Como conseguir o tratamento superficial da estrutura da cavidade interna?

一, Princípio técnico: modificação da superfície através dos efeitos combinados de vários campos físicos
O principal objetivo do tratamento de superfície para estruturas de cavidades internas é aumentar o desempenho e otimizar a morfologia da superfície por meio de métodos mecânicos, químicos ou compósitos. Existem três grupos principais de princípios técnicos:
Tipo de remoção mecânica: utiliza o efeito de micro corte de partículas abrasivas para eliminar camadas de defeitos superficiais. O método de polimento de fluxo abrasivo, por exemplo, usa abrasivos poliméricos semi-sólidos que fluem sob pressão para polir uniformemente estruturas complicadas, como furos transversais e cavidades internas, resultando em uma rugosidade superficial de Ra0,1 μm.
Tipo de dissolução química: Este tipo de dissolução química usa ideias de eletroquímica ou corrosão química para eliminar seletivamente saliências da superfície. A tecnologia de polimento eletrolítico controla o ritmo da dissolução anódica para tornar a morfologia micro geométrica da superfície mais suave. Também forma uma película espessa de óxido para tornar a superfície mais resistente à corrosão. O tratamento da cavidade interna do aço inoxidável 316L pode diminuir a rugosidade de Ra6 μm ​​para Ra0,2 μm.
Tipo de reforço composto: Criação de uma superfície funcionalmente graduada usando deposição física e modificação química. Por exemplo, a tecnologia PVD (Physical Vapor Deposition) coloca revestimento de TiN na cavidade do molde. Este revestimento tem dureza de até 2200HV e é três vezes mais resistente ao desgaste. A tecnologia de infiltração de terras raras adiciona elementos como Ce e La durante o processo de nitretação para tornar a camada de infiltração 40% mais profunda, o que melhora muito a resistência à fadiga.
2, Implementação de processos: respostas exatas para cada situação
1. Polimento da cavidade interna de furo profundo: um uso inovador da tecnologia de fluxo abrasivo
Os procedimentos tradicionais de polimento não funcionam bem em estruturas de furos profundos, como o interior oco de pás de motores de aeronaves e injetores de combustível automotivo, porque são difíceis de alcançar e não funcionam muito bem. A tecnologia de fluxo abrasivo progride usando as seguintes ideias novas:
Otimização média: uma mistura abrasiva semissólida de partículas de carboneto de silício e suportes de polímero é empregada para garantir que ela possa cortar e não arranhar a superfície.
Projeto do canal: Usando dinâmica de fluidos computacional (CFD) para simular e melhorar o canal de ferramentas, podemos garantir que a velocidade do fluxo abrasivo nos microporos de 0,3 mm seja mais de 95% uniforme.
Controle de parâmetros: Por exemplo, ao tratar a cavidade interna de um certo tipo de pá de turbina, a rugosidade pode ser reduzida de Ra3,2 μm para Ra0,4 μm após três ciclos (5 minutos cada). A pressão é de 0,5 MPa e a vazão é de 15 mm/s.
2. Para rebarbação de cavidades complexas, use uma abordagem composta eletroquímica e mecânica.
Ao remover rebarbas de estruturas de furos cruzados, como corpos de válvulas de transmissão e blocos de válvulas hidráulicas, você precisa encontrar um compromisso entre velocidade e qualidade. Uma empresa criou o processo de "rebarbação eletroquímica + polimento de fluxo abrasivo":
Estágio eletroquímico: Uma solução de NaCl a 10% é utilizada como eletrólito e uma fonte de alimentação pulsada com frequência de 10kHz e ciclo de trabalho de 30% é utilizada para remover 90% das rebarbas a uma densidade de corrente de 0,5A/cm². O processo não leva mais de 2 minutos.
O estágio de fluxo de partículas de moagem usa abrasivo de carboneto de silício de malha 800 para polir por 2 minutos a uma pressão de 0,3 MPa. Isso remove resíduos eletroquímicos e deixa uma qualidade de superfície de Ra0,2 μm.
3. Tornar o interior da cavidade resistente à corrosão: usando polimento eletrolítico e tecnologia de revestimento
O interior dos implantes de dispositivos médicos, incluindo as articulações protéticas, deve ser biocompatível e resistente à corrosão. Uma empresa usa o processo de “polimento eletrolítico + revestimento DLC (carbono semelhante a diamante)”:
Polimento eletrolítico: Usando uma tensão de 15V e uma corrente de 20A por 5 minutos em um eletrólito misto de ácido fosfórico e ácido sulfúrico, a rugosidade da superfície de Ti6Al4V diminui de Ra1,6 μm para Ra0,08 μm e um revestimento de óxido de 100 nm de espessura é formado.
Revestimento DLC: Um revestimento DLC de 2 μm de espessura é aplicado usando a técnica de pulverização catódica por magnetron. A dureza se aproxima de 20 GPa, o coeficiente de atrito diminui para 0,05 e a resistência à corrosão aumenta 10 vezes em um ambiente simulado de fluido corporal.
3, Uso nos negócios: exemplos comuns no setor-de manufatura de alta qualidade
1. O campo aeroespacial
A tecnologia de fusão seletiva a laser (SLM) é usada pela GE Aviation para fabricar bicos de combustível para motores LEAP. Depois de feito, o canal de fluxo interno é polido com fluxo abrasivo para tornar a superfície mais lisa (de Ra12 μm a Ra0,8 μm), fazer com que o combustível flua de maneira mais uniforme (em 8%) e tornar o motor mais-eficiente em termos de combustível (em 1,5%).
2. No ramo de fabricação de carros
A Bosch criou uma nova maneira de limpar e polir a cavidade da bomba de óleo de alta-pressão do sistema common rail. Utiliza limpeza ultrassônica e polimento eletrolítico.
Limpeza ultrassônica: Para se livrar dos restos de fluido de corte da usinagem, limpe por 10 minutos na frequência de 40kHz e potência de 100W.
Polimento eletrolítico: use um eletrólito à base de fosfato e tensão de 12 V por 3 minutos para tornar a cavidade de aço inoxidável 316L menos áspera (de Ra2,5 μm a Ra0,4 μm) e aumentar a duração da resistência à corrosão por névoa salina (de 500 horas para 2.000 horas).
3. O campo dos dispositivos médicos
A Johnson&Johnson DePuy Synthes fabrica copos acetabulares usando o método de "polimento eletrolítico + oxidação por micro arco".
Polimento eletrolítico: Reduza a rugosidade da superfície do substrato Ti6Al4V de Ra3,2 μm para Ra0,2 μm e elimine as partículas não fundidas que foram feitas durante a moldagem SLM.
Micro arc oxidation: A 20 μ m thick oxide coating with hydroxyapatite is made in a silicate electrolyte by applying 300V for 5 minutes. The implant's survival rate is 99.2%, and the strength of the bone bond is boosted by 40%.