Overfladebehandlinger og modifikationer

Overflader dækker alt. Den tiltrækningskraft og de funktioner, materialeoverflader giver os, er af største betydning. Therefore SURFACE TREATMENT and SURFACE MODIFICATION are among our everyday industrial operations. Overfladebehandling og modifikation fører til forbedrede overfladeegenskaber og kan udføres enten som en afsluttende efterbehandlingsoperation eller forud for en belægnings- eller sammenføjningsoperation. , skræddersy overfladerne på materialer og produkter til:

 

 

 

- Styr friktion og slid

 

- Forbedre korrosionsbestandigheden

 

- Forbedre vedhæftningen af efterfølgende belægninger eller sammenføjede dele

 

- Ændre fysiske egenskaber ledningsevne, resistivitet, overfladeenergi og refleksion

 

- Ændre kemiske egenskaber af overflader ved at indføre funktionelle grupper

 

- Skift dimensioner

 

- Skift udseende, f.eks. farve, ruhed...osv.

 

- Rengør og/eller desinficer overfladerne

 

 

 

Ved hjælp af overfladebehandling og modifikation kan materialernes funktioner og levetid forbedres. Vores almindelige overfladebehandlings- og modifikationsmetoder kan opdeles i to hovedkategorier:

 

 

 

Overfladebehandling og modifikation, der dækker overflader:

 

Organiske belægninger: De organiske belægninger påfører maling, cement, laminater, smeltede pulvere og smøremidler på overfladerne af materialer.

 

Uorganiske belægninger: Vores populære uorganiske belægninger er galvanisering, autokatalytisk plettering (elektroløse belægninger), konverteringsbelægninger, termiske sprays, varmdypning, hardfacing, ovnsmeltning, tyndfilmbelægninger såsom SiO2, SiN på metal, glas, keramik,...osv. Overfladebehandling og modifikation, der involverer belægninger, er forklaret i detaljer under den tilhørende undermenuklik her Functional Coatings / Dekorative Coatings / Tynd film / Tykk film

 

 

 

Overfladebehandling og modifikation, der ændrer overflader: Her på siden vil vi koncentrere os om disse. Ikke alle de overfladebehandlings- og modifikationsteknikker, vi beskriver nedenfor, er på mikro- eller nanoskalaen, men vi vil ikke desto mindre nævne dem kort, da de grundlæggende mål og metoder i væsentlig grad ligner dem, der er på mikrofremstillingsskalaen.

 

 

 

Hærdning: Selektiv overfladehærdning med laser, flamme, induktion og elektronstråle.

 

 

 

Højenergibehandlinger: Nogle af vores højenergibehandlinger inkluderer ionimplantation, laserglasering og fusion og elektronstrålebehandling.

 

 

 

Tynde diffusionsbehandlinger: Tynde diffusionsprocesser omfatter ferritisk-nitrocarburisering, boronisering, andre højtemperaturreaktionsprocesser såsom TiC, VC.

 

 

 

Kraftige diffusionsbehandlinger: Vores tunge diffusionsprocesser omfatter karburering, nitrering og carbonitrering.

 

 

 

Særlige overfladebehandlinger: Særlige behandlinger såsom kryogene, magnetiske og soniske behandlinger påvirker både overfladerne og bulkmaterialerne.

 

 

 

De selektive hærdningsprocesser kan udføres med flamme, induktion, elektronstråle, laserstråle. Store underlag dybdehærdes ved hjælp af flammehærdning. Induktionshærdning på den anden side bruges til små dele. Laser- og elektronstrålehærdning skelnes nogle gange ikke fra dem i hardfacings eller højenergibehandlinger. Disse overfladebehandlings- og modifikationsprocesser er kun anvendelige for stål, der har tilstrækkeligt kulstof- og legeringsindhold til at tillade hærdning. Støbejern, kulstofstål, værktøjsstål og legeret stål er velegnede til denne overfladebehandlings- og modifikationsmetode. Dimensioner på dele ændres ikke væsentligt af disse hærdende overfladebehandlinger. Hærdningsdybden kan variere fra 250 mikron til hele sektionsdybden. Men i hele sektionstilfældet skal sektionen være tynd, mindre end 25 mm (1 in) eller lille, da hærdningsprocesserne kræver en hurtig afkøling af materialer, nogle gange inden for et sekund. Dette er svært at opnå i store emner, og derfor er det i store sektioner kun overfladerne, der kan hærdes. Som en populær overfladebehandlings- og modifikationsproces hærder vi fjedre, knivblade og kirurgiske blade blandt mange andre produkter.

