Làm thế nào để đạt được xử lý bề mặt của cấu trúc khoang bên trong?

一, Nguyên lý kỹ thuật: Sự biến đổi bề mặt thông qua tác động tổng hợp của một số trường vật lý
Mục tiêu chính của việc xử lý bề mặt cho các cấu trúc khoang bên trong là tăng hiệu suất và tối ưu hóa hình thái bề mặt thông qua các phương pháp cơ học, hóa học hoặc composite. Có ba nhóm nguyên tắc kỹ thuật chính:
Loại bỏ cơ học: sử dụng hiệu ứng cắt vi mô của các hạt mài mòn để loại bỏ các lớp khuyết tật bề mặt. Ví dụ: phương pháp đánh bóng bằng dòng chảy mài mòn sử dụng chất mài mòn polyme bán{1} rắn chảy dưới áp lực để đánh bóng các cấu trúc phức tạp như lỗ chéo và khoang bên trong một cách đồng đều, dẫn đến độ nhám bề mặt là Ra0,1 μm.
Loại hòa tan hóa học: Loại hòa tan hóa học này sử dụng các ý tưởng về điện hóa học hoặc ăn mòn hóa học để loại bỏ có chọn lọc các va đập trên bề mặt. Công nghệ đánh bóng điện phân kiểm soát tốc độ hòa tan anốt để làm cho hình thái hình học vi mô bề mặt mịn hơn. Nó cũng tạo ra một màng oxit dày để làm cho bề mặt có khả năng chống ăn mòn tốt hơn. Việc xử lý khoang bên trong bằng thép không gỉ 316L có thể làm giảm độ nhám từ Ra6 μm ​​xuống Ra0,2 μm.
Loại gia cố hỗn hợp: Tạo bề mặt được phân cấp theo chức năng bằng cách sử dụng cả sự lắng đọng vật lý và biến đổi hóa học. Ví dụ, công nghệ PVD (Lắng đọng hơi vật lý) đặt lớp phủ TiN vào khoang khuôn. Lớp phủ này có độ cứng lên tới 2200HV và có khả năng chống mài mòn cao gấp ba lần. Công nghệ thấm đất hiếm bổ sung các nguyên tố như Ce và La trong quá trình thấm nitơ để làm cho lớp thấm sâu hơn 40%, giúp cải thiện đáng kể khả năng chống mỏi.
2, Quy trình thực hiện: câu trả lời chính xác cho từng tình huống
1. Đánh bóng khoang bên trong lỗ sâu: sử dụng công nghệ dòng chảy mài mòn cải tiến
Các quy trình đánh bóng truyền thống không hoạt động tốt trên các cấu trúc lỗ sâu như phần rỗng bên trong của cánh động cơ máy bay và kim phun nhiên liệu ô tô vì chúng khó tiếp cận và hoạt động không tốt. Công nghệ dòng chảy mài mòn đạt được tiến bộ nhờ sử dụng những ý tưởng mới sau:
Tối ưu hóa trung bình: Hỗn hợp mài mòn bán rắn gồm các hạt cacbua silic và chất mang polyme được sử dụng để đảm bảo rằng nó có thể cắt và không làm xước bề mặt.
Thiết kế kênh: Bằng cách sử dụng động lực học chất lỏng tính toán (CFD) để mô phỏng và cải thiện kênh dụng cụ, chúng tôi có thể đảm bảo rằng tốc độ dòng chảy mài mòn trong các vi lỗ 0,3mm đồng đều hơn 95%.
Kiểm soát các thông số: Ví dụ, trong khi xử lý khoang bên trong của một loại cánh tuabin nhất định, độ nhám có thể giảm từ Ra3,2 μm xuống Ra0,4 μm sau ba chu kỳ (mỗi chu kỳ 5 phút). Áp suất là 0,5MPa và tốc độ dòng chảy là 15mm/s.
2. Đối với việc mài nhẵn khoang phức tạp, hãy sử dụng phương pháp tổng hợp cơ học và điện hóa.
