Overflatebehandlinger og modifikasjoner

Overflater dekker alt. Appellen og funksjonene som materialoverflatene gir oss er av største betydning. Therefore SURFACE TREATMENT and SURFACE MODIFICATION are among our everyday industrial operations. Overflatebehandling og modifikasjon fører til forbedrede overflateegenskaper og kan utføres enten som en siste etterbehandlingsoperasjon eller før en belegnings- eller sammenføyningsoperasjon. Prosessene med overflatebehandlinger og modifikasjoner (også referert til som SURFACE ENGINEERING) , skreddersy overflatene til materialer og produkter for å:

 

 

 

- Kontroller friksjon og slitasje

 

- Forbedre korrosjonsbestandigheten

 

- Forbedre vedheft av etterfølgende belegg eller sammenføyde deler

 

- Endre fysiske egenskaper konduktivitet, resistivitet, overflateenergi og refleksjon

 

- Endre kjemiske egenskaper til overflater ved å introdusere funksjonelle grupper

 

- Endre dimensjoner

 

- Endre utseendet, f.eks. farge, ruhet osv.

 

- Rengjør og/eller desinfiser overflatene

 

 

 

Ved å bruke overflatebehandling og modifikasjoner kan funksjonene og levetiden til materialene forbedres. Våre vanlige overflatebehandlings- og modifikasjonsmetoder kan deles inn i to hovedkategorier:

 

 

 

Overflatebehandling og modifikasjon som dekker overflater:

 

Organiske belegg: De organiske beleggene påfører maling, sement, laminater, smeltet pulver og smøremidler på overflatene av materialer.

 

Uorganiske belegg: Våre populære uorganiske belegg er elektroplettering, autokatalytisk plettering (elektroløse belegg), konverteringsbelegg, termiske sprayer, varmdypping, hardfacing, smelteovn, tynnfilmbelegg som SiO2, SiN på metall, glass, keramikk, osv. Overflatebehandling og modifikasjoner som involverer belegg er forklart i detalj under den tilhørende undermenyenklikk her Functional Coatings / Dekorative Coatings / Tynnfilm / Tykkfilm

 

 

 

Overflatebehandling og modifikasjon som endrer overflater: Her på denne siden vil vi konsentrere oss om disse. Ikke alle overflatebehandlings- og modifikasjonsteknikkene vi beskriver nedenfor er på mikro- eller nanoskala, men vi vil likevel nevne dem kort siden de grunnleggende målene og metodene i betydelig grad ligner de som er på mikroproduksjonsskalaen.

 

 

 

Herding: Selektiv overflateherding med laser, flamme, induksjon og elektronstråle.

 

 

 

Høyenergibehandlinger: Noen av våre høyenergibehandlinger inkluderer ioneimplantasjon, laserglass og fusjon og elektronstrålebehandling.

 

 

 

Tynndiffusjonsbehandlinger: Tynndiffusjonsprosesser inkluderer ferritisk-nitrokarburering, boronisering, andre høytemperaturreaksjonsprosesser som TiC, VC.

 

 

 

Tung diffusjonsbehandlinger: Våre tunge diffusjonsprosesser inkluderer karburering, nitrering og karbonitrering.

 

 

 

Spesielle overflatebehandlinger: Spesielle behandlinger som kryogene, magnetiske og soniske behandlinger påvirker både overflatene og bulkmaterialene.

 

 

 

De selektive herdeprosessene kan utføres med flamme, induksjon, elektronstråle, laserstråle. Store underlag er dypherdet ved hjelp av flammeherding. Induksjonsherding brukes derimot til små deler. Laser- og elektronstråleherding skilles noen ganger ikke fra de i hardfacing eller høyenergibehandlinger. Disse overflatebehandlings- og modifikasjonsprosessene gjelder kun for stål som har tilstrekkelig innhold av karbon og legeringer til å tillate herding. Støpejern, karbonstål, verktøystål og legert stål er egnet for denne overflatebehandlingen og modifikasjonsmetoden. Dimensjoner på deler endres ikke vesentlig av disse herdende overflatebehandlingene. Herdedybden kan variere fra 250 mikron til hele seksjonsdybden. Men i hele seksjonen må seksjonen være tynn, mindre enn 25 mm (1 tommer), eller liten, siden herdeprosessene krever en rask avkjøling av materialer, noen ganger i løpet av et sekund. Dette er vanskelig å oppnå i store arbeidsstykker, og derfor er det i store seksjoner kun overflatene som kan herdes. Som en populær overflatebehandlings- og modifikasjonsprosess herder vi fjærer, knivblader og kirurgiske blader blant mange andre produkter.

