Povrchové úpravy a úpravy

Povrchy pokrývajú všetko. Príťažlivosť a funkcie, ktoré nám povrchy materiálov poskytujú, sú nanajvýš dôležité. Therefore SURFACE TREATMENT and SURFACE MODIFICATION are among our everyday industrial operations. Povrchová úprava a úprava vedie k zlepšeniu povrchových vlastností a môže byť vykonaná buď ako konečná konečná úprava alebo pred operáciou nanášania alebo spájania. Procesy povrchových úprav a úprav (tiež označované ako SURFACE ENGINEERING) , prispôsobiť povrchy materiálov a produktov tak, aby:

 

 

 

- Ovládajte trenie a opotrebovanie

 

- Zlepšiť odolnosť proti korózii

 

- Zvyšuje priľnavosť následných náterov alebo spájaných dielov

 

- Zmena fyzikálnych vlastností vodivosť, rezistivita, povrchová energia a odraz

 

- Zmeniť chemické vlastnosti povrchov zavedením funkčných skupín

 

- Zmeňte rozmery

 

- Zmeňte vzhľad, napr. farbu, drsnosť atď.

 

- Očistite a/alebo dezinfikujte povrchy

 

 

 

Pomocou povrchovej úpravy a úpravy možno zlepšiť funkcie a životnosť materiálov. Naše bežné metódy povrchovej úpravy a úpravy možno rozdeliť do dvoch hlavných kategórií:

 

 

 

Povrchová úprava a úprava, ktorá pokrýva povrchy:

 

Organické nátery: Organické nátery nanášajú farby, cementy, lamináty, tavené prášky a mazivá na povrchy materiálov.

 

Anorganické povlaky: Naše obľúbené anorganické povlaky sú galvanické pokovovanie, autokatalytické pokovovanie (bezelektrické pokovovanie), konverzné povlaky, tepelné nástreky, ponorenie za horúca, tvrdé naváranie, tavenie v peci, povlaky tenkých vrstiev ako SiO2, SiN na kov, sklo, keramiku atď. Povrchové úpravy a úpravy zahŕňajúce nátery sú podrobne vysvetlené v príslušnom podmenukliknite sem Functional Coatings / Dekoratívne nátery / Tenký film / Hrubý film

 

 

 

Povrchová úprava a úprava, ktorá mení povrchy: Tu na tejto stránke sa zameriame na tieto. Nie všetky techniky povrchovej úpravy a modifikácie, ktoré popisujeme nižšie, sú v mikro alebo nanoúrovni, ale napriek tomu sa o nich v krátkosti zmienime, pretože základné ciele a metódy sú do značnej miery podobné tým, ktoré sú na mikrovýrobnej škále.

 

 

 

Kalenie: Selektívne kalenie povrchu laserom, plameňom, indukciou a elektrónovým lúčom.

 

 

 

Vysokoenergetické ošetrenia: Niektoré z našich vysokoenergetických ošetrení zahŕňajú iónovú implantáciu, laserové zasklenie a fúziu a ošetrenie elektrónovým lúčom.

 

 

 

Ošetrenie tenkou difúziou: Procesy tenkej difúzie zahŕňajú feriticko-nitrokarburizáciu, boronizáciu a iné vysokoteplotné reakčné procesy, ako je TiC, VC.

 

 

 

Ťažké difúzne úpravy: Naše ťažké difúzne procesy zahŕňajú karburizáciu, nitridáciu a karbonitridáciu.

 

 

 

Špeciálne povrchové úpravy: Špeciálne úpravy ako kryogénne, magnetické a sonické úpravy ovplyvňujú povrchy aj sypké materiály.

 

 

 

Procesy selektívneho kalenia sa môžu uskutočňovať plameňom, indukciou, elektrónovým lúčom, laserovým lúčom. Veľké podklady sa hlboko vytvrdzujú pomocou vytvrdzovania plameňom. Indukčné kalenie sa na druhej strane používa pre malé diely. Vytvrdzovanie laserom a elektrónovým lúčom sa niekedy nelíši od vytvrdzovania tvrdých návarov alebo vysokoenergetických úprav. Tieto procesy povrchovej úpravy a modifikácie sú použiteľné len pre ocele, ktoré majú dostatočný obsah uhlíka a zliatin, aby umožnili kalenie. Pre tento spôsob povrchovej úpravy a úpravy sú vhodné liatiny, uhlíkové ocele, nástrojové ocele a legované ocele. Rozmery dielov sa týmito kaliacimi povrchovými úpravami výrazne nemenia. Hĺbka kalenia sa môže meniť od 250 mikrónov po celú hĺbku rezu. Avšak v prípade celého prierezu musí byť prierez tenký, menší ako 25 mm (1 palec), alebo malý, pretože procesy vytvrdzovania vyžadujú rýchle ochladenie materiálov, niekedy v priebehu sekundy. To je ťažké dosiahnuť pri veľkých obrobkoch, a preto je možné pri veľkých úsekoch kaliť iba povrchy. Ako populárny proces povrchovej úpravy a úpravy okrem mnohých iných produktov kalíme pružiny, čepele nožov a chirurgické čepele.