 

 

 

Højenergiprocesser er relativt nye overfladebehandlings- og modifikationsmetoder. Egenskaber af overflader ændres uden at ændre dimensionerne. Vores populære højenergi-overfladebehandlingsprocesser er elektronstrålebehandling, ionimplantation og laserstrålebehandling.

 

 

 

Elektronstrålebehandling: Elektronstråleoverfladebehandling ændrer overfladeegenskaberne ved hurtig opvarmning og hurtig afkøling - i størrelsesordenen 10Exp6 Celsius/sek (10exp6 Fahrenheit/sek.) i et meget lavt område omkring 100 mikron nær materialets overflade. Elektronstrålebehandling kan også bruges i hardfacing til fremstilling af overfladelegeringer.

 

 

 

Ionimplantation: Denne overfladebehandlings- og modifikationsmetode bruger elektronstråle eller plasma til at omdanne gasatomer til ioner med tilstrækkelig energi og implantere/indsætte ionerne i substratets atomgitter, accelereret af magnetiske spoler i et vakuumkammer. Vakuum gør det lettere for ioner at bevæge sig frit i kammeret. Misforholdet mellem implanterede ioner og overfladen af metallet skaber atomare defekter, der hærder overfladen.

 

 

 

Laserstrålebehandling: Ligesom elektronstråleoverfladebehandling og modifikation ændrer laserstrålebehandling overfladeegenskaberne ved hurtig opvarmning og hurtig afkøling i et meget lavt område nær overfladen. Denne overfladebehandlings- og modifikationsmetode kan også bruges i hardfacing til fremstilling af overfladelegeringer.

 

 

 

En knowhow inden for implantatdosering og behandlingsparametre gør det muligt for os at bruge disse højenergioverfladebehandlingsteknikker i vores fabrikationsanlæg.

 

 

 

Tynd diffusionsoverfladebehandlinger:

​

Ferritisk nitrocarburisering er en hærdningsproces, der diffunderer nitrogen og kulstof til jernholdige metaller ved underkritiske temperaturer. Behandlingstemperaturen er normalt på 565 Celsius (1049 Fahrenheit). Ved denne temperatur er stål og andre jernlegeringer stadig i en ferritisk fase, hvilket er fordelagtigt sammenlignet med andre hærdningsprocesser, der forekommer i den austenitiske fase. Processen bruges til at forbedre:

 

•slidstyrke

 

•træthedsegenskaber

 

•korrosionsbestandighed

 

Meget lidt formforvrængning forekommer under hærdningsprocessen takket være de lave forarbejdningstemperaturer.

 

 

 

Boronisering er den proces, hvor bor introduceres til et metal eller en legering. Det er en overfladehærdnings- og modifikationsproces, hvorved boratomer diffunderer ind i overfladen af en metalkomponent. Som følge heraf indeholder overfladen metalborider, såsom jernborider og nikkelborider. I deres rene tilstand har disse borider ekstrem høj hårdhed og slidstyrke. Boroniserede metaldele er ekstremt slidstærke og vil ofte holde op til fem gange længere end komponenter behandlet med konventionelle varmebehandlinger såsom hærdning, karburering, nitrering, nitrocarburisering eller induktionshærdning.

 

​

 

Heavy Diffusion Overfladebehandling og Modifikation: Hvis kulstofindholdet er lavt (mindre end 0,25% for eksempel), kan vi øge kulstofindholdet i overfladen til hærdning. Delen kan enten varmebehandles ved bratkøling i en væske eller afkøles i stillestående luft afhængig af de ønskede egenskaber. Denne metode vil kun tillade lokal hærdning på overfladen, men ikke i kernen. Dette er nogle gange meget ønskeligt, fordi det giver mulighed for en hård overflade med gode slidegenskaber som i gear, men har en sej indre kerne, der vil fungere godt under stødbelastning.

 

 

 

I en af overfladebehandlings- og modifikationsteknikkerne, nemlig Carburizing, tilføjer vi kulstof til overfladen. Vi udsætter delen for en kulstofrig atmosfære ved en forhøjet temperatur og tillader diffusion at overføre kulstofatomerne til stålet. Diffusion vil kun ske, hvis stålet har lavt kulstofindhold, fordi diffusion fungerer efter koncentrationsprincippets differentiale.

