Контакты

+7 (812) 622-04-63
Задать вопрос
 

Технология

Первой проблемой производителей  металлоизделий перед каждой последующей технологической операцией, является очистка поверхности от оксидов и других загрязнений.

В прокатной окалине к поверхности чистого металла непосредственно примыкает слой оксида FeO (вюстит), следующий за ним слой состоит из Fe3O4 (магнетит) и, наконец, наружный слой окалины состоит из Fe2O3 (гематит). В легированных сталях состав окалины значительно сложнее, чем в углеродистых: она содержит также оксиды хрома, никеля и т.п., в зависимости от химического состава стали. Кроме оксидов, на поверхности металлоизделий могут находиться защитная консервирующая и технологическая смазка, органические красители, пластик и другие загрязнения.

Поступающий с заводов в настоящее время к потребителям металлопрокат, катанка, проволока, трубы и т.п. имеют на поверхности прокатную окалину, ржавчину и другие загрязнения. Для их удаления обычно  используются  традиционные, но уже устаревшие методы  - кислотно-щелочное травление, пескоструйная и дробеструйная (дробеметная) очистка, а также механическая очистка абразивным, щеточным и иглофрезерным инструментом.

Все перечисленные способы нельзя признать экологически чистыми, универсальными, дешевыми и отвечающими современным требованиям к качеству очистки. Кроме того, недостатком всех перечисленных методов очистки является то, что изделия после очистки вскоре начинают опять интенсивно корродировать в атмосфере влажного воздуха.

А ведь машиностроители хотели бы иметь установки для очистки поверхности металлических изделий дешевые по стоимости и в эксплуатации, универсальные, экологически чистые и не использующие дорогостоящие расходные материалы, а также обеспечивающие высокую адгезионную способность и коррозионную стойкость очищенной поверхности.

Ответом на растущие требования машиностроителей и стала разработка плазменной электродуговой технологии модификации металлических поверхностей.

Впервые этот способ обработки металлической поверхности был реализован для удаления оксидов и любых других загрязнений с поверхности алюминия и некоторых его сплавов при разработке аргоно-дуговой сварки конструкций из этих металлов.

Очистка поверхности металлов происходит в катодных пятнах электрической дуги, которые хаотически «перемещаются» по очищаемой поверхности.  В катодных пятнах из-за большой плотности тока взрывной электронной эмиссии (1011-1012 А/м2), возникающей у микровыступов на поверхности, где достаточно велика напряженность электрического поля и снижена работа выхода электронов из-за эффекта Шоттки, происходит быстрый разогрев, плавление, взрывное испарение микроучастков поверхности изделия, ионизация паров материала катода и всех поверхностных загрязнений и возникновение почти полностью ионизованной плазмы. При этом, очищаемой поверхности передается энергия с плотностью порядка 1011 Вт/м2, температура в катодном пятне достигает (5-10) 103 К, а давление пара оксидов и металла  - 107-108 Па.

В плазме электродугового разряда молекулы оксидов и любых других загрязнений на поверхности изделий диссоциируют. Низкоэнергетичные ионы металлов из оксидов возвращаются обратно на поверхность, а другие атомы образуют молекулы углекислого газа и воды, которые и являются отходами плазменно-дуговой очистки.

Исследования показали, что скорость перемещения катодных пятен при плотности тока порядка 1010 А/м2 зависит от толщины оксидного слоя (печная, прокатная окалина, ржавчина и другие загрязнения), давления насыщенного пара материала изделия и загрязняющих веществ на поверхности, теплопроводности, температуры очищаемого изделия, конфигурации и рельефа поверхности, давления и химического состава окружающей среды.

Наибольшая производительность и высокое качество плазменной электродуговой очистки достигается при понижении давления в камере обработки до 1,33 – 1,33*102 Па. Энергозатраты на очистку 1 м2 в зависимости от степени загрязненности составляют 0,2-3,0 кВт*ч.

Очищенная поверхность в результате модификации и активации ее плазмой приобретает высокую адгезионную способность ко всем существующим на сегодня защитным покрытиям (металлическим и полимерным) и ко всем видам технологических смазок (например, к мылу при волочении проволоки). Эксперименты показали, что адгезия к защитным покрытиям возрастает в четыре и более раз по сравнению со всеми существующими способами очистки и подготовки поверхности, а это гарантия на десятки лет, что защитное покрытие не будет отслаиваться, а изделие не будет разрушаться под действием коррозии.

Осажденные обратно на очищенную поверхность из оксидов атомы металлов образуют тонкие, в несколько атомных слоев, пленки. В случае очистки стали это пленки чистого железа, которые после обработки изделия в дальнейшем на годы защищают его поверхность от коррозии в атмосфере влажного воздуха, а в отдельных случаях и в воде.

 Назад   На главную