Способ очистки металлических поверхностей

 

Использование: для очистки металлических изделий в процессах их производства. а также при последующем нанесении на поверхность покрытий и плакировании. Очистка поверхности осуществляется в камере за счет воздействия на поступательно перемещаемое изделие высокочастотным разрядом с падающей вольтамперной характеристикой в продольном потоке аргона , подаваемого от магистрали через полость электрода, который подключен к выходу высокочастотного источника 14. Поток аргона формируется с помощью сопла 10 с турбулизатором 12 в виде сетки таким образом, чтобы масштаб турбулентности потока находился в пределах 0,2-0.4. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕTCKMX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 08 В 7/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4813568/12 (22) 12.04.90 (46) 15,07.92. Бюл. N 26 (71) Магнитогорский горно-металлургический институт им. Г. И. Носова (72) В. Л. Стеблянко, И. В, Ситников и В. И.

Люльчак (53) 628.314.2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 937059, кл. В 08 В 7/04, 1980. (54) СПОСОБ ОЧИСТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ .

ПОВЕРХНОСТЕЙ (57) Использование: для очистки металлических иэделий в процессах их производства, „„533 „„174721l3 А1 а также при последующем нанесении íà поверхность покрытий и плакировании. Очистка поверхности осуществляется в камере за счет воздействия на поступательно перемещаемое иэделие высокочастотным разрядом с падающей вольтамперной характеристикой в продольном потоке аргона, подаваемого от магистрали через полость электрода, который подключен к выходу высокочастотного источника 14. Поток аргона формируется с помощью сопла

10 с турбулизатором 12 в виде сетки таким образом, чтобы масштаб турбулентности потока находился в пределах 0,2-0,4. 2 з.п, ф-лы, 3 ил.

1747213

Изобретение относится к технике очистки поверхности материалов и может быть использовано в процессах производства металлических изделий и изделий с металлической поверхностью, а также при последующем нанесен ® нэ поверхность покрытий и плакировании.

При очистке металлических иэделий широко используется способ обработки поверхностей чистой металлической (стальной) щеткой с механическим приводом.

При использовании этого способане происходит полной очистки, так как щетки загрязня атся налипающими на них поверхностными слоями, особенно пластичными, и. сами становятся источником вторичного загрязнения.

Известен способ очистки изделий, закл ачающийся в организации дугового разряда постоянного тока, возбуждаемого между электродом и изделием в условиях вакуума или при пониженном до 10-15 мм рт.ст, давлении.

Данный .способ позволяет получить полную очистку поверхности изделий путем испарения слоя загрязнений в вакуум за счет высокой температуры плазмы разряда.

Однако при очистке па данному способу наблюдается неравномерность удаления. загрязнений, связанная с тем, что анодное пятно дуги, находящееся на поверхности иэделия, перемещается не по загрязненной, а па чистой металлической поверхности, поэтому диэлектрические загрязнения удаляются за счет краевого действия пятна.

Это приводит к значительным изменениям в поверхностном слое металла, что снижает качество поверхности для последующих технологических операций.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ очистки металлических поверхностей ат загрязнений путем воздействия на поступательно перемещаемое изделие дуговым разрядом с жесткой вальтамперной характеристикой при атмосферном давлении перемещаемым вокруг изделия магнитным полем с одновременным вводом в зону очистки моющих веществ, например кальцинированной соды

Однако дуговой разряд такого типа отличается низкой стабильностью формы, что обуславливает вероятность его контракции и связанное с этим неравномерное воздействие на поверхность. Кроме того, моющие вещества за счет высокой температуры в зоне очистки разлагаются с образованием активных радикалов, которые взаимодействия с поверхностью, образуют на ней новые загрязнения в виде стойких пленок, что требует последующей очистки поверхности уже от них.

Цель изобретения — повышение качества очистки металлических поверхностей.

5 Поставленная цель достигается тем, что согласно способу очистки металлических поверхностей, заключающемуся в том, что на очищаему о поверхность воздействуют дуговым разрядом при атмосферном давле10 нии и обеспечивают относительное перемещение плазмы этого разряда и очищаемой. поверхности, дуговой разряд. создают высокочастотным полем, причем разряд осуществляют в потоке инертного газа, при этом

15 подают последний вдоль канала разряда и турбулизируют с образованием макраструктурных вихрей.

Кроме того., высокое качество очистки достигается при воздействии дугового раз20 ряда с падающей вольтамперной характеристикой.

