Механические способы подготовки поверхности

Механические способы получили достаточно широкое применение. К ним относится:

- обработка абразивным или режущим инструментом;

- абразивно-струйная очистка;

- абразивная ультразвуковая обработка поверхности.

Особенностью этих способов является то, что наряду с очисткой поверхности от хемосорбированных загрязнений изменяется её шероховатость и происходит активация посредством насыщения материала поверхности различными видами дислокаций, что оказывает положительное влияние практически на любой технологический процесс нанесения покрытий.

Обработка абразивным (наждачные круги или бумага, различные абразивные пасты) или режущим инструментом применяется в единичном и мелкосерийном производстве при зачистке поверхностей не большой площади. Для механизации процесса применяют электрические или пневматические зачистные машинки, шлифовальные, фрезерные и токарные станки.

Широкое применение получила абразивно-струйная очистка. Обработку поверхности проводят струей сжатого воздуха с абразивными частицами в специальных защитных камерах (рисунок 3.1, а). Процессы ведут как вручную (писолеты), так и с применением механизации. В качестве абразивных частиц используют электрокорунд, карбид кремния, чугунную (ДЧК) и стальную (ДСК) дробь. Сжатый воздух должен быть хорошо очищен и не содержать влаги.

ê 3.1 - Схема абразивно-струйной (а) и абразивно-ультрозвуковой (б) очистка поверхности изделий, где 1 - камера; 2 - отрабатываемое изделия; 3 - бункер с абразивными частицами; 4 - загрузочный люк; 5 - ультразвуковой преобразователь

Размер абразивных частиц составляет 0,3-1,5 мм. Давление сжатого воздуха выбирают в пределах 0,4-0,7 МПа; дистанция обработки в пределах 0,08-0,15 м; угол встречного потока с поверхностью 60-90°; расход абразивных частиц 300-500 кг/ч. Параметры режима обработки существенно влияют на адгезионную прочность покрытий и их нужно выбирать оптимальными для различных условий формирования наносимого слоя. Качественные зависимости адгезионной прочности s_а, шероховатости R_z и отношения величины прироста микронапряжений обработанной поверхности к величине микронапряжений исходной поверхности приведены от дистанции обработки. Время очистки в пятне струи 25-30 с. Время вылеживания обработанных изделий не должно превышать 24 ч. Необходимо стремиться к минимальному времени вылеживания для сохранения высокого уровня микронапряжений в поверхностном слое. Время релаксации для каждого материала различно. Поэтому в производственных инструкциях срок вылеживания регламентируется и составляет не более 2-5 ч. Кроме того следует помнить, что активированная металлическая поверхность хорошо взаимодействует не только с материалом покрытия, но и с кислородом воздуха. Поэтому хранить обработанные детали следует в сухом месте.

Принципиальная схема абразивной ультразвуковой обработки поверхности представлена на рисунке 2.2 б. Под ультразвуком понимаются звуковые колебания с частотой более 20000 Гц. Для технологических целей ультразвуковые колебания получают с помощью специальных ультразвуковых преобразователей. К торцу преобразователя крепится специальный волновод, который наводит ультразвуковые колебания в проходящей через него суспензии с абразивными частицами, струя, которой направляется на очищаемую поверхность заготовки.

Абразивно-струйная и абразивно-ультразвуковая обработки вносят существенные изменения в поверхностные слои: происходит насыщение их структурными дефектами, что приводит к резкому росту скорости диффузии поверхностных атомов и их энергии. Так, в никеле и никелевых сплавах в результате абразивно-струйной очистки скорость самодиффузии возрастает примерно в 30 раз. Такое состояние поверхности особенно необходимо при формировании порошковых покрытий, наносимых газотермическими методами из двухфазных газопорошковых потоков. Особенно это относится к процессам, которые происходят при минимальных значениях температуры и давления.

Адгезия зависит от площади взаимодействия соединяемых компонентов. Механическая зачистка увеличивает шероховатость обработанной поверхности, что увеличивает её площадь. Для ещё большего увеличения площади поверхности иногда на неё механической обработкой создают неровности различной конфигурации, например:

- нарезка «рваной» резьбы на изделиях, имеющих форму тел вращения;

- нарезка крупной резьбы с параллельными канавками;

- насечка зубилом или другим режущим инструментом;

- накатка роликом-фрезой с прямым или косым зубом;

- намотка тонкой проволоки с последующей ее приваркой;

и. т. п.

После абразивной очистки необходимо провести обезжиривание поверхности.

Абразивно-струйная очистка имеет ряд существенных недостатков: тяжелые условия труда, наличие пыли, появление пятен на поверхности при недостаточной очистке сжатого воздуха и др.