Η επεξεργασία επιφανειών μετάλλων αναφέρεται σε διαδικασίες που χρησιμοποιούν σύγχρονες τεχνικές στη φυσική, τη χημεία, τη μεταλλουργία και τη θερμική επεξεργασία για να αλλάξουν την κατάσταση της επιφάνειας και τις ιδιότητες των εξαρτημάτων. Αυτές οι διαδικασίες στοχεύουν στη βελτιστοποίηση του συνδυασμού υλικών επιφάνειας και πυρήνα ώστε να πληρούν τις απαιτούμενες προδιαγραφές απόδοσης.
Λειτουργίες Επιφανειακής Επεξεργασίας:
Βελτιώστε την αντοχή στη διάβρωση της επιφάνειας και την αντοχή στη φθορά, επιβραδύνετε, εξαλείψτε και επιδιορθώστε τις επιφανειακές αλλαγές και ζημιές.
Παρέχετε συνηθισμένα υλικά με επιφάνειες που έχουν ειδικές λειτουργίες.
Εξοικονομήστε ενέργεια, μειώστε το κόστος και βελτιώστε τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις.
Ταξινόμηση διεργασιών επεξεργασίας μεταλλικών επιφανειών:
Επιφανειακή επεξεργασία: Αυτή η μέθοδος περιλαμβάνει την αλλαγή της μορφολογίας της επιφάνειας του υλικού, της σύνθεσης φάσης, της μικροδομής, της κατάστασης ελαττώματος και της κατάστασης καταπόνησης μέσω φυσικών ή χημικών διεργασιών, επιτυγχάνοντας τις απαιτούμενες επιφανειακές ιδιότητες. Η χημική σύνθεση του υλικού παραμένει αμετάβλητη.
Τεχνολογία Τροποποίησης Επιφανειών: Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί φυσικές μεθόδους για την εισαγωγή πρόσθετων υλικών στο υπόστρωμα, σχηματίζοντας ένα στρώμα κραμάτων για την επίτευξη των επιθυμητών επιφανειακών ιδιοτήτων.
Τεχνολογία κραμάτων επιφανειών: Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει τη χρήση χημικών μεθόδων για να προκαλέσει τα προστιθέμενα υλικά να αντιδράσουν με το υπόστρωμα, σχηματίζοντας ένα στρώμα μετασχηματισμού για να επιτευχθούν οι επιθυμητές επιφανειακές ιδιότητες.
Τεχνολογία Επικάλυψης Μετατροπής Επιφανειών: Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει την εφαρμογή φυσικών και χημικών μεθόδων για τη δημιουργία επικαλύψεων, όπως επίστρωση ή επίστρωση, στο υπόστρωμα για την επίτευξη των απαιτούμενων επιφανειακών ιδιοτήτων, χωρίς να εμπλέκεται το υπόστρωμα στο σχηματισμό της επίστρωσης.
I. Τεχνολογίες Τροποποίησης Επιφανειών
Επιφανειακή σκλήρυνση Η επιφανειακή σκλήρυνση είναι μια μέθοδος θερμικής επεξεργασίας κατά την οποία η επιφάνεια του χάλυβα θερμαίνεται γρήγορα στη θερμοκρασία μετασχηματισμού ωστενίτη και στη συνέχεια σβήνει, χωρίς να αλλάξει η χημική σύνθεση του χάλυβα ή η δομή του πυρήνα. Οι κύριες μέθοδοι επιφανειακής σκλήρυνσης περιλαμβάνουν τη σκλήρυνση με φλόγα και την επαγωγική θέρμανση, χρησιμοποιώντας πηγές θερμότητας όπως φλόγες οξυακετυλενίου ή οξυπροπανίου.
Σκλήρυνση επιφάνειας λέιζερ Η σκλήρυνση επιφάνειας λέιζερ περιλαμβάνει την εστίαση μιας δέσμης λέιζερ στην επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας. Σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα, το επιφανειακό στρώμα θερμαίνεται πάνω από τη θερμοκρασία μετασχηματισμού ή το σημείο τήξης του, ακολουθούμενο από ταχεία ψύξη. Αυτή η διαδικασία σκληραίνει και δυναμώνει την επιφάνεια. Η ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα είναι μικρή, η παραμόρφωση είναι ελάχιστη και η διαδικασία είναι εύκολη στη λειτουργία. Χρησιμοποιείται κυρίως για τοπική ενίσχυση εξαρτημάτων όπως μήτρες σφράγισης, στροφαλοφόρους άξονες, έκκεντρα, εκκεντροφόρους άξονες, ράγες οργάνων ακριβείας, εργαλεία από χάλυβα υψηλής ταχύτητας, γρανάζια και επενδύσεις κυλίνδρων κινητήρα.
