Ушаков_ТПЭВМ (Л2-Ушаков - Технология производства ЭВМ (в ворде)), страница 14

Анодно-гидравлическую обработку целесообразно применять для снятия заусенцев у деталей сложной формы (мелкомодульные шестерни, храповые колеса и др.). Механическое удаление за­усенцев является весьма трудоемкой операцией и не обеспечивает высокого качества деталей. При анодно-гидравлической обработке удаляются мельчайшие заусенцы и значительно повышается про­изводительность труда. В практике находят применение анодно-механическое шлифование наружных цилиндрических поверхностей и чистовая обработка плоскостей.

Примечание В настоящее время используют комбинированные методы обработки, у которых анодное растворение металла сочетается с эрозионным или ультразвуковым разрушением, а продукты реакции удаляются с обрабаты­ваемой поверхности механическим путем и выносятся из рабочей зоны пото­ком электролита.

9.5. Обработка при помощи плазмы

Плазмой называют ионизированный газ, перешедший в это со­стояние в результате нагрева до очень высокой температуры или вследствие столкновения частиц газа с быстрыми электронами (в газовом разряде). При этом молекулы распадаются на атомы,! от которых отрываются электроны и возникают ионы. Последние ионизируют газ и делают его электропроводным. Однако не вся­кий ионизированный газ можно назвать плазмой. Необходимым условием существования плазмы является ее электрическая ква­зинейтральность, т. е. она должна содержать в единице объема примерно равное количество электронов и положительно заряжен­ных ионов. Наряду с ними в плазме может находиться некоторое количество неионизированных атомов или молекул.

На плазму могут воздействовать магнитные и электрические поля.

Внешнее магнитное поле позволяет сжимать струю плазмы, а также управлять ею (отклонять, фокусировать).

Большая степень ионизации обусловливает высокую темпера­туру газоразрядной плазмы, которая может достигать 50 000°С и выше. Свойства плазмы можно изменять путем применения раз­личных газов (азота, аргона, водорода, гелия и др.).Основным методом получения плазмы для технологических целей является пропускание струи сжатого газа через пламя электрической дуги.

Современные плазменные горелки делят на горелки прямого действия (с внешней дугой) и косвенного действия (с внутренней дугой).Горелки прямого действия (рис. 9.9, а) применяют для обработки электропроводящих материалов. Дуга

в озбуждается между обрабатываемым изделием 4, являющимся ано­дом, и вольфрамовым электро­дом / (катодом). Поток газа поступает в охлаждаемую во­дой 2 медную оболочку 3. Ду­га, выходя из сопла, направ­ляется вместе с потоком газа к изделию.

В качестве рабочего газа наиболее часто используют ар­гон, который ионизируется. Напряжение зажигания и ра­бочее напряжение при этом небольшие и электрическая дуга получается стабильной и инертной.

При использовании в качестве рабочего газа гелия скорость истечения струи при /=10000 ... 15000°С приблизительно равна звуковой. Плазменная горелка рассматриваемого типа потребля­ет мощность 50 кВт и создает концентрацию мощности плотно­стью 3 мВт/дм².

Горелки косвенного действия можно применять для обработки токопроводящих материалов и диэлектриков.

В горелках косвенного действия (рис. 9.9, б) дуга образуется между вольфрамовым катодом / и стенками медного сопла 3. Поток газа, охлаждаемого водой 2, поступает в медную оболочку и, проходя через дугу, ионизируется. Дуга под действием струи-газа выходит за пределы сопла, а плазма в виде факела направ­ляется на обрабатываемое изделие 4, которое изолировано от Дуги.

Практическое осуществление плазменных горелок оказалось возможным благодаря способности плазмы сжиматься в узкий пучок. Защитой сопла от разрушения служит оболочка газа, ко­торая образует прослойку между факелом и стенками сопла.

Наиболее целесообразно плазменный нагрев использовать для напыления тугоплавких неметаллических материалов, которые вводятся в плазму в виде порошка. Этим методом можно полу­чать многослойные покрытия из одного или нескольких порошков.

Качество покрытий зависит от подготовки поверхности, вида применяемого порошка и материала основания. Подготовка по­верхности заключается в очистке и обезжиривании.

При помощи плазменной горелки можно обрабатывать мате­риалы любой твердости и любого химического состава.

Весьма эффективно применение плазмы при резке нержавею­щих сталей и других металлов. Поверхность среза при этом полу­чается гладкой, а глубина зоны влияния — незначительной.