 

 

 

Vysokoenergetické procesy sú relatívne nové metódy povrchovej úpravy a modifikácie. Vlastnosti povrchov sa menia bez zmeny rozmerov. Naše obľúbené vysokoenergetické procesy povrchovej úpravy sú ošetrenie elektrónovým lúčom, iónová implantácia a ošetrenie laserovým lúčom.

 

 

 

Ošetrenie elektrónovým lúčom: Povrchová úprava elektrónovým lúčom mení vlastnosti povrchu rýchlym ohrevom a rýchlym ochladením – rádovo 10exp6 Celzia/s (10exp6 Fahrenheit/s) vo veľmi plytkej oblasti okolo 100 mikrónov blízko povrchu materiálu. Spracovanie elektrónovým lúčom sa môže použiť aj pri tvrdonávaroch na výrobu povrchových zliatin.

 

 

 

Iónová implantácia: Táto metóda povrchovej úpravy a modifikácie využíva elektrónový lúč alebo plazmu na premenu atómov plynu na ióny s dostatočnou energiou a implantáciu/vloženie iónov do atómovej mriežky substrátu, urýchlenú magnetickými cievkami vo vákuovej komore. Vákuum uľahčuje voľný pohyb iónov v komore. Nesúlad medzi implantovanými iónmi a povrchom kovu vytvára atómové defekty, ktoré vytvrdzujú povrch.

 

 

 

Ošetrenie laserovým lúčom: Rovnako ako povrchová úprava a úprava elektrónovým lúčom, aj úprava laserovým lúčom mení vlastnosti povrchu rýchlym ohrevom a rýchlym ochladením vo veľmi plytkej oblasti blízko povrchu. Túto metódu povrchovej úpravy a úpravy možno použiť aj pri naváraní na výrobu povrchových zliatin.

 

 

 

Know-how v oblasti dávkovania implantátov a parametrov ošetrenia nám umožňuje používať tieto vysokoenergetické techniky povrchovej úpravy v našich výrobných závodoch.

 

 

 

Tenké difúzne povrchové úpravy:

​

Feritické nitrokarburizácia je proces kalenia, ktorý difunduje dusík a uhlík do železných kovov pri podkritických teplotách. Teplota spracovania je zvyčajne 565 stupňov Celzia (1049 stupňov Fahrenheita). Pri tejto teplote sú ocele a iné zliatiny železa stále vo feritickej fáze, čo je výhodné v porovnaní s inými procesmi cementovania, ktoré sa vyskytujú v austenitickej fáze. Proces sa používa na zlepšenie:

 

•odolnosť proti odieraniu

 

•únavové vlastnosti

 

•odolnosť proti korózii

 

Počas procesu kalenia dochádza k veľmi malému skresleniu tvaru vďaka nízkym teplotám spracovania.

 

 

 

Borovanie je proces, pri ktorom sa bór zavádza do kovu alebo zliatiny. Ide o proces povrchového kalenia a modifikácie, pri ktorom sú atómy bóru difundované do povrchu kovového komponentu. Výsledkom je, že povrch obsahuje boridy kovov, ako sú boridy železa a boridy niklu. Vo svojom čistom stave majú tieto boridy extrémne vysokú tvrdosť a odolnosť proti opotrebeniu. Boronizované kovové diely sú extrémne odolné voči opotrebovaniu a často vydržia až päťkrát dlhšie ako komponenty ošetrené konvenčným tepelným spracovaním, ako je kalenie, nauhličovanie, nitridácia, nitrokarburizácia alebo indukčné kalenie.

 

​

 

Ťažká difúzna povrchová úprava a modifikácia: Ak je obsah uhlíka nízky (napríklad menej ako 0,25%), môžeme zvýšiť obsah uhlíka v povrchu na vytvrdenie. Diel môže byť buď tepelne spracovaný kalením v kvapaline alebo chladený v pokojnom vzduchu v závislosti od požadovaných vlastností. Táto metóda umožní lokálne vytvrdnutie iba na povrchu, ale nie v jadre. To je niekedy veľmi žiaduce, pretože to umožňuje tvrdý povrch s dobrými vlastnosťami opotrebenia ako pri prevodoch, ale má pevné vnútorné jadro, ktoré dobre funguje pri nárazovom zaťažení.

 

 

 

Pri jednej z techník povrchovej úpravy a úpravy, a to nauhličovaní, pridávame na povrch uhlík. Časť vystavíme atmosfére bohatej na uhlík pri zvýšenej teplote a umožníme difúziu preniesť atómy uhlíka do ocele. K difúzii dôjde iba vtedy, ak má oceľ nízky obsah uhlíka, pretože difúzia funguje na princípe diferenciálu koncentrácií.

