Témata
Reklama

Diagnostikovanie otryskaných povrchov z hľadiska ich aktivity a deform

Tryskanie je možné chápať ako vhodnú predúpravu pred následným aplikovaním povlakov z hľadiska zlepšenia ich vlastností. Zmena režimu tryskania ovplyvňuje aktivitu otryskaného povrchu tým, že mení charakter deformácie podpovrchovej vrstvy.

Podpovrchová vrstva ovplyvnená plastickou deformáciou po tryskaní má vyššiu energetickú úroveň v porovnaní s neovplyvneným kovom. Pod vplyvom deformácie sa zvyšuje množstvo porúch v kryštálovej mriežke, stúpa hustota dislokácií, čo zvyšuje schopnosť kovu reagovať s okolitým prostredím. Deformácia pomáha iónatómu kovu prekonať kovovú väzbu a dáva mu možnosť vzdialiť sa z mriežky, tj. znižuje výstupnú prácu iónov. Dôsledkom toho je zníženie elektródového potenciálu kovu. Vplyv deformácie na elektródový potenciál je dôsledkom zmenenej adsorpčnej schopnosti, ktorá je pritom väčšia na aktívnych miestach povrchu kovu. Vplyv zosilnenej adsorpcie kyslíka posúva potenciál počiatku anódového rozpúšťania a pasivačný potenciál.
Okrem vplyvu na tvorbu podpovrchovej vrstvy má zmena režimu tryskania vplyv aj na degradačné procesy a charakter morfológie otryskaného substrátu. Veličiny, ktoré charakterizujú spevnenú podpovrchovú vrstvu pri tryskaní, sú hĺbka a intenzita spevnenia a tlakové zvyškové napätia.
Zrno TP o hmotnosti m dopadá na substrát pod uhlom a rýchlosťou v. Rýchlosť v sa rozloží na zložku normálnu vN a horizontálnu vH. Prislúchajúca kinetická energia bude daná výrazmi:
EkN = 1/2 m v2 sin2a
EkT = 1/2 m v2 cos2a
Pri dopade TP sa časť kinetickej energie EkN spotrebuje na plastickú deformáciu povrchových vrstiev, pričom nastáva spevnenie a časť kinetickej energie EkT sa spotrebuje na ryhovací účinok TP. Normálová zložka vtláča zrno do substrátu, horizontálna ho posúva. Normálová zložka bude mať teda vplyv hlavne na hĺbku spevnenej vrstvy. Hĺbka spevnenia je priamo úmerná rozmeru a tvaru zŕn TP, rýchlosti letu a uhlu dopadu TP na povrch substrátu a nepriamo úmerná tvrdosti otryskávaného materiálu.
Reklama
Reklama
Reklama

