zirconiu, niobiu, molibden, tehnețiu, au cele mai liofobe. proprietăți: ruteniu, reniu, paladiu, argint, cadmiu, indiu, cositor, lantan, ceriu, praseodimiu, neodim, samariu, europiu, gadoliniu, terbiu, disprosiu, holmiu, erbiu, tuliu, iterbiu, lutețiu, hafniu, tantiu, hafnium reniu, osmiu, iridiu, platină, aur, taliu, plumb, bismut, în special titan, aluminiu, magneziu și nichel, sau un aliaj corespunzător al metalelor menționate.

Filmele de carbură și oxid au o mare influență asupra proprietăților suprafeței. Filmele deosebit de dense de carbură și oxid sunt observate în metalele reactive, cum ar fi titanul și zirconiul.

Există o metodă cunoscută de modificare a proprietăților de suprafață ale aliajelor pe bază de titan (W. Zwinger, „Titanium and its alloys”, tradus din germană, Moscova, „Metalurgie”, 1979, p. 326), în care autorul susține că „stratul de oxid, mereu existent pe suprafața titanului, cel mai adesea neumezit de metale. La temperaturi ridicate în topituri, umezirea are loc în cazurile de recoacere preliminară a titanului în vid, când se formează o suprafață fără oxizi. La îndoirea unor astfel de mostre, se formează fisuri.

Dezavantajul acestei metode de pregătire a suprafeței pentru metalizare este un mecanism complex și dificil de implementat pentru prelucrarea lingourilor de mai multe tone, plăcilor, țaglelor de dimensiuni mari. În plus, metoda nu ține cont de impactul asupra aceleiași umectare a suprafeței unui alt element interstițial - carbonul. Înființat (Kurapov V.N., Trubin A.N., Kurapova L.A., Saveliev V.V. „Studiul caracteristicilor distribuției carbonului în aliajele de titan prin metoda trasoarelor radioactive (RAI), Colecția „Metalurgia și prelucrarea aliajelor de titan și rezistente la căldură” Moscova, 1991 ; V.V. Tetyukhin, V.N. Kurapov, A.N. Trubin, L.A. Kurapova, „Investigarea lingourilor și a semifabricatelor din aliaje de titan folosind metoda trasoarelor radioactive (RAI)” Revista științifică și tehnică „Titan”, nr. 1(11), 2002), că atunci când aliajele sunt încălzite, carbonul este transportat către straturile de suprafață din volumele subiacente, dar nu părăsește rețeaua cristalină de titan, spre deosebire de oțel, unde, în timpul încălzirii la temperaturi înalte, carbonul formează un compus volatil conform formulei:

C (TV) + O2 (gaz) CO2 (gaz) .

Prin urmare, spre deosebire de oțel, unde are loc decarburarea la suprafață, în titan are loc doar redistribuirea acestuia în straturile de suprafață. De asemenea, s-a stabilit că o redistribuire similară a carbonului în straturile de suprafață ale semifabricatelor și produselor are loc în timpul tăierii metalului, care este o consecință a încălzirii și deformării sale locale. Această redistribuire se observă în diferite tipuri de tăiere, inclusiv daltuire și pilire, chiar și în cele mai „moale” moduri, cum ar fi strunjirea.

Spre deosebire de redistribuirea carbonului în straturile de suprafață în timpul încălzirii la temperaturi înalte, care este vizibilă pe filmul fotografic cu ochiul liber, în cazul tăierii metalelor, redistribuirea se observă cu o creștere. Această redistribuire în stratul cel mai superficial este mai haotică. În adâncurile metalului se dezvăluie curbe ondulate de redistribuire a carbonului în stratul de suprafață, echivalente cu sarcini mecanice și termice apărute în timpul prelucrării materialului, ceea ce face ca proprietățile fizico-chimice ale suprafeței după tăiere să fie complet instabile. Această instabilitate, așa cum se arată mai sus, nu este eliminată prin recoacere în vid.

