Обробка та модифікація поверхні

Поверхні покривають все. Привабливість і функціональність, яку надають нам поверхні матеріалу, є надзвичайно важливими. Therefore SURFACE TREATMENT and SURFACE MODIFICATION are among our everyday industrial operations. Поверхнева обробка та модифікація призводить до покращення поверхневих властивостей і може виконуватися або як остаточна фінішна операція, або перед операцією нанесення покриття чи з’єднання. Процеси обробки та модифікації поверхні (також згадуються як SURFACE ENGINEERING) , адаптувати поверхні матеріалів і виробів до:

 

 

 

- Контролюйте тертя та знос

 

- Підвищення стійкості до корозії

 

- Посилення адгезії наступних покриттів або з'єднаних частин

 

- Зміна фізичних властивостей електропровідності, питомого опору, поверхневої енергії та відбиття

 

- Зміна хімічних властивостей поверхонь шляхом введення функціональних груп

 

- Зміна розмірів

 

- Змінити зовнішній вигляд, наприклад, колір, шорсткість… тощо.

 

- Очистіть та/або продезінфікуйте поверхні

 

 

 

Використовуючи обробку та модифікацію поверхні, можна покращити функції та термін служби матеріалів. Наші загальні методи обробки та модифікації поверхні можна розділити на дві основні категорії:

 

 

 

Обробка та модифікація поверхні, яка охоплює поверхні:

 

Органічні покриття: органічні покриття наносять фарби, цементи, ламінати, розплавлені порошки та мастила на поверхні матеріалів.

 

Неорганічні покриття: наші популярні неорганічні покриття – це гальванічне, автокаталітичне (безелектричне покриття), конверсійні покриття, термічні розпилення, гаряче занурення, наплавлення, наплавлення в печі, тонкоплівкові покриття, такі як SiO2, SiN, на метал, скло, кераміку тощо. Будь ласка, детально описано обробку поверхні та модифікацію покриттів у відповідному підменюнатисніть тут Функціональні покриття / Декоративні покриття / Тонка плівка / Товста плівка

 

 

 

Обробка поверхні та модифікація, яка змінює поверхні: тут, на цій сторінці, ми зосередимося на цьому. Не всі методи обробки та модифікації поверхні, які ми описуємо нижче, належать до мікро- чи наномасштабу, але ми все ж коротко згадаємо про них, оскільки основні цілі та методи значною мірою подібні до тих, що застосовуються для мікровиробництва.

 

 

 

Загартування: Вибіркове зміцнення поверхні лазером, полум'ям, індукцією та електронним променем.

 

 

 

Лікування високою енергією: Деякі з наших високоенергетичних процедур включають іонну імплантацію, лазерне скління та злиття, а також обробку електронним променем.

 

 

 

Обробка тонкою дифузією: процеси тонкої дифузії включають ферритно-нітроцементацію, боронування та інші процеси високотемпературної реакції, такі як TiC, VC.

 

 

 

Обробка важкої дифузії: наші процеси важкої дифузії включають цементацію, азотування та карбонітрування.

 

 

 

Спеціальна обробка поверхні: спеціальні обробки, такі як кріогенна, магнітна та звукова обробки, впливають як на поверхні, так і на сипучі матеріали.

 

 

 

Процеси вибіркового зміцнення можуть здійснюватися полум'ям, індукцією, електронним променем, лазерним променем. Великі підкладки глибоко зміцнюються за допомогою полум'яного зміцнення. З іншого боку, індукційне загартування використовується для дрібних деталей. Лазерне зміцнення та зміцнення електронним променем іноді не відрізняються від зміцнення наплавленням або обробки високою енергією. Ці процеси обробки поверхні та модифікації застосовуються лише до сталей, які мають достатній вміст вуглецю та сплавів, щоб забезпечити гартування. Чавуни, вуглецеві сталі, інструментальні сталі та леговані сталі підходять для цього методу обробки поверхні та модифікації. Розміри деталей суттєво не змінюються під час обробки поверхні зміцнення. Глибина зміцнення може коливатися від 250 мкм до всієї глибини розрізу. Однак, у випадку цілого профілю, профіль має бути тонким, менше 25 мм (1 дюйм), або малим, оскільки процеси твердіння вимагають швидкого охолодження матеріалів, іноді протягом секунди. Цього важко досягти у великих заготовках, і тому у великих перерізах можна загартувати лише поверхні. Як популярний процес обробки та модифікації поверхні, серед багатьох інших продуктів ми загартовуємо пружини, леза ножів і хірургічних лез.

