Oberflächenbehandlungen und Modifikation

Oberflächen bedecken alles. Die Attraktivität und Funktion von Materialoberflächen sind uns dabei sehr wichtig. Therefore SURFACE TREATMENT and SURFACE MODIFICATION are among our everyday industrial operations. Oberflächenbehandlung und -modifikation führen zu verbesserten Oberflächeneigenschaften und können entweder als Endbearbeitungsvorgang oder vor einem Beschichtungs- oder Verbindungsvorgang durchgeführt werden.Die Prozesse der Oberflächenbehandlung und -modifikation (auch als SURFACE ENGINEERING bezeichnet) , passen die Oberflächen von Materialien und Produkten an:

 

 

 

- Kontrolle von Reibung und Verschleiß

 

- Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit

 

- Verbesserung der Haftung nachfolgender Beschichtungen oder gefügter Teile

 

- Ändern Sie die physikalischen Eigenschaften Leitfähigkeit, Widerstand, Oberflächenenergie und Reflexion

 

- Veränderung der chemischen Eigenschaften von Oberflächen durch Einführung funktioneller Gruppen

 

- Abmessungen ändern

 

- Ändere das Aussehen, z. B. Farbe, Rauheit usw.

 

- Oberflächen reinigen und/oder desinfizieren

 

 

 

Durch Oberflächenbehandlung und -modifizierung können die Funktionen und Lebensdauern von Materialien verbessert werden. Unsere gängigen Oberflächenbehandlungs- und Modifizierungsmethoden können in zwei Hauptkategorien unterteilt werden:

 

 

 

Oberflächenbehandlung und -modifizierung, die Oberflächen abdeckt:

 

Organische Beschichtungen: Die organischen Beschichtungen tragen Farben, Zemente, Laminate, geschmolzene Pulver und Schmiermittel auf die Oberflächen von Materialien auf.

 

Anorganische Beschichtungen: Unsere beliebten anorganischen Beschichtungen sind Elektroplattieren, autokatalytisches Plattieren (stromloses Plattieren), Konversionsbeschichtungen, thermisches Spritzen, Heißtauchen, Hartauftragen, Schmelzen im Ofen, Dünnfilmbeschichtungen wie SiO2, SiN auf Metall, Glas, Keramik usw. Die Oberflächenbehandlung und -modifizierung durch Beschichtungen wird ausführlich unter dem entsprechenden Untermenü erläutertKlicken Sie hier Funktionale Beschichtungen / Dekorative Beschichtungen / Dünnschicht / Dickschicht

 

 

 

Oberflächenbehandlung und -modifizierung, die Oberflächen verändert: Auf diese konzentrieren wir uns hier auf dieser Seite. Nicht alle der unten beschriebenen Oberflächenbehandlungs- und -modifikationstechniken sind im Mikro- oder Nanomaßstab, aber wir werden sie trotzdem kurz erwähnen, da die grundlegenden Ziele und Methoden in erheblichem Maße denen im Mikrofertigungsmaßstab ähneln.

 

 

 

Härten: Selektives Oberflächenhärten durch Laser, Flamme, Induktion und Elektronenstrahl.

 

 

 

Hochenergiebehandlungen: Einige unserer Hochenergiebehandlungen umfassen Ionenimplantation, Laserverglasung und -fusion sowie Elektronenstrahlbehandlung.

 

 

 

Dünndiffusionsbehandlungen: Dünndiffusionsverfahren umfassen Ferrit-Nitrocarburieren, Borieren und andere Hochtemperaturreaktionsverfahren wie TiC, VC.

 

 

 

Schwere Diffusionsbehandlungen: Unsere schweren Diffusionsverfahren umfassen Aufkohlen, Nitrieren und Carbonitrieren.

 

 

 

Spezielle Oberflächenbehandlungen: Spezielle Behandlungen wie kryogene, magnetische und Schallbehandlungen wirken sich sowohl auf die Oberflächen als auch auf die Schüttgüter aus.

