Введение к работе
Актуальность темы Развитие современной техники характеризуется созданием и применением новых материалов, свойства которых отвечают в наибольшей степени служебному назначению изделия При этом в большинстве случаев оказывается целесообразным (в основном по техночоїическим и экономическим причинам) изготавливать основу из обычного конструкі ионного материала, а на поверхности изделия формировать специальное покрытие, обладающее заданным комплексом механических, физико-химических и других свойств
В зависимости от назначения изделий применяемые покрытия делятся на несколько групп износостойкие, защитные, декоративные, покрыл-я со специальными газодиффузионными, СВЧ, биологическими и другими івой-ствами Требуемые эксплуатационные характеристики изделий с покрытиями обеспечиваются, с одной стороны, механическими и физико-химическими свойствами материалов покрытий, а с другой стороны - параметрами арук-туры, микрорельефом поверхности и адгезионно-когезионными харакіери-стиками При этом адгезия - прочность сцепления покрытий с основой - является основным их качеством, поскольку при малой адгезии, когда возможно отслаивание покрытия, все другие его характеристики теряют практический смысл
На сегодняшний день получение таких разнообразных характеристик покрытия с приемлемой для практики точностью наиболее эффективно осуществимо методом электроплазменного напыления
Наиболее эффективно воздействовать на адгезию покрытий, не изменяя при этом их пористую структуру, можно путем нивелирования параметров микрогеометрии поверхности основы в процессе ее подготовки под напыление Эффективным методом такой подготовки можно считать введение ультразвуковой энергии в зону обработки, в частности - при действии свободного абразива Увеличение адгезионной прочности покрытий путем применения технологии абразивно-струйной обработки поверхности основы с воздействием ультразвуком остается малоизученным
Исследования по данной работе проводились в рамках Ведомстве теой научной программы «Развитие научного потенциала высшей школы» по геме «Разработка научных основ формирования наноструктур на поверхности плазменно-дуговых биопокрытий дентальных имплантатов »
Цель работы состоит в совершенствовании технологии абразивно -струйной обработки деталей машино - и приборостроения за счег разработки процесса подготовки поверхности основы свободным абразивом с воздействием ультразвуковых колебаний под последующее электроплазменное напыление покрытий
Методы и средства исследований. В работе использованы основные положения теории абразивной обработки, физики ультразвука, теории деформации материалов и теплопроводности, а также электроплазменного напыления
Экспериментальные исследования выполнялись с использованием аппарата абразивно-струйной обработки «Чайка-20», ультразвукового генератора ГЗ-33, УГТ-902, установки электроплазменного напыления ВРЕС 744 3227 001
Микрорельеф основы и поверхности покрытия исследовали при помощи профилографа-профилометра «Калибр 170011» и цифрового комплекса 107622, морфологию поверхности и пористую структуру покрытия изучали на компьютерном анализаторе изображений микроструктур АГПМ-бМ Адгезию покрытия определяли методом среза на специально созданной установке, имеющей динамометр с пределом измерений +ЗН Научная новизна работы
-
Разработан метод обеспечения заданных свойств поверхности точных деталей машино- и приборостроения сложной формы путем комплексного применения электрофизических процессов, заключающийся в предварительной абразивно-струйной обработке с воздействием ориентированных ультразвуковых колебаний, обеспечивающей формирование равномерного микрорельефа с наиболее рациональной величиной контактной поверхности, и последующем плазменном напылении покрытий с увеличенной адгезией и требуемым микрорельефом, величина которых определяется условиями ультразвукового воздействия
-
Получена математическая модель, адекватно описывающая временную зависимость формирования элементов микрорельефа при воздействии на изделие ультразвуковых колебаний, ориентированных перпендикулярно струе абразива, и учитывающая влияние физико-механических свойств материала, скорости абразивных частиц и угла атаки их потока
-
На основе проведения полнофакторного эксперимента получены экспериментально - аналитические зависимости формирования микрорельефа, на основе которых установлено определяющее влияние на величину элементов микрорельефа амплитуды ультразвуковых колебаний основы Также определены наиболее целесообразные технологические режимы абразивно-струйной обработки, обеспечивающие минимальное изменение предварительно полученного размера изделия и параметры микрорельефа с распределением величин, близким к нормальному закону, и с максимальной длиной растянутого профиля, обеспечивающей увеличение адгезии покрытий при последующем плазменном напылении
Практическая ценность и реализация работы Разработан технологический процесс абразивно-струйной подготовки поверхности деталей под электроплазменное напыление титана с сообщением ей ультразвуковых колебаний перпендикулярно потоку частиц абразива, обеспечивающий при давлении воздуха в системе 0,6 МПа, амплитуде ультразвуковых колебаний 13 мкм, частоте ультразвука 44 кГц, времени обработки 18-20 с, величину элементов микрорельефа не менее Rz=4 мкм, Rmax =7,5 мкм, Sm=10 мкм Разброс их значений по поверхности сокращается до 40% по сравнению с обычной абразивно-струйной обработкой Также это обеспечивает увеличение адгезии покрытия по сравнению с существующим процессом на 25 - 30% при сохра-
нении пористости покрытия на уровне 40 - 50%, о чем свидеіельсгвует акт внедрения
2 Предложена принципиальная схема устройства для абразивно-струйной обработки поверхности имплантатов с воздействием улыразвука, обеспечивающая заданный микрорельеф поверхности
Апробация работы Результаты работы были представлены в виде докладов на научно — технических конференциях «Современная электротехнология в машиностроении» (Тула, 2004 г ), «Композиты XXI века» (Саратов, 2005 г), «Современная электротехнология в промышленности России» (Тула, 2005 г ), «Современные проблемы имплантологии» (Саратов, 2004 г ,2006 г)
По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК
Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, включает список использованной литературы в количестве 124 наименований и приложения Содержание работы изложено на 157 страницах машинописного текста и включает в себя также 39 рисунков и 21 таблицу
