כיצד להשיג טיפול פני השטח של מבנה החלל הפנימי?

一, עקרון טכני: שינוי פני השטח באמצעות השפעות משולבות של מספר שדות פיזיים
המטרה העיקרית של טיפול פני השטח עבור מבני חלל פנימיים היא להגביר את הביצועים ולייעל את מורפולוגיה של פני השטח באמצעות שיטות מכניות, כימיות או מרוכבות. ישנן שלוש קבוצות עיקריות של עקרונות טכניים:
סוג הסרה מכנית: משתמש באפקט החיתוך המיקרו של חלקיקים שוחקים כדי להיפטר משכבות של פגמים פני השטח. שיטת ליטוש זרימה שוחקת, למשל, משתמשת בחומרי שיוף פולימריים מוצקים למחצה הזורמים בלחץ כדי ללטש מבנים מסובכים כמו חורים צולבים וחללים פנימיים באופן שווה, וכתוצאה מכך לחספוס פני השטח של Ra0.1 מיקרומטר.
סוג פירוק כימי: סוג זה של פירוק כימי משתמש ברעיונות של אלקטרוכימיה או קורוזיה כימית כדי לחסל באופן סלקטיבי בליטות מפני השטח. טכנולוגיית ליטוש אלקטרוליטי שולטת בקצב הפירוק האנודי כדי להפוך את המורפולוגיה המיקרו גיאומטרית של פני השטח לחלקה יותר. זה גם יוצר סרט תחמוצת עבה כדי להפוך את פני השטח עמידים יותר בפני קורוזיה. הטיפול בחלל הפנימי של נירוסטה 316L יכול להוריד את החספוס מ-Ra6 מיקרומטר ל-Ra0.2 מיקרומטר.
סוג חיזוק מרוכב: יצירת משטח מדורג פונקציונלית על ידי שימוש הן בתצהיר פיזי והן בשינוי כימי. לדוגמה, טכנולוגיית PVD (Physical Vapor Deposition) שמה ציפוי TiN בחלל התבנית. ציפוי זה קשיח עד 2200HV ועמיד פי שלושה בפני שחיקה. טכנולוגיית החדירה של אדמה נדירה מוסיפה אלמנטים כמו Ce ו-La במהלך תהליך הניטרידינג כדי להפוך את שכבת החדירה ל-40% עמוקה יותר, מה שמשפר מאוד את ההתנגדות לעייפות.
2, יישום תהליך: תשובות מדויקות לכל מצב
1. ליטוש חלל פנימי חורים עמוקים: שימוש חדשני בטכנולוגיית זרימה שוחקת
נהלי ליטוש מסורתיים אינם פועלים היטב על מבני חורים עמוקים כמו החלל הפנימי של להבי מנועי מטוסים ומזרקי דלק לרכב מכיוון שקשה להגיע אליהם ואינם עובדים היטב. טכנולוגיית הזרימה השוחקת מתקדמת על ידי שימוש ברעיונות החדשים הבאים:
אופטימיזציה בינונית: תערובת שוחקת מוצקה למחצה- של חלקיקי סיליקון קרביד ונושאי פולימר משמשת כדי לוודא שהיא יכולה לחתוך ולא לשרוט את פני השטח.
עיצוב תעלה: על ידי שימוש בדינמיקת נוזלים חישובית (CFD) כדי לדמות ולשפר את ערוץ הכלים, נוכל לוודא שמהירות הזרימה השוחקת במיקרונקבוביות של 0.3 מ"מ אחידה ביותר מ-95%.
בקרת פרמטרים: למשל, תוך כדי טיפול בחלל הפנימי של סוג מסוים של להב טורבינה, ניתן להפחית את החספוס מ-Ra3.2 מיקרומטר ל-Ra0.4 מיקרומטר לאחר שלושה מחזורים (5 דקות כל אחד). הלחץ הוא 0.5MPa וקצב הזרימה הוא 15 מ"מ לשנייה.
2. לשחרור חלל מורכב, השתמש בגישה אלקטרוכימית ומכאנית מורכבת.
