Лабораторный практикум по дисциплине образовательной программы опережающей профессиональной переподготовки в области создания серийного производства электрохимических станков для прецизионного изготовления деталей из наноструктурированных материалов и нанометрического структурирования поверхности (стр. 5 )

Теоретические расчеты и экспериментальные определения адгезии показали, что с увеличением толщины стравленного слоя и увеличением времени ионной очистки, адгезия вначале возрастает, а затем практически не изменяется. Причем максимальная адгезия к поверхности с шероховатостью Ra = 2.5 - 0.65 мкм при глубине стравленного слоя порядка 0.1 - 0.5 мкм наблюдается за время травления от 2 до 5 минут.

Большое значение для адгезии покрытий имеет вид предварительной механической обработки.

Одной из методов подготовки поверхности перед нанесением покрытий является химическая очистка. Первый этап химической подготовки поверхности - грубая очистка. Она состоит в удалении с поверхности видимых слоев органических загрязнений: останков масел, смазочных материалов, красителей, отпечатков пальцев и жировых пятен. При этом используют органические растворители - бензин, ацетон, тетрахпорид углерода, этиловый спирт и др.

Для удаления продуктов очистки с поверхности обрабатываемых деталей и обеспечения качественного состояния после грубой химической очистки рекомендуется применять мягкие ткани типа бязи, миткали и др. Так, жировые загрязнения снимают с поверхности тканью или тампоном, смоченными в растворителе. В особо ответственных случаях очистку проводят в ультразвуковых ваннах с применением органических растворителей.

Обезжиривания в органических растворителях (грубая химическая очистка) часто недостаточно для обеспечения качественной подготовки поверхности подложки перед металлизацией. В этих случаях применяют тонкую химическую очистку в растворах неорганических кислот и щелочах, а также в парах органических растворителей. Для интенсификации процесса очистки используют ультразвуковые ванны; процесс очистки ведут, как правило, при повышенной температуре раствора.

Очистка поверхности кислотами основана на реакции превращения некоторых оксидов и жировых пленок в соединения, легко растворимые в воде. Разбавленные щелочные растворы растворяют жировые пленки, делая их смачиваемыми в воде.

Эффективна тонкая химическая очистка в паровой фазе. Подложку помещают в закрытый контейнер с кипящим растворителем. Пар растворителя конденсируется на поверхности подложки, увеличивая скорость растворения поверхностных загрязнений. Отработанный раствор стекает по подложке в ванну (подложка наклонена по отношению к поверхности раздела пар - жидкость), а чистый пар воспроизводит процесс.

При ультразвуковой очистке крупные жировые загрязнения удаляются вследствии интенсивного локального перемешивания под действием создаваемых в растворителе ударных волн. Растворитель, насыщенный примесями, непрерывно удаляется с поверхности подложки; его заменяет свежий растворитель. Механические колебания, создаваемые в подложке, способствуют удалению макрозагрязнений чешуек металлов, пыли и др. Эффективность ультразвуковой очистки в основном определяется частотой колебаний. Поскольку ультразвуковая очистка позволяет удалять только крупные загрязнения, рекомендуется ее завершать обезжириванием в парах органических растворителей.

Адгезию напыленных покрытий можно определить косвенно. На тонкие пластины размером 60 × 10 × 1 мм, прошедшие предварительную обработку, наносится покрытие. Затем пластины подвергаются изгибу под углом 90° с радиусом в зоне изгиба 3 мм. Адгезия покрытия к подложке оценивается по 4-х-бапьной шкале. Оценивается адгезия с помощью семикратного увеличительного прибора.

1. Адгезия отличная - при изгибе пластины не наблюдается разрушение покрытия, не образуются микротрещины.

2. Адгезия хорошая - при изгибе пластины не наблюдается разрушение покрытия, но по изгибаемой поверхности образуются микротрещины.

3. Адгезия удовлетворительная - на изгибаемой поверхности появляются трещины, сколы, возможно частичное отслоение покрытия.

4. Адгезия неудовлетворительная - наблюдается отслоение покрытия по всей изгибаемой поверхности.

