Free Student HQ / FSHQ / "Штаб-Квартира свободного Студента"

Шаржирование поверхности. Нанотехнологии

Абразивная механическая обработка приводит к шаржированию осколков абразивов в поверхностный слой, что в значительной степени влияет на эксплуатационные характеристики деталей. В результате проведенных исследований поверхности металлических зеркал из различных материалов установлено, что на различной глубине поверхностного слоя находятся абразивные частицы. Методами сканирующей электронной микроскопии выявлены абразивные частицы в поверхности медных зеркал на глубине 50 мкм. Иногда частицы шаржируются в границы зерен. Их число достигает 5% общего числа на единицу поверхности.

Экспериментальные исследования по определению шаржирования проведены методом электронной микроскопии с увеличением в 10 ООО раз, что упростило измерение абразивных частиц (масштаб в 1 см 1 мкм). Минимальный размер шаржирования частиц составил 0,1 мкм. Если длина тени от частицы превышала в 6-7 раз видимый размер частицы, то такая частица считалась находящейся на поверхности. Критерием шаржируемости служила длина тени от частиц, образовавшейся при оттенении реплики с поверхности под углом 10°.

Исследованиями установлено, что с увеличением глубины снижаются величины функции распределения для мелких частиц, находящихся вблизи поверхности и обладающих наибольшим весом при статистике частиц.

На исходной поверхности образца на всем исследуемом участке наблюдались частицы размером 0,6 мкм, которые встречались по одной на близких участках поверхности. Такое положение, когда на поверхности находятся частицы небольших размеров, можно объяснить тем, что частица шаржируется достаточно глубоко, а на поверхности может находиться только ее верхушка. Очевидно, что частица не должна выступать на величину, превышающую высоту шероховатости поверхности, что в противном случае привело бы к дополнительным дефектам при обработке. Так, при величине выступающей части, равной 0,6 мкм, шероховатости поверхности 0,020-0,005 мкм, размер сферической частицы составит 2,3 мкм, который можно отнести к фракции абразива 3/2 мкм.

Травление поверхности на глубину 0,01 мкм практически не изменяет функцию распределения, так как глубина слишком мала. На глубине 0,06 мкм обнаружены отдельные частицы размером до 1,5 мкм, а на глубине 0,2 мкм - до 2,5 мкм.

На рис. 1. представлена зависимость изменения числа видимых частиц на разных глубинах травления. Травление на небольшую глубину (0,02 мкм) приводит к некоторому увеличению числа видимых частиц. Это связано, очевидно, с тем, что кроме имеющихся на исходной поверхности частиц были дополнительно вскрыты частицы, которые либо были замазаны сверху тонким слоем металла, либо выступали над исходной поверхностью менее, чем на 0,1 мкм. Травление на глубину 0,06 мкм характеризуется заметным убыванием частиц.


Исследование образцов, подвергшихся травлению, показало, что на глубине 2 мкм шаржирование абразивных частиц практически не происходит. Это можно объяснить лишь тем, что наблюдаемые абразивные частицы крупных размеров имеют не сферическую, а скорее форму плоских пластан. Как показали исследования, частицы больших размеров имеют многоугольную форму. Эти пластины, повидимому, являются осколками крупных частиц, закатанных в поверхность последующей обработкой. Количество таких осколков достаточно велико.

Изучение микрофотографий показало, что мелкие осколки абразива находятся в основном в верхних (h < 1 мкм) поверхностных слоях образца. В слоях с h > 1 мкм наблюдаются скопления частиц по границам зерен. Следовательно, плотность частиц уменьшается с глубиной травления, а шаржирование частиц в глубину происходит по границам зерен.

Для уменьшения степени шаржирования и увеличения отражательной способности разработаны и изготовлены ультра-дисперсные порошки со сферической формой абразивных частиц. Специфика обработки такими порошками заключается в том, что при полировании процессы поверхностного пластического деформирования (микровыкатывания) преобладают над процессами резания - царапания. В результате этого поверхность приобретает сглаженный рельеф с высотой шероховатости несколько нанометров (1-3 нм).

Одним из методов снижения эффектов шаржирования является применение смоляных полировальников, а также повышение качества поверхности при предварительной обработке лезвийным инструментом. При этом можно использовать фракции 5/3 и 3/2 из технологического маршрута и при последующем полировании снизить эффект шаржирования.

