Làm thế nào để hiệu ứng khử khí của khay xử lý nhiệt dưới chân không ảnh hưởng đến chất lượng của phôi?

Trong sản xuất cao cấp, công nghệ xử lý nhiệt chân không được sử dụng rộng rãi trong hàng không vũ trụ, thiết bị y tế và các công cụ chính xác do đặc điểm của nó không oxy hóa, biến dạng thấp và kiểm soát nhiệt độ chính xác. Tuy nhiên, một liên kết thường bị bỏ qua trong quá trình này - hiệu ứng khử khí (vượt trội) của Khay xử lý nhiệt - Có thể trở thành một "kẻ giết người vô hình" về chất lượng phôi.
1. Cơ chế và nguồn gốc của hiệu ứng khử khí
Trong môi trường chân không, các phân tử khí (như H₂O, O₂, Co₂, v.v.) được hấp phụ trên bề mặt của khay xử lý nhiệt và phôi, cũng như khí hòa tan trong vật liệu (như H₂, N₂) sẽ được giải phóng nhanh do nhiệt độ cao và áp suất thấp. Quá trình này được gọi là "khử khí". Cụ thể, khi mật độ của vật liệu khay (như than chì, thép không gỉ hoặc gốm) là không đủ hoặc tiền xử lý là không đủ, các chất dễ bay hơi (như các hợp chất lưu huỳnh và phốt pho) còn lại trong lỗ chân lông của nó sẽ làm tăng thêm hiệu ứng khử khí. Ví dụ, khi khay than chì trên 600 ° C, tốc độ giải phóng của lưu huỳnh có thể đạt 10⁻⁴ pa · m³/s, làm ô nhiễm đáng kể môi trường chân không.
2. Tác động tiêu cực của hiệu ứng khử khí đối với chất lượng phôi
Ô nhiễm bề mặt và quá trình oxy hóa
Các phân tử khí được giải phóng bằng cách khử khí sẽ phản ứng với bề mặt của phôi. Ví dụ, khi áp suất một phần oxy vượt quá 10⁻⁵ PA, một lớp oxit giòn (TiO₂) sẽ hình thành trên bề mặt hợp kim titan, dẫn đến giảm tuổi thọ mỏi hơn 30%; Hơi nước có thể gây ra "sự hấp thụ hydro" của thép carbon cao, gây ra các vicrocracks.
Truyền nhiệt không đều
Dư lượng khí sẽ làm giảm tính đồng nhất của môi trường chân không, dẫn đến giảm hiệu suất bức xạ nhiệt giữa khay và phôi. Dữ liệu thử nghiệm cho thấy rằng khi mức độ chân không giảm từ 10⁻³ PA xuống còn 10⁻ PA, độ lệch tốc độ gia nhiệt của phôi hợp kim nhôm có thể đạt 15%, gây quá nhiệt hoặc quá mức.
Suy giảm tính chất vật chất
Trong quá trình khử khí, các yếu tố chính của một số hợp kim (như magiê và kẽm) có thể bị mất do khí hóa. Lấy hợp kim nhôm hàng không 7075 làm ví dụ, cho mỗi lần tăng 0,1% về tỷ lệ mất magiê, cường độ kéo của nó sẽ giảm khoảng 50 MPa.
3. Chiến lược tối ưu hóa: Cải thiện hợp tác từ vật liệu sang quy trình
Nâng cấp vật liệu pallet
Chọn vật liệu tốc độ vượt trội thấp, chẳng hạn như lắng đọng hơi hóa học (CVD) silicon cacatit silicon, có thể làm giảm giải phóng lưu huỳnh xuống còn 10⁻⁷ pa · m³/s. Các vật liệu tổng hợp dựa trên gốm (như Al₂o₃-SiC) có cả độ vượt trội và độ dẫn nhiệt cao.
Đổi mới quá trình tiền xử lý
Nướng trước khay (800, 10 giờ ủ chân không) có thể loại bỏ hơn 90% khí hấp phụ. Nghiên cứu của NASA cho thấy rằng việc giải phóng khí của các khay thép không gỉ được xử lý trước trong lò chân không giảm 76%.
Công nghệ điều khiển chân không động
Trong giai đoạn gia nhiệt, một bơm phân tử và bơm đông lạnh được sử dụng để ổn định mức độ chân không dưới 10⁻⁴ PA; Trong giai đoạn làm mát, khí argon có độ tinh khiết cao (độ tinh khiết 99,999%) được đưa ra để ức chế quá trình oxy hóa thứ cấp một cách hiệu quả.