Trattamenti e modifiche superficiali

Le superfici coprono tutto. Il fascino e le funzioni che le superfici dei materiali ci forniscono sono della massima importanza. Therefore SURFACE TREATMENT and SURFACE MODIFICATION are among our everyday industrial operations. Il trattamento e la modifica della superficie migliorano le proprietà della superficie e possono essere eseguiti come operazione di finitura finale o prima di un'operazione di rivestimento o giunzione. I processi di trattamento e modifica della superficie (indicati anche come SURFACE ENGINEERING) , adattare le superfici di materiali e prodotti a:

 

 

 

- Controllo attrito e usura

 

- Migliora la resistenza alla corrosione

 

- Migliorare l'adesione dei rivestimenti successivi o delle parti unite

 

- Modificare le proprietà fisiche conducibilità, resistività, energia superficiale e riflessione

 

- Modificare le proprietà chimiche delle superfici introducendo gruppi funzionali

 

- Cambia dimensioni

 

- Modificare l'aspetto, ad es. colore, rugosità... ecc.

 

- Pulire e/o disinfettare le superfici

 

 

 

Utilizzando il trattamento e la modifica della superficie, è possibile migliorare le funzioni e la durata dei materiali. I nostri comuni metodi di trattamento e modifica delle superfici possono essere suddivisi in due categorie principali:

 

 

 

Trattamento e modifica delle superfici che ricoprono le superfici:

 

Rivestimenti organici: I rivestimenti organici applicano vernici, cementi, laminati, polveri fuse e lubrificanti sulle superfici dei materiali.

 

Rivestimenti inorganici: i nostri rivestimenti inorganici popolari sono galvanica, placcatura autocatalitica (placcature senza elettrolisi), rivestimenti di conversione, spray termici, immersione a caldo, riporto duro, fusione in forno, rivestimenti a film sottile come SiO2, SiN su metallo, vetro, ceramica, ecc. Il trattamento superficiale e le modifiche che coinvolgono i rivestimenti sono spiegati in dettaglio nel relativo sottomenu, per favoreclicca qui Rivestimenti funzionali / Rivestimenti decorativi / Film sottile / Film spesso

 

 

 

Trattamento e modifica delle superfici che alterano le superfici: qui in questa pagina ci concentreremo su questi. Non tutte le tecniche di trattamento e modifica delle superfici che descriviamo di seguito sono su scala micro o nanometrica, ma ne parleremo comunque brevemente poiché gli obiettivi e i metodi di base sono simili in misura significativa a quelli che si trovano sulla scala della microproduzione.

 

 

 

Tempra: tempra superficiale selettiva mediante laser, fiamma, induzione e fascio di elettroni.

 

 

 

Trattamenti ad alta energia: alcuni dei nostri trattamenti ad alta energia includono l'impianto di ioni, la smaltatura e la fusione laser e il trattamento con fasci di elettroni.

 

 

 

Trattamenti di diffusione sottile: i processi di diffusione sottile includono ferritico-nitrocarburazione, boronizzazione, altri processi di reazione ad alta temperatura come TiC, VC.

 

 

 

Trattamenti di diffusione pesante: i nostri processi di diffusione pesante includono la cementazione, la nitrurazione e la carbonitrurazione.

 

 

 

Trattamenti superficiali speciali: Trattamenti speciali come trattamenti criogenici, magnetici e sonici interessano sia le superfici che i materiali sfusi.

 

 

 

I processi di tempra selettiva possono essere effettuati mediante fiamma, induzione, fascio di elettroni, fascio laser. I substrati di grandi dimensioni vengono induriti in profondità utilizzando l'indurimento alla fiamma. La tempra a induzione invece viene utilizzata per le piccole parti. L'indurimento del laser e del fascio di elettroni a volte non si distingue da quelli nei riporti duri o nei trattamenti ad alta energia. Questi processi di trattamento superficiale e modifica sono applicabili solo agli acciai che hanno un contenuto di carbonio e leghe sufficiente per consentire l'indurimento da raffreddamento. Ghise, acciai al carbonio, acciai per utensili e acciai legati sono adatti per questo trattamento superficiale e metodo di modifica. Le dimensioni delle parti non vengono alterate in modo significativo da questi trattamenti superficiali di indurimento. La profondità di indurimento può variare da 250 micron all'intera profondità della sezione. Tuttavia, nel caso della sezione intera, la sezione deve essere sottile, inferiore a 25 mm (1 in), o piccola, poiché i processi di indurimento richiedono un rapido raffreddamento dei materiali, a volte entro un secondo. Questo è difficile da ottenere in pezzi di grandi dimensioni, e quindi in grandi sezioni, solo le superfici possono essere indurite. Come un popolare trattamento di superficie e processo di modifica, induriamo molle, lame di coltelli e lame chirurgiche tra molti altri prodotti.