Работа предварительно шаржированными полировальниками позволяет уменьшить количество внедренных в изделие частиц, но этот способ имеет меньшую производительность, чем метод свободного абразива. В то же время метод свободного абразива позволяет несколько уменьшить шаржирование соответствующим подбором технологических режимов полирования (уменьшение давления и изменение свойств смоляного полировальника, концентрация абразива, приготовление смолы). Уменьшить шаржирование можно применением «узкоклассифицированных» абразивных порошков, а также их овализацией, так как содержание основной фракции в поставляемых промышленностью алмазных порошках составляет 60 или 35% замельченной и 5% закрупненной фракции.

Наличие закрупненной фракции ведет к царапанию обрабатываемой поверхности, а замельчение - к шаржированию. Следует отметить, что фракции алмазного порошка размером 1 мкм и менее легко агрегатируются, что также повышает возможность увеличения шаржирования.

Для повышения равномерности абразивных фракций используют методы замораживания суспензии после центрифугирования применением виброщелевых измельчителей. Применение таких измельчителей позволяет получать узкие тонкоизмельченные фракции состава от 2/1 до 0,1/0 мкм.

Хороший эффект может дать применение овализирования абразивных порошков, например термическим или другими методами. При термическом методе происходит выгорание мелкой фракции, закрепление узлов у основной фракции, а также сгорание примесей, содержащихся в порошках.

Уникальными свойствами обладают абразивные порошки, полученные газодисперсным синтезом. Они обладают следующими преимуществами перед выпускаемыми промышленностью и полученными другими методами овализации:
1. Минимальной величиной фракции (около 0,01 мкм).
2. Равномерностью фракции (от 0,07 до 1,04 мкм).
3. Сферической формой абразива.
4. Наличием окиси алюминия (А12 03) до 99,9%.

Технология получения данных абразивов позволяет изготовлять их из отходов промышленности. Кроме этого, одним из методов, позволяющих избежать шаржирования поверхности, а также уменьшить толщину оксидной пленки, является использование безабразивного полирования, например, с помощью ультразвуковой обработки.

В табл. 1. приведены данные о параметрах поверхности и шаржирование образцов из меди Моб после обработки различными абразивами. При обработке использовали неабразивную составляющую в виде дистиллированной воды с концентрацией абразива. Его соотношение: на одну часть абразива четыре части дистиллированной воды.

Данные таблицы подтверждают положительные свойства ультрадисперсного абразива на основе оксида алюминия, полученного методом ГДС. Добавки поверхностно-активных веществ позволяют получить улучшенные характеристики поверхности.

 

Андриевский Р. А., Рагуля А. В. Наноструктурные материалы: Учеб. пособие. - М.: ИЦ Академия, 2005. Головин Ю. И. Введение в нанотехнологию. - М. : Машиностроение, 2003. Гусев А. И., Ремпель А. А. Нанокристаллические материалы. — М.: Физматлит, 2000. Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию. - М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. Назаров Ю. Ф. Нанотехнология в производстве машин и приборов. - М. : «Сатурн-С», 2003. Нанотехника. - 2005. - № 1-4. Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направления исследований / под ред. М. К. Роко и др. - М.: «Мир», 2002. Нанотехнология и микромеханика: Учеб. пособие / Ю. А. Иванов, К. В. Малышев, В. А. Шалаев и др. - Ч. 1. — М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2003. Пул Ч., Оуэнс Ф. Мир материалов и технологий. Нанотехнологии. - М. : Техносфера, 2004. Ратнер М., Ратнер Д. Нанотехнология. Простое объяснение очередной гениальной идеи. - М.: ИД Вильямс, 2004. Харрис П. Углеродные нанотрубы и родственные структуры. Новые материалы XXI века. - М.: Техносфера, 2003.

Друзья! FSHQ довольно молодой ресурс, мы группа создателей сайта имеем общее увлечение всей нашей жизни в лице этого проекта, мы пытаемся нести пользу людям. Мы не хотим, и не будем заваливать весь проект огромным количеством рекламы для того чтобы была финансовая возможность строить этот ресурс, потому мы решили обратиться к нашим читателям с просьбой поддержать наш проект, всего 5 рублей, большего не просим. Надеемся, что данная сумма не станет большой потерей для бюджета наших посетителей, эта помощь будет просто неоценима, для проекта это жизнь, а вместе с ним живем и работаем мы. Это очень важно для нас. Спасибо! VISA - 4276020013209090; WebMoney - R256677704329; Z164891118384;

 

Сайт создан в 2012 г. © Все права на материалы сайта принадлежат его автору!
Копирование любых материалов сайта возможно только с разрешения автора и при указании ссылки на первоисточник.
Яндекс.Метрика