 

 

 

Karburizácia balenia: Diely sú zabalené do média s vysokým obsahom uhlíka, ako je uhlíkový prášok, a zahrievané v peci 12 až 72 hodín pri 900 stupňoch Celzia (1 652 Fahrenheit). Pri týchto teplotách vzniká CO plyn, ktorý je silným redukčným činidlom. Redukčná reakcia prebieha na povrchu ocele a uvoľňuje uhlík. Uhlík je potom difundovaný do povrchu vďaka vysokej teplote. Uhlík na povrchu je 0,7% až 1,2% v závislosti od podmienok procesu. Dosahovaná tvrdosť je 60 - 65 RC. Hĺbka nauhličeného puzdra sa pohybuje od cca 0,1 mm do 1,5 mm. Nauhličovanie balíkov vyžaduje dobrú kontrolu rovnomernosti teploty a konzistencie pri zahrievaní.

 

 

 

Nauhličovanie plynom: Pri tomto variante povrchovej úpravy sa plynný oxid uhoľnatý (CO) privádza do vyhrievanej pece a na povrchu dielov prebieha redukčná reakcia usadzovania uhlíka. Tento proces prekonáva väčšinu problémov karburizácie náplne. Jednou z obáv je však bezpečné zadržiavanie plynu CO.

 

 

 

Kvapalné nauhličovanie: Oceľové časti sú ponorené do kúpeľa bohatého na roztavený uhlík.

 

 

 

Nitridácia je proces povrchovej úpravy a úpravy zahŕňajúci difúziu dusíka do povrchu ocele. Dusík tvorí nitridy s prvkami, ako je hliník, chróm a molybdén. Diely sú pred nitridáciou tepelne spracované a temperované. Časti sa potom čistia a zahrievajú v peci v atmosfére disociovaného amoniaku (obsahujúceho N a H) počas 10 až 40 hodín pri 500 až 625 stupňoch Celzia (932 až 1 157 stupňov Fahrenheita). Dusík difunduje do ocele a vytvára nitridové zliatiny. To preniká do hĺbky až 0,65 mm. Puzdro je veľmi tvrdé a skreslenie je nízke. Pretože je puzdro tenké, povrchové brúsenie sa neodporúča, a preto nitridovanie povrchu nemusí byť voľbou pre povrchy s požiadavkami na veľmi hladkú konečnú úpravu.

 

 

 

Proces povrchovej úpravy a úpravy karbonitridácie je najvhodnejší pre nízkouhlíkové legované ocele. V procese karbonitridácie sa uhlík aj dusík difundujú do povrchu. Časti sa zahrievajú v atmosfére uhľovodíka (ako je metán alebo propán) zmiešaného s amoniakom (NH3). Jednoducho povedané, proces je zmesou nauhličovania a nitridácie. Karbonitridačná povrchová úprava sa vykonáva pri teplotách 760 - 870 stupňov Celzia (1400 - 1598 Fahrenheita), potom sa ochladzuje v atmosfére zemného plynu (bez kyslíka). Proces karbonitridácie nie je vhodný pre súčiastky s vysokou presnosťou kvôli deformáciám, ktoré sú s ním spojené. Dosiahnutá tvrdosť je podobná ako pri nauhličovaní (60 - 65 RC), ale nie taká vysoká ako pri nitridácii (70 RC). Hĺbka puzdra je medzi 0,1 a 0,75 mm. Puzdro je bohaté na nitridy, ako aj martenzit. Na zníženie krehkosti je potrebné následné temperovanie.

 

 

 

Špeciálne procesy povrchovej úpravy a úpravy sú v ranom štádiu vývoja a ich účinnosť je zatiaľ neoverená. Oni sú:

 

 

 

Kryogénna úprava: Všeobecne sa aplikuje na kalené ocele, pomaly ochladzujte substrát na približne -166 stupňov Celzia (-300 Fahrenheit), aby sa zvýšila hustota materiálu a tým sa zvýšila odolnosť proti opotrebeniu a rozmerová stálosť.

 

 

 

Vibračná úprava: Ich cieľom je zmierniť tepelné napätie vznikajúce pri tepelnom spracovaní prostredníctvom vibrácií a zvýšiť životnosť.

 

 

 

Magnetická úprava: Cieľom je zmeniť usporiadanie atómov v materiáloch prostredníctvom magnetických polí a dúfajme, že zlepšiť životnosť.

 

 

 

Efektívnosť týchto špeciálnych techník povrchovej úpravy a modifikácie je stále potrebné overiť. Tieto tri vyššie uvedené techniky ovplyvňujú okrem povrchov aj sypký materiál.