Современные технологические решения по подготовке поверхности подката взамен травления в растворах

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ПОДГОТОВКЕ ПОВЕРХНОСТИ ПОДКАТА ВЗАМЕН ТРАВЛЕНИЯ В РАСТВОРАХ

Подготовка металлических поверхностей подката для последующих технологических операций, в большинстве случаев, включает процесс очистки металла травлением в растворах и нанесение покрытий химическим или гальваническим методами. К числу основных недостатков указанной технологической подготовки поверхности необходимо отнести во-первых, образование вредных испарений и расход дефицитных материалов в процессе очистки; во-вторых, на установки требуются значительные производственные площади и большие затраты времени на технологические операции.

Одним из направлений по подготовке поверхности металла, исключающий травление и нанесение технологических покрытий, является обработка поверхности металла дисперсным материалом, подаваемым на обрабатываемый участок потоком сжатого воздуха. В качестве дисперсного материала используют дробь, в колотом или литом виде, или песок. Применение данного решения в массовом производстве имеет ряд существенных недостатков: значительная загрязненность рабочих мест, шум, запыленность, и, в большинстве случаев, обработанная поверхность несет на себе отходы обработки, в виде «вбитой» в металл продуктов очистки, песка или частиц обрабатываемой дроби.

Подготовка поверхности горячевысаженных или отштампованных деталей перед нанесением на них требуемых эксплуатационных покрытий наиболее часто заключается в галтовке деталей и последующем травлении в растворах кислот. В этом технологическом решении имеют место быть подобные существенные недостатки технологии, описанные выше.

Эксплуатационные характеристики пружин в большей мере зависят от качества поверхности высокоуглеродистой пружинной проволоки. Для того, чтобы исключить как поверхностные дефекты, так и остаточные загрязнения, ржавчину, окалину на поверхности механическим путем удаляют слой металла, например на обточном автомате «Кайзерлинг».

Способ подготовки поверхности металла с помощью индукционной очистки, при котором металл пропускают через сквозную цилиндрическую камеру индуктора и нагревают его токами высокой частоты, заключается в том, что процесс очистки ведется за счет термомеханического разрушения.

Новые, революционные, высокоэффективные, экологически безопасные технологии очистки металлической поверхности и формирование функциональных металлических и неметаллических покрытий, основаны на применении высокочастотных электрических разрядов и разрядов на постоянном токе в газообразных и жидких средах при совмещении электрофизических и электрохимических процессов.

Принципиальной особенностью технологий высокочастотной плазменной подготовки поверхности в газовой атмосфере исходного, поступающего с металлургических предприятий, горячекатаного подката в виде мотков проволоки или мерных прутков заключается в следующем.

В закрытой полости индуктора, под действием индуцированных в проволоке вихревых токов температура ее поверхности увеличивается – происходит процесс нагрева проволоки. Одновременно с нагревом поверхности проволоки в полости индуктора создают поток газовой атмосферы. При достижении частоты тока определенного значения, последовательно происходит: активация границы поверхностного слоя газовой атмосферы и поверхности металла, возникает на этой границе электрический ток, происходит разогрев контактного слоя газовой атмосферы, и под действием термической ионизации, роста температуры проводимости слоя газовой атмосферы происходит возбуждение высокочастотного плазменного разряда, непосредственно на поверхности обрабатываемого металла. Под действием высокой температуры высокочастотного плазменного разряда (10000 ^оС), превышающей температуру кипения любого вещества при давлениях, близких к атмосферному, происходит испарение слоя загрязнений на поверхности металла. Поверхностный слой металла сжижается и испаряется. Продукты очистки выносятся из зоны очистки и нагрева потоком газовой атмосферы. Поскольку основная доля в проводимости разрядной зоны обусловлена ионами металла, такой механизм саморегулирования замедляет испарение чистых металлов и ускоряет испарение неметаллических загрязнений. Замкнутые вихревые токи при разогреве высокочастотной плазмы обеспечивают равномерное удаление загрязнений и неглубокие изменения в структуре основного металла. Образующаяся чистая металлическая, активированная поверхность металла подготовлена для качественного проведения последующих технологических процессов плакирования, напыления, нанесения промежуточных технологических покрытий.

Основные преимущества описанного технологического решения относительно вышеизложенных, заключается в следующем:

1. Поверхность металла полностью качественно очищается, сжижение поверхности приводит к «залечиванию» поверхностных дефектов, одновременно, поверхность металла активируется для широкого класса технологических процессов.

2. Скорость очистки поверхности и время подготовки металла к последующим операциям значительно отличается от подготовки поверхности травлением в растворах кислот.

3. Возможность совмещения процессов очистки и нагрева исключает дополнительный нагрев при горячей высадке или объемной штамповки.

4. Оборудование требует малые производственные площади, позволяет встраивать подготовку металла в непрерывные технологические линии.

5. Легкость управления процессом.

6. Улучшение условий труда.

