表面処理と改質

表面はすべてをカバーします。素材の表面の魅力と機能は、私たちにとって最も重要です。 Therefore SURFACE TREATMENT and SURFACE MODIFICATION are among our everyday industrial operations.表面処理と改質により、表面特性が向上し、最終仕上げ作業として、またはコーティングまたは接合作業の前に実行できます。 、材料と製品の表面を次のように調整します。

 

 

 

- 摩擦と摩耗を制御

 

- 耐食性の向上

 

- 後続のコーティングまたは接合部品の接着を強化

 

- 導電率、抵抗率、表面エネルギー、反射の物理的特性を変更

 

- 官能基の導入による表面の化学的性質の変化

 

- 次元を変える

 

- 色、粗さなどの外観を変更します。

 

- 表面の洗浄および/または消毒

 

 

 

表面処理や改質により、素材の機能や寿命を向上させることができます。当社の一般的な表面処理および改質方法は、次の 2 つの主要なカテゴリに分けることができます。

 

 

 

表面を覆う表面処理と改質:

 

有機コーティング: 有機コーティングは、材料の表面に塗料、セメント、ラミネート、溶融粉末、および潤滑剤を塗布します。

 

無機コーティング: 当社の一般的な無機コーティングは、電気めっき、自己触媒めっき (無電解めっき)、化成コーティング、溶射、溶融めっき、表面硬化、炉融合、SiO2、金属上の SiN、ガラス、セラミックなどの薄膜コーティングです。コーティングを伴う表面処理・改質については、関連するサブメニューで詳しく説明しています。ここをクリック 機能性コーティング / 装飾コーティング / 薄膜 / 厚膜

 

 

 

表面を変化させる表面処理と改質: このページでは、これらに集中します。以下で説明する表面処理および改質技術のすべてがマイクロまたはナノスケールであるわけではありませんが、基本的な目的と方法はマイクロ製造スケールのものとかなり似ているため、簡単に説明します。

 

 

 

硬化: レーザー、火炎、誘導および電子ビームによる選択的な表面硬化。

 

 

 

高エネルギー治療: 当社の高エネルギー治療には、イオン注入、レーザーグレージング & フュージョン、電子ビーム治療などがあります。

 

 

 

薄層拡散処理: 薄層拡散プロセスには、フェライト軟窒化、ホウ素化、TiC、VC などの他の高温反応プロセスが含まれます。

 

 

 

重拡散処理： 当社の重拡散処理には、浸炭、窒化、浸炭窒化が含まれます。

 

 

 

特別な表面処理: 極低温、磁気、音波処理などの特別な処理は、表面とバルク材料の両方に影響を与えます。

 

 

 

選択的硬化プロセスは、火炎、誘導、電子ビーム、レーザービームによって実行できます。大型基板は、火炎硬化を使用して深く硬化されます。一方、高周波焼入れは小さな部品に使用されます。レーザーおよび電子ビーム硬化は、ハードフェーシングまたは高エネルギー処理のものと区別されない場合があります。これらの表面処理および改質プロセスは、焼入れ硬化を可能にするのに十分な炭素および合金含有量を持つ鋼にのみ適用されます。鋳鉄、炭素鋼、工具鋼、合金鋼は、この表面処理および修正方法に適しています。これらの硬化表面処理によって部品の寸法が大幅に変わることはありません。硬化の深さは、250 ミクロンからセクション全体の深さまでさまざまです。ただし、セクション全体の場合、硬化プロセスでは材料を急速に冷却する必要があるため、セクションは 25 mm (1 インチ) 未満、または小さくする必要があります。大きなワークピースではこれを達成することは困難であるため、大きなセクションでは表面のみを硬化できます。人気のある表面処理および修正プロセスとして、他の多くの製品の中でも、スプリング、ナイフの刃、手術用の刃を硬化させます。

 

 

 

高エネルギープロセスは、比較的新しい表面処理および改質方法です。寸法を変更せずにサーフェスのプロパティを変更します。当社で人気のある高エネルギー表面処理プロセスは、電子ビーム処理、イオン注入、レーザービーム処理です。

 

 

 

電子ビーム処理: 電子ビーム表面処理は、材料表面近くの約 100 ミクロンの非常に浅い領域で、10Exp6 摂氏/秒 (10exp6 華氏/秒) のオーダーで、急速な加熱と急速な冷却によって表面特性を変化させます。電子ビーム処理は、表面合金を生成するための硬化肉盛にも使用できます。

 

 

 

イオン注入: 電子ビームまたはプラズマを使用してガス原子を十分なエネルギーを持つイオンに変換し、真空チャンバー内の磁気コイルによって加速されたイオンを基板の原子格子に注入/挿入する表面処理および改質方法。真空により、イオンがチャンバー内で自由に移動しやすくなります。注入されたイオンと金属の表面との間の不一致は、表面を硬化させる原子欠陥を作成します。

 

 

 

レーザービーム処理: 電子ビーム表面処理および改質と同様に、レーザービーム処理は、表面近くの非常に浅い領域での急速加熱および急速冷却によって表面特性を変更します。この表面処理および改質方法は、表面合金を製造するための硬化肉盛にも使用できます。

 

 

 

インプラントの投与量と治療パラメーターのノウハウにより、これらの高エネルギー表面処理技術を製造工場で使用することが可能になります。

 

 

 

薄い拡散表面処理:

