Pintakäsittelyt ja muokkaukset

Pinnat peittävät kaiken. Materiaalipintojen viehätys ja toiminnot ovat meille äärimmäisen tärkeitä. Therefore SURFACE TREATMENT and SURFACE MODIFICATION are among our everyday industrial operations. Pintakäsittely ja modifiointi parantavat pinnan ominaisuuksia, ja ne voidaan suorittaa joko lopullisena viimeistelynä tai ennen päällystystä tai liittämistä. Pintakäsittely- ja muokkausprosessit (kutsutaan myös nimellä PINNATUNNITELU) , räätälöidä materiaalien ja tuotteiden pinnat:

 

 

 

- Hallitse kitkaa ja kulumista

 

- Parantaa korroosionkestävyyttä

 

- Parantaa myöhempien pinnoitteiden tai liitettyjen osien tarttuvuutta

 

- Muuttaa fysikaalisia ominaisuuksia johtavuutta, ominaisvastusta, pintaenergiaa ja heijastusta

 

- Muuttaa pintojen kemiallisia ominaisuuksia ottamalla käyttöön funktionaalisia ryhmiä

 

- Muuta mittoja

 

- Muuta ulkonäköä, esim. väriä, karheutta jne.

 

- Puhdista ja/tai desinfioi pinnat

 

 

 

Pintakäsittelyn ja modifioinnin avulla materiaalien toimintoja ja käyttöikää voidaan parantaa. Yleiset pintakäsittely- ja muokkausmenetelmämme voidaan jakaa kahteen pääluokkaan:

 

 

 

Pintakäsittely ja pinnat kattavat muutokset:

 

Orgaaniset pinnoitteet: Orgaaniset pinnoitteet levittävät maaleja, sementtejä, laminaatteja, sulatettuja jauheita ja voiteluaineita materiaalien pinnoille.

 

Epäorgaaniset pinnoitteet: Suosittuja epäorgaanisia pinnoitteitamme ovat galvanointi, autokatalyyttinen pinnoitus (sähköttömät pinnoitteet), muunnospinnoitteet, lämpösuihkeet, kuumakasto, kovapinnoitus, uunisulatus, ohutkalvopinnoitteet, kuten SiO2, SiN metallille, lasille, keramiikalle jne. Pintakäsittelyä ja pinnoitteita sisältäviä muokkauksia selitetään yksityiskohtaisesti vastaavassa alavalikossa, kiitosklikkaa tästä Funktionaaliset pinnoitteet / Koristepinnoitteet / Ohutkalvo / Paksukalvo

 

 

 

Pintakäsittely ja pintoja muuttava modifiointi: Tällä sivulla keskitymme näihin. Kaikki alla kuvailemamme pintakäsittely- ja muunnostekniikat eivät ole mikro- tai nanomittakaavaisia, mutta mainitaan niistä kuitenkin lyhyesti, koska perustavoitteet ja -menetelmät ovat olennaisesti samanlaisia kuin mikrovalmistusmittakaavassa.

 

 

 

Kovetus: Selektiivinen pintakarkaisu laserilla, liekillä, induktiolla ja elektronisuihkulla.

 

 

 

Korkean energian hoidot: Jotkut korkean energian hoidoistamme sisältävät ioni-istutuksen, laserlasituksen ja -fuusion sekä elektronisädekäsittelyn.

 

 

 

Ohut diffuusiokäsittelyt: Ohuet diffuusioprosessit sisältävät ferriittisen nitrohiiletyksen, boronisoinnin ja muut korkean lämpötilan reaktioprosessit, kuten TiC, VC.

 

 

 

Voimakkaat diffuusiokäsittelyt: Raskaisiin diffuusioprosesseihimme kuuluvat hiiletys, nitridointi ja hiiletys.

 

 

 

Erikoispintakäsittelyt: Erikoiskäsittelyt, kuten kryogeeniset, magneettiset ja äänikäsittelyt, vaikuttavat sekä pintoihin että bulkkimateriaaleihin.

 

 

 

Selektiiviset kovetusprosessit voidaan suorittaa liekillä, induktiolla, elektronisäteellä tai lasersäteellä. Suuret alustat syväkarkaistaan liekkikarkaisulla. Induktiokarkaisua sitä vastoin käytetään pienille osille. Laser- ja elektronisuihkukarkaisua ei toisinaan eroteta pinnoitteissa tai korkean energian käsittelyissä olevista. Näitä pintakäsittely- ja modifiointiprosesseja voidaan soveltaa vain teräksiin, joissa on riittävä hiili- ja seosainepitoisuus karkaisukarkaisun mahdollistamiseksi. Valuraudat, hiiliteräkset, työkaluteräkset ja seosteräkset sopivat tähän pintakäsittely- ja muokkausmenetelmään. Nämä kovettuvat pintakäsittelyt eivät muuta osien mittoja merkittävästi. Kovettumissyvyys voi vaihdella 250 mikronista koko leikkaussyvyyteen. Kuitenkin koko profiilin tapauksessa osan tulee olla ohut, alle 25 mm (1 tuuma) tai pieni, koska karkaisuprosessit vaativat materiaalien nopean jäähdytyksen, joskus sekunnissa. Tämä on vaikea saavuttaa suurissa työkappaleissa, ja siksi suurissa osissa vain pinnat voidaan karkaista. Suosittuna pintakäsittely- ja muokkausprosessina kovetamme jousia, veitsen teriä ja kirurgisia teriä monien muiden tuotteiden joukossa.

