Tractaments superficials i modificació

Les superfícies ho cobreixen tot. L'atractiu i les funcions que ens proporcionen les superfícies dels materials són de la màxima importància. Therefore SURFACE TREATMENT and SURFACE MODIFICATION are among our everyday industrial operations. El tractament i la modificació de superfícies condueixen a propietats superficials millorades i es poden dur a terme com a operació d'acabat final o abans d'una operació de recobriment o unió. Els processos de tractament i modificació de superfícies (també coneguts com a ENGINYERIA DE SUPERFICIES) , adaptar les superfícies de materials i productes per:

 

 

 

- Controlar la fricció i el desgast

 

- Millorar la resistència a la corrosió

 

- Millorar l'adherència de posteriors recobriments o peces unides

 

- Canviar les propietats físiques de conductivitat, resistivitat, energia superficial i reflexió

 

- Modificar les propietats químiques de les superfícies mitjançant la introducció de grups funcionals

 

- Canviar dimensions

 

- Canviar l'aspecte, per exemple, el color, la rugositat... etc.

 

- Netejar i/o desinfectar les superfícies

 

 

 

Mitjançant el tractament i la modificació de superfícies, es poden millorar les funcions i la vida útil dels materials. Els nostres mètodes comuns de tractament i modificació de superfícies es poden dividir en dues categories principals:

 

 

 

Tractament i modificació de superfícies que cobreixen superfícies:

 

Recobriments orgànics: els recobriments orgànics apliquen pintures, ciments, laminats, pols fosos i lubricants a les superfícies dels materials.

 

Recobriments inorgànics: els nostres recobriments inorgànics populars són galvanoplastia, revestiments autocatalítics (revestiments sense electros), recobriments de conversió, aerosols tèrmics, immersió en calent, revestiment dur, fusió al forn, recobriments de pel·lícula fina com ara SiO2, SiN sobre metall, vidre, ceràmica, etc. El tractament i la modificació de superfícies que impliquen recobriments s'expliquen en detall al submenú relacionat, si us plaufeu clic aquí Recobriments funcionals / Recobriments decoratius / Pel·lícula fina / Pel·lícula gruixuda

 

 

 

Tractament superficial i modificació que altera les superfícies: Aquí en aquesta pàgina ens centrarem en aquests. No totes les tècniques de tractament i modificació de superfícies que descrivim a continuació són a escala micro o nano, però, tanmateix, les esmentarem breument, ja que els objectius i mètodes bàsics són similars en gran mesura als que es troben a escala de microfabricació.

 

 

 

Enduriment: Enduriment superficial selectiu per làser, flama, inducció i feix d'electrons.

 

 

 

Tractaments d'alta energia: alguns dels nostres tractaments d'alta energia inclouen la implantació d'ions, vidre làser i fusió i tractament amb feix d'electrons.

 

 

 

Tractaments de difusió fina: els processos de difusió fina inclouen ferrític-nitrocarburització, boro, altres processos de reacció a alta temperatura com TiC, VC.

 

 

 

Tractaments de difusió intensa: els nostres processos de difusió pesada inclouen la cementació, la nitruració i la carbonitruració.

 

 

 

Tractaments superficials especials: els tractaments especials com els tractaments criogènics, magnètics i sonors afecten tant les superfícies com els materials a granel.

 

 

 

Els processos d'enduriment selectiu es poden dur a terme per flama, inducció, feix d'electrons, feix làser. Els substrats grans s'endureixen profundament mitjançant l'enduriment a la flama. D'altra banda, l'enduriment per inducció s'utilitza per a peces petites. L'enduriment del làser i del feix d'electrons de vegades no es distingeix dels dels revestiments durs o dels tractaments d'alta energia. Aquests processos de tractament i modificació de superfícies només són aplicables als acers que tenen un contingut suficient de carboni i d'aliatge per permetre l'enduriment. Els ferros colats, els acers al carboni, els acers per a eines i els acers aliats són adequats per a aquest mètode de tractament i modificació de superfícies. Les dimensions de les peces no es veuen alterades significativament per aquests tractaments superficials d'enduriment. La profunditat d'enduriment pot variar des de 250 micres fins a tota la profunditat de la secció. Tanmateix, en tot el cas de la secció, la secció ha de ser prima, menys de 25 mm (1 polzada) o petita, ja que els processos d'enduriment requereixen un refredament ràpid dels materials, de vegades en un segon. Això és difícil d'aconseguir en peces grans i, per tant, en grans seccions només es poden endurir les superfícies. Com a procés popular de tractament i modificació de superfícies, endurim molles, fulles de ganivet i fulles quirúrgiques entre molts altres productes.