 

 

 

Високоенергетичні процеси є відносно новими методами обробки та модифікації поверхні. Властивості поверхонь змінюються без зміни розмірів. Нашими популярними процесами високоенергетичної обробки поверхні є обробка електронним променем, іонна імплантація та обробка лазерним променем.

 

 

 

Електронно-променева обробка: Електронно-променева обробка поверхні змінює властивості поверхні шляхом швидкого нагрівання та швидкого охолодження — приблизно 10Exp6 за Цельсієм/с (10exp6 за Фаренгейтом/с) у дуже неглибокій області близько 100 мікрон біля поверхні матеріалу. Електронно-променева обробка також може бути використана для наплавлення для виготовлення поверхневих сплавів.

 

 

 

Іонна імплантація: цей метод обробки та модифікації поверхні використовує електронний промінь або плазму для перетворення атомів газу в іони з достатньою енергією та імплантації/введення іонів в атомну решітку підкладки, прискорених магнітними котушками у вакуумній камері. Вакуум полегшує вільний рух іонів у камері. Невідповідність між імплантованими іонами та поверхнею металу створює атомні дефекти, які зміцнюють поверхню.

 

 

 

Обробка лазерним променем: як і обробка та модифікація поверхні електронним променем, обробка лазерним променем змінює властивості поверхні шляхом швидкого нагрівання та швидкого охолодження в дуже неглибокій області біля поверхні. Цей метод обробки та модифікації поверхні також можна використовувати для наплавлення для виготовлення поверхневих сплавів.

 

 

 

Ноу-хау щодо дозування імплантатів і параметрів обробки дає нам змогу використовувати ці високоенергетичні методи обробки поверхні на наших виробничих підприємствах.

 

 

 

Тонка дифузійна обробка поверхні:

​

Феритне нітроцементування — це процес зміцнення, який дифундує азот і вуглець у чорні метали при температурах нижче критичних. Температура обробки зазвичай становить 565 за Цельсієм (1049 за Фаренгейтом). При цій температурі сталі та інші чорні сплави все ще перебувають у феритній фазі, що є перевагою порівняно з іншими процесами цементування, які відбуваються в аустенітній фазі. Процес використовується для покращення:

 

•стійкість до стирання

 

•втомні властивості

 

•корозійна стійкість

 

Завдяки низьким температурам обробки під час процесу затвердіння відбувається дуже незначне спотворення форми.

 

 

 

Борування - це процес, при якому бор вводиться в метал або сплав. Це процес зміцнення та модифікації поверхні, за допомогою якого атоми бору дифундують на поверхню металевого компонента. У результаті поверхня містить бориди металів, такі як бориди заліза та бориди нікелю. У чистому вигляді ці бориди мають надзвичайно високу твердість і зносостійкість. Боровані металеві деталі є надзвичайно стійкими до зносу і часто служать у п’ять разів довше, ніж компоненти, оброблені звичайними термічними обробками, такими як загартування, цементація, азотування, нітроцементація або індукційне загартування.

 

​

 

Сильна дифузійна обробка поверхні та модифікація: якщо вміст вуглецю низький (наприклад, менше 0,25%), ми можемо збільшити вміст вуглецю на поверхні для зміцнення. Залежно від бажаних властивостей деталь може піддаватися термічній обробці шляхом загартування в рідині або охолодженню на нерухомому повітрі. Цей метод дозволить лише локальне зміцнення на поверхні, але не в серцевині. Іноді це дуже бажано, оскільки воно забезпечує тверду поверхню з хорошими властивостями до зносу, як у передачах, але має міцний внутрішній сердечник, який добре працюватиме під ударним навантаженням.

