Povrchové úpravy a úpravy

Povrchy pokrývají vše. Přitažlivost a funkce, které nám povrchy materiálů poskytují, jsou nanejvýš důležité. Therefore SURFACE TREATMENT and SURFACE MODIFICATION are among our everyday industrial operations. Povrchová úprava a úprava vede ke zlepšení vlastností povrchu a může být provedena buď jako finální dokončovací operace nebo před operací povrchové úpravy nebo spojování. Procesy povrchových úprav a úprav (také označované jako SURFACE ENGINEERING) , přizpůsobte povrchy materiálů a produktů tak, aby:

 

 

 

- Kontrolujte tření a opotřebení

 

- Zlepšit odolnost proti korozi

 

- Zvyšte přilnavost následných nátěrů nebo spojovaných dílů

 

- Měnit fyzikální vlastnosti vodivost, měrný odpor, povrchovou energii a odraz

 

- Změnit chemické vlastnosti povrchů zavedením funkčních skupin

 

- Změna rozměrů

 

- Změňte vzhled, např. barvu, drsnost atd.

 

- Vyčistěte a/nebo dezinfikujte povrchy

 

 

 

Pomocí povrchové úpravy a úpravy lze zlepšit funkce a životnost materiálů. Naše běžné metody povrchové úpravy a úpravy lze rozdělit do dvou hlavních kategorií:

 

 

 

Povrchová úprava a úprava, která pokrývá povrchy:

 

Organické nátěry: Organické nátěry nanášejí barvy, cementy, lamináty, tavené prášky a maziva na povrchy materiálů.

 

Anorganické povlaky: Naše oblíbené anorganické povlaky jsou galvanické pokovování, autokatalytické pokovování (bezelektrické pokovování), konverzní povlaky, tepelné nástřiky, ponoření za tepla, navařování, tavení v peci, tenké povlaky jako SiO2, SiN na kovu, skle, keramice atd. Povrchové úpravy a úpravy zahrnující nátěry jsou prosím podrobně vysvětleny v souvisejícím podmenuklikněte sem Functional Coatings / Dekorativní nátěry / Tenký film / Silný film

 

 

 

Povrchová úprava a úprava, která mění povrchy: Zde na této stránce se zaměříme na ně. Ne všechny techniky povrchové úpravy a úpravy, které popisujeme níže, jsou v mikro nebo nanoměřítku, ale přesto se o nich krátce zmíníme, protože základní cíle a metody jsou do značné míry podobné těm, které jsou v mikrovýrobním měřítku.

 

 

 

Kalení: Selektivní povrchové kalení laserem, plamenem, indukcí a elektronovým paprskem.

 

 

 

Vysokoenergetické ošetření: Některé z našich vysokoenergetických ošetření zahrnují iontovou implantaci, laserové zasklení a fúzi a ošetření elektronovým paprskem.

 

 

 

Ošetření tenkou difúzí: Procesy tenké difúze zahrnují feriticko-nitrokarburizaci, boronizaci a další vysokoteplotní reakční procesy, jako je TiC, VC.

 

 

 

Těžká difúzní ošetření: Naše těžké difúzní procesy zahrnují nauhličování, nitridaci a karbonitridaci.

 

 

 

Speciální povrchové úpravy: Speciální úpravy, jako jsou kryogenní, magnetické a sonické úpravy, ovlivňují povrchy i sypké materiály.

 

 

 

Procesy selektivního kalení lze provádět plamenem, indukcí, elektronovým paprskem, laserovým paprskem. Velké podklady se hloubkově kalí pomocí kalení plamenem. Indukční kalení se na druhé straně používá pro malé díly. Vytvrzování laserem a elektronovým paprskem se někdy neliší od kalení při navařování nebo vysokoenergetickém zpracování. Tyto procesy povrchové úpravy a modifikace jsou použitelné pouze pro oceli, které mají dostatečný obsah uhlíku a slitin, aby umožnily kalení. Pro tento způsob povrchové úpravy a úpravy jsou vhodné litiny, uhlíkové oceli, nástrojové oceli a legované oceli. Rozměry dílů se těmito úpravami kalení výrazně nemění. Hloubka kalení se může pohybovat od 250 mikronů do celé hloubky řezu. V případě celého průřezu však musí být průřez tenký, menší než 25 mm (1 in), nebo malý, protože procesy kalení vyžadují rychlé ochlazení materiálů, někdy během sekundy. Toho je u velkých obrobků obtížně dosažitelné, a proto lze u velkých řezů kalit pouze povrchy. Jako oblíbený proces povrchové úpravy a úpravy kromě mnoha dalších produktů kalíme pružiny, čepele nožů a chirurgické čepele.