 

 

 

I processi ad alta energia sono metodi di trattamento e modifica delle superfici relativamente nuovi. Le proprietà delle superfici vengono modificate senza modificare le dimensioni. I nostri popolari processi di trattamento delle superfici ad alta energia sono il trattamento con raggio di elettroni, l'impianto di ioni e il trattamento con raggio laser.

 

 

 

Trattamento del fascio di elettroni: il trattamento della superficie del fascio di elettroni altera le proprietà della superficie mediante riscaldamento e raffreddamento rapidi, nell'ordine di 10Exp6 gradi centigradi/sec (10exp6 Fahrenheit/sec) in una regione molto superficiale a circa 100 micron vicino alla superficie del materiale. Il trattamento a fascio di elettroni può essere utilizzato anche nel riporto duro per produrre leghe superficiali.

 

 

 

Impianto ionico: questo metodo di trattamento e modifica della superficie utilizza un fascio di elettroni o plasma per convertire atomi di gas in ioni con energia sufficiente e impiantare/inserire gli ioni nel reticolo atomico del substrato, accelerato da bobine magnetiche in una camera a vuoto. Il vuoto consente agli ioni di muoversi liberamente nella camera. La mancata corrispondenza tra gli ioni impiantati e la superficie del metallo crea difetti atomici che induriscono la superficie.

 

 

 

Trattamento del raggio laser: come il trattamento e la modifica della superficie del raggio di elettroni, il trattamento del raggio laser altera le proprietà della superficie mediante riscaldamento rapido e raffreddamento rapido in una regione molto superficiale vicino alla superficie. Questo metodo di trattamento e modifica della superficie può essere utilizzato anche nel riporto duro per produrre leghe di superficie.

 

 

 

Un know-how nei dosaggi implantari e nei parametri di trattamento ci consente di utilizzare queste tecniche di trattamento superficiale ad alta energia nei nostri impianti di fabbricazione.

 

 

 

Trattamenti di superficie a diffusione sottile:

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La nitrocarburazione ferritica è un processo di cementazione che diffonde azoto e carbonio nei metalli ferrosi a temperature subcritiche. La temperatura di lavorazione è solitamente a 565 gradi centigradi (1049 Fahrenheit). A questa temperatura gli acciai e le altre leghe ferrose si trovano ancora in una fase ferritica, vantaggiosa rispetto ad altri processi di cementazione che avvengono nella fase austenitica. Il processo viene utilizzato per migliorare:

 

•resistenza allo sfregamento

 

•proprietà di fatica

 

•resistenza alla corrosione

 

Durante il processo di indurimento si verificano pochissime deformazioni di forma grazie alle basse temperature di lavorazione.

 

 

 

La boronizzazione è il processo in cui il boro viene introdotto in un metallo o una lega. È un processo di indurimento e modifica della superficie mediante il quale gli atomi di boro vengono diffusi sulla superficie di un componente metallico. Di conseguenza la superficie contiene boruri metallici, come boruri di ferro e boruri di nichel. Allo stato puro questi boruri hanno una durezza e una resistenza all'usura estremamente elevate. Le parti metalliche boronizzate sono estremamente resistenti all'usura e spesso dureranno fino a cinque volte di più rispetto ai componenti trattati con trattamenti termici convenzionali come tempra, cementazione, nitrurazione, nitrocarburazione o tempra a induzione.

 

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Trattamento e modifica della superficie a diffusione pesante: se il contenuto di carbonio è basso (ad esempio meno dello 0,25%), è possibile aumentare il contenuto di carbonio della superficie per l'indurimento. La parte può essere trattata termicamente mediante tempra in un liquido o raffreddata in aria ferma a seconda delle proprietà desiderate. Questo metodo consentirà solo un indurimento locale sulla superficie, ma non nel nucleo. Questo a volte è molto desiderabile perché consente una superficie dura con buone proprietà di usura come negli ingranaggi, ma ha un nucleo interno resistente che funzionerà bene sotto carico d'urto.

 

 

 

In una delle tecniche di trattamento e modifica della superficie, vale a dire la carburazione, aggiungiamo carbonio alla superficie. Esponiamo la parte ad un'atmosfera ricca di carbonio ad una temperatura elevata e permettiamo alla diffusione di trasferire gli atomi di carbonio nell'acciaio. La diffusione avverrà solo se l'acciaio ha un basso contenuto di carbonio, perché la diffusione funziona sul principio del differenziale delle concentrazioni.

