Επεξεργασίες και Τροποποίηση Επιφανειών

Οι επιφάνειες καλύπτουν τα πάντα. Η ελκυστικότητα και οι λειτουργίες που μας παρέχουν οι επιφάνειες υλικού είναι υψίστης σημασίας. Therefore SURFACE TREATMENT and SURFACE MODIFICATION are among our everyday industrial operations. Η επεξεργασία και η τροποποίηση επιφανειών οδηγεί σε βελτιωμένες ιδιότητες επιφάνειας και μπορεί να πραγματοποιηθεί είτε ως τελική εργασία φινιρίσματος είτε πριν από μια εργασία επίστρωσης ή σύνδεσης. , προσαρμόστε τις επιφάνειες των υλικών και των προϊόντων για να:

 

 

 

- Ελέγξτε την τριβή και τη φθορά

 

- Βελτιώστε την αντοχή στη διάβρωση

 

- Βελτιώστε την πρόσφυση των επόμενων επιστρώσεων ή των ενωμένων μερών

 

- Αλλαγή φυσικών ιδιοτήτων αγωγιμότητα, ειδική αντίσταση, επιφανειακή ενέργεια και ανάκλαση

 

- Αλλάξτε τις χημικές ιδιότητες των επιφανειών με την εισαγωγή λειτουργικών ομάδων

 

- Αλλαγή διαστάσεων

 

- Αλλάξτε την εμφάνιση, π.χ. χρώμα, τραχύτητα… κ.λπ.

 

- Καθαρίστε ή/και απολυμάνετε τις επιφάνειες

 

 

 

Χρησιμοποιώντας επιφανειακή επεξεργασία και τροποποίηση, οι λειτουργίες και η διάρκεια ζωής των υλικών μπορούν να βελτιωθούν. Οι κοινές μας μέθοδοι επεξεργασίας και τροποποίησης επιφάνειας μπορούν να χωριστούν σε δύο μεγάλες κατηγορίες:

 

 

 

Επεξεργασία και τροποποίηση επιφανειών που καλύπτει επιφάνειες:

 

Οργανικές επικαλύψεις: Οι οργανικές επικαλύψεις εφαρμόζουν χρώματα, τσιμέντα, ελάσματα, λιωμένες σκόνες και λιπαντικά στις επιφάνειες των υλικών.

 

Ανόργανες επιστρώσεις: Οι δημοφιλείς ανόργανες επιστρώσεις μας είναι η ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση, η αυτοκαταλυτική επιμετάλλωση (επιμεταλλώσεις χωρίς ηλεκτρισμό), οι επικαλύψεις μετατροπής, οι θερμικοί ψεκασμοί, η εν θερμώ εμβάπτιση, η σκληρή επιφάνεια, η σύντηξη φούρνου, οι επικαλύψεις λεπτής μεμβράνης όπως SiO2, SiN σε μέταλλο, γυαλί, κεραμικά κ.λπ. Η επεξεργασία και η τροποποίηση επιφανειών που περιλαμβάνουν επιστρώσεις εξηγούνται λεπτομερώς στο σχετικό υπομενού, παρακαλώκάντε κλικ εδώ Λειτουργικές επιστρώσεις / Διακοσμητικές επικαλύψεις / Λεπτή μεμβράνη / Χοντρό φιλμ

 

 

 

Επεξεργασία επιφανειών και τροποποίηση που αλλάζει τις επιφάνειες: Εδώ σε αυτήν τη σελίδα θα επικεντρωθούμε σε αυτά. Δεν είναι όλες οι τεχνικές επιφανειακής επεξεργασίας και τροποποίησης που περιγράφουμε παρακάτω σε μικρο ή νανοκλίμακα, αλλά θα αναφερθούμε εν συντομία σε αυτές, καθώς οι βασικοί στόχοι και μέθοδοι είναι παρόμοιοι σε σημαντικό βαθμό με εκείνες της μικροβιομηχανικής κλίμακας.

 

 

 

Σκλήρυνση: Επιλεκτική σκλήρυνση επιφάνειας με λέιζερ, φλόγα, επαγωγή και δέσμη ηλεκτρονίων.

 

 

 

Θεραπείες υψηλής ενέργειας: Μερικές από τις θεραπείες υψηλής ενέργειας περιλαμβάνουν εμφύτευση ιόντων, υαλοπίνακες και σύντηξη λέιζερ και επεξεργασία με δέσμη ηλεκτρονίων.