Metodika experimentovania a použitý materiál

Vplyv uhla dopadu TP ako jedného z parametrov tryskania bol hodnotený z hľadiska deformácie otryskávaného základného materiálu (priehyb, mikrotvrdosť) ako aj z hľadiska zmeny aktivity povrchu materiálu. Stav povrchových vrstiev po tryskaní bol skúmaný pri uhloch dopadu a = 30, 45, 75 a 90°.
Tryskanie bolo realizované na mechanickom laboratórnom tryskacom zariadení typu KP-1. Skúšobné vzorky boli z materiálu 11 375.10 s rozmermi 79 x 15 x 3 mm, východzí povrch vzoriek bol obojstranne brúsený. Bol použitý monodisperzný TP - oceľová drvina, stredný rozmer zrna dzD = 0,56; 0,71 a 0,9 mm, výrobca Kovobrasiv Mníšek pod Brdy. Výstupná rýchlosť zŕn z metacieho kolesa bola 70,98 m.s-1.
Za účelom zistenia vplyvu zmeny vybraných parametrov tryskania na aktivitu otryskaných povrchov bolo na KTaM SjF TU Košice vyvinuté zariadenie, ktorého funkčná schéma je na obrázku. Zmena aktivity otryskaných povrchov bola hodnotená pomocou merania potenciálu oproti nasýtenej kalomelovej elektróde. Dvojica vzoriek (4) sa merala súčasne ihneď po otryskaní, dva okruhy boli prepájané prepínačom (8). Mostík (6) zabezpečoval vodivé spojenie elektrolytu a vzoriek. Prístroj pre meranie potenciálu (7) mal vnútorný odpor 1014 ohmov, takže polarizáciu elektród bolo možno zanedbať. Hladina elektrolytu sa udržiavala na úrovni 100 mm nad povrchom vzoriek, pretože pri korózii s kyslíkovou depolarizáciou má hĺbka ponoru významný vplyv na priebeh korózneho deja.
Deformácia otryskaných materiálov bola stanovená na meracom zariadení Almen - Gaude 2. Priehyb bol meraný na vzorkách o rozmere 76,2 x 19,05 x h [mm], kde h = 0,8; 2 a 3 mm, meraný na tetive d = 31,62 mm. Všetky vzorky boli žíhané pre zníženie vnútorných napätí pri teplote 600 °C po dobu 2 hodín. Nasledovalo pomalé ochladzovanie v peci až do teploty 250 °C a následné ochladzovanie na vzduchu. Z dôvodu eliminovania vplyvu východzieho stavu vzoriek pred tryskaním bol výsledný priehyb stanovený ako rozdiel nameraných hodnôt priehybov každej vzorky pred a po tryskaní. Diagnostikovanie povrchových vrstiev bolo sledované na svetelnom mikroskope Zeiss Neophot II.

Dosiahnuté výsledky

V grafoch sú uvedené súhrnné znázornenie priebehu zmien potenciálov v závislosti na uhle dopadu TP (oceľová drvina). Výsledky merania preukázali, že so zväčšovaním uhla dopadu sa zvyšuje potenciál k negatívnejším hodnotám, čo naznačuje vyššiu aktivitu otryskaného povrchu. Najväčšia zmena nastala po otryskaní s TP o zrnitosti 0,9 mm pri uhle dopadu TP 90°. Z realizovaných meraní je tiež možné konštatovať, že s rastom veľkosti zrna TP dochádza k posunu elektródového potenciálu k negatívnejším hodnotám, čo má súvislosť s charakterom podpovrchovej vrstvy, pretože zrno väčšieho rozmeru ovplyvňuje spevnenie základného materiálu do väčšej hĺbky.
Z hľadiska deformačného účinku tryskacieho prostriedku, ktorý bol stanovený meraním priehybu otryskaného materiálu pomocou Almenovho testu pri rôznych uhloch dopadu bol nameraný najvyšší priehyb pri uhloch dopadu 75° a 90° a najnižší pri uhle 30°. Z experimentálnych výsledkov vyplýva, že maximálny deformačný účinok sa dosahuje pri vyšších uhloch dopadu TP. V súlade s logickým predpokladom je tiež možné konštatovať, že so zväčšujúcou sa hrúbkou tryskaného materiálu priehyb klesá. Túto skutočnosť je nutné zohľadniť pri predúprave súčiastok, na ktoré sú v prevádzkových podmienkach kladené zvýšené požiadavky z hľadiska ich rovinnosti ako aj pri predúprave adherendov lepených spojov.
Pokrytie povrchu pri tryskaní stopami jednotlivých zŕn TP závisí od množstva TP vrhnutého na otryskaný povrch. Pri otryskaní povrchu nutným množstvom TP je povrch úplne pokrytý stopami po dopade TP. Pri otryskaní väčším množstvom TP, ako je hodnota nutného množstva, môže dochádzať na základe miestneho vyčerpania plasticity k porušeniu - odlupovaniu - povrchových vrstiev základného materiálu.
Túto degradáciu materiálu čiastočne objasňuje delaminačná teória, ktorá študuje vznik a rast podpovrchvých trhlín a popisuje výraznú deformáciu povrchu pri opakovanom zaťažení. Proces delaminácie prebieha generovaním dislokácií v podpovrchovej vrstve, ich nahromadením a následnou tvorbou porúch a trhlín, ktoré sú často paralelné s otryskaným povrchom. Dochádza k odlupovaniu povrchových vrstiev, ktoré majú charakteristický šupinkový tvar.
Tryskaním sa získava, vzhľadom na intenzívne deformačné procesy v povrchových vrstvách odstránením medzivrstvy, vysoko aktívny povrch. Nové povrchy získané tryskaním sa vyznačujú rýchlym poklesom aktivity v dôsledku ich reakcie s okolitým prostredím, čo negatívne ovplyvňuje adhéziu povlakov aplikovaných na tieto povrchy. Znižovanie aktivity v závislosti na čase nás núti stanoviť minimálnu dobu medzi tryskaním a následnou tvorbou povlakov. Hodnoty aktivity nového povrchu sú výrazne ovplyvňované parametrami tryskania (uhol dopadu TP, veľkosť zrnitostnej frakcie). Navrhnutá a použitá metóda hodnotenia aktivity povrchu sa ukázala dostatočne výstižnou pre kvantifikáciu zmien sledovanej veličiny.
Pri rozbore deformačného účinku v procese tryskania je možné konštatovať, že pri rôznych uhloch dopadu použitých TP väčší priehyb bol dosiahnutý pri vyšších uhloch (75°, 90°). Deformácia otryskávaného materiálu stúpa so zmenšovaním sa jeho hrúbky a zväčšovaním sa rozmeru zrna TP.
Príspevok bol spracovaný v rámci riešenia grantového vedeckého projektu MŠ SR VEGA č. 1/2203/05.
Ing. J. Brezinová, Ing. D. Draganovská, Ing. J. Viňáš
Katedra technológií a materiálov, SjF TU Košice
Všechny obrázky, tabulky a grafy naleznete v tištěné podobě časopisu.
Reklama
Vydání #4
Kód článku: 50442
Datum: 13. 04. 2005
Rubrika: Odborná příloha / Povrchové úpravy
Autor:
Firmy
Související články
Perfektní povrchová úprava