 

 

 

Korkean energian prosessit ovat suhteellisen uusia pintakäsittely- ja modifiointimenetelmiä. Pintojen ominaisuudet muuttuvat mittoja muuttamatta. Suosittuja korkean energian pintakäsittelyprosessejamme ovat elektronisuihkukäsittely, ioni-istutus ja lasersädekäsittely.

 

 

 

Elektronisuihkukäsittely: Elektronisuihkupintakäsittely muuttaa pinnan ominaisuuksia nopealla kuumennuksella ja nopealla jäähdytyksellä – luokkaa 10Exp6 Celsius-astetta/s (10exp6 Fahrenheit/s) erittäin matalalla alueella noin 100 mikronia lähellä materiaalin pintaa. Elektronisuihkukäsittelyä voidaan käyttää myös kovetuksessa pintaseosten valmistukseen.

 

 

 

Ioni-istutus: Tämä pintakäsittely- ja muokkausmenetelmä käyttää elektronisuihkua tai plasmaa muuttamaan kaasuatomit ioneiksi, joilla on riittävä energia, ja istuttamaan/lisäämään ionit substraatin atomihilaan tyhjiökammiossa olevien magneettikäämien kiihdytettynä. Tyhjiö helpottaa ionien vapaata liikkumista kammiossa. Implantoitujen ionien ja metallin pinnan välinen epäsuhta aiheuttaa atomivirheitä, jotka kovettavat pintaa.

 

 

 

Lasersädekäsittely: Kuten elektronisäteen pintakäsittely ja modifiointi, lasersädekäsittely muuttaa pinnan ominaisuuksia nopealla lämmityksellä ja jäähdytyksellä hyvin matalalla alueella lähellä pintaa. Tätä pintakäsittely- ja muokkausmenetelmää voidaan käyttää myös kovetuksessa pintaseosten valmistukseen.

 

 

 

Implanttien annostelu- ja käsittelyparametrejen osaaminen mahdollistaa näiden korkeaenergiaisten pintakäsittelytekniikoiden käytön tuotantolaitoksissamme.

 

 

 

Ohut diffuusiopintakäsittelyt:

​

Ferriittinen nitrohiiletys on kotelon karkaisuprosessi, joka diffundoi typpeä ja hiiltä rautamealleihin alikriittisissä lämpötiloissa. Käsittelylämpötila on yleensä 565 Celsius-astetta (1049 Fahrenheit). Tässä lämpötilassa teräkset ja muut rautaseokset ovat edelleen ferriittisessä faasissa, mikä on edullista verrattuna muihin austeniittisessa faasissa tapahtuviin kotelon karkaisuprosesseihin. Prosessia käytetään parantamaan:

 

•hankauskestävyys

 

•väsymisominaisuudet

 

•korroosionkestävyys

 

Alhaisten käsittelylämpötilojen ansiosta kovettumisprosessin aikana esiintyy hyvin vähän muotovääristymiä.

 

 

 

Boronisointi on prosessi, jossa boori lisätään metalliin tai seokseen. Se on pinnan karkaisu- ja modifiointiprosessi, jolla booriatomit diffundoidaan metallikomponentin pintaan. Tämän seurauksena pinta sisältää metalliborideja, kuten rautaborideja ja nikkeliborideja. Puhtaassa tilassaan näillä borideilla on erittäin korkea kovuus ja kulutuskestävyys. Boronoidut metalliosat ovat erittäin kulutusta kestäviä ja kestävät usein jopa viisi kertaa pidempään kuin komponentit, jotka on käsitelty tavanomaisilla lämpökäsittelyillä, kuten karkaisulla, hiiletyksellä, nitrauksella, nitrohiilellä tai induktiokarkaisulla.

 

​

 

Raskas diffuusiopintakäsittely ja modifiointi: Jos hiilipitoisuus on alhainen (alle 0,25 % esim.), voimme lisätä pinnan hiilipitoisuutta kovettumista varten. Osa voidaan joko lämpökäsitellä jäähdyttämällä nesteessä tai jäähdyttää tyynessä ilmassa haluttujen ominaisuuksien mukaan. Tämä menetelmä sallii paikallisen kovettumisen vain pinnalla, mutta ei ytimessä. Tämä on joskus erittäin toivottavaa, koska se mahdollistaa kovan pinnan, jolla on hyvät kulutusominaisuudet, kuten hammaspyörissä, mutta siinä on sitkeä sisäydin, joka toimii hyvin iskukuormituksessa.