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フェライト系軟窒化は、亜臨界温度で窒素と炭素を鉄金属に拡散させる表面硬化プロセスです。処理温度は通常 565 摂氏 (1049 華氏) です。この温度では、鋼やその他の鉄合金はまだフェライト相にあり、オーステナイト相で発生する他の表面硬化プロセスと比較して有利です。このプロセスは、以下を改善するために使用されます。

 

•耐スカッフィング性

 

•疲労特性

 

•耐食性

 

加工温度が低いため、硬化工程での形状歪みがほとんどありません。

 

 

 

ホウ素化は、金属または合金にホウ素を導入するプロセスです。これは、金属部品の表面にホウ素原子を拡散させる表面硬化および改質プロセスです。その結果、表面にはホウ化鉄やホウ化ニッケルなどの金属ホウ化物が含まれます。純粋な状態では、これらのホウ化物は非常に高い硬度と耐摩耗性を備えています。ホウ素処理された金属部品は非常に耐摩耗性が高く、多くの場合、硬化、浸炭、窒化、軟窒化、高周波焼入れなどの従来の熱処理で処理された部品よりも最大 5 倍長持ちします。

 

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重拡散表面処理と改質: 炭素含有量が低い場合 (たとえば 0.25% 未満)、硬化のために表面の炭素含有量を増やすことができます。部品は、必要な特性に応じて、液体中で急冷することによって熱処理するか、静止空気中で冷却することができます。この方法では、表面の局所硬化のみが可能で、コアでは硬化できません。これは、ギアのように優れた摩耗特性を備えた硬い表面を可能にするため、非常に望ましい場合がありますが、衝撃荷重下で良好に機能する頑丈な内部コアを備えています。

 

 

 

表面処理および改質技術の 1 つである浸炭では、表面に炭素を追加します。部品を高温で炭素が豊富な雰囲気にさらし、拡散により炭素原子を鋼に移動させます。拡散は濃度の微分原理に基づいて機能するため、鋼の炭素含有量が低い場合にのみ拡散が起こります。

 

 

 

パック浸炭: 部品は炭素粉末などの高炭素媒体に詰められ、摂氏 900 度 (華氏 1652 度) で 12 時間から 72 時間、炉内で加熱されます。これらの温度では、強力な還元剤である CO ガスが生成されます。鋼の表面で還元反応が起こり、炭素を放出します。炭素は、高温のおかげで表面に拡散します。表面の炭素は、プロセス条件に応じて 0.7% ～ 1.2% です。達成される硬度は 60 - 65 RC です。浸炭層の深さは、約 0.1 mm から 1.5 mm までの範囲です。パック浸炭では、温度の均一性と加熱の一貫性を適切に制御する必要があります。

 

 

 

ガス浸炭: この表面処理では、一酸化炭素 (CO) ガスが加熱された炉に供給され、部品の表面で炭素の堆積の還元反応が起こります。このプロセスは、パック浸炭の問題のほとんどを克服します。ただし、懸念事項の 1 つは、CO ガスの安全な封じ込めです。

 

 

 

液体浸炭: 鋼の部品は溶融炭素豊富な浴に浸漬されます。

 

 

 

窒化は、鋼の表面への窒素の拡散を伴う表面処理および改質プロセスです。窒素は、アルミニウム、クロム、モリブデンなどの元素と窒化物を形成します。部品は、窒化前に熱処理および焼戻しされます。次に部品を洗浄し、解離したアンモニア (N と H を含む) の雰囲気中の炉で 500 ～ 625 摂氏 (932 ～ 1157 華氏) で 10 ～ 40 時間加熱します。窒素は鋼中に拡散し、窒化合金を形成します。これは、最大 0.65 mm の深さまで浸透します。ケースは非常に硬く歪みも少ないです。ケースが薄いため、表面研磨はお勧めできません。したがって、非常に滑らかな仕上げが必要な表面には、窒化表面処理を選択できない場合があります。

 

 

 

浸炭窒化表面処理および改質プロセスは、低炭素合金鋼に最適です。浸炭窒化プロセスでは、炭素と窒素の両方が表面に拡散します。部品は、アンモニア (NH3) と混合された炭化水素 (メタンやプロパンなど) の雰囲気で加熱されます。簡単に言えば、プロセスは浸炭と窒化の混合です。浸炭窒化表面処理は、摂氏 760 ～ 870 度 (華氏 1400 ～ 1598 度) の温度で行われ、その後、天然ガス (無酸素) 雰囲気で急冷されます。浸炭窒化プロセスは、固有の歪みがあるため、高精度部品には適していません。達成される硬度は、浸炭 (60 ～ 65 RC) に似ていますが、窒化 (70 RC) ほど高くはありません。ケースの深さは 0.1 ～ 0.75 mm です。ケースは、窒化物とマルテンサイトが豊富です。脆さを軽減するために、その後の焼き戻しが必要です。

 

 

 

特殊な表面処理および改質プロセスは開発の初期段階にあり、その有効性はまだ証明されていません。彼らです：

 

 

 

極低温処理: 通常、硬化鋼に適用され、基材を摂氏約-166度 (華氏-300度) までゆっくりと冷却して、材料の密度を高め、耐摩耗性と寸法安定性を高めます。

 

 

 

振動処理：熱処理で蓄積された熱応力を振動により緩和し、摩耗寿命を延ばすことを目的としています。

 

 

 

磁気処理: これらは、磁場によって材料内の原子の配列を変更し、できれば摩耗寿命を改善することを目的としています。

 

 

 

これらの特殊な表面処理および改質技術の有効性は、まだ証明されていません。また、上記の 3 つの手法は、サーフェス以外のバルク マテリアルにも影響します。