 

 

 

Els processos d'alta energia són mètodes de tractament i modificació de superfícies relativament nous. Les propietats de les superfícies es modifiquen sense canviar les dimensions. Els nostres processos populars de tractament de superfícies d'alta energia són el tractament amb feix d'electrons, la implantació d'ions i el tractament amb raig làser.

 

 

 

Tractament del feix d'electrons: el tractament de la superfície del feix d'electrons altera les propietats de la superfície mitjançant un escalfament ràpid i un refredament ràpid, de l'ordre de 10 Exp6 centígrads/s (10exp6 Fahrenheit/s) en una regió molt poc profunda al voltant de 100 micres a prop de la superfície del material. El tractament del feix d'electrons també es pot utilitzar en revestiment dur per produir aliatges de superfície.

 

 

 

Implantació iònica: aquest mètode de tractament i modificació de superfícies utilitza feix d'electrons o plasma per convertir àtoms de gas en ions amb energia suficient i implantar/inserir els ions a la xarxa atòmica del substrat, accelerat per bobines magnètiques en una cambra de buit. El buit facilita que els ions es moguin lliurement a la cambra. El desajust entre els ions implantats i la superfície del metall crea defectes atòmics que endureixen la superfície.

 

 

 

Tractament del raig làser: Igual que el tractament i modificació de la superfície del feix d'electrons, el tractament del raig làser altera les propietats de la superfície mitjançant un ràpid escalfament i refredament ràpid en una regió molt poc profunda prop de la superfície. Aquest mètode de tractament i modificació de superfícies també es pot utilitzar en revestiment dur per produir aliatges superficials.

 

 

 

Un saber fer en dosificacions d'implants i paràmetres de tractament ens permet utilitzar aquestes tècniques de tractament superficial d'alta energia a les nostres plantes de fabricació.

 

 

 

Tractaments superficials de difusió fina:

​

La nitrocarburació ferrítica és un procés d'enduriment que difon nitrogen i carboni en metalls ferrosos a temperatures subcrítiques. La temperatura de processament sol ser de 565 graus centígrads (1049 graus Fahrenheit). A aquesta temperatura, els acers i altres aliatges ferrosos es troben encara en una fase ferrítica, la qual cosa és avantatjosa en comparació amb altres processos d'enduriment que es produeixen en la fase austenítica. El procés s'utilitza per millorar:

 

•resistència al raspat

 

•propietats de fatiga

 

•resistencia a la corrosió

 

Es produeix molt poca distorsió de la forma durant el procés d'enduriment gràcies a les baixes temperatures de processament.

 

 

 

La boronització, és el procés on s'introdueix bor a un metall o aliatge. És un procés d'enduriment i modificació superficial mitjançant el qual els àtoms de bor es difonen a la superfície d'un component metàl·lic. Com a resultat, la superfície conté borurs metàl·lics, com ara borurs de ferro i borurs de níquel. En estat pur, aquests borurs tenen una duresa i una resistència al desgast extremadament elevades. Les peces de metall boro són extremadament resistents al desgast i sovint duraran fins a cinc vegades més que els components tractats amb tractaments tèrmics convencionals com ara l'enduriment, la cementació, la nitruració, la nitrocarburació o l'enduriment per inducció.

 

​

 

Tractament i modificació de la superfície de gran difusió: si el contingut de carboni és baix (menys del 0,25% per exemple), podem augmentar el contingut de carboni de la superfície per endurir-lo. La peça es pot tractar tèrmicament per enfosquiment en líquid o refredar-se en aire tranquil depenent de les propietats desitjades. Aquest mètode només permetrà l'enduriment local a la superfície, però no al nucli. Això de vegades és molt desitjable perquè permet una superfície dura amb bones propietats de desgast com en els engranatges, però té un nucli interior resistent que funcionarà bé sota càrrega d'impacte.