 

 

 

Επεξεργασίες λεπτής διάχυσης: Οι διεργασίες λεπτής διάχυσης περιλαμβάνουν φερριτική-νιτροανθρακοποίηση, βορονίωση, άλλες διεργασίες αντίδρασης υψηλής θερμοκρασίας όπως TiC, VC.

 

 

 

Θεραπείες βαριάς διάχυσης: Οι διεργασίες βαριάς διάχυσης περιλαμβάνουν την ενανθράκωση, τη νιτρίωση και τη νιτροποίηση του άνθρακα.

 

 

 

Ειδικές επεξεργασίες επιφανειών: Ειδικές επεξεργασίες όπως κρυογονικές, μαγνητικές και ηχητικές επεξεργασίες επηρεάζουν τόσο τις επιφάνειες όσο και τα χύμα υλικά.

 

 

 

Οι διαδικασίες επιλεκτικής σκλήρυνσης μπορούν να πραγματοποιηθούν με φλόγα, επαγωγή, δέσμη ηλεκτρονίων, δέσμη λέιζερ. Μεγάλα υποστρώματα σκληρύνονται βαθιά με σκλήρυνση με φλόγα. Η επαγωγική σκλήρυνση από την άλλη χρησιμοποιείται για μικρά εξαρτήματα. Η σκλήρυνση με λέιζερ και δέσμη ηλεκτρονίων μερικές φορές δεν διακρίνονται από εκείνες σε σκληρές επιφάνειες ή επεξεργασίες υψηλής ενέργειας. Αυτές οι διαδικασίες επιφανειακής επεξεργασίας και τροποποίησης ισχύουν μόνο για χάλυβες που έχουν επαρκή περιεκτικότητα σε άνθρακα και κράμα ώστε να επιτρέπεται η σκλήρυνση απόσβεσης. Οι χυτοσίδηροι, οι ανθρακούχες χάλυβες, οι χάλυβες εργαλείων και οι κραματοποιημένοι χάλυβες είναι κατάλληλοι για αυτήν τη μέθοδο επιφανειακής επεξεργασίας και τροποποίησης. Οι διαστάσεις των εξαρτημάτων δεν μεταβάλλονται σημαντικά από αυτές τις σκληρυντικές επιφανειακές επεξεργασίες. Το βάθος σκλήρυνσης μπορεί να ποικίλλει από 250 μικρά έως το βάθος ολόκληρου του τμήματος. Ωστόσο, σε ολόκληρη την περίπτωση τομής, το τμήμα πρέπει να είναι λεπτό, μικρότερο από 25 mm (1 in) ή μικρό, καθώς οι διαδικασίες σκλήρυνσης απαιτούν ταχεία ψύξη των υλικών, μερικές φορές μέσα σε ένα δευτερόλεπτο. Αυτό είναι δύσκολο να επιτευχθεί σε μεγάλα τεμάχια εργασίας, και επομένως σε μεγάλα τμήματα, μόνο οι επιφάνειες μπορούν να σκληρυνθούν. Ως μια δημοφιλής διαδικασία επεξεργασίας και τροποποίησης επιφανειών, σκληραίνουμε τα ελατήρια, τις λεπίδες μαχαιριών και τις χειρουργικές λεπίδες μεταξύ πολλών άλλων προϊόντων.

 

 

 

Οι διαδικασίες υψηλής ενέργειας είναι σχετικά νέες μέθοδοι επεξεργασίας και τροποποίησης επιφανειών. Οι ιδιότητες των επιφανειών αλλάζουν χωρίς να αλλάζουν οι διαστάσεις. Οι δημοφιλείς διαδικασίες επιφανειακής επεξεργασίας υψηλής ενέργειας είναι η επεξεργασία με δέσμη ηλεκτρονίων, η εμφύτευση ιόντων και η επεξεργασία με δέσμη λέιζερ.

 

 

 

Επεξεργασία δέσμης ηλεκτρονίων: Η επεξεργασία επιφάνειας με δέσμη ηλεκτρονίων μεταβάλλει τις ιδιότητες της επιφάνειας με ταχεία θέρμανση και ταχεία ψύξη — της τάξης των 10Exp6 Centigrade/sec (10exp6 Fahrenheit/sec) σε μια πολύ ρηχή περιοχή περίπου 100 microns κοντά στην επιφάνεια του υλικού. Η επεξεργασία δέσμης ηλεκτρονίων μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε σκληρές επιφάνειες για την παραγωγή κραμάτων επιφάνειας.