 

 

 

Die selektiven Härteverfahren können durch Flamme, Induktion, Elektronenstrahl, Laserstrahl durchgeführt werden. Große Substrate werden durch Flammhärten tiefgehärtet. Das Induktionshärten hingegen wird für Kleinteile eingesetzt. Laser- und Elektronenstrahlhärten werden manchmal nicht von denen beim Auftragschweißen oder Hochenergiebehandlungen unterschieden. Diese Oberflächenbehandlungs- und Modifikationsverfahren sind nur auf Stähle anwendbar, die einen ausreichenden Kohlenstoff- und Legierungsgehalt aufweisen, um ein Abschreckhärten zu ermöglichen. Gusseisen, Kohlenstoffstähle, Werkzeugstähle und legierte Stähle sind für dieses Oberflächenbehandlungs- und Modifizierungsverfahren geeignet. Die Abmessungen der Teile werden durch diese härtenden Oberflächenbehandlungen nicht wesentlich verändert. Die Härtungstiefe kann von 250 Mikron bis zur gesamten Schnitttiefe variieren. Im Fall des gesamten Abschnitts muss der Abschnitt jedoch dünn sein, weniger als 25 mm (1 Zoll) oder klein, da die Härtungsprozesse ein schnelles Abkühlen der Materialien erfordern, manchmal innerhalb einer Sekunde. Bei großen Werkstücken ist dies nur schwer zu erreichen, daher können bei großen Abschnitten nur die Oberflächen gehärtet werden. Als beliebtes Verfahren zur Oberflächenbehandlung und -modifizierung härten wir neben vielen anderen Produkten Federn, Messerklingen und chirurgische Klingen.

 

 

 

Hochenergetische Verfahren sind relativ neue Oberflächenbehandlungs- und Modifizierungsverfahren. Eigenschaften von Oberflächen werden geändert, ohne die Abmessungen zu ändern. Unsere beliebten Hochenergie-Oberflächenbehandlungsverfahren sind Elektronenstrahlbehandlung, Ionenimplantation und Laserstrahlbehandlung.

 

 

 

Elektronenstrahlbehandlung: Die Oberflächenbehandlung mit Elektronenstrahlen verändert die Oberflächeneigenschaften durch schnelles Erhitzen und schnelles Abkühlen – in der Größenordnung von 10exp6 Celsius/s (10exp6 Fahrenheit/s) in einem sehr flachen Bereich um 100 Mikrometer nahe der Materialoberfläche. Die Elektronenstrahlbehandlung kann auch beim Hartauftragen verwendet werden, um Oberflächenlegierungen herzustellen.

 

 

 

Ionenimplantation: Diese Oberflächenbehandlungs- und Modifikationsmethode verwendet Elektronenstrahlen oder Plasma, um Gasatome mit ausreichender Energie in Ionen umzuwandeln und die Ionen in das Atomgitter des Substrats zu implantieren/einzufügen, beschleunigt durch Magnetspulen in einer Vakuumkammer. Vakuum erleichtert es den Ionen, sich frei in der Kammer zu bewegen. Die Fehlanpassung zwischen implantierten Ionen und der Oberfläche des Metalls erzeugt atomare Defekte, die die Oberfläche härten.

 

 

 

Laserstrahlbehandlung: Wie die Elektronenstrahl-Oberflächenbehandlung und -modifikation verändert die Laserstrahlbehandlung die Oberflächeneigenschaften durch schnelles Erhitzen und schnelles Abkühlen in einem sehr flachen Bereich nahe der Oberfläche. Dieses Verfahren zur Oberflächenbehandlung und -modifizierung kann auch beim Hartauftragen zur Herstellung von Oberflächenlegierungen verwendet werden.

 

 

 

Ein Know-how in Implantatdosierungen und Behandlungsparametern ermöglicht es uns, diese hochenergetischen Oberflächenbehandlungstechniken in unseren Fertigungsanlagen einzusetzen.

