книги из ГПНТБ / Балицкий А.В. Технология изготовления вакуумной аппаратуры

ностн (декоративное или для изменения отражающей способности пли способности излучения), наивысшая степень очистки поверхно­ сти, снижение коэффициента трения (особенно в вакууме), повыше­ ние износостойкости. Иногда удается достижение нескольких из этих целей в одном процессе.

Операция травления, химического или электрохимического, обыч­ но преследует цель очистки поверхности детали от окислов, остат­ ков флюса или особо стойких загрязнений, которые не поддаются другим видам очистки. Травление производится обычно в кислотах пли в едких щелочах. В зависимости от состава ванны, времени обработки и концентрации активных составляющих при травлении можно получить как блестящую, так и матовую поверхность. Травле­ ние выявляет структуру чистого металла детали.

Химическое и электрохимическое полирование металла дает воз­ можность получать поверхности более высокого класса чистоты, не преследует цели выявления структуры металла, но придает поверх­ ности некоторую стойкость против атмосферного воздействия за счет образования тонкой пассивирующей окисной пленки.

Как химический, так и электрохимический метод дает возмож­ ность покрывать детали различными металлами или сплавами в де­ коративных или защитных целях. Особенно разнообразные покрытия можно получать электрохимическим методом (гальваностегия). За­ щитные покрытия могут иметь различные назначения: защиту детали от коррозии, от механического износа, от воздействия электрического тока на контакты.

Большое значение имеют металлические покрытия и для полу­ чения возможности осуществлять надежные паяные соединения как на металлах :(например, алюминии, козаре), так и на керамике. В ряде случаев для целей пайки гальваническое покрытие приходит­ ся еще и оплавлять, так как само по себе оно является недоста­ точно плотным. Всем видам химической и электрохимической обра­ ботки должны предшествовать тщательная очистка деталей от за­ грязнений и обезжиривание поверхностей, так как для эффективной и равномерной обработки необходимо, чтобы активные вещества имели свободный доступ ко всем участкам обрабатываемой по­ верхности.

10-7. ТРАВЛЕНИЕ

Малоуглеродистая сталь травится в 15—20%-ной соляной кислоте. Более дешевый способ травления в 15%-иой серной кислоте не дает такой чистой поверх­ ности металла, как первый способ. Травить сталь в более крепких кислотах не рекомендуется.

Высоколегированные стали рекомендуется травить в ванне следующего состава: соляная кислота 13%, сер­ ная кислота 4%', азотная кислота 9%, вода 74% при тем­ пературе 80—85 °С.

Медь и медные сплавы (латуни) можно травить в азотной кислоте или в смеси из одной части азотной кислоты, одной части серной кислоты и 1% соляной ки-

231

слоты. Увеличение содержания в этой смеси соляной ки­ слоты приводит к бурой окраске металла.

Ковар травится в смеси из равного количества 10% соляной и 10%' азотной кислоты. Сильно окисленный ковар травится в горячей концентрированной соляной ки­ слоте.

Алюминий и его сплавы травятся в 10%-ном раство­ ре едкого натра, причем в случае содержания в сплаве меди следует дополнительно обрабатывать детали 20%-ной азотной кислотой.

Весьма стойкие окислы вольфрама и молибдена сни­ маются в горячих ваннах из сильнодействующих реакти­ вов. Для травления вольфрама применима смесь в рав­ ных частях фтористой и азотной кислот. Для молибдена применяется ванна из расплавленного едкого калия с 10% азотнокислого натрия [Л. 66].

10-8. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ ПОЛИРОВАНИЕ

Электрохимическое полирование. Очень высокая степень чистоты и некоторое повышение коррозионной стойкости деталей из малоуглеродистой стали достигают­ ся электрическим полированием в ванне из уксусной ки­ слоты (80 массовых частей) и хромового ангидрида (20 массовых частей) при плотности тока 50—200 а/дм2 в те­ чение 10—15 мин.

ваются все загрязнения и сглаживаются острые вершины микровыступов и углов на рисках и царапинах. Таким образом, электрополирование служит одним из лучших средств очистки металла (уступает, пожалуй, лишь ультразвуковой обработке) и значительно смягчает ми­ крорельеф поверхности, хотя и не придает ей зеркально­ го блеска, а наоборот, иногда нарушает таковой (если произвести электрополирование после механического по­ лирования с пастами), так как вскрывает местами лож­ ную чистоту механического полирования, полученную за счет затирания пастами и отходами кругов неровностей металла. Но для вакуумной техники важнее действитель­ ная чистота, чем блеск.

Второй способ электрополирования малоуглеродистой стали заключается в обработке ее при 60 °С в течение

23?

20 мин в ванне следующего состава, %:

Сначала надо растворить в воде хромовый ангидрид, затем понемногу добавлять серную кислоту, потом ортофосфорную. Затем следует выпарить раствор при 100— 110°С до нужной плотности и проработать при 25—

30а/дм2.