ГЛАВА 10 ЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ

10.1. Виды защитных покрытий

Назначение покрытий — защита от коррозии, придание краси­вого внешнего вида и некоторых свойств поверхностному слою, отличных от основного металла (твердости, электропроводности и др.).

Процесс коррозии заключается в окислении металла и прев­ращении его в соответствующие химические соединения. Корро­зия металлов причиняет огромный ущерб народному хозяйству. Ежегодно вследствие коррозии разрушается много тысяч готовых изделий. Особенно интенсивно корродируют черные металлы. Разрушающее действие коррозии сказывается не только на внеш­нем виде изделия, но и на его механических качествах, прочности и надежности в эксплуатации. Коррозия, например, может нару­шить электрический контакт. Оксиды металла, образующиеся под действием влаги, могут распространяться по поверхности изоля­ционных материалов и тем самым создавать утечки или замыка­ния в схеме.

Виды покрытий. Вид защитно-декоративных покрытий опреде­ляется способом их получения, материалом и толщиной покрытия и его последующей обработкой. Различают покрытия на неорга­нической основе — металлические и химические (оксидные) и по­крытия на органической основе — лакокрасочные, полимерные и пластмассовые.

Условия эксплуатации. При выборе вида покрытия необходимо учитывать условия эксплуатации: легкие (Л), средние (С), жест­кие (Ж) и очень жесткие.

Легкие условия эксплуатации изделия характерны для закрытых, отапливаемых и вентилируемых помещений с не­загрязненной атмосферой, при относительной влажности 65% и температуре +25°С; средние условия эксплуатации харак­терны для изделий, эксплуатируемых в атмосфере, загрязненной небольшим количеством промышленных газов и пылью при отсут­ствии непосредственного воздействия атмосферных осадков и прямой солнечной радиации. Относительная влажность среды 95% при температуре +30°С. В жестких условиях эксплуатиру­ются детали негерметизированной аппаратуры при непосредствен­ном воздействии атмосферных осадков, сернистых газов в атмо­сфере, загрязненной промышленными и топочными газами.

Особые условия эксплуатации (очень жесткие) определяются в каждом конкретном случае.

10.2. Металлические покрытия

М еталлические покрытия представляют собой тонкий слой ме­талла, нанесенного на поверхность. В зависимости от характера защиты изделий от коррозии ме­таллические покрытия разделяют на анодные и катодные.

Анодными защитными покрыти­ями называют такие, электрохими­ческий потенциал металла которых в данной среде более электроотри­цателен, чем электрохимический по­тенциал основного металла; катод­ными— покрытия с обратным соот­ношением потенциалов.

На рис. 10.1 показана схема коррозии луженого и оцинкованного железа. При повреждении оло­вянного покрытия (рис. 10.1, а) и соприкосновении его с влагой образуется гальванический элемент. Так как электрохимический потенциал железа (—0,44 В) электроотрицательнее олова (—0,14 В), то железо будет растворяться, а на олове будут раз­ряжаться ионы водорода Н+, образуя газообразный водород. При повреждении цинкового покрытия (рис. 10.1, 5) в образовавшем­ся гальваническом элементе будет растворяться цинк (—0,76 В), а железо, имеющее менее электроотрицательный потенциал, раз­рушаться не будет. Таким образом, цинк будет электрохимически предохранять железо от коррозии.

С точки зрения защиты от коррозии более целесообразно иметь анодное покрытие. Вследствие большой химической активности анодное покрытие быстро разрушается и непригодно в тех случа­ях, когда требуется хороший вид (декоративное покрытие).

Основные требования, предъявляемые к металлическим по­крытиям,— прочное сцепление с основным металлом; мелкокри­сталлическая структура, обеспечивающая наилучшие механиче­ские свойства; минимальная пористость; равномерная толщина покрытия. В ряде случаев предъявляются и дополнительные требования (высокая твердость, износоустойчивость и др.), которые при определенных условиях эксплуатации могут стать и основ­ными.

Технологический процесс нанесения покрытий включает в себя следующие основные этапы: подготовку поверхности, нанесение покрытий, промывку и сушку детали.

Подготовка поверхности. Этап включает в себя операции ме­ханической обработки, обезжиривания и декапирования (трав­ления).

Механическую обработку производят с целью повышения чи­стоты поверхности, удаления неровностей, забоин, продуктов кор­розии. Для этого в гальванических цехах применяют полирова­ние, крацовку, гидроабразивную обработку.

Обезжиривание поверхности осуществляют путем промывки в органических растворителях (бензине, керосине), обезжиривания известью, обработки в горячих щелочных раство­рителях (химическим или электрохимическим способом).