 

 

 

Høyenergiprosesser er relativt nye overflatebehandlings- og modifikasjonsmetoder. Egenskaper til overflater endres uten å endre dimensjonene. Våre populære høyenergioverflatebehandlingsprosesser er elektronstrålebehandling, ioneimplantasjon og laserstrålebehandling.

 

 

 

Elektronstrålebehandling: Elektronstråleoverflatebehandling endrer overflateegenskapene ved rask oppvarming og rask avkjøling - i størrelsesorden 10Exp6 Celsius/sek (10exp6 Fahrenheit/sek) i et veldig grunt område rundt 100 mikron nær materialets overflate. Elektronstrålebehandling kan også brukes i hardfacing for å produsere overflatelegeringer.

 

 

 

Ioneimplantasjon: Denne overflatebehandlings- og modifikasjonsmetoden bruker elektronstråle eller plasma for å konvertere gassatomer til ioner med tilstrekkelig energi, og implantere/sette ionene inn i atomgitteret til substratet, akselerert av magnetiske spoler i et vakuumkammer. Vakuum gjør det lettere for ioner å bevege seg fritt i kammeret. Misforholdet mellom implanterte ioner og overflaten av metallet skaper atomdefekter som herder overflaten.

 

 

 

Laserstrålebehandling: I likhet med elektronstråleoverflatebehandling og modifikasjon, endrer laserstrålebehandling overflateegenskapene ved rask oppvarming og rask avkjøling i et veldig grunt område nær overflaten. Denne overflatebehandlings- og modifikasjonsmetoden kan også brukes i hardfacing for å produsere overflatelegeringer.

 

 

 

En kunnskap om implantatdoser og behandlingsparametere gjør det mulig for oss å bruke disse høyenergioverflatebehandlingsteknikkene i våre fabrikasjonsanlegg.

 

 

 

Tynndiffusjonsoverflatebehandlinger:

​

Ferritisk nitrokarburering er en herdeprosess som diffunderer nitrogen og karbon til jernholdige metaller ved underkritiske temperaturer. Behandlingstemperaturen er vanligvis på 565 Celsius (1049 Fahrenheit). Ved denne temperaturen er stål og andre jernlegeringer fortsatt i en ferritisk fase, noe som er fordelaktig sammenlignet med andre herdeprosesser som skjer i den austenittiske fasen. Prosessen brukes til å forbedre:

 

• motstand mot slitasje

 

•tretthetsegenskaper

 

•korrosjonsbestandighet

 

Svært liten formforvrengning oppstår under herdeprosessen takket være de lave bearbeidingstemperaturene.

 

 

 

Boronisering, er prosessen der bor introduseres til et metall eller en legering. Det er en overflateherding og modifikasjonsprosess der boratomer diffunderes inn i overflaten til en metallkomponent. Som et resultat inneholder overflaten metallborider, slik som jernborider og nikkelborider. I ren tilstand har disse boridene ekstremt høy hardhet og slitestyrke. Boroniserte metalldeler er ekstremt slitesterke og vil ofte vare opptil fem ganger lenger enn komponenter behandlet med konvensjonelle varmebehandlinger som herding, karburering, nitrering, nitrokarburering eller induksjonsherding.

 

​

 

Heavy Diffusjon Overflatebehandling og Modifikasjon: Hvis karboninnholdet er lavt (mindre enn 0,25 % for eksempel) kan vi øke karboninnholdet i overflaten for herding. Delen kan enten varmebehandles ved bråkjøling i væske eller avkjøles i stillestående luft avhengig av hvilke egenskaper som ønskes. Denne metoden vil kun tillate lokal herding på overflaten, men ikke i kjernen. Dette er noen ganger svært ønskelig fordi det gir mulighet for en hard overflate med gode sliteegenskaper som i tannhjul, men har en tøff indre kjerne som vil yte godt under støtbelastning.

 

 

 

I en av overflatebehandlings- og modifikasjonsteknikkene, nemlig Carburizing, tilfører vi karbon til overflaten. Vi utsetter delen for en karbonrik atmosfære ved forhøyet temperatur og lar diffusjon overføre karbonatomene til stålet. Diffusjon vil bare skje hvis stålet har lavt karboninnhold, fordi diffusjon fungerer på differensial av konsentrasjonsprinsippet.