Peening με πυροβολισμό Το κοψίδι με βολή περιλαμβάνει τη ρίψη μεγάλου αριθμού σφαιριδίων υψηλής ταχύτητας στην επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας, παρόμοια με μικροσκοπικά σφυριά που χτυπούν τη μεταλλική επιφάνεια. Αυτό προκαλεί πλαστική παραμόρφωση στα επιφανειακά και υπόγεια στρώματα, ενισχύοντας έτσι το εξάρτημα. Οφέλη: Αυξάνει τη μηχανική αντοχή, την αντοχή στη φθορά, την αντοχή στην κόπωση και την αντίσταση στη διάβρωση. Χρησιμοποιείται για ματ φινίρισμα επιφανειών, αφαίρεση αλάτων οξειδίων και εξάλειψη των υπολειμματικών τάσεων στα χυτά, σφυρηλάτηση και συγκολλήσεις.
Roller Burnishing Το Roller Burnishing περιλαμβάνει την εφαρμογή πίεσης με σκληρούς κυλίνδρους ή εργαλεία γυαλίσματος στην επιφάνεια του περιστρεφόμενου τεμαχίου εργασίας σε θερμοκρασία δωματίου, η οποία παραμορφώνει πλαστικά και σκληραίνει την επιφάνεια για να επιτύχει μια λεία, γυαλισμένη και ενισχυμένη επιφάνεια με συγκεκριμένα σχέδια. Εφαρμογές: Κατάλληλο για εξαρτήματα με απλά σχήματα όπως κυλινδρικές, κωνικές και επίπεδες επιφάνειες.
Σχέδιο σύρματος Το σχέδιο σύρματος αναφέρεται στην πίεση του μετάλλου μέσα από μια μήτρα υπό εξωτερική δύναμη, μειώνοντας την περιοχή διατομής του μετάλλου για να επιτύχετε το επιθυμητό σχήμα και διαστάσεις. Το μέταλλο υφίσταται παραμόρφωση κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας. Εφαρμογές: Η διαδικασία μπορεί να δημιουργήσει διαφορετικά διακοσμητικά φινιρίσματα όπως ευθείες γραμμές, τυχαία μοτίβα, κύματα και σπειροειδή σχέδια.
Γυάλισμα Το γυάλισμα είναι μια διαδικασία φινιρίσματος επιφανειών που τροποποιεί την επιφάνεια για να επιτύχει ένα λείο φινίρισμα. Αν και δεν βελτιώνει ή διατηρεί την ακρίβεια διαστάσεων, ανάλογα με τις συνθήκες προεπεξεργασίας, οι γυαλισμένες επιφάνειες μπορούν να φτάσουν τις τιμές Ra από 1,6 μm έως 0,008 μm.
II. Τεχνολογίες κραμάτων επιφανειών
Θερμική επεξεργασία χημικής επιφάνειας Η τυπική διαδικασία της τεχνολογίας κραμάτων επιφανειών είναι η χημική θερμική επεξεργασία επιφανειών. Σε αυτή τη διαδικασία, τα τεμάχια εργασίας τοποθετούνται σε ένα συγκεκριμένο μέσο και θερμαίνονται για να επιτρέψουν στα ενεργά άτομα από το μέσο να διεισδύσουν στην επιφάνεια, αλλάζοντας τη χημική σύσταση και τη δομή του τεμαχίου για να βελτιώσουν τις ιδιότητές του.
Σε σύγκριση με την επιφανειακή σκλήρυνση, η χημική επιφανειακή θερμική επεξεργασία όχι μόνο αλλάζει τη μικροδομή της επιφάνειας αλλά και τη χημική σύνθεση. Οι συνήθεις τύποι χημικών θερμικών επεξεργασιών περιλαμβάνουν την ενανθράκωση, τη νιτροποίηση, τη συνδιάχυση πολλαπλών στοιχείων και άλλους τύπους επεξεργασιών διάχυσης στοιχείων. Η διαδικασία χημικής θερμικής επεξεργασίας περιλαμβάνει τρία κύρια στάδια: αποσύνθεση, απορρόφηση και διάχυση.
Μαύρισμα: Αυτή είναι μια διαδικασία όπου τα εξαρτήματα από χάλυβα ή χάλυβα θερμαίνονται σε ένα διάλυμα αέρα-ατμού ή χημικό διάλυμα για να σχηματίσουν ένα μαύρο ή μπλε φιλμ οξειδίου στην επιφάνεια. Αυτή η διαδικασία είναι επίσης γνωστή ως «μπλε».
Φωσφοροποίηση: Η φωσφοροποίηση περιλαμβάνει τη βύθιση ενός τεμαχίου εργασίας (από χάλυβα, αλουμίνιο ή ψευδάργυρο) σε διάλυμα φωσφορώσεως, όπου σχηματίζεται στην επιφάνεια ένα κρυσταλλικό επίχρισμα μετατροπής φωσφορικών, το οποίο είναι αδιάλυτο στο νερό.