Декапирование (легкое травление) является заключи­тельной операцией подготовки поверхности под покрытие. Осуще­ствляют его путем погружения изделия на 1 ... 2 мин в 5 ... 10%-ный раствор серной или соляной кислоты. Назначение этой операции — удаление с поверхности изделия тонких оксидных пленок и выявление структуры основного металла, что способст­вует лучшему сцеплению основного металла с металлом покры­тия. После декапирования изделия промываются проточной во­дой.

Нанесение покрытий. Металлические покрытия могут быть на­несены электролитическим (гальваническим), химическим и дру­гими способами.

Гальванический (электролитический) способ является наиболее распространенным. Он заключается в осажде­нии металлов при электролизе водных растворов соответствую­щих солей. Покрываемая деталь является отрицательным полю­сом (катодом), а металл покрытия — положительным полюсом (анодом).

Количество вещества, выделившегося на катоде, можно опре­делить на основании законов Фарадея по формуле

m = a I t, (10.1)

где I— сила тока, A; t — время электролиза, ч; I— электрохимический эквивалент, г/(А-ч);

a=A/(nF) (10.2)

где А — атомный вес; п — валентность; F — число Фарадея.

Основным показателем, характеризующим процесс электроли­за, является плотность тока на катоде, представляющая собой от­ношение силы тока к площади электрода. На катоде, как правило, кроме металла выделяется водород. Вследствие этого количество металла, отлагающегося на катоде, всегда меньше расчетного. Выход по току есть коэффициент, по­казывающий, какую часть металла можно действительно выде­лить на катоде. Значение коэффициента выхода по току зависит от состава электролита и условий электролиза.

Нанесение покрытий производится в гальванических ваннах (рис. 10.2). Детали помещают на подвесках или в сетчатых кор­зинках. Большинство электролитов требует подогрева и переме­шивания. В этих случаях применяют ванны с качающимися штангами (рис. 10,2, а). Они позволяют перемешивать электро­лит, не взмучивая шлам со дна ванны. Качание или встряхивание способствуют удалению с поверхности изделия выделяющихся при электролизе пузырьков водорода.

Покрытие мелких деталей целесообразно выполнять во вра­щающихся ваннах колокольного типа (рис. 10.2, б). Более равно­мерное покрытие получается в ваннах, имеющих форму двух усеченных конусов (рис. 10.2, в).

В массовом производстве используются автоматизированные агрегаты с программным управлением. Они представляют собой установки из ряда ванн, в которых выполняются все операции, начиная с обезжиривания и кончая сушкой. Подвески с деталями перемещаются в соответствии с заданным ритмом.

Структура покрытий и равномерность отложения металла за­висят от состава электролита, его температуры и чистоты, плот­ности тока и др.

Положительное влияние на структуру покрытия оказывает ток переменной полярности. Осадки металла получаются более мелко­зернистые и плотные, чем при> постоянном токе. Толщина гальванического осадка не бывает равномерной по всей его поверхно­сти. Способность электролитической ванны давать равномерный по толщине осадок называется рассеивающей способностью ванны.

Прочность сцепления металла покрытия с основным металлом зависит главным образом от состояния покрываемой поверхности. Присутствие в электролите посторонних примесей не позволяет получить беспористые осадки.

Гальванический способ дает возможность получать покрытия высокого качества и строго определенной толщины. К числу недостатков относятся пористость и невозможность получения рав­номерного осадка на всех участках поверхности детали сложной формы. При выборе металла покрытия необходимо учитывать назначение покрытия, условия эксплуатации, материал детали и др. Нельзя допускать образования гальванических пор, вызываю­щих коррозию металла. Минимальная толщина покрытия должна обеспечивать требуемую защитную способность. Характеристики некоторых гальванических покрытий даны в табл. 10.1.

Химический способ получения металлических покрытий осуществляется с помощью специальных растворов при отсутствии электрического тока. Он основан на восстановлении ионов осаж­даемого металла в результате взаимодействия с восстановителем. Последний, окисляясь, отдает свои электроны, а находящиеся в растворе ионы металла, присоединяя электроны, превращаются в атомы и осаждаются в виде металлической пленки. Реакция вос­становления протекает лишь на металлической поверхности, яв­ляющейся каталитической для данного процесса. Наиболее широ­ко применяют химическое никелирование и меднение. Химическое никелирование дает возможность покрывать детали сложной фор­мы и внутренние поверхности, которые недоступны для покрытия гальваническим способом. Оно состоит в восстановлении никеля из водных растворов. Химическое меднение используется для ме­таллизации пластмасс при изготовлении печатных плат.