Ytbehandlingar och modifiering

Ytor täcker allt. Attraktionskraften och funktionerna som materialytorna ger oss är av yttersta vikt. Therefore SURFACE TREATMENT and SURFACE MODIFICATION are among our everyday industrial operations. Ytbehandling och modifiering leder till förbättrade ytegenskaper och kan utföras antingen som en slutlig efterbehandlingsoperation eller före en beläggnings- eller sammanfogningsoperation. Processerna för ytbehandlingar och modifiering (även kallad SURFACE ENGINEERING) , skräddarsy ytorna på material och produkter för att:

 

 

 

- Kontrollera friktion och slitage

 

- Förbättra korrosionsbeständigheten

 

- Förbättra vidhäftningen av efterföljande beläggningar eller sammanfogade delar

 

- Ändra fysikaliska egenskaper konduktivitet, resistivitet, ytenergi och reflektion

 

- Ändra kemiska egenskaper hos ytor genom att införa funktionella grupper

 

- Ändra mått

 

- Ändra utseende, t.ex. färg, strävhet...etc.

 

- Rengör och/eller desinficera ytorna

 

 

 

Med hjälp av ytbehandling och modifiering kan materialets funktioner och livslängd förbättras. Våra vanliga ytbehandlings- och modifieringsmetoder kan delas in i två huvudkategorier:

 

 

 

Ytbehandling och modifiering som täcker ytor:

 

Organiska beläggningar: De organiska beläggningarna applicerar färger, cement, laminat, smält pulver och smörjmedel på materialytor.

 

Oorganiska beläggningar: Våra populära oorganiska beläggningar är elektroplätering, autokatalytisk plätering (elektrolösa pläteringar), omvandlingsbeläggningar, termiska sprayer, varmdoppning, hårdbeläggning, ugnssmältning, tunnfilmsbeläggningar såsom SiO2, SiN på metall, glas, keramik,...etc. Ytbehandling och modifiering som involverar beläggningar förklaras i detalj under den tillhörande undermenyn, tackklicka här Functional Coatings / Dekorativa beläggningar / Tunnfilm / Tjockfilm

 

 

 

Ytbehandling och modifiering som förändrar ytor: Här på denna sida kommer vi att koncentrera oss på dessa. Inte alla ytbehandlings- och modifieringstekniker som vi beskriver nedan är på mikro- eller nanoskala, men vi kommer ändå att nämna dem kort eftersom de grundläggande målen och metoderna i betydande utsträckning liknar dem som finns på mikrotillverkningsskalan.

 

 

 

Härdning: Selektiv ythärdning med laser, flamma, induktion och elektronstråle.

 

 

 

Högenergibehandlingar: Några av våra högenergibehandlingar inkluderar jonimplantation, laserglasering och fusion och elektronstrålebehandling.

 

 

 

Tunndiffusionsbehandlingar: Tunna diffusionsprocesser inkluderar ferritisk-nitrokarburering, boronisering, andra högtemperaturreaktionsprocesser såsom TiC, VC.

 

 

 

Tung diffusionsbehandling: Våra tunga diffusionsprocesser inkluderar uppkolning, nitrering och karbonitrering.

 

 

 

Speciella ytbehandlingar: Specialbehandlingar såsom kryogena, magnetiska och ljudbehandlingar påverkar både ytorna och bulkmaterialen.

 

 

 

De selektiva härdningsprocesserna kan utföras med låga, induktion, elektronstråle, laserstråle. Stora underlag djuphärdas med hjälp av flamhärdning. Induktionshärdning å andra sidan används för små delar. Laser- och elektronstrålehärdning skiljer sig ibland inte från dem i hårdbeläggningar eller högenergibehandlingar. Dessa ytbehandlings- och modifieringsprocesser är endast tillämpliga på stål som har tillräckligt med kol- och legeringsinnehåll för att tillåta härdningshärdning. Gjutjärn, kolstål, verktygsstål och legerade stål är lämpliga för denna ytbehandlings- och modifieringsmetod. Delarnas dimensioner förändras inte nämnvärt av dessa härdande ytbehandlingar. Härdningsdjupet kan variera från 250 mikron till hela sektionsdjupet. Men i hela sektionsfallet måste sektionen vara tunn, mindre än 25 mm (1 tum), eller liten, eftersom härdningsprocesserna kräver en snabb kylning av material, ibland inom en sekund. Detta är svårt att uppnå i stora arbetsstycken, och därför kan endast ytorna härdas i stora sektioner. Som en populär ytbehandlings- och modifieringsprocess härdar vi fjädrar, knivblad och kirurgiska blad bland många andra produkter.