 

 

 

В одному з методів обробки та модифікації поверхні, а саме цементації, ми додаємо вуглець на поверхню. Ми піддаємо деталь впливу атмосфери, багатої вуглецем, при високій температурі та дозволяємо дифузії перенести атоми вуглецю в сталь. Дифузія відбуватиметься лише в тому випадку, якщо сталь має низький вміст вуглецю, оскільки дифузія працює за принципом диференціалу концентрацій.

 

 

 

Цементація упаковки: деталі упаковують у середовище з високим вмістом вуглецю, наприклад вуглецевий порошок, і нагрівають у печі від 12 до 72 годин при 900 за Цельсієм (1652 за Фаренгейтом). При цих температурах утворюється газ CO, який є сильним відновником. Реакція відновлення відбувається на поверхні сталі з виділенням вуглецю. Потім вуглець дифундує на поверхню завдяки високій температурі. Вуглець на поверхні становить від 0,7% до 1,2% залежно від умов процесу. Досягнута твердість 60 - 65 RC. Глибина науглерожуваного корпусу коливається приблизно від 0,1 мм до 1,5 мм. Цементація пакета вимагає хорошого контролю рівномірності температури та сталості при нагріванні.

 

 

 

Газова цементація: у цьому варіанті обробки поверхні газоподібний окис вуглецю (CO) подається в нагріту піч, і на поверхні деталей відбувається реакція відновлення у вигляді осадження вуглецю. Цей процес усуває більшість проблем, пов’язаних із науглерожуванням пачки. Однак одне занепокоєння викликає безпечне утримання газу CO.

 

 

 

Рідке цементування: сталеві частини занурюють у ванну з розплавленим вмістом вуглецю.

 

 

 

Азотування - це процес обробки та модифікації поверхні, що включає дифузію азоту в поверхню сталі. Азот утворює нітриди з такими елементами, як алюміній, хром і молібден. Деталі перед азотуванням проходять термічну обробку та відпуск. Потім деталі очищають і нагрівають у печі в атмосфері дисоційованого аміаку (що містить N і H) протягом 10-40 годин при 500-625 за Цельсієм (932-1157 за Фаренгейтом). Азот дифундує в сталь і утворює нітридні сплави. Він проникає на глибину до 0,65 мм. Корпус дуже міцний, спотворення низькі. Оскільки корпус тонкий, поверхневе шліфування не рекомендується, і тому обробка поверхні азотуванням може не бути варіантом для поверхонь з вимогами до дуже гладкої обробки.

 

 

 

Процес обробки та модифікації поверхні карбонітридування найбільш підходить для низьковуглецевих легованих сталей. У процесі карбонітрування як вуглець, так і азот дифундують на поверхню. Деталі нагріваються в атмосфері вуглеводню (наприклад, метану або пропану), змішаного з аміаком (NH3). Простіше кажучи, процес є сумішшю цементації та азотування. Карбонітридна обробка поверхні виконується при температурах 760–870 за Цельсієм (1400–1598 за Фаренгейтом), потім загартовується в атмосфері природного газу (без кисню). Процес карбонітрування не підходить для високоточних деталей через властиві спотворення. Досягнута твердість подібна до цементації (60 - 65 RC), але не така висока, як азотування (70 RC). Глибина корпусу від 0,1 до 0,75 мм. Корпус багатий нітридами, а також мартенситом. Для зменшення крихкості необхідний наступний відпуск.

 

 

 

Процеси спеціальної обробки та модифікації поверхні знаходяться на ранніх стадіях розробки, і їхня ефективність ще не доведена. Вони є:

 

 

 

Кріогенна обробка: як правило, застосовується для загартованої сталі, повільно охолоджуйте підкладку приблизно до -166 за Цельсієм (-300 за Фаренгейтом), щоб збільшити щільність матеріалу та таким чином підвищити зносостійкість і стабільність розмірів.

 

 

 

Вібраційна обробка: вони мають на меті зменшити термічну напругу, що виникає під час термічної обробки через вібрацію, і збільшити термін служби.

 

 

 

Магнітна обробка: вони мають на меті змінити розташування атомів у матеріалах за допомогою магнітних полів і, сподіваємося, збільшити термін служби.

 

 

 

Ефективність цих спеціальних методів обробки та модифікації поверхні ще належить підтвердити. Також ці три методи, наведені вище, впливають не на поверхні, а на сипучий матеріал.