Качество очистки повышается и в том случае, когда размер вихрей обеспечивают в пределах 0,2 — 0,4 длины канала разряда, .

25 Повышение качества очистки по предлагаемому способу обеспечивается за счет специфических физических явлений, присущих дуговым разрядам в высокочастотных полях, соответствующего этому характера

30 взаимодействия разрядной плазмы с ачищаемой поверхностью, а также режимных параметров, в частности, газовой среды, в которой осуществляют разряд. Высокочастотные дуговые разряды принципиально

35 отличаются от разрядов подобного типа постояннога или переменного тока низкой частоты (до 10 Гц) тем, что напряженность электромагнитного поля в канале таких разрядов значительно выше, В то >ке время

40 величина разрядного тока при сопоставимых значениях температуры плазмы на 1-2 порядка ниже. В силу этого собственное магнитное поле разряда мало и не уравновешивает гидродинамического давления в

45 плазме разряда; Это определяет диффузный характер горения разряда, т,е, увеличение абьема плазмы по сравнению с сильноточными разрядами при одинаковых значениях вкладываемой мощности, а имен50 на диффузная форма плазмы определяет равномерное и качественное (без оплавления и пережогов) воздействие плазмы на поверхность, Кроме того, плазма высокочастотных

55 разрядов существенно меньше подвержена влиянию неустойчивостей горения, приводящих к контракции разрядов и ухудшению качества очистки, Действительно, ионизация в канале высокочастотных разрядов происходит лишь в течение времени, когда

1747213 да и турбулизируют с образованием 15

20 эмпирически

40 ухудшается плазмы на поверхности, качественная очи- 55 напоям.ение превышает потенциал ионизации среды. В остальное время энергия вкладывается в рекомбинирующую плазму, уже не подверженную влиянию ионизационной неустойчивости горения. Плазма такого разряда более изотропна, что и определяет более равномерное воздейсгвио на очищаемую поверхность, а следовательно, более высокое качество очистки. Повышение качества очистки по сравнению с известным способом достигается также в результате осуществления разряда в потоке ,инертного газа, т.е. контролируемой атмосферы, который подают. вдоль канала разря.макроструктурных вихрей. Создание турбулентности позволяет свести к минимуму вероятность. возникновения застойных зон путем постоянного "перемешивания газа" в канале разряда, а именно застойные зоны являются источниками зарождения. неустойчивостей горения и нарушения изотропности плазмы; . В этом случае турбулентность действует подобно диффузии и теплопроводности, оказывая рассасы-. вающее действие на неустойчивости горения. Размер макроструктурных турбулентных элементов (вихрей) определяется

Наиболее оптимальный диапазон. размеров вихрей, определенный экспериментально, составляет 0,2-.0,4 длины канала разряда. Поток газа с размером вихрей менее 0,2 длины канала разряда оказывает слабое влияние на неустойчивости горения, что вызывает локальную. контракцию разряда и появление мелких пятен перегрева на поверхности. В случае. если размер вихрей превышает 0,4 длины канала разряда. наблюдается периодическая контракция разряда с образованием. пятен привязки с ,повышенной температурой. Поверхность в этих. пятнах, помимо очистки, начинает интенсивно перегреваться, качество очистки

Другим фактором повышения качества очистки является применение разряда с падающей вольтамперной характеристикой, которая определяет самостабилизирующие свойства дуговых разрядов в условиях взаимного перемещения плазмы и очищаемой поверхности. Поскольку характер взаимодействия разряда с поверхностью существенно зависит от плотности мощности стка достигается при минимальных отклонениях этого параметра отоптимальныхдля определенного режима очистки. Мощность в первом приближении можно представить формулой

10

W = lp Up где!р — разрядный ток:

Up — напряжение.

При перемещении неизбежно изменение длины канала разряда, что приводит к изменению параметров разрядной цели (Ip и Up). В случае падающей вольтамперной характеристики изменение 1Р вызывает изменение Ор одного порядка на:противоположное. Поэтому. мощность разряда ЧЧ согласно (1) изменяется.незйачительно.

Таким образом, повышение качества очистки при воздействии на металлическую поверхность дуговым разрядом в выСокоча-.. стотном поле. который осуществляют в по- .токе инертного газа с образованием турбулентных вихрей и поддерживают в ре жиме с падающей вольтамперной характеристикой, достигается за счет высокой. устойчивости плазмы в диффузной форме и ее термической изотропности, а также самостабилизации при изменении параметров разрядной цепи.

На чертеже схематически показано устройство для реализации способа очистки.