 

 

 

Yhdessä pintakäsittely- ja muokkaustekniikoissa, nimittäin hiiletyksessä, lisäämme pintaan hiiltä. Altistamme osan hiilipitoiselle ilmakehälle korotetussa lämpötilassa ja sallimme diffuusion siirtää hiiliatomit teräkseen. Diffuusio tapahtuu vain, jos teräksen hiilipitoisuus on alhainen, koska diffuusio toimii pitoisuuksien eroperiaatteella.

 

 

 

Pakkauksen hiiletys: Osat pakataan hiilipitoiseen väliaineeseen, kuten hiilijauheeseen, ja niitä kuumennetaan uunissa 12–72 tuntia 900 asteen (1652 Fahrenheitin) lämpötilassa. Näissä lämpötiloissa muodostuu CO-kaasua, joka on vahva pelkistävä aine. Pelkistysreaktio tapahtuu teräksen pinnalla vapauttaen hiiltä. Hiili leviää sitten pintaan korkean lämpötilan ansiosta. Pinnan hiiltä on 0,7–1,2 % prosessiolosuhteista riippuen. Saavutettu kovuus on 60 - 65 RC. Hiiltyneen kotelon syvyys vaihtelee noin 0,1 mm - 1,5 mm. Pakkauksen hiiletys vaatii hyvää lämpötilan tasaisuuden ja lämmityksen johdonmukaisuuden hallintaa.

 

 

 

Kaasuhiiletys: Tässä pintakäsittelyversiossa hiilimonoksidi (CO) -kaasua syötetään lämmitettyyn uuniin ja hiilen laskeuman pelkistysreaktio tapahtuu osien pinnalla. Tämä prosessi ratkaisee suurimman osan pakkauksen hiilettämiseen liittyvistä ongelmista. Yksi huolenaihe on kuitenkin CO-kaasun turvallinen eristäminen.

 

 

 

Nestehiiletys: Teräsosat upotetaan sulaan hiilipitoiseen kylpyyn.

 

 

 

Nitraus on pintakäsittely- ja modifiointiprosessi, jossa typen diffuusio teräksen pintaan. Typpi muodostaa nitridejä elementtien, kuten alumiinin, kromin ja molybdeenin, kanssa. Osat on lämpökäsitelty ja karkaistu ennen nitrausta. Sen jälkeen osat puhdistetaan ja kuumennetaan uunissa dissosioituneen ammoniakin (sisältää N ja H) ilmakehässä 10-40 tuntia 500-625 Celsius-asteessa (932-1157 Fahrenheit). Typpi diffundoituu teräkseen ja muodostaa nitridiseoksia. Tämä tunkeutuu jopa 0,65 mm:n syvyyteen. Kotelo on erittäin kova ja vääristymät vähäiset. Koska kotelo on ohut, pintahiontaa ei suositella, joten nitrauspintakäsittely ei välttämättä ole vaihtoehto pinnoille, joilla on erittäin tasainen viimeistelyvaatimus.

 

 

 

Hiiletyspintakäsittely- ja modifiointiprosessi soveltuu parhaiten vähähiiliselle seosteräkselle. Hiilenpoistoprosessissa sekä hiiltä että typpeä levitetään pintaan. Osat kuumennetaan hiilivedyn (kuten metaani tai propaani) ilmakehässä, johon on sekoitettu ammoniakkia (NH3). Yksinkertaisesti sanottuna prosessi on sekoitus hiiletystä ja typpitystä. Hiiletyspintakäsittely suoritetaan 760 - 870 Celsius-asteen (1400 - 1598 Fahrenheit) lämpötiloissa. Sitten se sammutetaan maakaasuatmosfäärissä (happivapaassa). Hiilitriding-prosessi ei sovellu erittäin tarkkoihin osiin luontaisten vääristymien vuoksi. Saavutettu kovuus on samanlainen kuin hiiletys (60 - 65 RC), mutta ei niin korkea kuin nitraus (70 RC). Kotelon syvyys on 0,1-0,75 mm. Kotelossa on runsaasti nitridejä sekä martensiittia. Myöhempi karkaisu on tarpeen haurauden vähentämiseksi.

 

 

 

Erityiset pintakäsittely- ja modifiointiprosessit ovat kehitysvaiheessa ja niiden tehokkuutta ei ole vielä todistettu. He ovat:

 

 

 

Kryogeeninen käsittely: Levitetään yleensä karkaistuille teräksille, jäähdytä alusta hitaasti noin -166 Celsius-asteeseen (-300 Fahrenheit) lisätäksesi materiaalin tiheyttä ja siten lisätäksesi kulutuskestävyyttä ja mittojen vakautta.

 

 

 

Tärinäkäsittely: Näiden tarkoituksena on lievittää lämpökäsittelyissä tärinän aiheuttamaa lämpörasitusta ja lisätä käyttöikää.

 

 

 

Magneettinen käsittely: Näiden tarkoituksena on muuttaa materiaalien atomien kokoonpanoa magneettikenttien kautta ja toivottavasti parantaa käyttöikää.

 

 

 

Näiden erityisten pintakäsittely- ja muokkaustekniikoiden tehokkuus on vielä todistamatta. Myös nämä kolme yllä olevaa tekniikkaa vaikuttavat pintojen lisäksi bulkkimateriaaliin.