 

 

 

En una de les tècniques de tractament i modificació de superfícies, la carburació, afegim carboni a la superfície. Exposem la peça a una atmosfera rica en carboni a una temperatura elevada i permetem que la difusió transfereixi els àtoms de carboni a l'acer. La difusió només es produirà si l'acer té un baix contingut de carboni, perquè la difusió funciona segons el principi de concentració diferencial.

 

 

 

Carburació de paquets: les peces s'envasen en un medi alt en carboni, com ara pols de carboni, i s'escalfen en un forn durant 12 a 72 hores a 900 graus centígrads (1652 Fahrenheit). A aquestes temperatures es produeix gas CO que és un fort agent reductor. La reacció de reducció es produeix a la superfície de l'acer alliberant carboni. Després, el carboni es difon a la superfície gràcies a l'alta temperatura. El carboni a la superfície és del 0,7% al 1,2% depenent de les condicions del procés. La duresa aconseguida és de 60 - 65 RC. La profunditat de la caixa carburada oscil·la entre uns 0,1 mm i 1,5 mm. La cementació del paquet requereix un bon control de la uniformitat de la temperatura i la consistència en l'escalfament.

 

 

 

Carburació de gas: en aquesta variant de tractament superficial, el gas monòxid de carboni (CO) es subministra a un forn escalfat i la reacció de reducció de la deposició de carboni té lloc a la superfície de les peces. Aquest procés supera la majoria dels problemes de cementació del paquet. Una preocupació, però, és la contenció segura del gas CO.

 

 

 

Carburació líquida: les peces d'acer es submergeixen en un bany ric en carboni fos.

 

 

 

La nitruració és un procés de tractament i modificació de superfícies que implica la difusió de nitrogen a la superfície de l'acer. El nitrogen forma nitrurs amb elements com l'alumini, el crom i el molibdè. Les peces són tractades tèrmicament i temperades abans de la nitruració. Les peces es netegen i s'escalfen en un forn en una atmosfera d'amoníac dissociat (que conté N i H) durant 10 a 40 hores a 500-625 graus centígrads (932 - 1157 Fahrenheit). El nitrogen es difon a l'acer i forma aliatges de nitrur. Això penetra fins a una profunditat de fins a 0,65 mm. El cas és molt dur i la distorsió és baixa. Com que la carcassa és fina, no es recomana el rectificat de superfícies i, per tant, el tractament superficial de nitruració pot no ser una opció per a superfícies amb requisits d'acabat molt llis.

 

 

 

El procés de tractament i modificació de la superfície de carbonitruració és el més adequat per a acers d'aliatge amb baix carboni. En el procés de carbonitruració, tant el carboni com el nitrogen es difonen a la superfície. Les peces s'escalfen en una atmosfera d'un hidrocarbur (com metà o propà) barrejat amb amoníac (NH3). En poques paraules, el procés és una barreja de carburació i nitruració. El tractament superficial de carbonitruració es realitza a temperatures de 760 - 870 graus centígrads (1400 - 1598 Fahrenheit), després s'extingeix en una atmosfera de gas natural (lliure d'oxigen). El procés de carbonitruració no és adequat per a peces d'alta precisió a causa de les distorsions que són inherents. La duresa aconseguida és semblant a la carburació (60 - 65 RC) però no tan alta com la nitruració (70 RC). La profunditat de la caixa està entre 0,1 i 0,75 mm. El cas és ric en nitrurs i martensita. Es necessita un tremp posterior per reduir la fragilitat.

 

 

 

Els processos especials de tractament i modificació de superfícies es troben en les primeres etapes de desenvolupament i la seva eficàcia encara no s'ha demostrat. Ells són:

 

 

 

Tractament criogènic: generalment aplicat en acers endurits, refredar lentament el substrat fins a uns -166 graus centígrads (-300 Fahrenheit) per augmentar la densitat del material i augmentar així la resistència al desgast i l'estabilitat de les dimensions.

 

 

 

Tractament de vibracions: pretenen alleujar l'estrès tèrmic acumulat en els tractaments tèrmics mitjançant vibracions i augmentar la vida útil del desgast.

 

 

 

Tractament magnètic: tenen la intenció d'alterar l'alineació d'àtoms dels materials mitjançant camps magnètics i, esperem, millorar la vida útil.

 

 

 

L'eficàcia d'aquestes tècniques especials de tractament i modificació de superfícies encara està per demostrar. També aquestes tres tècniques anteriors afecten el material a granel a més de les superfícies.