จะทำการรักษาพื้นผิวของโครงสร้างช่องภายในได้อย่างไร?

หลักการทางเทคนิค: การปรับเปลี่ยนพื้นผิวด้วยเอฟเฟกต์รวมของสนามกายภาพหลายสนาม
เป้าหมายหลักของการรักษาพื้นผิวสำหรับโครงสร้างโพรงภายในคือการเพิ่มประสิทธิภาพและปรับสัณฐานวิทยาของพื้นผิวให้เหมาะสมโดยวิธีทางกล เคมี หรือคอมโพสิต หลักการทางเทคนิคมีสามกลุ่มหลัก:
ประเภทการกำจัดเชิงกล: ใช้เอฟเฟกต์การตัดระดับไมโครของอนุภาคที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเพื่อกำจัดชั้นของข้อบกพร่องที่พื้นผิว ตัวอย่างเช่น วิธีการขัดแบบ Abrasive Flow ใช้สารขัดถูโพลีเมอร์กึ่ง-แข็งที่ไหลภายใต้แรงกดดันเพื่อขัดโครงสร้างที่ซับซ้อน เช่น รูขวางและโพรงภายในให้เท่ากัน ส่งผลให้พื้นผิวมีความหยาบ Ra0.1 μm
ประเภทการละลายสารเคมี: การละลายทางเคมีประเภทนี้ใช้แนวคิดทางเคมีไฟฟ้าหรือการกัดกร่อนของสารเคมีเพื่อคัดเลือกการกระแทกออกจากพื้นผิว เทคโนโลยีการขัดเงาด้วยไฟฟ้าจะควบคุมความเร็วของการละลายขั้วบวกเพื่อทำให้สัณฐานวิทยาทางเรขาคณิตระดับจุลภาคของพื้นผิวนุ่มนวลขึ้น อีกทั้งยังสร้างฟิล์มออกไซด์หนาเพื่อให้พื้นผิวทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดียิ่งขึ้น การรักษาช่องภายในของสแตนเลส 316L สามารถลดความหยาบจาก Ra6 μm ​​เป็น Ra0.2 μm
ประเภทการเสริมแรงแบบคอมโพสิต: การสร้างพื้นผิวตามหน้าที่โดยใช้ทั้งการสะสมทางกายภาพและการดัดแปลงทางเคมี ตัวอย่างเช่น เทคโนโลยี PVD (Physical Vapour Deposition) ใส่การเคลือบ TiN ลงในคาวิตี้ของแม่พิมพ์ สารเคลือบนี้มีความแข็งสูงถึง 2200HV และทนทานต่อการสึกหรอมากกว่าสามเท่า เทคโนโลยีการแทรกซึมของธาตุหายากจะเพิ่มองค์ประกอบ เช่น Ce และ La ในระหว่างกระบวนการไนไตรด์ เพื่อทำให้ชั้นการแทรกซึมลึกขึ้น 40% ซึ่งช่วยเพิ่มความต้านทานต่อความล้าได้อย่างมาก
2, การดำเนินการตามกระบวนการ: คำตอบที่แน่นอนสำหรับแต่ละสถานการณ์
1. การขัดเงาโพรงด้านในด้วยรูลึก: การใช้นวัตกรรมใหม่ของเทคโนโลยีการไหลแบบขัด
ขั้นตอนการขัดเงาแบบดั้งเดิมทำงานได้ไม่ดีกับโครงสร้างรูลึก เช่น โพรงภายในของใบพัดเครื่องยนต์เครื่องบินและหัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงในรถยนต์ เนื่องจากเข้าถึงได้ยากและทำงานได้ไม่ดีนัก เทคโนโลยีการไหลของสารกัดกร่อนสร้างความก้าวหน้าโดยใช้แนวคิดใหม่ดังต่อไปนี้:
การปรับให้เหมาะสมปานกลาง: ใช้ส่วนผสมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนกึ่งแข็ง-ของอนุภาคซิลิคอนคาร์ไบด์และตัวพาโพลีเมอร์เพื่อให้แน่ใจว่าสามารถตัดได้และไม่ทำให้พื้นผิวเป็นรอย
การออกแบบช่อง: ด้วยการใช้พลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (CFD) เพื่อจำลองและปรับปรุงช่องเครื่องมือ เราจึงมั่นใจได้ว่าความเร็วการไหลของสารเสียดสีในไมโครพอร์ขนาด 0.3 มม. มีความสม่ำเสมอมากกว่า 95%
การควบคุมพารามิเตอร์: ตัวอย่างเช่น ขณะรักษาช่องด้านในของใบพัดกังหันบางประเภท ความหยาบสามารถลดลงจาก Ra3.2 μm เป็น Ra0.4 μm หลังจากสามรอบ (รอบละ 5 นาที) ความดันคือ 0.5MPa และอัตราการไหลคือ 15 มม./วินาที
2. สำหรับการลบคมโพรงที่ซับซ้อน ให้ใช้วิธีการผสมเคมีไฟฟ้าและเชิงกล
เมื่อขจัดครีบออกจากโครงสร้างรูตัดขวาง เช่น ตัววาล์วส่งกำลังและบล็อควาล์วไฮดรอลิก คุณจะต้องหาจุดประนีประนอมระหว่างความเร็วและคุณภาพ บริษัทแห่งหนึ่งได้คิดค้นกระบวนการ "ลบคมด้วยเคมีไฟฟ้า+ขัดแบบไหลแบบขัด":
ขั้นตอนเคมีไฟฟ้า: ใช้สารละลาย NaCl 10% เป็นอิเล็กโทรไลต์ และใช้แหล่งจ่ายไฟแบบพัลส์ที่มีความถี่ 10kHz และรอบการทำงาน 30% เพื่อขจัดเสี้ยน 90% ที่ความหนาแน่นกระแส 0.5A/ซม.² กระบวนการนี้ใช้เวลาไม่เกิน 2 นาที
ขั้นตอนการไหลของอนุภาคการเจียรใช้สารขัดซิลิกอนคาร์ไบด์ 800 mesh เพื่อขัดเงาเป็นเวลา 2 นาทีที่ความดัน 0.3MPa วิธีนี้จะขจัดสิ่งตกค้างทางเคมีไฟฟ้าและทำให้คุณภาพพื้นผิวเหลือ Ra0.2 μm
3. ทำให้ด้านในของโพรงทนต่อการกัดกร่อนโดยใช้ทั้งเทคโนโลยีการขัดเงาด้วยไฟฟ้าและการเคลือบ
ด้านในของการปลูกถ่ายอุปกรณ์ทางการแพทย์ รวมถึงข้อต่อเทียม จะต้องเข้ากันได้ทางชีวภาพและทนทานต่อการกัดกร่อน บริษัทแห่งหนึ่งใช้กระบวนการ "การขัดด้วยไฟฟ้า + การเคลือบ DLC (เพชร-เหมือนคาร์บอน)":
การขัดเงาด้วยไฟฟ้า: ด้วยการใช้แรงดันไฟฟ้า 15V และกระแส 20A เป็นเวลา 5 นาทีในอิเล็กโทรไลต์ผสมกรดฟอสฟอริกและกรดซัลฟิวริก ความหยาบผิวของ Ti6Al4V จะลดลงจาก Ra1.6 μm เป็น Ra0.08 μm และเกิดการเคลือบออกไซด์หนา 100 นาโนเมตร
การเคลือบ DLC: ใช้การเคลือบ DLC หนา 2 μm โดยใช้เทคนิคแมกนีตรอนสปัตเตอร์ ความแข็งเข้าใกล้ 20 GPa ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานลดลงเหลือ 0.05 และความต้านทานการกัดกร่อนเพิ่มขึ้น 10 เท่าในสภาพแวดล้อมของเหลวในร่างกายจำลอง
3 การใช้ในธุรกิจ: ตัวอย่างทั่วไปในภาคการผลิตระดับสูง-
1. สาขาการบินและอวกาศ
GE Aviation ใช้เทคโนโลยีการหลอมด้วยเลเซอร์เฉพาะจุด (SLM) เพื่อสร้างหัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์ LEAP หลังจากสร้างแล้ว ช่องการไหลภายในจะถูกขัดด้วยการไหลแบบขัดเพื่อทำให้พื้นผิวเรียบขึ้น (จาก Ra12 μ m ถึง Ra0.8 μ m) ทำให้น้ำมันเชื้อเพลิงไหลสม่ำเสมอมากขึ้น (8%) และทำให้เครื่องยนต์ประหยัดเชื้อเพลิงมากขึ้น- (โดย 1.5%)
2.ในธุรกิจผลิตรถยนต์
บ๊อชได้คิดค้นวิธีใหม่ในการทำความสะอาดและขัดเงาช่องปั๊มน้ำมันแรงดันสูง-ของระบบคอมมอนเรล ใช้ทั้งการทำความสะอาดอัลตราโซนิกและการขัดด้วยไฟฟ้า
การทำความสะอาดอัลตราโซนิก: เพื่อกำจัดของเหลวในการตัดที่เหลือจากการตัดเฉือน ให้ทำความสะอาดเป็นเวลา 10 นาทีที่ความถี่ 40kHz และกำลังไฟ 100W
การขัดเงาด้วยไฟฟ้า: ใช้อิเล็กโทรไลต์ที่มีฟอสเฟต-และแรงดันไฟฟ้า 12V เป็นเวลา 3 นาทีเพื่อทำให้โพรงสแตนเลส 316L มีความหยาบน้อยลง (จาก Ra2.5 μm ถึง Ra0.4 μm) และเพิ่มระยะเวลาที่สามารถทนต่อการกัดกร่อนของสเปรย์เกลือได้ (จาก 500 ชั่วโมงเป็น 2000 ชั่วโมง)
3. สาขาเครื่องมือแพทย์
Johnson&Johnson DePuy Synthes ผลิตถ้วยอะซิตาบูลโดยใช้วิธี "การขัดด้วยไฟฟ้า+ปฏิกิริยาออกซิเดชันแบบไมโครอาร์ก"
การขัดเงาด้วยไฟฟ้า: ลดความหยาบพื้นผิวของซับสเตรต Ti6Al4V จาก Ra3.2 μ m เหลือ Ra0.2 μ m และกำจัดอนุภาคที่ไม่มีการหลอมซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการขึ้นรูป SLM
การออกซิเดชันแบบไมโครอาร์ก: การเคลือบออกไซด์หนา 20 μm ด้วยไฮดรอกซีอะพาไทต์นั้นทำในอิเล็กโทรไลต์ซิลิเกตโดยใช้ไฟ 300V เป็นเวลา 5 นาที อัตราการรอดชีวิตของรากฟันเทียมคือ 99.2% และความแข็งแรงของพันธะกระดูกเพิ่มขึ้น 40%