Oppervlakbehandelings en modifikasie

Oppervlaktes bedek alles. Die aantrekkingskrag en funksies wat materiaaloppervlakke aan ons bied, is van uiterste belang. Therefore SURFACE TREATMENT and SURFACE MODIFICATION are among our everyday industrial operations. Oppervlaktebehandeling en -modifikasie lei tot verbeterde oppervlak-eienskappe en kan óf as 'n finale afwerking óf voor 'n bedekking of hegbewerking uitgevoer word. Die prosesse van oppervlakbehandelings en modifikasie (ook na verwys as OPPERVLAKTE-INGENIEURSWESE) , pas die oppervlaktes van materiale en produkte aan om:

 

 

 

- Beheer wrywing en slytasie

 

- Verbeter weerstand teen korrosie

 

- Verbeter adhesie van daaropvolgende bedekkings of saamgevoegde dele

 

- Verander fisiese eienskappe geleidingsvermoë, weerstand, oppervlak-energie en refleksie

 

- Verander chemiese eienskappe van oppervlaktes deur funksionele groepe in te voer

 

- Verander afmetings

 

- Verander die voorkoms, bv. kleur, grofheid ... ens.

 

- Maak die oppervlaktes skoon en/of ontsmet

 

 

 

Deur oppervlakbehandeling en modifikasie te gebruik, kan die funksies en lewensduur van materiale verbeter word. Ons algemene oppervlakbehandeling en modifikasiemetodes kan in twee hoofkategorieë verdeel word:

 

 

 

Oppervlaktebehandeling en modifikasie wat oppervlaktes dek:

 

Organiese bedekkings: Die organiese bedekkings pas verf, sement, laminate, saamgesmelte poeiers en smeermiddels op die oppervlaktes van materiale toe.

 

Anorganiese bedekkings: Ons gewilde anorganiese bedekkings is elektroplatering, outokatalitiese platering (elektrolose platerings), omskakelingsbedekkings, termiese bespuitings, warmdip, hardebedekking, oondsmelting, dunfilmbedekkings soos SiO2, SiN op metaal, glas, keramiek, ... ens. Oppervlakbehandeling en modifikasie wat bedekkings behels, word asseblief in detail onder die verwante subkieslys verduidelikklik hier Functional Coatings / Dekoratiewe Coatings / Dun film / Dik film

 

 

 

Oppervlaktebehandeling en modifikasie wat oppervlaktes verander: Hier op hierdie bladsy sal ons daarop konsentreer. Nie al die oppervlakbehandelings- en modifikasietegnieke wat ons hieronder beskryf, is op die mikro- of nanoskaal nie, maar ons sal dit nietemin kortliks noem aangesien die basiese doelwitte en metodes in beduidende mate soortgelyk is aan dié wat op die mikrovervaardigingskaal is.

 

 

 

Verharding: Selektiewe oppervlakverharding deur laser, vlam, induksie en elektronstraal.

 

 

 

Hoë-energie-behandelings: Sommige van ons hoë-energie-behandelings sluit ioon-inplanting, laserglas en samesmelting en elektronstraalbehandeling in.

 

 

 

Dun Diffusie Behandelings: Dun diffusie prosesse sluit in ferritiese-nitrocarburizing, boronisering, ander hoë temperatuur reaksie prosesse soos TiC, VC.

 

 

 

Swaar diffusiebehandelings: Ons swaar diffusieprosesse sluit in karbonisering, nitrering en karbonitrering.

 

 

 

Spesiale oppervlakbehandelings: Spesiale behandelings soos kriogene, magnetiese en soniese behandelings beïnvloed beide die oppervlaktes en die grootmaatmateriaal.

 

 

 

Die selektiewe verhardingsprosesse kan uitgevoer word deur vlam, induksie, elektronstraal, laserstraal. Groot substrate word diep verhard met vlamverharding. Induksie verharding aan die ander kant word gebruik vir klein dele. Laser- en elektronstraalverharding word soms nie onderskei van dié in hardfacings of hoë-energie behandelings nie. Hierdie oppervlakbehandeling en modifikasieprosesse is slegs van toepassing op staal wat voldoende koolstof- en legeringsinhoud het om blusharding moontlik te maak. Gietysters, koolstofstaal, gereedskapstaal en allooistaal is geskik vir hierdie oppervlakbehandeling en modifikasiemetode. Die afmetings van onderdele word nie noemenswaardig verander deur hierdie verhardende oppervlakbehandelings nie. Die verhardingsdiepte kan wissel van 250 mikron tot die hele snitdiepte. In die hele gedeelte moet die gedeelte egter dun wees, minder as 25 mm (1 duim), of klein, aangesien die verhardingsprosesse 'n vinnige afkoeling van materiale vereis, soms binne 'n sekonde. Dit is moeilik om te bereik in groot werkstukke, en daarom kan in groot dele slegs die oppervlaktes verhard word. As 'n gewilde oppervlakbehandelings- en modifikasieproses verhard ons vere, meslemme en chirurgiese lemme onder baie ander produkte.