Ten, kdo vytváří povlaky, může dosáhnout bezvadných výsledků pouze důkladnou předpřípravou povlakovaného povrchu. Také za tímto účelem investovala firma Bot Oberflächentechnik z Kulmbachu do nového zařízení – a dosáhla tak nakonec fascinujících výsledků.

Vakuové odpařování - technologie budoucnosti

Vakuové odpařování je v České republice poměrně málo používaná technologie. Má však velký potenciál pro budoucí rozšíření. Tato technologie nachází využití v povrchových úpravách, chemickém, strojírenském, potravinářském a farmaceutickém průmyslu. Firma Kovofiniš je jednou z prvních českých firem, která nabízí vlastní vakuové odparky.

Šetrné a účinné čištění těžko dostupných míst

Klasické postupy čištění ve vodě se dostávají na hranice svých možností, když jde například o kapilární struktury nebo komplexní geometrie. Za takové situace se nově na scénu dostávají tzv. CNP technologie (Cyclic Nucleation Process). Tato technologie pracuje na principu cyklické nukleace (tvorby krystalových zárodků z přesycených roztoků).

Související články
Kompozitní povlaky jako možná náhrada za povlaky na bázi CrIV

Tento příspěvek se týká oblasti povrchových úprav, zejména elektrolyticky vyloučených kovových povlaků, a to způsobu vytvoření kompozitní povrchové úpravy na bázi niklu s vysokou odolností proti opotřebení. Výsledkem provedeného výzkumu je technologický postup závěsového pokovení pro nový kompozitní povlak NiP-XLS, který by mohl nahradit povlaky na bázi CrIV.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Ako zvýšiť kvalitu povrchových úprav

Dokonale čistý a odmastený povrch dielov je základnou črtou pre všetky povrchové úpravy, ktorý má veľký vplyv na výslednú kvalitu produktu. Predovšetkým rôzne spôsoby nanášania kovov si vyžadujú starostlivú prípravu povrchu, aby sa zabránilo vzniku škvŕn, ktoré vznikajú v dôsledku povrchovej kontaminácie počas tvárnenia kovov.