 

 

 

Pakkekarburering: Deler pakkes i et medium med høyt karbonholdig karbon, for eksempel karbonpulver, og varmes opp i en ovn i 12 til 72 timer ved 900 Celsius (1652 Fahrenheit). Ved disse temperaturene produseres CO-gass som er et sterkt reduksjonsmiddel. Reduksjonsreaksjonen skjer på overflaten av stålet og frigjør karbon. Karbonet diffunderes deretter inn i overflaten takket være den høye temperaturen. Karbon på overflaten er 0,7 % til 1,2 % avhengig av prosessforhold. Hardheten som oppnås er 60 - 65 RC. Dybden på det karburerte huset varierer fra ca. 0,1 mm opp til 1,5 mm. Pakkekarburering krever god kontroll av temperaturensartethet og konsistens ved oppvarming.

 

 

 

Gass Karburering: I denne varianten av overflatebehandling tilføres karbonmonoksid (CO) gass til en oppvarmet ovn og reduksjonsreaksjonen av avsetning av karbon finner sted på overflaten av delene. Denne prosessen overvinner de fleste problemene med pakkeforkulling. En bekymring er imidlertid sikker inneslutning av CO-gassen.

 

 

 

Flytende karburering: Ståldelene er nedsenket i et smeltet karbonrikt bad.

 

 

 

Nitrering er en overflatebehandling og modifikasjonsprosess som involverer diffusjon av nitrogen til overflaten av stål. Nitrogen danner nitrider med elementer som aluminium, krom og molybden. Delene varmebehandles og tempereres før nitrering. Delene blir deretter renset og oppvarmet i en ovn i en atmosfære av dissosiert ammoniakk (som inneholder N og H) i 10 til 40 timer ved 500-625 Celsius (932 - 1157 Fahrenheit). Nitrogen diffunderer inn i stålet og danner nitridlegeringer. Denne trenger ned til en dybde på opptil 0,65 mm. Saken er veldig hard og forvrengningen er lav. Siden huset er tynt, anbefales ikke overflatesliping, og derfor kan det hende at nitreringsoverflatebehandling ikke er et alternativ for overflater med krav til veldig glatt etterbehandling.

 

 

 

Karbonitreringsoverflatebehandling og modifikasjonsprosess er mest egnet for lavkarbonlegerte stål. I karbonitreringsprosessen diffunderes både karbon og nitrogen inn i overflaten. Delene varmes opp i en atmosfære av et hydrokarbon (som metan eller propan) blandet med ammoniakk (NH3). Enkelt sagt er prosessen en blanding av karburering og nitrering. Karbonitreringsoverflatebehandling utføres ved temperaturer på 760 - 870 Celsius (1400 - 1598 Fahrenheit), Den bråkjøles deretter i en naturgass (oksygenfri) atmosfære. Karbonitreringsprosessen er ikke egnet for høypresisjonsdeler på grunn av forvrengningene som er iboende. Hardheten som oppnås ligner på karburering (60 - 65 RC), men ikke så høy som Nitrering (70 RC). Kassedybden er mellom 0,1 og 0,75 mm. Saken er rik på nitrider så vel som martensitt. Etterfølgende temperering er nødvendig for å redusere sprøhet.

 

 

 

Spesielle overflatebehandlings- og modifikasjonsprosesser er i de tidlige utviklingsstadiene og deres effektivitet er ennå ikke bevist. De er:

 

 

 

Kryogen behandling: Vanligvis påført på herdet stål, kjøl ned underlaget sakte til ca -166 Celsius (-300 Fahrenheit) for å øke tettheten til materialet og dermed øke slitestyrken og dimensjonsstabiliteten.

 

 

 

Vibrasjonsbehandling: Disse har til hensikt å avlaste termisk stress bygget opp i varmebehandlinger gjennom vibrasjoner og øke slitetiden.

 

 

 

Magnetisk behandling: Disse har til hensikt å endre oppstillingen av atomer i materialer gjennom magnetiske felt og forhåpentligvis forbedre slitetiden.

 

 

 

Effektiviteten til disse spesielle overflatebehandlings- og modifikasjonsteknikkene gjenstår fortsatt å bli bevist. Også disse tre teknikkene ovenfor påvirker bulkmaterialet ved siden av overflater.