 

 

 

Hoë-energie prosesse is relatief nuwe oppervlakbehandeling en modifikasiemetodes. Eienskappe van oppervlaktes word verander sonder om die afmetings te verander. Ons gewilde hoë-energie oppervlakbehandelingsprosesse is elektronstraalbehandeling, iooninplanting en laserstraalbehandeling.

 

 

 

Elektronstraalbehandeling: Elektronstraal-oppervlakbehandeling verander die oppervlak-eienskappe deur vinnige verhitting en vinnige verkoeling - in die orde van 10Exp6 Celsius/sek (10exp6 Fahrenheit/sek) in 'n baie vlak area rondom 100 mikron naby die materiaaloppervlak. Elektronstraalbehandeling kan ook in hardebekleding gebruik word om oppervlaklegerings te vervaardig.

 

 

 

Iooninplanting: Hierdie oppervlakbehandeling en modifikasiemetode gebruik elektronstraal of plasma om gasatome om te skakel na ione met voldoende energie, en die ione in te plant/voeg in die atoomrooster van die substraat, versnel deur magnetiese spoele in 'n vakuumkamer. Vakuum maak dit makliker vir ione om vrylik in die kamer te beweeg. Die wanverhouding tussen ingeplante ione en die oppervlak van die metaal skep atoomdefekte wat die oppervlak verhard.

 

 

 

Laserstraalbehandeling: Soos die elektronstraal-oppervlakbehandeling en -modifikasie, verander laserstraalbehandeling die oppervlak-eienskappe deur vinnige verhitting en vinnige afkoeling in 'n baie vlak area naby die oppervlak. Hierdie metode vir oppervlakbehandeling en modifikasie kan ook gebruik word in hardebedekking om oppervlaklegerings te vervaardig.

 

 

 

'n Kennis in inplantaatdoserings en behandelingsparameters maak dit vir ons moontlik om hierdie hoë-energie oppervlakbehandelingstegnieke in ons vervaardigingsaanlegte te gebruik.

 

 

 

Dundiffusie-oppervlakbehandelings:

​

Ferritiese nitrokarburering is 'n omhulselverhardingsproses wat stikstof en koolstof in ysterhoudende metale versprei by subkritiese temperature. Die verwerkingstemperatuur is gewoonlik by 565 Celsius (1049 Fahrenheit). By hierdie temperatuur is staal en ander ysterhoudende legerings steeds in 'n ferritiese fase, wat voordelig is in vergelyking met ander gevalverhardingsprosesse wat in die austenitiese fase voorkom. Die proses word gebruik om te verbeter:

 

•skeurweerstand

 

•moegheidseienskappe

 

•korrosiebestandheid

 

Baie min vormvervorming vind plaas tydens die verhardingsproses danksy die lae verwerkingstemperature.

 

 

 

Boronisering, is die proses waar boor in 'n metaal of legering ingebring word. Dit is 'n oppervlakverhardings- en modifikasieproses waardeur booratome in die oppervlak van 'n metaalkomponent versprei word. Gevolglik bevat die oppervlak metaalboriede, soos ysterboriede en nikkelboriede. In hul suiwer toestand het hierdie borides uiters hoë hardheid en slytasieweerstand. Geboroniseerde metaalonderdele is uiters slytbestand en sal dikwels tot vyf keer langer hou as komponente wat met konvensionele hittebehandelings soos verharding, karbonisering, nitrering, nitrokarburering of induksieverharding behandel word.

 

​

 

Swaardiffusie Oppervlaktebehandeling en Modifikasie: As die koolstofinhoud laag is (byvoorbeeld minder as 0,25%), kan ons die koolstofinhoud van die oppervlak verhoog vir verharding. Die deel kan óf hittebehandel word deur in 'n vloeistof te blus óf in stil lug afgekoel word, afhangende van die eienskappe wat verlang word. Hierdie metode sal slegs plaaslike verharding op die oppervlak toelaat, maar nie in die kern nie. Dit is soms baie wenslik, want dit maak voorsiening vir 'n harde oppervlak met goeie slytasie eienskappe soos in ratte, maar het 'n taai binnekern wat goed sal presteer onder impaklading.

 

 

 

In een van die oppervlakbehandelings- en modifikasietegnieke, naamlik Carburizing, voeg ons koolstof by die oppervlak. Ons stel die deel bloot aan 'n koolstofryke atmosfeer by 'n verhoogde temperatuur en laat diffusie toe om die koolstofatome in die staal oor te dra. Diffusie sal slegs plaasvind as die staal 'n lae koolstofinhoud het, want diffusie werk op die differensiaal van die konsentrasiebeginsel.