Устройство содержит камеру.1 очистки с проходами 2, выполненными по форме изделия 3 с очищаемой металлической поверхностью. Для перемещения и поддержания изделия 3 служат ролики 4, установленные с обеих сторон камеры 1 напротив проходов 2. 8 камере 1 очистки на изоляторе 5 смонтирован с возможностью перемещения перпендикулярно продольной оси изделия 3. водоохлаждаемый электрод 6 с внутренней полостью 7 и штуцером.

8 для подачи инертного газа из магистрали

9. Для формирования потока инертного газа служит. сопла 10, которое на выходе имеет отверстие 11 прямоугольного сечения, а на входе — сетку 12, которая турбулизирует поток газа с образованием макроструктурных турбулентных элементов — вихрей;

Средние размеры вихрей как вдоль потока, так и перпендикулярно к нему определяются размерами-ячеек сетки 12, Турбулентный поток с установившимся движением форми-. руется на некотором расстоянии Х от сетки, равным которому прйнимается длина сопла.

10. Для сеток с квадратными ячейками Х> принимается в диапазоне 5-15М, где М— размер ячеек сетки 12.

Возбуждение и поддержание разряда

13 осуществляется с-помощью высокочастотного источника 14 тока, выход которого подключен к электроду 6 и очищаемому изделию 3 через ролики 4, причем ролики 4 заземлены.

1747213

Пример. Очишаемое изделие 3, например стальную ленту шириной 20 мм и толщиной 1 мм, перемещают с помощью роликов 4 через камеру 1 очистки. Расстоя. ние между средом сопла 10 электрода и 5 поверхностью очищаемого изделия 3 устанавливают равным 3 мм по всей ширине изделия 3. Длина канала разряда в этом случае составляет 3 мм. Для формирования турбулентного потока газа с макроструктур-. 10 ными вихрями в полости электрода устанавливают сетку 12 с ячейками, размер которых определяется из соотношения M = rT !», где

r — размер макроструктурных вихрей; I<— длина канала разряда. 15

Размер макроструктурных турбулент. ных элементов выбирается из области оптимальных значений (0,2-0,4)4 и применяется равным 0,3. В этом случае М = 0,3 3 мм = 0 9 мм Ы мм. Длина сопла 10. выбирается рав- 20 ной 10М и составляет 10 мм. Через полость

7 электрода 6 подают инертный газ — аргон.

Расход аргона устанавливают равным 15 л/мин. Электрод 6 подключают к высокочастотному источнику 14 мощностью 60 кВт и 25 рабочей частотой 1,76 МГц. Общий провод источника 14 подключают к роликам 4, которые заземляют, Источник 14 позволяет плавно регулировать величину высокочастотного напряжения на электроде 6 и мощ- 30 ность, вкладываемую в разряд 13.

Высокочастотный разряд 13 возбуждают и поддерживают при напряжении на электроде 6, равном 2,0 кВ, при этом вкладываемая мощность составляет 4 кВт. Стальную лен- 35 ту 3 транспортируют через камеру очистки со скоростью 6,0 м/мин. Под действием вы- . сокой температуры плазмы высокочастотного разряда (6000 К), превышающей температуру кипения большинства загрязнений при атмосферном давлении, происходит взрывообразное испарение поверхностного слоя. стальной. ленты. В результате поверхность стальной ленты очищается от загрязнений и дополнительно активируется, что особенно важно для последующих процессов, плакировки и нане.сения различных покрытий. Продукты очистки выносятся из эоны разряда потоком аргона. На выходе иэ камеры очистки стальная лента имеет чистую матовую поверхность. без следов оплавления и пережогов, Формула изобретения

1. Способ очистки металлических поверхностей, заключающийся в том, что на очи= щаемую поверхность воздействуют дуговым разрядом при атмосферном давлении и обеспечивают относительное перемещение плазмы этого разряда и очищаемой поверхности, отличающийся тем,что, с целью повышения качества очистки, дуговой разряд создают высокочастотным полем, причем разряд осуществляют-в потоке инертного газа, при этом подают последний вдаль канала разряда, турбулизируют с образованием макроструктурных вихрей;

2. Способ пол. 1, отл и ч а ю щи и с я тем, что дуговой разряд имеет падающую вольтамперную характеристику.

3. Способ поп.1. отличающийся тем, что размер вихрей обеспечивают в пределах 0,2-0,4 длины канала разряда.

1747213

Составитель И.Ситников

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор И.Муска

Редактор А.Огар

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2460 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб„4/5