Крылова4 Юршев - сборник ЛР-29.12.18 (2). Лазерные и плазменные упрочняющие технологии

• Название: Лазерные и плазменные упрочняющие технологии
• Дата: 30.03.2022
• Размер: 6.14 Mb.
• Имя файла: Крылова4 Юршев - сборник ЛР-29.12.18 (2).docx
• Тип: Документы; #428148
• страница: 3 из 17

1.4 Химическая и электрохимическая очистка

Поверхность металла, как правило, покрыта жировыми загрязнениями и оксидной пленкой. Обезжиривание проводят в щелочных растворах или органических растворителях с целью удаления жиров животного и растительного происхождения (омыляемых жиров), а также минеральных масел. Под действием щелочи омыляемые жиры разлагаются, образуя растворимые в воде соли жирных кислот и глицерин.

Минеральные масла химически не разлагаются щелочами, но под действием сил поверхностного натяжения пленка масла разрушается и собирается в капельки. Для полного освобождения поверхности металла от масла необходимо присутствие в растворе поверхностно-активных веществ, обладающих моющими и эмульгирующими свойствами, а также движение жидкости за счет нагревания или перемешивания раствора.

Обезжиривание в органических растворителях сводится к обычному процессу растворения жиров. Для этой цели применяют керосин, бензин, хлорированные углеводороды (трихлорэтилен, дихлорэтилен, дихлорэтан и др.). К недостаткам органических растворителей следует отнести то, что бензин и керосин легко воспламеняются, а хлорированные углеводороды токсичны.

Электрохимическое обезжиривание проводится на катоде или аноде в щелочных растворах примерно того же состава, что и при химическом обезжиривании. Эффективность электрохимического обезжиривания выше химического. Механизм процесса электрохимического обезжиривания сводится к уменьшению смачиваемости маслом поляризованной поверхности. Кроме того, эмульгирование масел и жиров облегчается выделяющимися пузырьками газов водорода или кислорода. Обезжиривание проводят при температуре раствора 60-80 °С и плотности тока
300-1000 А/м².

Травление производят с целью удаления окалины и толстых оксидных пленок. При химическом травлении черных металлов применяют, главным образом, серную и соляную кислоты. Травление стальных изделий в серной кислоте протекает по следующим уравнениям:

– FеО + Н₂S0₄ = FеS0₄ + H₂O;

– FезОз + ЗН₂S0₄ = Fе₂(S0₄)з + ЗН₂O;

– Fе + Н₂SO₄ = FеS0₄ + Н₂.

Скорость растворения оксидов зависит от концентрации и температуры кислоты. Травление проводят в растворах, содержащих 5-10 % серной кислоты или
10-15 % соляной при температуре 40-60°С в первом растворе и 20-40 °С – во втором.

1.5 Ультразвуковая очистка

Ультразвуковой метод очистки позволяет осуществлять быструю и высококачественную очистку изделий сложной конфигурации, а в ряде случаев удалить загрязнения, не поддающиеся удалению другими методами, заменить токсичные органические растворители более дешевыми щелочными растворами, механизировать трудоемкие операции очистки.

Данный метод основан на следующих физических явлениях под воздействием мощного ультразвукового излучателя в жидкостной среде возникают переменные давления, изменяющиеся с частотой возбуждающего поля и создающие высокие плотности энергий. При амплитудах звукового поля, превышающих некоторое пороговое для данной жидкости значение, возникает кавитация. Это явление характеризуется ростом в жидкости пузырька в течение некоторой части полупериода положительных давлений. Пузырек вырастает до некоторого максимального размера и захлопывается. Захлопываясь, он создает ударные волны большой силы - импульсы давления, достигающие несколько десятков тысяч МПа. Такие высокие ударные давления вызывают сильные кавитационные разрушения на поверхности изделий. При этом происходит разрыв поверхностной пленки загрязнений. Под пленкой начинают образовываться пузырьки, открывающие и дробящие ее при захлопывании.

Кавитационные пузырьки различны по размерам и их диаметры колеблются от 0.01 мм до 1 мм. Наиболее интенсивные импульсы давлений создают пузырьки, собственные частоты которых близки или кратны частоте возбуждающего ультразвукового поля.

В процессах ультразвуковой очистки существенное значение имеют акустические течения – стационарные вихревые потоки, образующиеся в жидкости. Они играют большую роль в очистке растворимых загрязнений и способствуют уносу загрязненного растворителя.

Технологические жидкости, используемые в процессе ультразвуковой очистки, подразделяют на моющие среды и жидкости для дополнительной обработки (предварительного замачивания, промывки, консервации изделий).

В качестве моющих сред при ультразвуковой очистке используют воду, водные растворы щелочей и поверхностно-активных веществ, растворы кислот, органические растворители.

Вода при ультразвуковой очистке применяется, как правило, дис­тиллированная. Однако при изготовлении полупроводниковых приборов промывка и дистиллированной водой не всегда дает удовлетворительный результат.