 

 

 

Vysokoenergetické procesy jsou relativně nové metody povrchové úpravy a modifikace. Vlastnosti povrchů se mění beze změny rozměrů. Naše oblíbené vysokoenergetické procesy povrchové úpravy jsou ošetření elektronovým paprskem, iontová implantace a ošetření laserovým paprskem.

 

 

 

Úprava elektronovým paprskem: Povrchová úprava elektronovým paprskem mění vlastnosti povrchu rychlým ohřevem a rychlým ochlazením – v řádu 10Exp6 Celsia/s (10exp6 Fahrenheit/s) ve velmi mělké oblasti kolem 100 mikronů blízko povrchu materiálu. Úprava elektronovým paprskem může být také použita při navařování k výrobě povrchových slitin.

 

 

 

Iontová implantace: Tato metoda povrchové úpravy a modifikace využívá elektronový paprsek nebo plazmu k přeměně atomů plynu na ionty s dostatečnou energií a implantaci/vložení iontů do atomové mřížky substrátu, urychlené magnetickými cívkami ve vakuové komoře. Vakuum usnadňuje iontům volný pohyb v komoře. Nesoulad mezi implantovanými ionty a povrchem kovu vytváří atomové defekty, které zpevňují povrch.

 

 

 

Ošetření laserovým paprskem: Stejně jako povrchová úprava a modifikace elektronovým paprskem, i ošetření laserovým paprskem mění vlastnosti povrchu rychlým zahřátím a rychlým ochlazením ve velmi mělké oblasti blízko povrchu. Tuto metodu povrchové úpravy a úpravy lze také použít při navařování k výrobě povrchových slitin.

 

 

 

Know-how v oblasti dávkování implantátů a parametrů ošetření nám umožňuje používat tyto vysoce energetické techniky povrchové úpravy v našich výrobních závodech.

 

 

 

Tenké difúzní povrchové úpravy:

​

Feritické nitrokarburování je proces cementování, který difunduje dusík a uhlík do železných kovů při podkritických teplotách. Teplota zpracování je obvykle 565 stupňů Celsia (1049 stupňů Fahrenheita). Při této teplotě jsou oceli a další slitiny železa stále ve feritické fázi, což je výhodné ve srovnání s jinými procesy cementování, které se vyskytují v austenitické fázi. Proces se používá ke zlepšení:

 

• odolnost proti oděru

 

•únavové vlastnosti

 

•odolnost proti korozi

 

Během procesu kalení dochází díky nízkým teplotám zpracování k velmi malé deformaci tvaru.

 

 

 

Borování je proces, při kterém se bor zavádí do kovu nebo slitiny. Jedná se o proces povrchového kalení a modifikace, při kterém jsou atomy boru difundovány do povrchu kovové součásti. V důsledku toho povrch obsahuje boridy kovů, jako jsou boridy železa a boridy niklu. V čistém stavu mají tyto boridy extrémně vysokou tvrdost a odolnost proti opotřebení. Boronizované kovové díly jsou extrémně odolné proti opotřebení a často vydrží až pětkrát déle než součásti ošetřené konvenčním tepelným zpracováním, jako je kalení, nauhličování, nitridování, nitrokarburování nebo indukční kalení.

 

​

 

Těžká difúzní povrchová úprava a modifikace: Pokud je obsah uhlíku nízký (například méně než 0,25 %), můžeme zvýšit obsah uhlíku v povrchu pro vytvrzení. Součást může být buď tepelně zpracována kalením v kapalině nebo ochlazena v klidném vzduchu v závislosti na požadovaných vlastnostech. Tato metoda umožní pouze lokální zpevnění na povrchu, nikoli však v jádře. To je někdy velmi žádoucí, protože to umožňuje tvrdý povrch s dobrými vlastnostmi opotřebení jako u ozubených kol, ale má houževnaté vnitřní jádro, které bude dobře fungovat při nárazovém zatížení.

 

 

 

V jedné z technik povrchových úprav a úprav, konkrétně nauhličování, přidáváme na povrch uhlík. Součást vystavíme atmosféře bohaté na uhlík při zvýšené teplotě a umožníme difúzi, aby se atomy uhlíku přenesly do oceli. K difúzi dojde pouze v případě, že ocel má nízký obsah uhlíku, protože difúze funguje na principu diferenciálu koncentrací.