O metodă cunoscută de curățare a suprafeței de siliciu (brevet RF nr. 1814439, publicație 1995.02.27, IPC H 01 L 21/306). Esența invenției: plachetele de siliciu sunt prelucrate într-un agent de gravare lichid. Stratul de oxid rezultat și suprafața de siliciu sunt îndepărtate la temperatura camerei prin gravare în difluorură de xenon. Se obține astfel un grad ridicat de decarburare a suprafeței. Apoi plachetele de siliciu sunt transferate fără contact cu atmosfera într-o cameră de vid și fluorurile adsorbite pe suprafață sunt îndepărtate prin încălzire și menținere la 600°C într-un vid ultraînalt. Pentru a recristaliza stratul amortizat pe suprafața de siliciu, recoacerea poate fi efectuată la o temperatură mai ridicată.

Această metodă este costisitoare și poate fi utilizată la prelucrarea pieselor de dimensiuni geometrice mici.

O metodă cunoscută de modificare chimico-termică de suprafață a unităților de frecare (brevet RF nr. 2044104, publicație 20.09.1995, IPC C 23 C 8/40). Metoda include interacțiunea cu lichidul de reacție urmată de tratament termic.

Dezavantajele acestei metode includ faptul că este folosită pentru a crește rezistența la uzură a materialelor structurale, iar carbonul fluorurat, care este foarte liofob, este utilizat ca modificator de suprafață, suprafața practic nu este umezită.

O metodă cunoscută de aluminizare la cald a produselor din titan și aliajele acestuia (SU 160068, publ. 14/01/1964) este un prototip în care produsele sunt gravate cu soluții de sulfuric (35-65%) sau clorhidric (30-37). %) acid la temperatura de 50-70 °C timp de 30-40 minute sau la temperatura camerei timp de 2-3 ore pentru a se obtine o pelicula de hidrura pe ele in locul uneia de oxid, dupa care produsele sunt scufundate in aluminiu topit la o temperatura de 800-850°C.

Dezavantajul acestei metode este proprietățile filmului de hidrură, care are o natură fragilă, poroasă, cu un număr mare de microfisuri și cavități care pot pătrunde până la o adâncime de 0,2-0,3 mm, formând zone cu o structură poroasă între bază. metal și acoperire. În plus, în procesul de punere în contact a aluminiului topit cu hidruri de titan, acestea se descompun cu eliberarea de hidrogen, ceea ce determină formarea de pori în stratul de aluminiu. Combinația acestor factori reduce drastic durabilitatea stratului rezultat.

Obiectivul prezentei invenții este de a crește liofilitatea stratului de suprafață al pieselor de prelucrat și al produselor realizate din aliaje pe bază de titan prin îndepărtarea stratului de suprafață care conține oxizi și carburi fără utilizarea prelucrarii și recoacerii.

Rezultatul tehnic obținut în implementarea invenției este activarea interacțiunii suprafeței produselor metalice cu mediile și substanțele de contact, ceea ce le conferă proprietăți calitativ noi - rezistență ridicată la scară și rezistență la coroziune, proprietăți anti-fricțiune ridicate.

Rezultatul tehnic specificat este obținut prin faptul că în metoda de modificare a stratului de suprafață al produselor din titan și aliajele sale, inclusiv tratarea fizică și chimică a suprafeței produselor și aluminarea, tratamentul fizic și chimic al suprafeței produselor se realizează prin electrochimic. lustruire într-un electrolit de următoarea compoziție: acid percloric - 1 parte; acid acetic - 9 părți, la o temperatură de 30-35 ° C, densitate de curent 2 A / dm 2, tensiune 60 V, timp de 3 minute.

În timpul tratamentului electrochimic, sub acțiunea unui curent electric în electrolit, materialul anodic (stratul de suprafață al produsului) se dizolvă, iar părțile proeminente ale suprafeței se dizolvă cel mai repede, ceea ce duce la nivelarea acestuia. În același timp, materialul, incl. o peliculă de oxid sau carbură este îndepărtată de pe întreaga suprafață, spre deosebire de lustruirea mecanică, unde sunt îndepărtate doar părțile cele mai proeminente. Lustruirea electrolitică face posibilă obținerea unor suprafețe cu rugozitate foarte mică. O diferență importantă față de lustruirea mecanică este absența oricăror modificări în structura materialului prelucrat, care nu provoacă o redistribuire a carbonului pe grosimea produsului și concentrația sa focală pe suprafață.

