摘要

干冰喷射（干冰清洗机）是利用压缩空气过程与固体二氧化碳喷射过程，温度为-78.5“C，作为单向爆炸介质。

干冰喷射爆炸介质的升华，没有残留物二次处置 。由于工艺的低磨损性，甚至可以加工敏感的表面。通常干冰喷射用于清洁操作或去除油漆。

最近的研究表明，该方法的磨蚀性低，可以使用干冰喷射进行喷丸处理。 根据要加工的材料，可以使表面粗糙并插入残余应力。 

关键词

干冰，干冰清洗机，CO2，表面改性，粗糙化

介绍

干冰是固态二氧化碳（CO 2）的别名。“干”的名称源自CO 2的热力学行为。 在1巴的压力下，CO 2没有液态，取决于温度，它是气态或固态或换言之“干燥”。 1巴的气固平衡存在于-78.5“C的温度下。干冰是无毒的，不可燃的，不导电的，根据德国法律，是一种无害物质.MAC值为5000 ppm 与其他固体喷丸和喷丸处理介质相比，约2莫氏的干冰硬度相当低。

对于爆破操作，预制干冰颗粒的使用是最常见的。 颗粒几何形状与大米相当，密度在1.300至1.500kg / m3之间变化。 干燥的冰粒通过压缩空气加速，并且 根据参数和喷嘴形状它们可以达到声速。

干冰爆破对表面粗糙度的影响

表面粗糙度及其系统性增加是工业表面处理的重要组成部分。操纵表面粗糙度的一个目的是增加材料的机械粘附能力。这对于焊接结构可以通过粘附过程替换的每种应用都很重要，例如：g胶合在汽车工业中。尽管干冰喷射被称为“光滑喷射过程”，但它可能对表面特性产生强烈影响，特别是对于诸如铝的软材料。几乎所有的爆破参数，例如颗粒质量流量，平均颗粒直径，工作距离和喷射时间（或分别为喷嘴进料）都会对表面粗糙度产生影响。但是，并不总是需要改变所有参数以达到目标结果。因此，参数喷射时间和工作距离通常是变化的，因为在大多数情况下它们都易于处理并且可以在很宽的范围内操纵表面粗糙度。在下图中，针对不同的工作距离a示出了表面特性R和Rz与爆破时间的关系。

在所有测试中，爆破压力p = 10巴，干冰颗粒的质量流量m = 100kglh是恒定参数。 对于表面粗糙度的测试，使用干冰喷射装置TC45M-V23mm干冰清洗机，SP37B微颗粒干冰清洗机。此外，测试站包括一个用于喷嘴处理的6轴工业机器人，并由隔音环绕。 压缩空气由螺杆式压缩机提供。 必须要说的是，上面显示的结果（图1-4）是典型的铝喷丸，但是你可以很容易地得到不同的结果，例如： G。 只需使用不同的喷嘴。 然而，结果表明，通过改变一个或两个工艺参数，可以在很宽的范围内操纵表面粗糙度。 干冰喷射也可用于增加其他材料的表面粗糙度，但特别是对于较硬的材料，其他工艺更加充分。 图5显示了准时喷砂铝表面的粗糙化。

图5：粗糙铝表面

干冰爆破对硬化和残余应力的影响

与用于表面处理的“经典”喷砂介质相比，干冰相对较软。因此，它通常被认为对金属材料的机械性能的影响很小。如上所述，在表面上喷射干冰的效果不仅是机械的，而且还不确定每种机构对材料特性的影响。为了找出使用干冰可以处理哪种材料以及可以控制机械特性的方法，已经对三种不同的金属进行了基础研究：铝合金AIMg3，黄铜合金CuZn37和奥氏体钢X5CrNi18.9 。对于维氏硬度的所有材料测量，在用干冰喷丸之前和之后进行残余应力。在整个过程中，只改变了喷嘴进料，而所有其他喷射参数如喷砂距离，压力，角度和干冰颗粒的质量流量都已调整到通常用于清洁应用的值。

这些实验的测试设备是由台湾TOOICE提供的清洗设备TC45M-V2与SP37B。 维氏硬度通过低负荷硬度测试装置测量，残余应力通过使用X射线衍射仪测量。 所有测试样品都经过研磨和抛光，以便为所有测试提供相同的初始状态。

测试结果表明，所有测试材料都可以硬化以及插入残余应力。 对于硬度测试，对于所有材料，喷嘴进料已经在0.01,0.03,0.10,0.50和1.0毫升的水平下变化。 最低进料量达到0.01毫升时达到最高硬度，随后可达到的硬化随着喷嘴进料量的增加而下降。 对于AIMg3，通过使用的硬度测试装置无法测量低于喷嘴进料0.10 mlmin的硬度增加，因为无法确定Vickers印象光学地，因为喷砂过程产生非常高的表面粗糙度值。

关于残余应力，每种材料显示出不同的行为。 对于AIMg3，使用1.0ml / min的喷嘴进料达到约130MPa的最高残余应力，而对于较低速度，残余应力的值迅速下降至较低水平。 这种行为是由于AIMg3的过度喷丸，这意味着超过了为了增加残余应力而产生的临界爆破强度。 CuZn37显示出类似的行为，但这里的临界喷嘴进料为0.1毫升。 对于奥氏体钢X5CrNil8.9，通过施加的喷砂参数不能达到临界喷砂强度，对喷嘴速度0.01mlmin测量最高水平的残余应力。 表1显示了硬度和残余应力值的“最佳”结果。

由于其粗粒结构，未经处理的AIMg3的残余应力的测量是不可能的。

试验表明，用较低的喷嘴进料实现的高喷射强度导致所有在未处理条件下不太软的材料的硬度增加。 对测试样品的表面粗糙度的测量表明，对于高喷射强度，粗糙化使表面硬度的增加失去平衡。 这是软材料的一个相关事实，其中干冰喷射会导致材料表面的强烈塑性变形。 此外，测试结果表明，一般来说，较硬的材料具有较高的硬化潜力（Elbing，2003; Spur，2002）。

讨论

试验结果表明，干冰喷射可用作喷丸工艺，具有很大的工业应用潜力。干冰和其他喷砂介质之间的主要区别在于它在室温下升华，因此在加工后不必除去喷砂介质的残留物。这对于复杂结构必须进行喷丸处理的所有应用都很重要，因此为了在之后清洁它们，所以努力非常高。此外，干冰喷射可用于各种材料，如钢铁，以及较软的材料，如铝。喷丸工艺的结果因材料而异，因此干冰喷射是一种定制设计的工艺。通常可以说残余应力，硬度和表面粗糙度的增加是可达到的，但这些效应之间存在相关性。增加表面粗糙度通常意味着表面硬度值同时下降。干冰喷射过程的一个缺点是对工作环境的要求：在此过程中，可能出现高达125dB（A）的声压级并且可能提高周围空气中的CO 2浓度。此外，过程自动化通常投资费用较高。

展望

进一步研究干冰喷射头以增加该过程的效果。 特别是机械，热和由升华产生的效果将分别进行分析。 试验表明，迫切需要进行研究，因为不知道每种效应对爆破结果有何影响。 假设较硬的颗粒以及在用干冰喷丸之前加热工件可能对喷射结果具有强烈影响。