ISSN 0351-9716 Nasveti ^I[^ENJE POVR[IN TRDIH PODLAG S PESKANJEM Peter Panjan Institut "Jo`ef Stefan", Jamova 39, 1000 Ljubljana Erozija povr{in trdnih snovi z abrazivnimi delci je neza`elen pojav v vesoljski tehniki in pri hidro-pnevmatskem transportu delcev, ker povzro~a obrabo in po{kodbe povr{in naprav. Po drugi strani pa se peskanje `e dolgo ~asa koristno uporablja za dekoracijo in matiranje stekla ter zrcal, kjer na erodirani povr{ini pride do razli~nih opti~nih pojavov. Ista metoda se v novej{em ~asu uporablja tudi za obdelavo kovin, kot je rezanje le-teh, ter izdelava kanalov in lukenj v krhkih materialih. [e posebej pa je peskanje uporabno za ~i{~enje povr{in trdnih snovi pred nanosom barve ali tankih plasti. V vseh na{tetih primerih erozije z delci je treba za pravilno uporabo poznati osnovne mehanizme tega pojava. V literaturi najdemo ve~ razli~nih modelov, ki opisujejo zvezo med hitrostjo erozije, materialnimi lastnostmi podlage (npr. trdota) in parametri erozije (velikost in hitrost delcev) (1). Pri navadnem peskanju uporabljamo kot rezalno sredstvo pesek. Najbolj{i je ostrorobi kremenov pesek, vendar pa je nevaren za zdravje, ker povzro~a silikozo. Pogosto pa se uporabljajo tudi lito`elezne ali jeklene kroglice, zmlet korund, glinica itd. ^e ho~emo povr{ino o~istiti, da bi nanjo lahko nanesli za{~itno tanko plast, barvo in podobno, mora biti sredstvo za peskanje suho in brez olja. V splo{nem so najbolj primerna zrna velikosti od 0,5 µm do 2 µm. Drobnej{i Slika 1a: Povr{ina karbidne trdine pred peskanjem (zgoraj) in po njem (spodaj) VAKUUMIST 23/4 (2003) prah, ki nastaja pri delu, je treba pred ponovno uporabo peska ostraniti. Tlak stisnjenega zraka pri peskanju z navadnim peskom naj bo od 5 bar do 6 bar, za kremenov pesek 4,5-5 bar, za korund 3-4 bar, najve~ji tlaki pa so potrebni za kovinska zrnca. Peskanje z glinico se zelo pogosto uporablja za pripravo povr{ine orodij iz karbidne trdine pred nanosom trdih za{~itnih PVD-prevlek. S peskanjem zmanj{amo njihovo hrapavost, hkrati pa s povr{ine karbidne trdine odstranimo kobaltovo vezivo, ki je duktilnej{e od WC in TiC-TaC karbidnih zrn (slika 1). Med peskanjem se odstranijo tudi tista karbidna zrna, ki {trlijo s povr{ine, odkrijejo pa se {tevilna zrna, ki so bila pred tem pod njo. Prav ta zrna zagotovijo izbolj{anje oprijemljivosti prevleke. Peskanje povzro~i razli~ne spremembe na povr{ini, ki so odvisne od velikosti zrn, s katerimi peskamo, in materiala, iz katerega so. Zrna glinice, ki so ve~ja od velikosti karbidnih zrn v podlagi, povzro~ijo mo~no plasti~no deformacijo vrhnje plasti. Kadar pa so zrna, s katerimi peskamo, manj{a od karbidnih zrn, je njihov abrazijski efekt ve~ji, vendar obstaja nevarnost, da se del zrn vgradi v podlago. Najprimernej{e je, da je velikost zrn, s katerimi peskamo, primerljiva z velikostjo kristalnih zrn v podlagi. Velik vpliv na peskanje ima tudi tlak stisnjenega zraka. Prevelik tlak povzro~i utrujanje osnovnega materiala, spremeni pa 12 i 10 ^^ airl 8 CO o > 6 ca o. 2 4 - X 2 0 brez peskanje pri peskanje pri poliranje nizkem tlaku visokem tlaku Slika 1b: Hrapavost (Rt, Rmax, Rz, Ra) neobdelane povr{ine, peskane pri nizkem tlaku, peskane pri visokem