چگونه می توان به درمان سطحی ساختار حفره داخلی دست یافت؟

一، اصل فنی: اصلاح سطح از طریق اثرات ترکیبی چندین میدان فیزیکی
هدف اصلی عملیات سطحی سازه‌های حفره داخلی افزایش عملکرد و بهینه‌سازی مورفولوژی سطح از طریق روش‌های مکانیکی، شیمیایی یا ترکیبی است. سه گروه اصلی از اصول فنی وجود دارد:
نوع حذف مکانیکی: از اثر برش میکرو ذرات ساینده برای خلاص شدن از لایه‌های عیوب سطحی استفاده می‌کند. برای مثال، روش پولیش با جریان ساینده، از ساینده‌های پلیمری نیمه جامد استفاده می‌کند که تحت فشار برای صیقل دادن ساختارهای پیچیده مانند سوراخ‌های متقاطع و حفره‌های داخلی به طور یکنواخت، که منجر به زبری سطح Ra0.1 میکرومتر می‌شود، استفاده می‌کند.
نوع انحلال شیمیایی: این نوع انحلال شیمیایی از ایده های الکتروشیمی یا خوردگی شیمیایی برای حذف انتخابی برآمدگی ها از سطح استفاده می کند. فناوری پولیش الکترولیتی سرعت انحلال آندی را کنترل می کند تا مورفولوژی ریز هندسی سطح را صاف تر کند. همچنین یک لایه اکسید ضخیم می سازد تا سطح را در برابر خوردگی مقاوم تر کند. درمان حفره داخلی فولاد ضد زنگ 316L می تواند زبری را از Ra6 میکرومتر به Ra0.2 میکرومتر کاهش دهد.
نوع تقویت کننده کامپوزیت: ساخت یک سطح درجه بندی عملکردی با استفاده از رسوب فیزیکی و اصلاح شیمیایی. به عنوان مثال، فناوری PVD (Physical Vapor Deposition) پوشش TiN را در حفره قالب قرار می دهد. این پوشش تا 2200HV سخت است و سه برابر در برابر سایش مقاوم تر است. فناوری نفوذ خاکی کمیاب عناصری مانند Ce و La را در طول فرآیند نیتریدینگ اضافه می کند تا لایه نفوذ 40 درصد عمیق تر شود که مقاومت در برابر خستگی را تا حد زیادی بهبود می بخشد.
2، اجرای فرآیند: پاسخ های دقیق برای هر موقعیت
1. پرداخت حفره داخلی سوراخ عمیق: استفاده نوآورانه از فناوری جریان ساینده
روش‌های پرداخت سنتی روی ساختارهای سوراخ عمیق مانند حفره داخلی تیغه‌های موتور هواپیما و انژکتورهای سوخت خودرو به خوبی کار نمی‌کنند، زیرا دسترسی به آن‌ها سخت است و خیلی خوب کار نمی‌کنند. تکنولوژی جریان ساینده با استفاده از ایده های جدید زیر پیشرفت می کند:
بهینه‌سازی متوسط: یک ترکیب ساینده نیمه جامد از ذرات کاربید سیلیکون و حامل‌های پلیمری استفاده می‌شود تا اطمینان حاصل شود که می‌تواند سطح را برش دهد و خراش ندهد.
طراحی کانال: با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) برای شبیه سازی و بهبود کانال ابزار، می توانیم مطمئن شویم که سرعت جریان ساینده در ریز منافذ 0.3 میلی متری بیش از 95٪ یکنواخت است.
کنترل پارامترها: به عنوان مثال، هنگام درمان حفره داخلی نوع خاصی از پره های توربین، زبری را می توان پس از سه چرخه (هر دوره 5 دقیقه) از Ra3.2 میکرومتر به Ra0.4 کاهش داد. فشار 0.5 مگا پاسکال و سرعت جریان 15 میلی متر بر ثانیه است.
2. برای جداسازی حفره پیچیده، از روش کامپوزیت الکتروشیمیایی و مکانیکی استفاده کنید.
هنگام برداشتن فرزها از ساختارهای سوراخ متقاطع مانند بدنه شیرهای انتقال و بلوک های شیر هیدرولیک، باید بین سرعت و کیفیت سازشی پیدا کنید. یک شرکت با فرآیند "روش زدایی الکتروشیمیایی + پرداخت جریان ساینده" ارائه شد:
مرحله الکتروشیمیایی: یک محلول NaCl 10٪ به عنوان الکترولیت استفاده می شود و یک منبع تغذیه پالسی با فرکانس 10 کیلوهرتز و چرخه کاری 30٪ برای حذف 90٪ از سوراخ ها با چگالی جریان 0.5A/cm² استفاده می شود. این فرآیند بیش از 2 دقیقه طول نمی کشد.