Широкое использование при ультразвуковой очистке получили водные растворы щелочей и поверхностно-активных веществ. К моющим растворам предъявляют следующие требования: наличие хорошей смачиваемости загрязнений и очищаемой поверхности, разрушение связи загрязнений с поверхностью и перевод загрязнений в раствор, стабилизация загрязнений в моющем растворе с целью предотвращения их ресорбции, индифферентность по отношению к материалу очищаемого изделия.

При ультразвуковой очистке применяют также водные растворы едких щелочей (например, едкий натр NаОН), карбонаты (кальцированная сода Na₂CO₃), фосфаты, силикаты (жидкое стекло Na₂OSiO₂). Добавление в щелочные растворы поверхностно-активных веществ, способных снижать поверхностное натяжение жидкости, позволяет моющему раствору хорошо смачивать поверхность очищаемых изделий и свободно проникать в узкие щели. Составы наиболее распространенных водных моющих растворов, применяемых при ультразвуковой очистке, а также основные рекомендации по их использованию представлены в таблице 1.1.

Очистка изделий в органических растворителях основана на рас­творении удаляемых продуктов. Обладая низким поверхностным натя­жением, органические растворители проникают в узкие щели и отверстия, растворяя находящиеся тале загрязнения. Действие ультразвука, так же, как и повышение температуры жидкости, сказывается на ускорении процесса растворения загрязнений. Типичным представителем растворителей является бензин. Кроме него широко используется трихлорэтилен, четыреххлористый углерод, различные фреоны. Типы органических растворителей, применяемых при ультразвуковой очистке, их назначения и рекомендации по применению представлены в таблице 1.2.
Таблица 1.1 – Состав водных моющий растворов

Компоненты	Загрязнения	Материал очищаемых изделий	Температура, оС	Содержание г/м3
Едкий натр Сода кальцинированная Жидкое стекло Нитрид натрия Неионогенное ПАВ Сульфинол	Обильные масляные и жировые загрязнения, консервационные смазки	Сталь	60-80	20-30 10-20 20 5-10 5 0,5-1,5
Тринатрий-фосфат Неионогенное ПАВ Сульфинол	Полировочные пасты, консервационные смазки, минеральные масла и жировые пленки	Сталь, медные сплавы	55-80	20-35 3 0,5-1,5
Сода кальцинированная Жидкое стекло Неионогенное ПАВ	То же	То же	55-80	15-20 8-10 3
Дистиллированная вода	Пыль, вода	Полимерные плёнки	45-55	-

Действие ультразвука приводит к нарушению пограничного слоя растворителя, транспортированию пограничного слоя растворителя к очищаемой поверхности и эвакуации отделившихся частиц загрязнений из зоны очистки. Растворитель, внедряясь вглубь загрязнений, нарушает их однородность. Это создает условия для более интенсивного растворения загрязнений благодаря увеличению площади соприкосновения растворителя с растворяемым веществом. Применение органических растворителей для удаления нерастворимых пленок и частиц, прочно связанных с материалом изделий, когда процесс очистки протекает преимущественно за счет кавитационных явлений, нецелесообразно. Очистку в органических растворителях применяют, как правило, в тех случаях, когда щелочные растворы не приемлемы по причине коррозионного или кавитационного разрушения материала, образования пассивной пленки, длительности процесса сушки и т. п.
Таблица 1.2 – Органические растворители, применяемые при ультразвуковой очистке

Компоненты	Загрязнения	Материал очищаемых изделий	Температура, оС	Содержание г/м3
Трихлорэтилен	Минеральные масла, парафин, смолы, каучук, пасты	Все металлы, кроме алюминия	5-70	0,01
Четыреххлористый углерод	Минеральные масла, парафин, смолы, воск, пасты	Сталь	5-70	0,02
Бензин	Минеральные масла, парафин, пасты	Все металлы, кроме цинка, пластмассы	20	0,1-0,3
Метанол	Канифоль и канифольные флюсы, смолы, жиры, масла	То же	20	0,05
Этанол	То же	То же	20	0,1
Ацетон	Канифоль, краски, жиры, масла (животные и растительные)	Все металлы	20	0,2

Очистка в эмульсионных составах представляет собой попытку скомбинировать действие органического растворителя с действием водного раствора. Эмульсионные составы используют, если полная очистка изделий в органическом растворителе (например, при наличии на поверхности изделия загрязнений жирового и неорганического происхождения) не представляется возможной. В состав эмульсии вместо воды может быть введен раствор солей щелочных металлов. После эмульсионной очистки производится ультразвуковая очистка водой или растворителем.

Окисные пленки (продукты коррозии), образующиеся на поверхности изделий, всегда препятствуют механической, химической и другой обработке и должны быть удалены с их поверхности. Удаление пленок осуществляется травлением их с помощью кислотных растворов. Ультразвуковые колебания могут быть сгенерированы непосредственно в травильной ванне или использованы для удаления шлама после травления изделий.