 

 

 

Carburazione del pacco: le parti vengono imballate in un mezzo ad alto tenore di carbonio come polvere di carbonio e riscaldate in una fornace per 12-72 ore a 900 gradi centigradi (1652 Fahrenheit). A queste temperature viene prodotto gas CO che è un forte agente riducente. La reazione di riduzione avviene sulla superficie dell'acciaio rilasciando carbonio. Il carbonio viene poi diffuso in superficie grazie all'elevata temperatura. Il carbonio sulla superficie è compreso tra lo 0,7% e l'1,2% a seconda delle condizioni di processo. La durezza raggiunta è di 60 - 65 RC. La profondità della cassa carburata varia da circa 0,1 mm fino a 1,5 mm. La cementazione a pacco richiede un buon controllo dell'uniformità della temperatura e della costanza nel riscaldamento.

 

 

 

Carburazione a gas: in questa variante di trattamento superficiale, il monossido di carbonio (CO) viene fornito gas a un forno riscaldato e la reazione di riduzione della deposizione di carbonio avviene sulla superficie delle parti. Questo processo risolve la maggior parte dei problemi di carburazione del pacco. Una preoccupazione, tuttavia, è il contenimento sicuro del gas CO.

 

 

 

Carburazione liquida: le parti in acciaio sono immerse in un bagno ricco di carbonio fuso.

 

 

 

La nitrurazione è un trattamento superficiale e un processo di modifica che comporta la diffusione dell'azoto sulla superficie dell'acciaio. L'azoto forma nitruri con elementi come alluminio, cromo e molibdeno. Le parti sono trattate termicamente e temperate prima della nitrurazione. Le parti vengono quindi pulite e riscaldate in un forno in un'atmosfera di ammoniaca dissociata (contenente N e H) per 10-40 ore a 500-625 gradi centigradi (932 - 1157 Fahrenheit). L'azoto si diffonde nell'acciaio e forma leghe di nitruro. Questo penetra fino a una profondità di 0,65 mm. Il case è molto duro e la distorsione è bassa. Poiché la cassa è sottile, la levigatura superficiale non è consigliata e quindi il trattamento superficiale di nitrurazione potrebbe non essere un'opzione per superfici con requisiti di finitura molto lisci.

 

 

 

Il trattamento superficiale di carbonitrurazione e il processo di modifica sono più adatti per gli acciai legati a basso tenore di carbonio. Nel processo di carbonitrurazione, sia il carbonio che l'azoto vengono diffusi in superficie. Le parti vengono riscaldate in un'atmosfera di idrocarburo (come metano o propano) miscelato con ammoniaca (NH3). In poche parole, il processo è un mix di carburazione e nitrurazione. Il trattamento superficiale di carbonitrurazione viene eseguito a temperature di 760 - 870 gradi centigradi (1400 - 1598 Fahrenheit), quindi viene spento in un'atmosfera di gas naturale (senza ossigeno). Il processo di carbonitrurazione non è adatto per parti di alta precisione a causa delle distorsioni intrinseche. La durezza raggiunta è simile alla cementazione (60 - 65 RC) ma non così alta come la nitrurazione (70 RC). La profondità della cassa è compresa tra 0,1 e 0,75 mm. La cassa è ricca di Nitruri e di Martensite. È necessario un successivo rinvenimento per ridurre la fragilità.

 

 

 

Speciali trattamenti superficiali e processi di modifica sono nelle prime fasi di sviluppo e la loro efficacia non è ancora stata dimostrata. Sono:

 

 

 

Trattamento criogenico: generalmente applicato su acciai temprati, raffreddare lentamente il substrato a circa -166 gradi centigradi (-300 Fahrenheit) per aumentare la densità del materiale e quindi aumentare la resistenza all'usura e la stabilità dimensionale.

 

 

 

Trattamento delle vibrazioni: intendono alleviare lo stress termico accumulato nei trattamenti termici attraverso le vibrazioni e aumentare la durata dell'usura.

 

 

 

Trattamento magnetico: intendono alterare l'allineamento degli atomi nei materiali attraverso i campi magnetici e, si spera, migliorare la durata dell'usura.

 

 

 

L'efficacia di queste speciali tecniche di trattamento e modifica delle superfici deve ancora essere provata. Anche queste tre tecniche sopra influiscono sul materiale sfuso oltre alle superfici.