Come ottenere il trattamento superficiale della struttura della cavità interna?

一, Principio tecnico: modificazione della superficie attraverso gli effetti combinati di più campi fisici
L'obiettivo principale del trattamento superficiale delle strutture della cavità interna è aumentare le prestazioni e ottimizzare la morfologia superficiale tramite metodi meccanici, chimici o compositi. Esistono tre gruppi principali di principi tecnici:
Tipo di rimozione meccanica: sfrutta l'effetto microtagliente delle particelle abrasive per eliminare strati di difetti superficiali. Il metodo di lucidatura a flusso abrasivo, ad esempio, utilizza abrasivi polimerici semi-solidi che scorrono sotto pressione per lucidare strutture complesse come fori trasversali e cavità interne in modo uniforme, ottenendo una ruvidità superficiale di Ra0,1 μm.
Tipo di dissoluzione chimica: questo tipo di dissoluzione chimica utilizza le idee dell'elettrochimica o della corrosione chimica per eliminare selettivamente le irregolarità dalla superficie. La tecnologia di lucidatura elettrolitica controlla il ritmo della dissoluzione anodica per rendere più liscia la morfologia microgeometrica della superficie. Crea anche uno spesso film di ossido per rendere la superficie più resistente alla corrosione. Il trattamento della cavità interna dell'acciaio inossidabile 316L può ridurre la rugosità da Ra6 μm ​​a Ra0,2 μm.
Tipo di rinforzo composito: realizzazione di una superficie classificata funzionalmente utilizzando sia la deposizione fisica che la modifica chimica. Ad esempio, la tecnologia PVD (Physical Vapor Deposition) inserisce un rivestimento TiN nella cavità dello stampo. Questo rivestimento è duro fino a 2200 HV e tre volte più resistente all'usura. La tecnologia di infiltrazione delle terre rare aggiunge elementi come Ce e La durante il processo di nitrurazione per rendere lo strato di infiltrazione più profondo del 40%, migliorando notevolmente la resistenza alla fatica.
2, Implementazione del processo: risposte esatte per ogni situazione
1. Lucidatura della cavità interna di fori profondi: un uso innovativo della tecnologia del flusso abrasivo
Le procedure di lucidatura tradizionali non funzionano bene su strutture con fori profondi come la cavità interna delle pale dei motori degli aerei e degli iniettori di carburante delle automobili perché sono difficili da raggiungere e non funzionano molto bene. La tecnologia del flusso abrasivo fa progressi utilizzando le seguenti nuove idee:
Ottimizzazione media: viene utilizzata una miscela abrasiva semi-solida di particelle di carburo di silicio e supporti polimerici per garantire che possa tagliare e non graffiare la superficie.
Progettazione del canale: utilizzando la fluidodinamica computazionale (CFD) per simulare e migliorare il canale dell'utensileria, possiamo garantire che la velocità del flusso abrasivo nei micropori da 0,3 mm sia uniforme per oltre il 95%.
Controllo dei parametri: ad esempio, durante il trattamento della cavità interna di un certo tipo di pala di turbina, la rugosità può essere ridotta da Ra3,2 μm a Ra0,4 μm dopo tre cicli (5 minuti ciascuno). La pressione è 0,5 MPa e la portata è 15 mm/s.
2. Per la sbavatura di cavità complesse, utilizzare un approccio composito elettrochimico e meccanico.
Quando si rimuovono le bave dalle strutture dei fori trasversali come i corpi delle valvole di trasmissione e i blocchi delle valvole idrauliche, è necessario trovare un compromesso tra velocità e qualità. Un'azienda ha ideato il processo di "sbavatura elettrochimica+lucidatura a flusso abrasivo":
Stadio elettrochimico: come elettrolita viene utilizzata una soluzione di NaCl al 10% e viene utilizzata un'alimentazione a impulsi con una frequenza di 10 kHz e un ciclo di lavoro del 30% per rimuovere il 90% delle bave con una densità di corrente di 0,5 A/cm². Il processo non richiede più di 2 minuti.
La fase del flusso delle particelle di macinazione utilizza un abrasivo al carburo di silicio da 800 mesh per lucidare per 2 minuti a una pressione di 0,3 MPa. Ciò rimuove i residui elettrochimici e lascia una qualità superficiale di Ra0,2 μm.
3. Rendere l'interno della cavità resistente alla corrosione: utilizzando sia la lucidatura elettrolitica che la tecnologia di rivestimento
L'interno degli impianti dei dispositivi medici, comprese le articolazioni protesiche, deve essere biocompatibile e resistente alla corrosione. Un'azienda utilizza il processo di "lucidatura elettrolitica + rivestimento DLC (diamante-come carbonio)":
Lucidatura elettrolitica: utilizzando una tensione di 15 V e una corrente di 20 A per 5 minuti in un elettrolita misto di acido fosforico e acido solforico, la ruvidità superficiale di Ti6Al4V diminuisce da Ra1,6 μm a Ra0,08 μm e si forma un rivestimento di ossido spesso 100 nm.
Rivestimento DLC: un rivestimento DLC spesso 2 μm viene applicato utilizzando la tecnica sputtering del magnetron. La durezza si avvicina a 20 GPa, il coefficiente di attrito si abbassa a 0,05 e la resistenza alla corrosione aumenta di 10 volte in un ambiente simulato di fluidi corporei.
3, Utilizzo negli affari: esempi comuni nel-settore manifatturiero di fascia alta
1. Il settore aerospaziale
La tecnologia di fusione laser selettiva (SLM) viene utilizzata da GE Aviation per realizzare ugelli di carburante per i motori LEAP. Dopo essere stato realizzato, il canale di flusso interno viene lucidato con flusso abrasivo per rendere la superficie più liscia (da Ra12 μm a Ra0,8 μm), rendere il flusso di carburante più uniforme (dell'8%) e rendere il motore più efficiente in termini di consumo di carburante (dell'1,5%).
2. Nel settore della produzione di automobili
Bosch ha ideato un nuovo modo per pulire e lucidare la cavità della pompa dell'olio ad alta pressione-del sistema common rail. Utilizza sia la pulizia ad ultrasuoni che la lucidatura elettrolitica.
Pulizia ad ultrasuoni: per eliminare i residui di fluido da taglio della lavorazione, pulire per 10 minuti ad una frequenza di 40kHz e una potenza di 100W.
Lucidatura elettrolitica: utilizza un elettrolita a base di fosfato- e una tensione di 12 V per 3 minuti per rendere la cavità in acciaio inossidabile 316L meno ruvida (da Ra2,5 μ m a Ra 0,4 μ m) e aumentare la durata in cui può resistere alla corrosione da nebbia salina (da 500 ore a 2000 ore).
3. Il settore dei dispositivi medici
Johnson&Johnson DePuy Synthes produce coppe acetabolari utilizzando il metodo "lucidatura elettrolitica+ossidazione microarco".
Lucidatura elettrolitica: abbassa la ruvidità superficiale del substrato Ti6Al4V da Ra3,2 μm a Ra0,2 μm ed elimina le particelle non fuse prodotte durante lo stampaggio SLM.
Ossidazione tramite microarco: un rivestimento di ossido spesso 20 μm con idrossiapatite viene realizzato in un elettrolita di silicato applicando 300 V per 5 minuti. Il tasso di sopravvivenza dell'impianto è del 99,2% e la forza del legame osseo è aumentata del 40%.