Адгезия отличная	Адгезия хорошая
Адгезия удовлетворительная	Адгезия неудовлетворительная

Рис.3.3. Оценочная шкала адгезии покрытия к подложке

3. Задания

1. Ознакомтесь с основными методами подготовки поверхности под нанесение покрытия.

2. Ознакомтесь с методикой выполнения заданий.

3. Проведите нанесение покрытия согласно технологии.

4. Проведите испытания образцов на изгиб, оцените адгезию по 4-х-бальной шкале.

5. По полученным результатам составте отчет по работе.

4. Лабораторное оборудование

Установка для вакуумного ионно-плазменного нанесения покрытий ННВ-6,6-И1, оснастка.

5. Методика выполнения задания

Подготовить 4 образца в виде тонких образцов размером 60 × 10 × 1 [мм], изготовленных из одной и той же пластины материала 12Х18Н9Т, с одинаковой степенью загрязнения, для чего образцы после очистки окунают в ацетоне, затем в 10% раствором масла в спирте. Затем провести следующие виды очисток образцов: исходный, после химической очистки, после механической очистки, после механической и химической очистки.

Подготовленные образцы установить в вакуумную камеру и произвести нанесение покрытия согласно технологии. Обработанные образцы вынуть из вакуумной камеры и подвергнуть испытанию на изгиб. Полученные результаты внести в таблицу и составить отчет по работе с указанием лучшего способа подготовки поверхности под напыление.

3.6. Контрольные вопросы

1. Что называют адгезией вакуумных ионно-плазменных покрытий?

2. Назовите факторы, определяющие адгезию вакуумных ионно-плазменных покрытий.

3. Как влияет шероховаться подложки на адгезию покрытия?

3.7. Требования к отчету

Отчет по лабораторной работе должен содержать

1. Цель работы;

2. Принципиальную схему проведения экспериментальных исследований;

3. Перечень используемого оборудования и приборов;

4. Режимы обработки;

5.  Экспериментальные результаты, сведенные в табл.3.1:

Таблица 3.1

№ образца	Вид очистки поверхности образца	Метод и режимы обработки	Оценка адгезии

6. Выводы по работе.

Лабораторная работа № 4

исследование влияния величины зерна на

технологические показатели импульсной

электрохимической обработки

1 Цель и задачи работы

Целью работы является получение первичных навыков исследования влияния величины зерна мартенситной стали 20Х13 на технологические показатели импульсной электрохимической обработки (ЭХО) вибрирующим электродом-инструментом (ЭИ).

2 Теоретическая часть

Исследование обрабатываемости материалов методом импульсной ЭХО по показателям производительности, энергоёмкости процесса и параметрам качества поверхностного слоя традиционно осуществляют по технологической схеме «трубка в трубку» (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Технологическая схема (а) и осциллограммы колебательного движения ЭИ (б), подачи импульсов тока (в) и напряжения (г)

Сущность указанной технологической схемы заключается в использовании трубчатого ЭИ, подключённого к отрицательному полюсу источника технологического тока (ИТТ), и трубчатой заготовки, подключённой к положительному полюсу ИТТ (рис. 4.1, а). При этом внешний диаметр ЭИ несколько превышает внешний диаметр заготовки , а внутренний диаметр ЭИ меньше внутреннего диаметра заготовки , что позволяет избежать образования боковой поверхности на заготовке.

Площадь обрабатываемой поверхности заготовки:

. (4.1)

Подача электролита в МЭП под давлением осуществляется через центральное отверстие в ЭИ.

В процессе обработки электроду-инструменту сообщается движение подачи со скоростью (движение подачи может также сообщаться заготовке – в зависимости от компоновки станка) и периодическое возвратно-поступательное колебательное движение с частотой (рис. 4.1, а, б). Импульсы тока c амплитудным значением подаются с частотой, равной частоте колебательного движения ЭИ, в момент предшествующий нижнему положению ЭИ на величину . Таким образом, доля импульса, прошедшая до момента максимального сближения электродов, характеризуется параметром, называемым фазой подачи импульса (рис. 4.1, в).

Заданное оператором станка напряжение U0 алгоритмически обеспечивается в момент наибольшего сближения электродов путём корректирования значения тока в импульсе.