 

 

 

Dünne Diffusionsoberflächenbehandlungen:

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Ferritisches Nitrocarburieren ist ein Einsatzhärteverfahren, bei dem Stickstoff und Kohlenstoff bei unterkritischen Temperaturen in Eisenmetalle diffundieren. Die Verarbeitungstemperatur liegt normalerweise bei 565 Grad Celsius (1049 Fahrenheit). Bei dieser Temperatur befinden sich Stähle und andere Eisenlegierungen noch in einer ferritischen Phase, was im Vergleich zu anderen Einsatzhärtungsverfahren, die in der austenitischen Phase stattfinden, vorteilhaft ist. Das Verfahren dient der Verbesserung von:

 

• Abriebfestigkeit

 

•Ermüdungseigenschaften

 

•Korrosionsbeständigkeit

 

Durch die niedrigen Verarbeitungstemperaturen entsteht beim Härteprozess nur ein sehr geringer Formverzug.

 

 

 

Borieren ist der Prozess, bei dem Bor in ein Metall oder eine Legierung eingeführt wird. Es ist ein Oberflächenhärtungs- und Modifizierungsprozess, bei dem Boratome in die Oberfläche eines Metallbauteils eindiffundiert werden. Dadurch enthält die Oberfläche Metallboride, wie Eisenboride und Nickelboride. Diese Boride haben in reinem Zustand eine extrem hohe Härte und Verschleißfestigkeit. Borierte Metallteile sind extrem verschleißfest und halten oft bis zu fünfmal länger als Bauteile, die mit herkömmlichen Wärmebehandlungen wie Härten, Aufkohlen, Nitrieren, Nitrocarburieren oder Induktionshärten behandelt wurden.

 

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Starke Diffusions-Oberflächenbehandlung und -modifikation: Wenn der Kohlenstoffgehalt niedrig ist (z. B. weniger als 0,25 %), können wir den Kohlenstoffgehalt der Oberfläche zum Härten erhöhen. Abhängig von den gewünschten Eigenschaften kann das Teil entweder durch Abschrecken in einer Flüssigkeit wärmebehandelt oder an ruhender Luft gekühlt werden. Dieses Verfahren ermöglicht nur eine lokale Härtung an der Oberfläche, nicht jedoch im Kern. Dies ist manchmal sehr wünschenswert, da es eine harte Oberfläche mit guten Verschleißeigenschaften wie bei Zahnrädern ermöglicht, aber einen zähen inneren Kern hat, der unter Stoßbelastung gut funktioniert.

 

 

 

Bei einer der Oberflächenbehandlungs- und Modifikationstechniken, nämlich dem Aufkohlen, fügen wir der Oberfläche Kohlenstoff hinzu. Wir setzen das Teil einer kohlenstoffreichen Atmosphäre bei erhöhter Temperatur aus und lassen die Diffusion zu, um die Kohlenstoffatome in den Stahl zu übertragen. Eine Diffusion findet nur statt, wenn der Stahl einen niedrigen Kohlenstoffgehalt hat, da die Diffusion nach dem Prinzip der Differenz der Konzentrationen funktioniert.

 

 

 

Packungsaufkohlung: Die Teile werden in ein kohlenstoffreiches Medium wie Kohlepulver verpackt und 12 bis 72 Stunden lang in einem Ofen bei 900 °C (1652 °F) erhitzt. Bei diesen Temperaturen entsteht CO-Gas, das ein starkes Reduktionsmittel ist. Die Reduktionsreaktion findet an der Oberfläche des Stahls statt, wobei Kohlenstoff freigesetzt wird. Der Kohlenstoff diffundiert dann dank der hohen Temperatur in die Oberfläche. Der Kohlenstoff auf der Oberfläche beträgt je nach Prozessbedingungen 0,7 % bis 1,2 %. Die erreichte Härte beträgt 60 - 65 RC. Die Tiefe des aufgekohlten Gehäuses reicht von etwa 0,1 mm bis zu 1,5 mm. Die Packungsaufkohlung erfordert eine gute Kontrolle der Temperaturgleichmäßigkeit und Konsistenz beim Erhitzen.