7. Экономия на дорогостоящих расходных материалах и экологически чистая технология.

К числу основных недостатков можно отнести следующие:

1. Капитальные затраты на основное оборудование: преобразователи частоты, станции управления, кабельное хозяйство.

2. Технология эффективна при применении длинномерных прутков или мотков.

Современное технологическое решение подготовки поверхности металла, поставляемого в виде лент, бунтов, мерных прутков реализуется следующим образом. В зависимости от поставленных задач (очистка поверхности или нанесение на металлическую поверхность слоя металла) в рабочей камере эквидистантно (т.е. равноудалено от обрабатываемой поверхности по всей площади) устанавливают анодсоответственно из химически инертного материала или материала наносимого покрытия. В рабочую камеру подают электропроводящий агент, например электролит с циркуляцией его внутри системы. Воздействием на поверхность металла электрическим разрядом, создают на его поверхности устойчивый слой электроразрядной плазмы в парогазовом слое электролита.

Использование описанного технологического решения значительно сокращает расход материалов на формирование покрытий различного назначения за счет высокой прочности их соединения с материалом объекта и большей долговечностью, а также возможности уменьшения толщины этих покрытий. Значительно уменьшаются вредные испарения в процессе обработки, облегчается автоматизация процесса, улучшаются условия труда и обеспечивается высокая экономическая безопасность.

Для подготовки рукописи использован материал:

1. А.с. 1227280 СССР, МКИ⁵. В 21 В 45/04. Способ очистки поверхности металлических изделий / Марченко А.В., Стеблянко В.Л., Солдатенко А.Ф., Селезнев В.Г., Аргулис Г.Э. Опубл. 30.04.86. Бюл. №16.

2. А.с. 1729652 СССР, МКИ⁵. В 21 С 43/04. Устройство для очистки длинномерных изделий / Стеблянко В.Л., Блинов В.С., Ситников И.В. Опубл. 30.04.92. Бюл. №16.

3. А.с. 1747213 СССР, МКИ⁵. В 08 В 7/04. Способ очистки металлических поверхностей / Стеблянко В.Л., Ситников И.В., Люльчак В.И. Опубл. 15.07.92. Бюл. №26.

4. А.с. 1771829 СССР, МКИ⁵. В 08 В 7/04. Устройство управления электродуговой очисткой / Стеблянко В.Л., Ситников И.В., Люльчак В.И., Ткаченко В.А. Опубл. 30.10.92. Бюл. №40.

5. Патент 2055947 РФ, МКИ⁶. G 25 F 1/00. Способ очистки поверхности металлического изделия / Стеблянко В.Л., Рябков В.М., Сосковец О.Н., Афонин С.З. Опубл. 10.03.96. Бюл. №7.

6. Патент 2077611 РФ, МКИ⁶. С 25 Д 5/00, 17/00. Способ обработки поверхностей и устройство для его осуществления / Стеблянко В.Л., Рябков В.М. Опубл 20.04.97. Бюл. №11.

в брошюре:

7. Стеблянко В.Л., Ситников И.В. Очистка и активация поверхности металлов перед плакированием и нанесением покрытий / Ин-т «Черметинформация» серия Прокатное производство», вып. 4.: обзорн. информ. – М., 1991. – 22 с.

в статьях:

8. Стеблянко В.Л., Ситников И.В. Изучение теплофизических закономерностей процесса очистки металлов высокочастотным дуговым разрядом в потоке аргона // Теплотехнические вопросы применения низкотемпературной плазмы в металлургии: Межвуз. сб. науч. тр.- Магнитогорск, 1989. – С. 120-126.

9. Стеблянко В.Л., Ситников И.В. Использование высокочастотного дугового разряда атмосферного давления для очистки и активации металлических поверхностей // Плазмотехнология; Сб. науч. тр. УМКВО.- Киев, 1990. – С.81-85.

10. Стеблянко В.Л., Рябков В.М., Люльчак В.И. Подготовка поверхности компонентов композиционных материалов с автоматизированным контролем их состояния // Теория и практика процессов обработки композиционных и сплошных материалов: Межвуз. сб. науч. тр. – Магнитогорск, 1993. – С. 71-74.

11. Стеблянко В.Л., Рябков В.М., Кривощапов В.В. Новые технологии формирования функциональных металлических покрытий на основе совмещенных процессов // прогрессивные решения в метизной промышленности: Сб. науч. тр. уральского отделения металлургии академии проблем качества РФ, МГМА, ОАО «ВЗТДиН» «Магнитогорский калибровочный завод».- Магнитогорск, 1996. – С. 22-28.

12. Развитие методов экспериментальной оценки физико-химического состояния очищенной поверхности перед формированием покрытий и плакированием / Стеблянко В.Л., Кривощапов В.В., Сальников В.В. и др. // Моделирование и развитие технологических процессов обработки металлов давлением: Сб. науч. тр. под ред. Г.С. Гуна. – Магнитогорск, 1999. – С. 98-103.