 

 

 

Högenergiprocesser är relativt nya ytbehandlings- och modifieringsmetoder. Ytors egenskaper ändras utan att måtten ändras. Våra populära ytbehandlingsprocesser med hög energi är elektronstrålebehandling, jonimplantation och laserstrålebehandling.

 

 

 

Elektronstrålebehandling: Ytbehandling med elektronstråle ändrar ytegenskaperna genom snabb uppvärmning och snabb kylning - i storleksordningen 10Exp6 Celsius/sek (10exp6 Fahrenheit/sek) i ett mycket grunt område runt 100 mikron nära materialytan. Elektronstrålebehandling kan också användas vid hårdbeläggning för att producera ytlegeringar.

 

 

 

Jonimplantation: Denna ytbehandlings- och modifieringsmetod använder elektronstråle eller plasma för att omvandla gasatomer till joner med tillräcklig energi, och implantera/för in jonerna i substratets atomgitter, accelererat av magnetiska spolar i en vakuumkammare. Vakuum gör det lättare för joner att röra sig fritt i kammaren. Obalansen mellan implanterade joner och ytan på metallen skapar atomära defekter som hårdnar ytan.

 

 

 

Laserstrålebehandling: Liksom ytbehandling och modifiering av elektronstrålen förändrar laserstrålebehandlingen ytegenskaperna genom snabb uppvärmning och snabb kylning i ett mycket grunt område nära ytan. Denna ytbehandlings- och modifieringsmetod kan också användas vid hårdsvetsning för att producera ytlegeringar.

 

 

 

En kunskap inom implantatdoseringar och behandlingsparametrar gör det möjligt för oss att använda dessa högenergiytbehandlingstekniker i våra tillverkningsanläggningar.

 

 

 

Ytbehandlingar med tunn diffusion:

​

Ferritisk nitrokarburering är en härdningsprocess som sprider kväve och kol till järnmetaller vid underkritiska temperaturer. Bearbetningstemperaturen är vanligtvis 565 Celsius (1049 Fahrenheit). Vid denna temperatur befinner sig stål och andra järnlegeringar fortfarande i en ferritisk fas, vilket är fördelaktigt jämfört med andra härdningsprocesser som sker i den austenitiska fasen. Processen används för att förbättra:

 

•nötningsmotstånd

 

•utmattningsegenskaper

 

•korrosionsbeständighet

 

Mycket liten formförvrängning uppstår under härdningsprocessen tack vare de låga bearbetningstemperaturerna.

 

 

 

Boronisering, är den process där bor introduceras till en metall eller legering. Det är en ythärdnings- och modifieringsprocess genom vilken boratomer diffunderar in i ytan på en metallkomponent. Som ett resultat av detta innehåller ytan metallborider, såsom järnborider och nickelborider. I sitt rena tillstånd har dessa borider extremt hög hårdhet och slitstyrka. Boroniserade metalldelar är extremt slitstarka och kommer ofta att hålla upp till fem gånger längre än komponenter som behandlats med konventionell värmebehandling som härdning, uppkolning, nitrering, nitrokarburering eller induktionshärdning.

 

​

 

Heavy Diffusion Ytbehandling och Modifiering: Om kolhalten är låg (mindre än 0,25% till exempel) kan vi öka kolhalten i ytan för härdning. Delen kan antingen värmebehandlas genom kylning i en vätska eller kylas i stillastående luft beroende på önskade egenskaper. Denna metod tillåter endast lokal härdning på ytan, men inte i kärnan. Detta är ibland mycket önskvärt eftersom det tillåter en hård yta med goda nötningsegenskaper som i växlar, men har en tuff inre kärna som kommer att fungera bra under stötbelastning.