 

 

 

Gasaufkohlung: Bei dieser Variante der Oberflächenbehandlung wird Kohlenmonoxid (CO)-Gas einem beheizten Ofen zugeführt und die Reduktionsreaktion der Ablagerung von Kohlenstoff auf der Oberfläche der Teile findet statt. Dieses Verfahren überwindet die meisten Probleme der Packungsaufkohlung. Ein Anliegen ist jedoch die sichere Eindämmung des CO-Gases.

 

 

 

Flüssigaufkohlung: Die Stahlteile werden in ein geschmolzenes, kohlenstoffreiches Bad getaucht.

 

 

 

Nitrieren ist ein Oberflächenbehandlungs- und Modifizierungsprozess, der die Diffusion von Stickstoff in die Oberfläche von Stahl beinhaltet. Stickstoff bildet mit Elementen wie Aluminium, Chrom und Molybdän Nitride. Die Teile werden vor dem Nitrieren wärmebehandelt und angelassen. Die Teile werden dann gereinigt und in einem Ofen in einer Atmosphäre aus dissoziiertem Ammoniak (enthaltend N und H) für 10 bis 40 Stunden bei 500 bis 625 Grad Celsius (932 bis 1157 Fahrenheit) erhitzt. Stickstoff diffundiert in den Stahl und bildet Nitridlegierungen. Dieser dringt bis zu einer Tiefe von 0,65 mm ein. Das Gehäuse ist sehr hart und die Verzerrung gering. Da das Gehäuse dünn ist, wird ein Oberflächenschleifen nicht empfohlen und daher ist eine Nitrieroberflächenbehandlung möglicherweise keine Option für Oberflächen mit sehr glatten Endbearbeitungsanforderungen.

 

 

 

Die Carbonitrierungs-Oberflächenbehandlung und der Modifizierungsprozess eignen sich am besten für legierte Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt. Beim Carbonitrieren werden sowohl Kohlenstoff als auch Stickstoff in die Oberfläche eindiffundiert. Die Teile werden in einer Atmosphäre aus Kohlenwasserstoff (wie Methan oder Propan) gemischt mit Ammoniak (NH3) erhitzt. Einfach ausgedrückt ist der Prozess eine Mischung aus Aufkohlen und Nitrieren. Die Carbonitrierungs-Oberflächenbehandlung wird bei Temperaturen von 760 - 870 Grad Celsius (1400 - 1598 Fahrenheit) durchgeführt. Anschließend wird sie in einer (sauerstofffreien) Erdgasatmosphäre abgeschreckt. Für hochpräzise Teile ist das Carbonitrieren aufgrund der inhärenten Verzüge nicht geeignet. Die erreichte Härte ist ähnlich wie beim Aufkohlen (60 - 65 RC), aber nicht so hoch wie beim Nitrieren (70 RC). Die Gehäusetiefe liegt zwischen 0,1 und 0,75 mm. Das Gehäuse ist reich an Nitriden sowie Martensit. Zur Verringerung der Sprödigkeit ist ein anschließendes Anlassen erforderlich.

 

 

 

Spezielle Oberflächenbehandlungs- und Modifizierungsverfahren befinden sich in einem frühen Entwicklungsstadium und ihre Wirksamkeit ist noch nicht bewiesen. Sie sind:

 

 

 

Kryobehandlung: Wird im Allgemeinen auf gehärtete Stähle angewendet, kühlt das Substrat langsam auf etwa -166 Grad Celsius (-300 Fahrenheit) ab, um die Dichte des Materials zu erhöhen und somit die Verschleißfestigkeit und Dimensionsstabilität zu erhöhen.

 

 

 

Vibrationsbehandlung: Diese zielen darauf ab, bei Wärmebehandlungen aufgebaute thermische Spannungen durch Vibrationen abzubauen und die Verschleißlebensdauer zu erhöhen.

 

 

 

Magnetische Behandlung: Diese zielen darauf ab, die Anordnung von Atomen in Materialien durch Magnetfelder zu verändern und hoffentlich die Lebensdauer zu verbessern.

 

 

 

Die Wirksamkeit dieser speziellen Oberflächenbehandlungs- und Modifizierungstechniken muss noch bewiesen werden. Auch diese drei oben genannten Techniken wirken sich neben Oberflächen auf das Schüttgut aus.