 

 

 

Εμφύτευση ιόντων: Αυτή η μέθοδος επιφανειακής επεξεργασίας και τροποποίησης χρησιμοποιεί δέσμη ηλεκτρονίων ή πλάσμα για τη μετατροπή ατόμων αερίου σε ιόντα με επαρκή ενέργεια και εμφύτευση/εισαγωγή των ιόντων στο ατομικό πλέγμα του υποστρώματος, που επιταχύνεται από μαγνητικά πηνία σε θάλαμο κενού. Το κενό διευκολύνει τα ιόντα να κινούνται ελεύθερα στο θάλαμο. Η αναντιστοιχία μεταξύ των εμφυτευμένων ιόντων και της επιφάνειας του μετάλλου δημιουργεί ατομικά ελαττώματα που σκληραίνουν την επιφάνεια.

 

 

 

Επεξεργασία δέσμης λέιζερ: Όπως η επεξεργασία και τροποποίηση της επιφάνειας με δέσμη ηλεκτρονίων, η επεξεργασία με δέσμη λέιζερ αλλάζει τις ιδιότητες της επιφάνειας με ταχεία θέρμανση και ταχεία ψύξη σε μια πολύ ρηχή περιοχή κοντά στην επιφάνεια. Αυτή η μέθοδος επεξεργασίας και τροποποίησης επιφανειών μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε σκληρές επιφάνειες για την παραγωγή κραμάτων επιφάνειας.

 

 

 

Η τεχνογνωσία στις δοσολογίες και τις παραμέτρους επεξεργασίας εμφυτευμάτων μας δίνει τη δυνατότητα να χρησιμοποιούμε αυτές τις τεχνικές επιφανειακής επεξεργασίας υψηλής ενέργειας στις εγκαταστάσεις κατασκευής μας.

 

 

 

Επεξεργασίες λεπτής επιφάνειας διάχυσης:

​

Η φερριτική νιτροανθρακοποίηση είναι μια διαδικασία σκλήρυνσης θήκης που διαχέει άζωτο και άνθρακα σε σιδηρούχα μέταλλα σε υποκρίσιμες θερμοκρασίες. Η θερμοκρασία επεξεργασίας είναι συνήθως στους 565 Κελσίου (1049 Φαρενάιτ). Σε αυτή τη θερμοκρασία, οι χάλυβες και τα άλλα σιδηρούχα κράματα βρίσκονται ακόμη σε φερριτική φάση, κάτι που είναι πλεονεκτικό σε σύγκριση με άλλες διαδικασίες σκλήρυνσης περιπτώσεων που συμβαίνουν στην ωστενιτική φάση. Η διαδικασία χρησιμοποιείται για τη βελτίωση:

 

•αντοχή σε γδαρσίματα

 

•ιδιότητες κόπωσης

 

•αντοχή στη διάβρωση

 

Πολύ μικρή παραμόρφωση του σχήματος εμφανίζεται κατά τη διαδικασία σκλήρυνσης χάρη στις χαμηλές θερμοκρασίες επεξεργασίας.

 

 

 

Βορονισμός, είναι η διαδικασία κατά την οποία το βόριο εισάγεται σε ένα μέταλλο ή κράμα. Είναι μια διαδικασία επιφανειακής σκλήρυνσης και τροποποίησης με την οποία άτομα βορίου διαχέονται στην επιφάνεια ενός μεταλλικού συστατικού. Ως αποτέλεσμα, η επιφάνεια περιέχει βορίδια μετάλλων, όπως βορίδια σιδήρου και βορίδια νικελίου. Στην καθαρή τους κατάσταση αυτά τα βορίδια έχουν εξαιρετικά υψηλή σκληρότητα και αντοχή στη φθορά. Τα βορονισμένα μεταλλικά μέρη είναι εξαιρετικά ανθεκτικά στη φθορά και συχνά διαρκούν έως και πέντε φορές περισσότερο από εξαρτήματα που υποβάλλονται σε επεξεργασία με συμβατικές θερμικές επεξεργασίες, όπως σκλήρυνση, ενανθράκωση, νιτρίωση, νιτροανθρακοποίηση ή επαγωγική σκλήρυνση.