בעת הסרת קוצים ממבני חורים צולבים כמו גופי שסתומי הילוכים ובלוקים של שסתומים הידראוליים, עליך למצוא פשרה בין מהירות ואיכות. חברה המציאה את תהליך "הברקה אלקטרוכימית+ליטוש זרימת שוחקים":
שלב אלקטרוכימי: תמיסת 10% NaCl משמשת כאלקטרוליט, ואספקת חשמל דופקת בתדר של 10kHz ומחזור עבודה של 30% משמשת להסרת 90% מהקוצים בצפיפות זרם של 0.5A/cm². התהליך אורך לא יותר מ-2 דקות.
שלב זרימת החלקיקים הטחינה משתמש בחומר שוחק סיליקון קרביד 800 mesh לליטוש במשך 2 דקות בלחץ של 0.3MPa. זה מסיר שאריות אלקטרוכימיות ומשאיר איכות פני השטח של Ra0.2 מיקרומטר.
3. הפיכת החלק הפנימי של החלל עמיד בפני קורוזיה: שימוש הן בטכנולוגיית ליטוש אלקטרוליטי והן בטכנולוגיית ציפוי
החלק הפנימי של שתלי מכשור רפואי, כולל מפרקים תותבים, חייב להיות תואם ביולוגי ועמיד בפני קורוזיה. חברה אחת משתמשת בתהליך של "ליטוש אלקטרוליטי + ציפוי DLC (יהלום-כמו פחמן)":
ליטוש אלקטרוליטי: על ידי שימוש במתח של 15V וזרם של 20A למשך 5 דקות באלקטרוליט מעורב של חומצה זרחתית וחומצה גופרתית, חספוס פני השטח של Ti6Al4V מופחת מ-Ra1.6 מיקרומטר ל-Ra0.08 מיקרון וציפוי תחמוצת בעובי 100 ננומטר.
ציפוי DLC: ציפוי DLC בעובי של 2 מיקרומטר מיושם בטכניקת התזת מגנטרון. הקשיות מתקרבת ל-20 GPa, מקדם החיכוך יורד ל-0.05, ועמידות הקורוזיה מוגברת פי 10 בסביבת נוזל גוף מדומה.
3, שימוש בעסק: דוגמאות נפוצות במגזר הייצור הגבוה-
1. תחום התעופה והחלל
טכנולוגיית המסת לייזר סלקטיבית (SLM) משמשת את GE Aviation לייצור חרירי דלק למנועי LEAP. לאחר ביצוע, ערוץ הזרימה הפנימי מלוטש בזרימה שוחקת כדי להפוך את פני השטח לחלקים יותר (מ-Ra12 מיקרומטר עד Ra0.8 מיקרומטר), לגרום לדלק לזרום באופן שווה יותר (ב-8%), ולהפוך את המנוע ליעיל יותר בדלק (ב-1.5%).
2. בעסקי ייצור מכוניות
Bosch המציא דרך חדשה לנקות ולהבריש את חלל משאבת השמן בלחץ גבוה- של מערכת המסילה המשותפת. הוא משתמש גם בניקוי קולי וגם בליטוש אלקטרוליטי.
ניקוי אולטראסוני: כדי להיפטר משאריות נוזל חיתוך מעיבוד שבבי, נקה במשך 10 דקות בתדר של 40kHz והספק של 100W.
ליטוש אלקטרוליטי: השתמש באלקטרוליט מבוסס-פוספט ובמתח 12V למשך 3 דקות כדי להפוך את חלל הנירוסטה 316L לפחות מחוספס (מ-Ra2.5 מיקרומטר ל-Ra0.4 מיקרומטר) ולהגדיל את משך הזמן שהוא יכול לעמוד בפני קורוזיה של התזת מלח ל-5000 שעות (מ-2000 שעות).
3. תחום המכשור הרפואי
Johnson&Johnson DePuy Synthes מייצרת כוסות אצטבולריות בשיטת "ליטוש אלקטרוליטי+חימצון מיקרו קשת".
ליטוש אלקטרוליטי: הורידו את חספוס פני השטח של מצע ה-Ti6Al4V מ-Ra3.2 מיקרומטר ל-Ra0.2 מיקרומטר והיפטר מהחלקיקים הלא מאוזנים שנוצרו במהלך יציקת SLM.
חמצון מיקרו קשת: ציפוי תחמוצת בעובי של 20 מיקרומטר עם הידרוקסיאפטיט נעשה באלקטרוליט סיליקט על ידי מריחת 300V למשך 5 דקות. שיעור ההישרדות של השתל הוא 99.2%, וחוזק הקשר העצם מוגבר ב-40%.