Ανοδίωση: Η ανοδίωση αναφέρεται κυρίως στη διαδικασία ανοδίωσης για το αλουμίνιο και τα κράματά του. Σε αυτή τη διαδικασία, τα μέρη αλουμινίου βυθίζονται σε ένα λουτρό όξινου ηλεκτρολύτη και υπόκεινται σε ηλεκτρικό ρεύμα. Η επιφάνεια σχηματίζει μια ανθεκτική επίστρωση οξειδίου, η οποία παρέχει αντοχή στη διάβρωση, αισθητικά φινιρίσματα, ηλεκτρική μόνωση και αντοχή στη φθορά. Εφαρμογές: Χρησιμοποιείται συνήθως για προστατευτικές επεξεργασίες εξαρτημάτων αυτοκινήτων και αεροδιαστημικής, καθώς και για διακοσμητικές θεραπείες για είδη οικιακής χρήσης και εξοπλισμό.
III. Τεχνολογίες Επικάλυψης Επιφανειών
Θερμικός ψεκασμός Ο θερμικός ψεκασμός περιλαμβάνει τη θέρμανση μετάλλων ή μη μετάλλων στην τετηγμένη τους κατάσταση και τη χρήση πεπιεσμένου αέρα για τον ψεκασμό τους σε ένα υπόστρωμα. Αυτό σχηματίζει μια επίστρωση που είναι σταθερά συνδεδεμένη με το υλικό βάσης και προσδίδει τις επιθυμητές φυσικές και χημικές ιδιότητες, όπως φθορά, διάβρωση και αντοχή στη θερμότητα, καθώς και ηλεκτρική μόνωση. Εφαρμογές: Χρησιμοποιείται σε ένα ευρύ φάσμα βιομηχανιών, όπως η αεροδιαστημική, η πυρηνική ενέργεια, η ηλεκτρονική και άλλα.
Επίστρωση κενού Η επίστρωση κενού είναι μια διαδικασία επεξεργασίας επιφανειών που περιλαμβάνει την εναπόθεση μεταλλικών και μη μεταλλικών λεπτών μεμβρανών σε υποστρώματα υπό συνθήκες κενού μέσω τεχνικών όπως η εξάτμιση ή η ψεκασμός. Πλεονεκτήματα: Η επίστρωση κενού επιτρέπει λεπτές στρώσεις με εξαιρετική πρόσφυση, γρήγορη ταχύτητα και ελάχιστη μόλυνση.
Ηλεκτρομετάλλευση Η ηλεκτρολυτική επίστρωση είναι μια ηλεκτροχημική διαδικασία κατά την οποία ένα μέταλλο εναποτίθεται σε ένα υπόστρωμα από ένα διάλυμα που περιέχει τα μεταλλικά ιόντα. Για παράδειγμα, στην επινικελίωση, το τεμάχιο κατεργασίας μετάλλου βυθίζεται σε διάλυμα άλατος νικελίου (NiSO4) και υπόκειται σε συνεχές ρεύμα, προκαλώντας την εναπόθεση του νικελίου στο τεμάχιο εργασίας. Εφαρμογές: Χρησιμοποιείται συνήθως τόσο για διακοσμητικές όσο και για λειτουργικές επιστρώσεις, όπως αντοχή στη διάβρωση και βελτίωση των ιδιοτήτων φθοράς.
Χημική εναπόθεση ατμών (CVD) Η εναπόθεση χημικών ατμών (CVD) είναι μια μέθοδος που χρησιμοποιείται για την εναπόθεση λεπτών μεμβρανών σε υλικά με την εισαγωγή αέριων χημικών ενώσεων που αποσυντίθενται στην επιφάνεια του υποστρώματος. Το φιλμ που προκύπτει μπορεί να είναι μεταλλικό ή σύνθετο στρώμα, ανάλογα με τον τύπο της εναπόθεσης. Εφαρμογές: Το CVD χρησιμοποιείται ευρέως στην αεροδιαστημική, την αυτοκινητοβιομηχανία, την ηλεκτρονική και την ενεργειακή βιομηχανία για την παραγωγή ανθεκτικών στη φθορά, ανθεκτικών στη διάβρωση, ανθεκτικών στη θερμότητα και ηλεκτρικά αγώγιμων επιστρώσεων.
Φυσική Εναπόθεση Ατμών (PVD) Το PVD είναι μια τεχνική επίστρωσης υπό κενό όπου το υλικό εξατμίζεται σε ατομική ή μοριακή μορφή και στη συνέχεια εναποτίθεται σε ένα υπόστρωμα. Περιλαμβάνει μεθόδους όπως η εξάτμιση υπό κενό, η επιμετάλλωση και η επίστρωση ιόντων. Οι επικαλύψεις PVD είναι γνωστές για την ισχυρή πρόσφυση, το ομοιόμορφο πάχος και την αντοχή τους.
Εφαρμογές: Οι επικαλύψεις PVD χρησιμοποιούνται σε βιομηχανίες όπως μηχανήματα, αεροδιαστημική, ηλεκτρονικά, οπτικά και ελαφριά βιομηχανία για τη δημιουργία λεπτών μεμβρανών με φθορά, διάβρωση, αντοχή στη θερμότητα και άλλες ειδικές ιδιότητες όπως ηλεκτρική αγωγιμότητα, μόνωση και μαγνητισμό.