 

​

 

Επεξεργασία και τροποποίηση επιφάνειας βαριάς διάχυσης: Εάν η περιεκτικότητα σε άνθρακα είναι χαμηλή (λιγότερο από 0,25% για παράδειγμα) τότε μπορούμε να αυξήσουμε την περιεκτικότητα σε άνθρακα της επιφάνειας για σκλήρυνση. Το εξάρτημα μπορεί είτε να υποβληθεί σε θερμική επεξεργασία με απόσβεση σε υγρό είτε να ψυχθεί σε ακίνητο αέρα ανάλογα με τις επιθυμητές ιδιότητες. Αυτή η μέθοδος θα επιτρέψει τοπική σκλήρυνση μόνο στην επιφάνεια, αλλά όχι στον πυρήνα. Αυτό μερικές φορές είναι πολύ επιθυμητό επειδή επιτρέπει μια σκληρή επιφάνεια με καλές ιδιότητες φθοράς όπως στα γρανάζια, αλλά έχει έναν σκληρό εσωτερικό πυρήνα που θα έχει καλή απόδοση υπό κρουστική φόρτιση.

 

 

 

Σε μία από τις τεχνικές επιφανειακής επεξεργασίας και τροποποίησης, δηλαδή την ενανθράκωση, προσθέτουμε άνθρακα στην επιφάνεια. Εκθέτουμε το εξάρτημα σε μια ατμόσφαιρα πλούσια σε άνθρακα σε υψηλή θερμοκρασία και αφήνουμε τη διάχυση για να μεταφέρει τα άτομα άνθρακα στον χάλυβα. Η διάχυση θα συμβεί μόνο εάν ο χάλυβας έχει χαμηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα, επειδή η διάχυση λειτουργεί με βάση τη διαφορά της αρχής των συγκεντρώσεων.

 

 

 

Ενανθράκωση συσκευασίας: Τα εξαρτήματα συσκευάζονται σε μέσο υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα, όπως σκόνη άνθρακα και θερμαίνονται σε κλίβανο για 12 έως 72 ώρες στους 900 βαθμούς Κελσίου (1652 Φαρενάιτ). Σε αυτές τις θερμοκρασίες παράγεται αέριο CO που είναι ισχυρός αναγωγικός παράγοντας. Η αντίδραση αναγωγής συμβαίνει στην επιφάνεια του χάλυβα που απελευθερώνει άνθρακα. Ο άνθρακας στη συνέχεια διαχέεται στην επιφάνεια χάρη στην υψηλή θερμοκρασία. Ο άνθρακας στην επιφάνεια είναι 0,7% έως 1,2% ανάλογα με τις συνθήκες της διαδικασίας. Η σκληρότητα που επιτυγχάνεται είναι 60 - 65 RC. Το βάθος της ενανθρακωμένης θήκης κυμαίνεται από περίπου 0,1 mm έως 1,5 mm. Η ενανθράκωση της συσκευασίας απαιτεί καλό έλεγχο της ομοιομορφίας της θερμοκρασίας και της συνέπειας στη θέρμανση.

 

 

 

Ενανθράκωση αερίου: Σε αυτήν την παραλλαγή της επιφανειακής επεξεργασίας, το αέριο μονοξείδιο του άνθρακα (CO) παρέχεται σε θερμαινόμενο κλίβανο και η αντίδραση μείωσης της εναπόθεσης άνθρακα λαμβάνει χώρα στην επιφάνεια των εξαρτημάτων. Αυτή η διαδικασία ξεπερνά τα περισσότερα από τα προβλήματα της ενανθράκωσης συσκευασίας. Ωστόσο, μια ανησυχία είναι η ασφαλής συγκράτηση του αερίου CO.

 

 

 

Υγρή ενανθράκωση: Τα χαλύβδινα μέρη βυθίζονται σε λουτρό πλούσιο σε λιωμένο άνθρακα.