 

 

 

Nauhličování v balení: Díly jsou baleny do média s vysokým obsahem uhlíku, jako je uhlíkový prášek, a zahřívány v peci po dobu 12 až 72 hodin při 900 stupních Celsia (1 652 Fahrenheita). Při těchto teplotách vzniká CO plyn, který je silným redukčním činidlem. K redukční reakci dochází na povrchu oceli a uvolňuje uhlík. Uhlík je pak díky vysoké teplotě difundován do povrchu. Uhlík na povrchu je 0,7 % až 1,2 % v závislosti na podmínkách procesu. Dosahovaná tvrdost je 60 - 65 RC. Hloubka nauhličeného pouzdra se pohybuje od cca 0,1 mm do 1,5 mm. Nauhličování náplně vyžaduje dobrou kontrolu stejnoměrnosti teploty a konzistenci při zahřívání.

 

 

 

Plynové nauhličování: Při této variantě povrchové úpravy je plynný oxid uhelnatý (CO) přiváděn do vyhřívané pece a na povrchu dílů probíhá redukční reakce usazování uhlíku. Tento proces překonává většinu problémů nauhličování náplně. Jednou z obav je však bezpečné zadržování plynu CO.

 

 

 

Kapalné nauhličování: Ocelové díly jsou ponořeny do lázně bohaté na roztavený uhlík.

 

 

 

Nitridace je proces povrchové úpravy a úpravy zahrnující difúzi dusíku do povrchu oceli. Dusík tvoří nitridy s prvky, jako je hliník, chrom a molybden. Díly jsou před nitridací tepelně zpracovány a temperovány. Díly se poté vyčistí a zahřejí v peci v atmosféře disociovaného amoniaku (obsahujícího N a H) po dobu 10 až 40 hodin při 500 až 625 °C (932 až 1157 Fahrenheita). Dusík difunduje do oceli a tvoří nitridové slitiny. Ta proniká do hloubky až 0,65 mm. Pouzdro je velmi tvrdé a zkreslení je nízké. Vzhledem k tomu, že pouzdro je tenké, nedoporučuje se povrchové broušení, a proto nitridování povrchu nemusí být volbou pro povrchy s požadavky na velmi hladkou konečnou úpravu.

 

 

 

Karbonitridační povrchová úprava a proces modifikace je nejvhodnější pro nízkouhlíkové legované oceli. Při karbonitridačním procesu se uhlík i dusík difundují do povrchu. Díly se ohřívají v atmosféře uhlovodíku (jako je metan nebo propan) smíchaného s amoniakem (NH3). Jednoduše řečeno, proces je kombinací nauhličování a nitridace. Karbonitridační povrchová úprava se provádí při teplotách 760 - 870 Celsia (1400 - 1598 Fahrenheita), poté se ochladí v atmosféře zemního plynu (bez kyslíku). Proces karbonitridace není vhodný pro vysoce přesné díly kvůli deformacím, které jsou vlastní. Dosažená tvrdost je podobná jako při nauhličování (60 - 65 RC), ale ne tak vysoká jako u nitridace (70 RC). Hloubka pouzdra je mezi 0,1 a 0,75 mm. Pouzdro je bohaté na nitridy i martenzit. Pro snížení křehkosti je potřeba následné temperování.

 

 

 

Speciální procesy povrchových úprav a úprav jsou v rané fázi vývoje a jejich účinnost je zatím neprokázaná. Oni jsou:

 

 

 

Kryogenní úprava: Obecně se používá na kalené oceli, pomalu ochlazujte substrát na asi -166 stupňů Celsia (-300 Fahrenheit), aby se zvýšila hustota materiálu a tím se zvýšila odolnost proti opotřebení a rozměrová stálost.

 

 

 

Vibrační úprava: Cílem je zmírnit tepelné napětí nahromaděné při tepelném zpracování prostřednictvím vibrací a zvýšit životnost.

 

 

 

Magnetická úprava: Cílem je změnit uspořádání atomů v materiálech prostřednictvím magnetických polí a doufejme, že zlepší životnost opotřebení.

 

 

 

Efektivitu těchto speciálních technik povrchových úprav a úprav je třeba ještě prokázat. Také tyto tři výše uvedené techniky ovlivňují kromě povrchů sypký materiál.