tlaku in po poli- (2) 27 ISSN 0351-9716 fiuhftfa ledu l '¦(*____ £Sä ^M Slika 2: Shematski prikaz mehanizmov ~i{~enja s suhim ledom: (a) termi~ni, (b) mehanski in (c) sublimacijski(3) se lahko tudi geometrija rezilnih robov. Najbolj{e rezultate dose`emo, ~e je tlak stisnjenega zraka pribli`no 2 bar. V zadnjem ~asu se za peskanje uporablja tudi curek suhega ledu (zamzrnjen CO2) (3-6). Ogljikov dioksid se za proizvodnjo suhega ledu shranjuje uteko~injen v toplotno izolirani posodi pri tlaku 20 barov in temperaturi -20 °C. Pri ekspanziji se CO2 zaradi Joule-Thomsonovega pojava ohladi in nastane suhi led z zelo drobnimi delci, ki imajo temperaturo -78,5 °C (pri tlaku 1 bar). Za ~i{~enje povr{ine orodij se uporabljajo delci suhega ledu velikosti ri`evega zrna. Suhi led lahko uporabnik proizvede tudi sam, vendar je lastna proizvodnja z ekonomskega vidika upravi~ena le, ~e je letna poraba ve~ kor 20 t. Trdota delcev suhega leda je relativno majhna (primerljiva s trdoto gipsa). ^i{~enje trdih nanosov s povr{in trdih snovi temelji na kombinaciji treh razli~nih u~inkov (slika 2): a) mehanskega: delci suhega ledu imajo zaradi velike hitrosti (>300 m/s) veliko kineti~no energijo b) toplotnega: zaradi razli~nih vrednosti koeficienta toplotne prevodnosti in raztezka podlage in plasti, ki jo ho~emo odstraniti z njene povr{ine, pride do nastanka napetosti, ki zmanj{ajo oprijemljivost plasti na podlago c) sublimacijskega: pri prehodu iz trdnega stanja v plinasto se prostornina CO2 pove~a za 600-krat, kar povzro~i tla~ni udar. ^i{~enje kovinskih povr{in s suhim ledom ima pred peskanjem s trdnimi delci vrsto prednosti. ^istilno sredstvo je zdravju in okolju ne{kodljivo, nevnetljivo in kemijsko inertno. Pri dotiku s povr{ino Slika 3: ^i{~enje povr{ine orodij z mobilno napravo za peskanje s suhim ledom (Lindejev prospekt) (4) trdne snovi sublimira, zato ga ni treba ne predelati ne odstranjevati. Po tak{nem ~i{~enju ni potreben dodaten postopek ~i{~enja ali su{enja. Orodje ali strojni del lahko o~istimo med proizvodnjo, ne da bi ga bilo treba demontirati. Povr{ina orodij in strojnih delov ostane nepo{kodovana. Slaba stran postopka pa je zaenkrat visoka cena (pribli`no od 0,5 €/kg do 1 €/kg) in hrupnost (zaradi velike hitrosti delcev na izhodu iz {obe). Postopek ~i{~enja s suhim ledom se uporablja za odstranjevanje laka in kovinskih plasti s povr{in trdnih snovi, za ~i{~enje strojev, orodij (slika 3) ter za ~i{~enje zgradb in fasad. LITERATURA 1P. J. Slikkerveer, P. C. P. Bouten, F. H. Veld, H. Scholten, Erosion and damage by sharp particles, Wear 217 (1998), 237-250 2K. D. Bouzakis, N. Michailidis, S. Hadjiyiannis, K. Efstathiou, E. Pav-lidou, G. Erkens, S. Rambadt, I. Wirth, Improvment of PVD coated inserts cutting performance, through appropriate mehanical treatments of substrate and coating surface, Surf. Coat. Technol. 146-147 (2001), 443-450 3http://www.trockeneis-team.de 4prospekt podjetja Linde, Cryoclean - Strahlreinigung mit Trockeneis -die Umwelt freundliche Kraft ^i{~enje orodij z delci suhega ledu, Protech, 4 (2003), 64-66 (prevod ~lanka iz nem{ke revije Form+Werkzeug, 2 (2003)) 6http://www.alpheus2clean.com/why_co2/whydib.htm 28 VAKUUMIST 23/4 (2003)