 

 

 

Η νιτρίωση είναι μια διαδικασία επεξεργασίας επιφανειών και τροποποίησης που περιλαμβάνει τη διάχυση αζώτου στην επιφάνεια του χάλυβα. Το άζωτο σχηματίζει νιτρίδια με στοιχεία όπως το αλουμίνιο, το χρώμιο και το μολυβδαίνιο. Τα μέρη υποβάλλονται σε θερμική επεξεργασία και σκληρύνονται πριν από τη νιτρίωση. Τα μέρη στη συνέχεια καθαρίζονται και θερμαίνονται σε κλίβανο σε ατμόσφαιρα διάσπασης αμμωνίας (που περιέχει Ν και Η) για 10 έως 40 ώρες στους 500-625 Κελσίου (932 - 1157 Fahrenheit). Το άζωτο διαχέεται στον χάλυβα και σχηματίζει κράματα νιτριδίων. Αυτό διεισδύει σε βάθος έως και 0,65 mm. Η θήκη είναι πολύ σκληρή και η παραμόρφωση χαμηλή. Δεδομένου ότι η θήκη είναι λεπτή, δεν συνιστάται η λείανση επιφανειών και επομένως η επεξεργασία επιφανειών με νιτρίωση μπορεί να μην είναι επιλογή για επιφάνειες με πολύ λείο φινίρισμα.

 

 

 

Η διαδικασία επεξεργασίας και τροποποίησης της επιφανειακής κατεργασίας ανθρακικής ενυδάτωσης είναι η πλέον κατάλληλη για χάλυβες με χαμηλή περιεκτικότητα σε κράμα άνθρακα. Στη διαδικασία της ανθρακοποίησης, τόσο ο άνθρακας όσο και το άζωτο διαχέονται στην επιφάνεια. Τα μέρη θερμαίνονται σε ατμόσφαιρα υδρογονάνθρακα (όπως μεθάνιο ή προπάνιο) αναμεμειγμένο με αμμωνία (NH3). Με απλά λόγια, η διαδικασία είναι ένας συνδυασμός Carburizing και Nitriding. Η επιφανειακή κατεργασία με ενανθρακοποίηση πραγματοποιείται σε θερμοκρασίες 760 - 870 Κελσίου (1400 - 1598 Φαρενάιτ), στη συνέχεια σβήνεται σε ατμόσφαιρα φυσικού αερίου (χωρίς οξυγόνο). Η διαδικασία ανθρακοποίησης δεν είναι κατάλληλη για εξαρτήματα υψηλής ακρίβειας λόγω των εγγενών παραμορφώσεων. Η σκληρότητα που επιτυγχάνεται είναι παρόμοια με την ενανθράκωση (60 - 65 RC) αλλά όχι τόσο υψηλή όσο το Nitriding (70 RC). Το βάθος της θήκης είναι μεταξύ 0,1 και 0,75 mm. Η θήκη είναι πλούσια σε νιτρίδια καθώς και σε μαρτενσίτη. Χρειάζεται μετέπειτα σκλήρυνση για να μειωθεί η ευθραυστότητα.

 

 

 

Οι ειδικές διαδικασίες επιφανειακής επεξεργασίας και τροποποίησης βρίσκονται στα αρχικά στάδια ανάπτυξης και η αποτελεσματικότητά τους δεν έχει ακόμη αποδειχθεί. Αυτοί είναι:

 

 

 

Κρυογονική επεξεργασία: Γενικά εφαρμόζεται σε σκληρυμένους χάλυβες, ψύχεται αργά το υπόστρωμα στους -166 Κελσίου (-300 Φαρενάιτ) για να αυξηθεί η πυκνότητα του υλικού και έτσι να αυξηθεί η αντοχή στη φθορά και η σταθερότητα των διαστάσεων.

 

 

 

Επεξεργασία κραδασμών: Αυτές σκοπεύουν να ανακουφίσουν τη θερμική καταπόνηση που δημιουργείται στις θερμικές επεξεργασίες μέσω δονήσεων και να αυξήσουν τη διάρκεια ζωής της φθοράς.

 

 

 

Μαγνητική επεξεργασία: Αυτά σκοπεύουν να αλλάξουν τη σειρά των ατόμων στα υλικά μέσω μαγνητικών πεδίων και ελπίζουμε να βελτιώσουν τη διάρκεια της φθοράς.

 

 

 

Η αποτελεσματικότητα αυτών των ειδικών τεχνικών επεξεργασίας και τροποποίησης επιφανειών μένει ακόμη να αποδειχθεί. Επίσης αυτές οι τρεις παραπάνω τεχνικές επηρεάζουν το χύμα υλικό εκτός από τις επιφάνειες.