 

 

 

I en av ytbehandlings- och modifieringsteknikerna, nämligen Carburizing, tillsätter vi kol till ytan. Vi utsätter delen för en kolrik atmosfär vid förhöjd temperatur och tillåter diffusion att överföra kolatomerna till stålet. Diffusion kommer endast att ske om stålet har låg kolhalt, eftersom diffusion fungerar enligt principen om koncentrationer.

 

 

 

Paketförkolning: Delar packas i ett medium med hög kolhalt som kolpulver och värms upp i en ugn i 12 till 72 timmar vid 900 Celsius (1652 Fahrenheit). Vid dessa temperaturer produceras CO-gas som är ett starkt reduktionsmedel. Reduktionsreaktionen sker på stålets yta och frigör kol. Kolet diffunderar sedan ut i ytan tack vare den höga temperaturen. Kolet på ytan är 0,7 % till 1,2 % beroende på processförhållandena. Den uppnådda hårdheten är 60 - 65 RC. Djupet på det uppkolade höljet sträcker sig från cirka 0,1 mm upp till 1,5 mm. Förpackningsuppkolning kräver god kontroll av temperaturens enhetlighet och konsistens vid uppvärmning.

 

 

 

Gasförkolning: I denna variant av ytbehandling tillförs kolmonoxidgas (CO) till en uppvärmd ugn och reduktionsreaktionen av avsättning av kol sker på ytan av delarna. Denna process övervinner de flesta problemen med förpackningsförkolning. En oro är dock den säkra inneslutningen av CO-gasen.

 

 

 

Flytande uppkolning: Ståldelarna är nedsänkta i ett smält kolrikt bad.

 

 

 

Nitrering är en ytbehandlings- och modifieringsprocess som involverar diffusion av kväve in i stålytan. Kväve bildar nitrider med element som aluminium, krom och molybden. Delarna värmebehandlas och härdas före nitrering. Delarna rengörs sedan och upphettas i en ugn i en atmosfär av dissocierad ammoniak (innehållande N och H) under 10 till 40 timmar vid 500-625 Celsius (932 - 1157 Fahrenheit). Kväve diffunderar in i stålet och bildar nitridlegeringar. Denna penetrerar till ett djup på upp till 0,65 mm. Fodralet är mycket hårt och distorsionen är låg. Eftersom höljet är tunt rekommenderas inte ytslipning och därför kan nitrering av ytbehandling inte vara ett alternativ för ytor med mycket jämna ytbehandlingskrav.

 

 

 

Ytbehandling och modifiering av karbonitrering är mest lämplig för lågkollegerade stål. I karbonitreringsprocessen diffunderar både kol och kväve in i ytan. Delarna värms upp i en atmosfär av ett kolväte (som metan eller propan) blandat med ammoniak (NH3). Enkelt uttryckt är processen en blandning av uppkolning och nitrering. Ytbehandling av karbonitrering utförs vid temperaturer på 760 - 870 Celsius (1400 - 1598 Fahrenheit), den släcks sedan i en naturgas (syrefri) atmosfär. Karbonitreringsprocessen är inte lämplig för detaljer med hög precision på grund av de förvrängningar som är inneboende. Den uppnådda hårdheten liknar uppkolning (60 - 65 RC) men inte lika hög som Nitrering (70 RC). Höljets djup är mellan 0,1 och 0,75 mm. Höljet är rikt på nitrider såväl som martensit. Efterföljande härdning behövs för att minska sprödheten.

 

 

 

Speciella ytbehandlings- och modifieringsprocesser befinner sig i ett tidigt utvecklingsstadium och deras effektivitet är ännu obevisad. Dom är:

 

 

 

Kryogenbehandling: Allmänt applicerad på härdat stål, kyl långsamt ner substratet till cirka -166 Celsius (-300 Fahrenheit) för att öka materialets densitet och därmed öka slitstyrkan och dimensionsstabiliteten.

 

 

 

Vibrationsbehandling: Dessa avser att lindra termisk stress som byggs upp i värmebehandlingar genom vibrationer och öka livslängden.

 

 

 

Magnetisk behandling: Dessa avser att förändra atomernas uppställning i material genom magnetiska fält och förhoppningsvis förbättra livslängden.

 

 

 

Effektiviteten av dessa speciella ytbehandlings- och modifieringstekniker återstår fortfarande att bevisa. Även dessa tre tekniker ovan påverkar bulkmaterialet förutom ytor.