Для сталей типа 18-8 рекомендуется состав ванны, %:

Свинцовая ванна может использоваться как катод. Предварительное механическое полирование затруд­

более при температуре раствора 60—80 °С. Процесс ведет­ ся с алюминиевыми вспомогательными электродами.

Химическое полирование. Химическое полирование ме­ таллов позволяет снимать определенную величину слоя равномерно по всей поверхности независимо от формы изделия, чего не удается сделать при электрополирова­ нии.

Химическое полирование никеля производится в ван­ не следующего состава (объемные части):

233

Для меди рекомендуется состав ванны (объемные части):

Для нержавеющей стали типа 18-8 рекомендуется со­ ответствующий состав ванны с добавлением небольшого количества фурфурола (объемные части):

10-9. ПОКРЫТИЯ

Для высокого вакуума подвергать детали глян­ цевому никелированию и хромированию не рекомендуется, так как при подготовительной и окончательной полиров­ ке на кругах с различными пастами во все изъяны поли­ руемой поверхности забиваются частицы пасты, клея и материала полировальных кругов, которые затем могут быть закрыты слоями металлического покрытия. Эти «склады» грязи могут так и не очиститься в процессе дальнейшей обработки и оказать весьма вредное влияние при эксплуатации системы. Лучше иметь чистую матовую поверхность, чем блестящую, но глубоко загрязненную.

Хорошие результаты для деталей непрогреваемых вакуумных систем дает химическое никелирование.

Ванна для химического никелирования (один из мно­ гих рецептов), г/л;

234

235

Мочевина и поташ небольшими порциями сплавляются в тигле из нержавеющей стали со стенками не тоньше 6 мм, подогретом предварительно до 350—380 °С. Реакция идет очень бурно с интен­ сивным выделением аммиака и углекислого газа, так что операцию можно производить только в вытяжном шкафу. В результате сплав­ ления количество готового расплава по массе составит лишь полови­ ну от количества взятых компонентов. Готовый расплав подогревает­ ся до 500 °С и в него, тоже небольшими порциями, добавляется сернистый натрий, после чего вся ванна подогревается до 580 СС.

Сульфидируемые детали нагреваются до 150—200 °С и на ре­ шетке осторожно опускаются в ванну. Чтобы расплав мог свободно циркулировать, между деталями следует оставлять промежутки око­ ло 5 мм. Ванну необходимо закрыть крышкой и поддерживать тем­

дой. Нельзя опускать в воду детали при температуре их свыше 90 °С, так как при этом остатки солей бурно разбрызгиваются. Промытые детали высушиваются и окунаются в горячее веретенное или ваку­ умное масло, после чего просушиваются окончательно и поступают на сборку. Сульфидирование дает увеличение размеров примерно на 10 мкм на сторону. Это нужно учитывать в допусках на деталь. После сульфидирования допускаются обкатка роликом, полировка, доводка, но не шлифование н не обточка или фрезерование.

В процессе работы ванна истощается, причем в ней накапливает­ ся поташ. Для регенерации вводят свежие мочевину и поташ в со­ отношении 2: 1 или одну мочевину в количествах, определяемых анализом. Через каждые 10—14 ч работы в ванну добавляется сер­ нистый натрий в количестве до 2% от общей массы солей.

Обработанные маслом и просушенные сульфидированные детали должны иметь ровный черный цвет без цветов побежалости. Твер­ дость их поверхности должна составлять около H50J?C.

Сульфидированные детали служат в вакууме во много раз доль­ ше. Сульфидированные шпильки и гайки для стягивания прогревае­ мых фланцевых соединении с металлическим уплотнением исключают заедание даже после многократных прогревов.

10-11. ТВЕРДЫЕ СМ АЗОЧНЫ Е ПОКРЫТИЯ

Еще более эффективным является метод нанесе­ ния на поверхности, работающие с трением в высоком вакууме и особенно с прогревом твердых смазочных по­ крытий, содержащих дисульфид молибдена.

236

Покрытия с дисульфидом молибдена рекомендуются для работающих в вакууме подшипников всех видов, резьбовых соединений, ходовых винтов, шлицевых валов и т. п.

Твердые смазочные покрытия образуются при поли­ меризации пленкообразователя, в котором взвешен анти­ фрикционный наполнитель — дисульфид молибдена. Для вакуумных систем рекомендуется пользоваться суспен­ зиями ВНИИ НП-209 (ТУ НП 45-61) или ВНИИ НП-213 (ВТУ НП 119-62), или ВНИИ НП-229 (ВТУ НП 140-63).

Суспензии наносятся на трущиеся поверхности деталей пульверизацией подобно лакокрасочным покрытиям, для чего можно применять небольшие пистолеты-распылите­ ли, например, типов 0-45, 0-31А и подобные им.

Правильно нанесенное покрытие должно иметь тол­ щину 15—25 мкм и быть однородным на всей поверхно­ сти трения. Суспензия напыляется на детали, предвари­ тельно подогретые до 50 °С, а суспензия ВНИИ НП-229 требует предварительного подогрева деталей до 100°С. Распыление суспензий производится воздухом при рабо­ чем давлении 3—3,5 кас/сж2. Оптимальное расстояние между соплом распылителя и деталью 20 см. Продол­ жительность напыления для получения слоя нужной тол­ щины определяется опытным путем.