مرحله جریان ذرات آسیاب از ساینده کاربید سیلیکون 800 مش برای صیقل دادن به مدت 2 دقیقه در فشار 0.3 مگاپاسکال استفاده می کند. این بقایای الکتروشیمیایی را حذف می کند و کیفیت سطح Ra0.2 میکرومتر را به جا می گذارد.
3. ساخت داخل حفره مقاوم در برابر خوردگی: با استفاده از هر دو تکنولوژی پرداخت الکترولیتی و پوشش
داخل ایمپلنت های تجهیزات پزشکی، از جمله مفاصل مصنوعی، باید هم زیست سازگار و هم در برابر خوردگی مقاوم باشد. یکی از شرکت‌ها از فرآیند «جلیقه الکترولیتی + پوشش DLC (الماس-شبیه کربن)» استفاده می‌کند:
پولیش الکترولیتی: با استفاده از ولتاژ 15 ولت و جریان 20 آمپر به مدت 5 دقیقه در الکترولیت مخلوط اسید فسفریک و اسید سولفوریک، زبری سطح Ti6Al4V از Ra1.6 میکرومتر به Ra0.08 میکرومتر کاهش می یابد و یک پوشش اکسیدی به ضخامت 100 نانومتر ایجاد می شود.
پوشش DLC: یک پوشش DLC با ضخامت 2 میکرومتر با استفاده از تکنیک کندوپاش مگنترون اعمال می شود. سختی به 20 گیگا پاسکال نزدیک می‌شود، ضریب اصطکاک به 0.05 کاهش می‌یابد و مقاومت در برابر خوردگی 10 برابر در یک محیط شبیه‌سازی شده مایع بدن افزایش می‌یابد.
3، استفاده در تجارت: نمونه‌های رایج در بخش تولید-بالا
1. رشته هوافضا
فناوری ذوب لیزری انتخابی (SLM) توسط GE Aviation برای ساخت نازل سوخت برای موتورهای LEAP استفاده می شود. پس از ساخته شدن، کانال جریان داخلی با جریان ساینده صیقل داده می‌شود تا سطح را صاف‌تر (از Ra12 میکرومتر تا Ra0.8 میکرومتر) کند، جریان سوخت را یکنواخت‌تر کند (8%)، و موتور را کارآمدتر کند (1.5%).
2. در تجارت ماشین سازی
Bosch راه جدیدی برای تمیز کردن و صیقل کردن حفره پمپ روغن با فشار بالا در سیستم راه آهن مشترک ارائه کرده است. از تمیز کردن اولتراسونیک و پولیش الکترولیتی استفاده می کند.
تمیز کردن اولتراسونیک: برای خلاص شدن از مایع برش باقی مانده از ماشین کاری، به مدت 10 دقیقه با فرکانس 40 کیلوهرتز و توان 100 وات تمیز کنید.
پولیش الکترولیتی: از الکترولیت{0}} بر پایه فسفات و ولتاژ 12 ولت به مدت 3 دقیقه استفاده کنید تا حفره فولادی ضد زنگ 316 لیتری کمتر زبر باشد (از Ra2.5 میکرومتر تا Ra0.4 میکرومتر) و مدت زمان مقاومت در برابر خوردگی اسپری نمک (از 200 ساعت تا 500 ساعت) افزایش یابد.
3. حوزه تجهیزات پزشکی
Johnson&Johnson DePuy Synthes فنجان های استابولوم را با استفاده از روش «پالیش الکترولیتی + اکسیداسیون میکرو قوس» تولید می کند.
پولیش الکترولیتی: زبری سطح زیرلایه Ti6Al4V را از Ra3.2 میکرومتر به Ra0.2 میکرومتر کاهش دهید و از شر ذرات ذوب نشده ای که در طی قالب گیری SLM ساخته شده اند خلاص شوید.
اکسیداسیون میکرو قوس: یک پوشش اکسیدی با ضخامت 20 میکرومتر با هیدروکسی آپاتیت در یک الکترولیت سیلیکات با اعمال ولتاژ 300 ولت به مدت 5 دقیقه ساخته می شود. میزان بقای ایمپلنت 99.2٪ است و استحکام پیوند استخوان تا 40٪ افزایش می یابد.