Are loc o îndepărtare completă a stratului de suprafață care conține oxizi și carburi, iar suprafața produselor din metale reactive capătă o liofilitate ridicată, ceea ce permite un tratament chimico-termic de înaltă calitate a stratului de suprafață, cum ar fi aluminizarea.

Metoda propusă a fost testată la aluminarea probelor de aliaj de titan VT8 într-o topitură de aluminiu marca A85 timp de 4 ore la o temperatură de 850°C. Au fost realizate patru probe cu diferite metode de pregătire a suprafeței și s-au obținut următoarele rezultate (tabel):

Tab.
№	Metoda de pregătire a suprafeței	Calitate de aluminizare
1	strunjire fină	Fără lipire de aluminiu pe suprafață.
2	lustruire mecanică	Aderenta focala (strat subtire pe aproximativ 42-57% din suprafata).
3	Lustruire electrochimică în electrolitul din următoarea compoziție: acid percloric - 1 parte, acid acetic - 9 părți. La o temperatură a electrolitului de 30-35°C, densitate de curent - 2 A / dm 2, tensiune - 60 V, in 3 min.	Aluminiu lipit pe toată suprafața.*

*Determinarea locală a aluminiului într-un plan perpendicular pe axa probei a arătat:

a) pătrunderea sa circumferențială uniformă adânc în probă;

b) a evidențiat zona de difuzie a îmbogățirii cu aluminiu a probei de titan,

c) a găsit pe suprafața probei o zonă de titan solubil în aluminiu.

Astfel, eliminarea stratului de suprafață, care este îmbogățit în carbon (din adâncimea metalului) și oxigen din atmosferă, după orice tratament mecanic al pieselor de prelucrat și pieselor din titan și aliajele acestuia prin electrolustruire, este o modalitate simplă și fiabilă. pentru a activa interacțiunea metalelor în contact în timpul metalizării. Invenția face posibilă transformarea unei suprafețe liofobe într-una liofilă la costuri reduse de material și forță de muncă. Activarea suprafeței face posibilă, de exemplu, îmbunătățirea aderenței în timpul alierei prin difuzie a suprafeței cu metal, creșterea ratei de difuzie a atomilor metalului introdus în rețeaua cristalină a pieselor și produselor, ceea ce conferă suprafețelor acestora calități de performanță noi calitativ. , în special:

Rezistență mare la scară și rezistență la coroziune - acoperirea cu aluminiu reduce rata de oxidare a aliajelor de titan la o temperatură de 800-900°C de 30-100 de ori. Aceasta are loc ca urmare a formării pe suprafața stratului de acoperire -Al 2 O 3 (E.M. Lazarev și alții, Oxidarea aliajelor de titan, M., Nauka, 1985, p. 119);

Proprietăți anti-fricțiune ridicate, deoarece coeficientul de frecare al aluminiului este mult mai mic decât cel al aliajelor de titan.

REVENDICARE

O metodă de modificare a stratului de suprafață al produselor din titan și aliajele sale, inclusiv tratarea fizică și chimică a suprafeței produselor și aluminizarea, caracterizată prin aceea că tratamentul fizic și chimic al suprafeței produselor se realizează prin lustruire electrochimică într-un electrolit din următorul compoziție: acid percloric - 1 parte; acid acetic - 9 părți, la o temperatură de 30-35 ° C, densitate de curent 2 A / dm 2, tensiune 60 V timp de 3 minute.

 

Ar putea fi util să citiți:

• Imprimarea diapozitivelor de prezentare MS-PowerPoint;
• Domeniul de subiect al sociologiei muncii;
• Ce este permis santinelei;
• De ce aliaje. Tipuri de metale. Aliaje de titan în stomatologia ortopedică;
• Suprafața interioară a cuvintelor încrucișate cu piele brută;
• «Managementul și optimizarea unei întreprinderi de producție;
• Dispozitiv de lupă De câte ori mărește un microscop;
• Importanța și protecția păsărilor. Originea păsărilor. Originea păsărilor: caracteristici, fapte interesante și descriere. Sensul și protecția păsărilor Sensul și protecția păsărilor originea păsărilor abstract;