Khi loại bỏ các gờ khỏi các cấu trúc lỗ chéo như thân van truyền động và khối van thủy lực, bạn cần tìm ra sự dung hòa giữa tốc độ và chất lượng. Một công ty đã đưa ra quy trình "làm sạch bavia bằng điện hóa + đánh bóng bằng dòng chảy mài mòn":
Giai đoạn điện hóa: Dung dịch NaCl 10% được sử dụng làm chất điện phân và nguồn điện xung có tần số 10kHz và chu kỳ hoạt động 30% được sử dụng để loại bỏ 90% vệt ở mật độ dòng điện 0,5A/cm2. Quá trình này mất không quá 2 phút.
Giai đoạn dòng hạt mài sử dụng chất mài mòn cacbua silic 800 lưới để đánh bóng trong 2 phút ở áp suất 0,3MPa. Điều này loại bỏ dư lượng điện hóa và để lại chất lượng bề mặt Ra0,2 μm.
3. Làm cho bên trong khoang chống ăn mòn: sử dụng cả công nghệ đánh bóng và phủ điện phân
Bên trong các bộ phận cấy ghép của thiết bị y tế, bao gồm cả khớp giả, phải vừa tương thích sinh học vừa có khả năng chống ăn mòn. Một công ty sử dụng quy trình "đánh bóng điện phân + lớp phủ DLC (kim cương{2}}giống như carbon)":
Đánh bóng điện phân: Bằng cách sử dụng điện áp 15V và dòng điện 20A trong 5 phút trong chất điện phân hỗn hợp axit photphoric và axit sunfuric, độ nhám bề mặt của Ti6Al4V giảm từ Ra1,6 μm xuống Ra0,08 μm và hình thành lớp phủ oxit dày 100nm.
Lớp phủ DLC: Lớp phủ DLC dày 2 μm được áp dụng bằng kỹ thuật phún xạ magnetron. Độ cứng đạt tới 20 GPa, hệ số ma sát giảm xuống 0,05 và khả năng chống ăn mòn tăng gấp 10 lần trong môi trường chất lỏng cơ thể mô phỏng.
3, Sử dụng trong kinh doanh: các ví dụ phổ biến trong lĩnh vực sản xuất-cao cấp
1. Lĩnh vực hàng không vũ trụ
Công nghệ nấu chảy laser chọn lọc (SLM) được GE Aviation sử dụng để chế tạo vòi phun nhiên liệu cho động cơ LEAP. Sau khi được tạo ra, kênh dòng chảy bên trong được đánh bóng bằng dòng mài mòn để làm cho bề mặt mịn hơn (từ Ra12 μm đến Ra0,8 μm), giúp nhiên liệu chảy đều hơn (8%) và giúp động cơ tiết kiệm nhiên liệu hơn-(1,5%).
2. Trong kinh doanh sản xuất ô tô
Bosch đã nghĩ ra một phương pháp mới để làm sạch và đánh bóng-khoang bơm dầu áp suất cao của hệ thống đường ray chung. Nó sử dụng cả làm sạch siêu âm và đánh bóng điện phân.
Làm sạch bằng siêu âm: Để loại bỏ chất lỏng cắt còn sót lại khi gia công, hãy làm sạch trong 10 phút ở tần số 40kHz và công suất 100W.
Đánh bóng bằng điện phân: Sử dụng chất điện phân gốc photphat-và điện áp 12V trong 3 phút để làm cho khoang thép không gỉ 316L bớt nhám hơn (từ Ra2,5 μ m đến Ra0,4 μ m) và tăng thời gian có thể chịu được sự ăn mòn phun muối (từ 500 giờ lên 2000 giờ).
3. Lĩnh vực thiết bị y tế
Johnson&Johnson DePuy Synthes sản xuất cốc đựng ổ cối bằng phương pháp "đánh bóng điện phân + oxy hóa hồ quang vi mô".
Đánh bóng điện phân: Giảm độ nhám bề mặt của chất nền Ti6Al4V từ Ra3,2 μm xuống Ra0,2 μm và loại bỏ các hạt không hợp nhất được tạo ra trong quá trình đúc SLM.
Quá trình oxy hóa hồ quang vi mô: Lớp phủ oxit dày 20 μm với hydroxyapatite được tạo ra trong chất điện phân silicat bằng cách cấp điện áp 300V trong 5 phút. Tỷ lệ sống sót của bộ cấy ghép là 99,2% và độ bền của liên kết xương được tăng thêm 40%.