 

 

 

Pakverkoling: Onderdele word in 'n hoë koolstofmedium soos koolstofpoeier verpak en verhit in 'n oond vir 12 tot 72 uur by 900 Celsius (1652 Fahrenheit). By hierdie temperature word CO-gas geproduseer wat 'n sterk reduseermiddel is. Die reduksiereaksie vind plaas op die oppervlak van die staal wat koolstof vrystel. Die koolstof word dan in die oppervlak versprei danksy die hoë temperatuur. Die koolstof op die oppervlak is 0,7% tot 1,2%, afhangende van die proses toestande. Die hardheid behaal is 60 - 65 RC. Die diepte van die gekarbureerde omhulsel wissel van ongeveer 0,1 mm tot 1,5 mm. Pakverkoeling vereis goeie beheer van temperatuuruniformiteit en konsekwentheid in verhitting.

 

 

 

Gasvergassing: In hierdie variant van oppervlakbehandeling word koolstofmonoksied (CO)-gas aan 'n verhitte oond voorsien en die reduksiereaksie van afsetting van koolstof vind op die oppervlak van die dele plaas. Hierdie proses oorkom die meeste van die probleme van pakverkoeling. Een bekommernis is egter die veilige insluiting van die CO-gas.

 

 

 

Vloeistofverkoling: Die staalonderdele word in 'n gesmelte koolstofryke bad gedompel.

 

 

 

Nitrering is 'n oppervlakbehandeling en modifikasieproses wat diffusie van stikstof in die oppervlak van staal behels. Stikstof vorm nitriede met elemente soos aluminium, chroom en molibdeen. Die dele word hittebehandel en getemper voordat dit genitreer word. Die dele word dan skoongemaak en verhit in 'n oond in 'n atmosfeer van gedissosieerde ammoniak (wat N en H bevat) vir 10 tot 40 uur by 500-625 Celsius (932 - 1157 Fahrenheit). Stikstof diffundeer in die staal en vorm nitriedlegerings. Dit dring tot 'n diepte van tot 0,65 mm binne. Die omhulsel is baie hard en vervorming is laag. Aangesien die omhulsel dun is, word oppervlakslyp nie aanbeveel nie en daarom is nitreeroppervlakbehandeling dalk nie 'n opsie vir oppervlaktes met baie gladde afwerkingsvereistes nie.

 

 

 

Carbonitriding oppervlak behandeling en modifikasie proses is die mees geskikte vir lae koolstof legeringstaal. In die karbonitrideringsproses word beide koolstof en stikstof in die oppervlak versprei. Die dele word verhit in 'n atmosfeer van 'n koolwaterstof (soos metaan of propaan) gemeng met Ammoniak (NH3). Eenvoudig gestel, die proses is 'n mengsel van Carburizing en Nitrering. Carbonitriding oppervlakbehandeling word uitgevoer by temperature van 760 - 870 Celsius (1400 - 1598 Fahrenheit), Dit word dan in 'n natuurlike gas (suurstofvrye) atmosfeer geblus. Die karbonitrideringsproses is nie geskik vir hoë-presisie-onderdele nie as gevolg van die vervormings wat inherent is. Die hardheid wat behaal word, is soortgelyk aan karbonisering (60 - 65 RC), maar nie so hoog soos Nitrering (70 RC). Die kasdiepte is tussen 0,1 en 0,75 mm. Die omhulsel is ryk aan Nitrides sowel as Martensiet. Daaropvolgende tempering is nodig om brosheid te verminder.

 

 

 

Spesiale oppervlakbehandelings- en modifikasieprosesse is in die vroeë stadiums van ontwikkeling en die doeltreffendheid daarvan is nog nie bewys nie. Hulle is:

 

 

 

Kriogeniese behandeling: Oor die algemeen toegepas op geharde staal, koel die substraat stadig af tot ongeveer -166 Celsius (-300 Fahrenheit) om die digtheid van die materiaal te verhoog en sodoende die slytasieweerstand en dimensiestabiliteit te verhoog.

 

 

 

Vibrasiebehandeling: Hierdie beoog om termiese spanning wat in hittebehandelings opgebou is, te verlig deur vibrasies en die slytasielewe te verleng.

 

 

 

Magnetiese behandeling: Hierdie beoog om die opstelling van atome in materiale deur magnetiese velde te verander en hopelik die dra-lewe te verbeter.

 

 

 

Die doeltreffendheid van hierdie spesiale oppervlakbehandeling en modifikasietegnieke moet nog bewys word. Hierdie drie tegnieke hierbo beïnvloed ook die grootmaatmateriaal behalwe oppervlaktes.