После напыления производится полимеризация плен­ ки. Суспензии 209 и 213 просушиваются при комнатной температуре около 20 мин, а затем нагреваются до 150°С и выдерживаются нагретыми 30 мин, после чего измеря­ ется толщина полученного слоя. На этой стадии обработ­ ки покрытие еще может быть смыто бутилацетатом. В дальнейшем оно может быть удалено только механи­ ческой обработкой.

Покрытие, оказавшееся при промере удовлетворитель­ ным, подвергается далее отверждению при 300 °С в те­ чение 3 ч. Следует остерегаться перегрева.

Суспензия ВНИИ НП-229 требует особо тщательной термообработки. До промера толщины детали медленно, в течение 30 мин, нагревают до 50 °С, а затем еще в тече­ ние 1 ч доводят до 100°С и выдерживают нагретыми 40 мин. После промера годные детали отверждают при температуре 150°С в течение 3 ч [Л. 75].

Для нанесения покрытий детали должны быть соот­ ветствующим образом подготовлены. Стальные, медные и алюминиевые детали обезжириваются растворителями,

237

а детали из нержавеющей стали и титана обезжиривают­ ся щелочным методом. После обезжиривания следы кор­ розии удаляются травлением.

Следующим этапом подготовки является матирование поверхности. Для обычных конструкций оно производит­ ся пескоструйной обработкой, но для высокого вакуума этот метод нежелателен и приходится прибегать к мато­ вому травлению, .

Затем детали из малоуглеродистой стали фосфатируют, алюминиевые — анодируют, а детали из нержавею­ щей стали травят в царской водке, после чего произво­ дится нанесение покрытия.

Твердые смазочные покрытия с молибденом работают без замены или дополнения до износа деталей по по­ верхностям трения.

10-12. ПОКРЫТИЯ НАПЫЛЕНИЕМ

В вакуумной технике нередко встречается по­ требность в нанесении на поверхность детали термостой­ кого или химически стойкого плотного покрытия, обла­ дающего наименьшим собственным газовыделепием. Этим требованиям пока могут удовлетворить только ме­ таллические покрытия.

В настоящее время помимо химических и электро­ химических методов нанесения металлических покрытий существуют и методы напыления металлов на поверх­ ность детали.

Метод термовакуумного напыления, подробно опи­ санный в работе :[Л. 2], заключается в осаждении на по­ верхность детали испаренного в вакууме металла. Весь цикл протекает в высоком вакууме. Испарение металла происходит под действием электронной бомбардировки или электронного луча. Осаждение металла на поверх­ ности покрываемой детали происходит по законам, схо­ жим с законами освещения прямыми лучами света, что необходимо учитывать. Этим методом можно наносить различные металлические покрытия на самые разнооб­ разные материалы. При этом могут быть получены и очень тонкие и равномерные покрытия.

Другим методом напыления является нанесение на поверхность детали металла, распыленного в плазменном факеле, перенесенного на деталь и вжигаемого в ее по­ верхность. Этим методом можно получить наиболее стой-

238

кремниноргашмеокого лака ФГ-9. Такая краска не дает потемнения

стей эпоксидной смолы марки ЭД-5 или ЭД-6 смешиваются с 10 мас­ совыми частями полиэтплеи'нолнамина (отвердитель) и 10—20 массо­ выми частями дибутилфталата (пластификатор) перед самым приме­

а еще лучше инфракрасными лучами.

Уплотняющими покрытиями пользуются при изготовлении и мон­ таже узлов форвакуумной системы, в которых общий поток газа заведомо велик по сравнению е газовыделением покрытия. Для таких покрытий пригодны глифталевый и шеллачный лаки и особенно опи­ санное выше эпоксидное покрытие, которое имеет наименьшее газовыделение.

Глава одиннадцатая

УПЛОТНЕНИЯ С УПРУГИМИ УПЛОТНИТЕЛЯМИ

11-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

У п л о т н е н и я м и в вакуумных системах обычно называются устройства, при помощи которых вакуумно­ плотно соединяются разъемные соединения или вводы как неподвижные, так и подвижные (валы, штоки).

Вопросы вакуумно-плотных соединений и вводов в ва­ куумной технике имеют чрезвычайно важное значение, и для правильного их разрешения необходимо ясно пред­

высокого вакуума решающее значение имеют ничтожные на первый взгляд количества газа, проникающие через микроскопические каналы или отверстия. Так, через одну риску глубиной 0,25 мкм, не заполненную мате­ риалом уплотнителя, происходит натекание атмосферного воздуха, равного 10~7 л-мк/сек, что уже определяется как течь масс-спектрометрическим течеискателем [Л. 46].

Понятно, что для разных систем с различным пре­ дельным давлением могут и должны применяться и раз-

240