 

 

 

Pakkarburering: Dele pakkes i et medium med højt kulstofindhold, såsom kulstofpulver og opvarmes i en ovn i 12 til 72 timer ved 900 Celsius (1652 Fahrenheit). Ved disse temperaturer produceres CO-gas, som er et stærkt reduktionsmiddel. Reduktionsreaktionen sker på overfladen af stålet og frigiver kulstof. Kulstoffet diffunderes derefter ind i overfladen takket være den høje temperatur. Kulstoffet på overfladen er 0,7% til 1,2% afhængigt af procesforhold. Den opnåede hårdhed er 60 - 65 RC. Dybden af det karburerede hus varierer fra omkring 0,1 mm op til 1,5 mm. Pakkarburering kræver god kontrol af temperaturens ensartethed og konsistens ved opvarmning.

 

 

 

Gasforkulning: I denne variant af overfladebehandling tilføres kulmonoxidgas (CO) til en opvarmet ovn, og reduktionsreaktionen af aflejring af kul finder sted på overfladen af delene. Denne proces overvinder de fleste problemer med pakkeopkulning. En bekymring er imidlertid sikker indeslutning af CO-gassen.

 

 

 

Flydende karburering: Ståldelene nedsænkes i et smeltet kulstofrigt bad.

 

 

 

Nitrering er en overfladebehandlings- og modifikationsproces, der involverer diffusion af nitrogen til overfladen af stål. Nitrogen danner nitrider med elementer som aluminium, krom og molybdæn. Delene varmebehandles og hærdes inden nitrering. Delene renses derefter og opvarmes i en ovn i en atmosfære af dissocieret ammoniak (indeholdende N og H) i 10 til 40 timer ved 500-625 Celsius (932 - 1157 Fahrenheit). Nitrogen diffunderer ind i stålet og danner nitridlegeringer. Denne trænger ned til en dybde på op til 0,65 mm. Sagen er meget hård og forvrængning er lav. Da kabinettet er tyndt, anbefales overfladeslibning ikke, og derfor er nitreringsoverfladebehandling muligvis ikke en mulighed for overflader med meget glatte efterbehandlingskrav.

 

 

 

Carbonitreringsoverfladebehandling og modifikationsproces er mest velegnet til lavkulstoflegeret stål. I carbonitreringsprocessen diffunderes både kulstof og nitrogen ind i overfladen. Delene opvarmes i en atmosfære af et kulbrinte (såsom metan eller propan) blandet med ammoniak (NH3). Kort sagt er processen en blanding af karburering og nitrering. Carbonitreringsoverfladebehandling udføres ved temperaturer på 760 - 870 Celsius (1400 - 1598 Fahrenheit), Den bratkøles derefter i en naturgas (iltfri) atmosfære. Carbonitreringsprocessen er ikke egnet til højpræcisionsdele på grund af de forvrængninger, der er iboende. Den opnåede hårdhed svarer til karburering (60 - 65 RC), men ikke så høj som Nitrering (70 RC). Husets dybde er mellem 0,1 og 0,75 mm. Æsken er rig på nitrider såvel som martensit. Efterfølgende temperering er nødvendig for at reducere skørhed.

 

 

 

Særlige overfladebehandlings- og modifikationsprocesser er i de tidlige udviklingsstadier, og deres effektivitet er endnu ikke bevist. De er:

 

 

 

Kryogen behandling: Generelt påført på hærdet stål, køle langsomt substratet ned til omkring -166 Celsius (-300 Fahrenheit) for at øge materialets tæthed og dermed øge slidstyrken og dimensionsstabiliteten.

 

 

 

Vibrationsbehandling: Disse har til hensigt at lindre termisk stress opbygget i varmebehandlinger gennem vibrationer og forlænge slidlevetiden.

 

 

 

Magnetisk behandling: Disse har til hensigt at ændre rækken af atomer i materialer gennem magnetiske felter og forhåbentlig forbedre levetiden.

 

 

 

Effektiviteten af disse specielle overfladebehandlings- og modifikationsteknikker mangler stadig at blive bevist. Også disse tre teknikker ovenfor påvirker bulkmaterialet udover overflader.