Zvýšení výkonu u tribo stříkání

Stříkání práškových barev systémem tribo je založeno na fyzikálních principech, které do značné míry určují výsledné parametry stříkacího zařízení. Výrobce stříkacích pistolí je postaven před úkol navrhnout optimální konstrukci, která bude poskytovat nejlepší možný výstup, jakým je dostatečně nabitý prášek, který vystupuje v požadovaném množství a s použitelnou rychlostí z ústí nabíjecí trubice. Jak název napovídá, nabíjení prášku tribo je založeno na principu tření.

Předúprava oceli nízkoteplotním plazmatem pro zvýšení pevnosti lepeného spoje

V příspěvku jsou shrnuty výsledky výzkumu vlivu plazmochemické předúpravy vzorků oceli DC01 na výslednou pevnost lepeného spoje. Pro předúpravu povrchu vzorků oceli byla použita RF štěrbinová tryska generující plazma. Jako pracovní plyn byl použit argon a argon v kombinacích s dusíkem nebo kyslíkem. Vliv plazmové předúpravy na povrch oceli byl vyhodnocen pomocí měření kontaktních úhlů a výpočtu volné povrchové energie. Po slepení vzorků oceli pomocí běžně užívaného lepidla Weicon Flex 310M HT200 byly testovány výsledné vlastnosti lepeného spoje pomocí standardních mechanických odtrhových testů podle ČSN EN 1465.

Stříkání a lakování - trendy jsou nepochybné

Nutnost zvyšovat technicko-ekonomickou úroveň firmy je na denním pořádku. Inovace zvyšují podnikovou konkurenceschopnost, kterou lze spatřovat zejména ve flexibilitě, tvorbě přidané hodnoty, efektivnosti a kvalitě. Také v oboru povrchových úprav je trendem automatizace a robotizace.

Komplexní způsob kontroly procesu odmaštění

Článek pojednává o možnostech komplexní kontroly procesu odmaštění v průmyslových aplikacích, tj. především o možnostech kontroly stavu povrchu výrobků před procesem odmaštění a po něm a o kontrole stavu odmašťovacích kapalin pomocí UV-VIS spektroskopie.

Kompaktní řešení Zapoj a spusť

Surffinisher je inovační metoda inline omílání vysoce kvalitních, geometricky složitých součástí během výrobního cyklu , která otevírá nové možnosti pro automatizované, vysoce přesné obrábění definovaných ploch jednotlivých součástí. Kompaktní omílací systém Zapoj a spusť lze snadno integrovat do výrobních linek.

Vývoj epoxidových barev na konstrukce

Trendem dnešní doby je snižování nákladů na nátěrové systémy na konstrukce. Tyto systémy jsou ve většině případů složeny ze základní nátěrové hmoty (NH) epoxidového typu a vrchního polyuretanového emailu. V rámci úspory nákladů byla vyvinuta NH, která plní funkci obou těchto nátěrových hmot, to znamená, že má antikorozní vlastnosti, splňuje funkci vrchní NH a je možné ji aplikovat pouze v jedné vrstvě.

Tryskání a hlavní příčiny, které snižují životnost ocelových konstrukcí

Nové metody abrazivního tlakovzdušného tryskání, které oproti tradičním technologiím staví na přesném nastavení a elektronické kontrole procesu, jsou určeny pro dokonalou a včasnou přípravu povrchu ocelových konstrukcí před nanášením povrchových úprav. Jsou spolehlivější, rychlejší, tím i výrazně úspornější v provozních nákladech a také v celkové ekonomice technologie.

Jak zefektivnit proces stříkání práškovými barvami?

Jak již název článku uvádí, bude se v něm pojednávat o aplikaci práškových barev. Konkrétně se jedná o méně známou a využívanou možnost automatizace a mechanizace stříkání, kterou jsou postřikové stěny.

Funkční materiály pomocí depozice atomových vrstev

Depozice atomových vrstev (ALD – Atomic Layer Deposition) je technologie využívající depozice tenkých vrstev na povrch substrátu s přesností v atomovém měřítku, založená na řadě reakcí výchozí látky v plynném stavu s povrchem substrátu. Většina ALD reakcí používá dvě chemické látky, které se nazývají prekurzory.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit