4.2.Проектирование технологических процессов для типовых химикомеханических высокоресурсных покрытий
4.2.1. Вибрационноецимико-механическое твердосмдючное покрытие
Схематичное изображение на рис.4.3 процесса формирования покрытий дает возможность визуально оценить технологические взаимосвязи, происходящие взамкнутом объеме камеры для виброударного воздействия.
Анализируя комбинированный механизм образования слоя твердой смазки слоистой структуры при трении и особенности процесса вибрационной обработки в среде металлических шаров, можно поэтапно представить порядок формирования твердосмазочного покрытия дисульфид молибдена следующим образом (рис.4.2, 4.3).
Рис.4.2.Начальные этапы проведения расчетов технологических режимов и образования высокоресурсного твердосмазочного покрытия МоБ2: а) механический контакт и адсорбция материала покрытия;б) активация поверхностного слоя;в),г) изменение микрогеометрии поверхности после этапов 4 и 5
Рис.4.3. Заключительные этапы проведения расчетов технологических режимов и образования высокоресурсного твердосмазочного покрытия МоБ2: а) образование граничного слоя;б) образование слоя смазки и формирование покрытия
Этап 1. Механический контакт и адсорбция частиц MoS2-3∂ecb требуется рассчитать или назначить режимы механических и химических процессов,чтобыв момент приложения внешней механической нагрузки, благодаря силе соударения шара с поверхностью обрабатываемого материала, происходила расчетная упругая, пластическая и упруго-пластическая деформация в зоне контакта. Одновременно за счет сближения наносимого дисульфида молибдена с деталью происходит адсорбция частиц порошка на поверхности металла (рис.4.2, а).
Этап 2. Активизация поверхностного слоя металла. Активизация поверхности осуществляется виброударным методом в результате пластического деформирования и увеличения плотности дислокаций, разрушения окисных пленок и образования ювенильных участков поверхности, увеличения площади контакта (рис.4.3, б).Здесь требуются технологические режимы,совместимые с первым этапом расчета.
Этап 3. Образование граничного слоя. Этот этап требует обоснования энергии, направляемой на размельчение кристаллитов МоБ2, разрушение механическим действием рабочей среды химических окисных пленок металла во впадинах микрорельефа, внедрение частиц порошка и адсорбции их к поверхностному слою активизированного металла (рис.4.3, а).
Этап 4. Образование слоя смазки. Этот этап требует режимов, вытекающих из затрат энергии на уплотнение частиц нанесенного покрытия, размельчение кристаллитов, химическое и диффузионное слипание их друг с другом, образование сложного слоя смазки (рис.4.3, б).При этом параметры режимов должны быть совместимы.
Этап 5. Формирование поверхностного слоя покрытия. В результате скольжения, реализации внутренней и внешней энергии комбинированного процесса частицы рабочей среды ориентируются относительно обрабатываемой поверхности, частицы порошка базовыми плоскостями укладываются параллельно поверхности трения(рис.4.3, б)и формируется профиль,приведенный на рис.4.2,поз.в и г.
4.2.2. Теххологияполлуеннявиббациюнного ххмико-механнчеекого ццикооого покрытия (ВиХМЦП)
Этапы формирования вибрационного химико-механического цинкового покрытия,определящие порядок расчета режимов и проектирования технологического процесса и его особенности, можно представить следующим образом (рис. 4.4).
161
Рис.4.5.Этапы проведения расчетов технологических режимов и формирования вибрационного химико-механического цинкового покрытия
Этап 1. Химико-механический контакт деталей с рабочей средой. В результате подвода внешней энергии в момент приложения механической нагрузки вследствие соударения шаров с поверхностью обрабатываемого материала происходит разрушение поверхностного слоя в зоне контакта,в результате чего на поверхности металла адсорбируются ионы, молекулы из раствора, что открывает возможность протекания химических процессов (рис.4.5, а).Здесь энергетические параметры химического воздействия определяются
режимами механической составляющей комбинированного процесса,как показано в разделе 4.1.
Этап 2. Активация и очистка поверхностного слоя металла. Активация поверхности происходит в результате механического воздействия рабочей среды (например, фарфоровых шаров). В зависимости от используемых режимов может увеличиваться плотность дислокаций и активных центров с одновременной активацией ионов и молекул раствора (Zn++, Zn),что должно учитываться при назначении химических режимов преобразования поверхностного слоя.
В результате динамического воздействия и перемешивания рабочей среды происходит подача свежего раствора и отвод отработанного. Вместе с отработанным раствором с поверхности металла удаляются жировые загрязнения, таким образом, осуществляется совмещение процессов очистки от загрязнений и улучшение качества поверхностного слоя (рис.4.5, б),что также требует затрат энергии и должно учитываться при назначении режимов при проектировании технологических процессов для конкретных деталей в разрезе предложенной методологии.
Этап 3.Режимы формирования покрытия. Здесь следует учитывать,что участкиповерхности металла с высокой активностью адсорбируют ионы Zn++, которые, разряжаясь, осаждаются в виде цинкового покрытия. Это определяет энергозатраты на химическую составляющую и должно быть учтено при проектировании техпроцесса.
Для расчета механического воздействия необходимо учесть,что часть энергии вибрирующей среды тратится на подвод к поверхности металла цинкового порошка, который адсорбируется и под действием механических усилий закрепляется на поверхности металла (рис.4.5, в).
Этап 4. Режимы формирования заданной толщины комбинированного покрытия. В условиях виброволнового воздействия и активации составляющих процесса цинкования происходит формирование и рост цинковогопокрытия,где участвуют химическая и механическая составляющиеся которых требуется спроектировать режимы и технологический процесс,учесть энергию на
постоянный приток свежего раствора (суспензии) цинкового порошка к поверхности металла,что обеспечивает концентрационное равновесие, от которого зависит скорость формирования покрытия. Процесс сопровождается некоторым разрыхлением и растворением цинкового покрытия под влиянием активного иона хлора и движущихся фарфоровых шаров. Интенсивное движение рабочей среды вызывает уплотнение цинкового порошка,что показано на рис.4.5, г.
Этап 5.Режимы для получения требуемых показателей поверхностных слоев ВиХМЦП. Под влиянием вибрационного воздействия и увеличения толщины покрытия снижается активность роста и производительность операции. При этом могут происходить сопутствующие процессы,в частности частицы цинка, имеющие слабое сцепление с основным покрытием, сминаются, деформируются, удаляется часть покрытия и мелкие неровности, в результате может изменяться шероховатость обрабатываемой поверхности и увеличиваться ее блеск,как показано на рис.4.5, д.
4.2.3.