Metalloverflatebehandling refererer til prosesser som bruker moderne teknikker innen fysikk, kjemi, metallurgi og varmebehandling for å endre overflatetilstanden og egenskapene til komponenter. Disse prosessene er rettet mot å optimalisere kombinasjonen av overflate- og kjernematerialer for å møte de nødvendige ytelsesspesifikasjonene.
Funksjoner av overflatebehandling:
Forbedre overflatekorrosjonsmotstand og slitestyrke, redusere hastigheten, eliminere og reparere overflateendringer og skader.
Gi vanlige materialer med overflater som har spesielle funksjoner.
Spar energi, reduser kostnader og forbedre miljøpåvirkningen.
Klassifisering av metalloverflatebehandlingsprosesser:
Overflatebehandling: Denne metoden innebærer å endre materialets overflatemorfologi, fasesammensetning, mikrostruktur, defekttilstand og spenningstilstand gjennom fysiske eller kjemiske prosesser, for å oppnå de nødvendige overflateegenskapene. Den kjemiske sammensetningen av materialet forblir uendret.
Overflatemodifikasjonsteknologi: Denne metoden bruker fysiske metoder for å introdusere ytterligere materialer i underlaget, og danner et legert lag for å oppnå de ønskede overflateegenskapene.
Overflatelegeringsteknologi: Denne prosessen innebærer å bruke kjemiske metoder for å få de tilsatte materialene til å reagere med underlaget, og danner et transformasjonslag for å oppnå de ønskede overflateegenskapene.
Overflatekonverteringsbeleggsteknologi: Denne prosessen innebærer å bruke fysiske og kjemiske metoder for å lage belegg, som plettering eller belegg, på underlaget for å oppnå de nødvendige overflateegenskapene, uten å involvere underlaget i beleggsformasjonen.
I. Overflatemodifikasjonsteknologier
Overflateherding Overflateherding er en varmebehandlingsmetode hvor overflaten av stålet raskt varmes opp til austenitt-transformasjonstemperaturen og deretter bråkjøles, uten å endre stålets kjemiske sammensetning eller kjernestruktur. De viktigste metodene for overflateherding inkluderer flammeherding og induksjonsoppvarming, ved bruk av varmekilder som oksyacetylen- eller oksypropanflammer.
Laseroverflateherding Laseroverflateherding innebærer å fokusere en laserstråle på overflaten av arbeidsstykket. I løpet av en svært kort periode varmes overflatelaget opp til over sin transformasjonstemperatur eller smeltepunkt, etterfulgt av rask avkjøling. Denne prosessen herder og styrker overflaten. Den varmepåvirkede sonen er liten, deformasjonen er minimal, og prosessen er enkel å betjene. Den brukes hovedsakelig for lokalisert forsterkning av komponenter som stansedyser, veivaksler, kammer, kamaksler, splineaksler, presisjonsinstrumentskinner, høyhastighetsstålverktøy, gir og motorsylinderforinger.
Shot Peening Shot Peening innebærer å skyte et stort antall høyhastighets pellets på overflaten av arbeidsstykket, på samme måte som små hammere som treffer metalloverflaten. Dette forårsaker plastisk deformasjon i overflate- og undergrunnlagene, og styrker dermed komponenten. Fordeler: Øker mekanisk styrke, slitestyrke, tretthetsbestandighet og korrosjonsbestandighet. Den brukes til matt overflatebehandling, fjerning av oksidbelegg og eliminering av restspenninger i støpegods, smiing og sveiser.
Rullepolering Rullepolering innebærer å påføre trykk med harde valser eller poleringsverktøy på den roterende arbeidsstykkets overflate ved romtemperatur, som plastisk deformerer og herder overflaten for å oppnå en jevn, polert og forsterket overflate med bestemte mønstre. Bruksområder: Egnet for komponenter med enkle former som sylindriske, koniske og flate overflater.
Wire Drawing Trådtrekking refererer til å tvinge metallet gjennom en dyse under ekstern kraft, redusere metallets tverrsnittsareal for å oppnå ønsket form og dimensjoner. Metallet gjennomgår deformasjon under denne prosessen. Bruksområder: Prosessen kan lage forskjellige dekorative finisher som rette linjer, tilfeldige mønstre, bølger og spiralmønstre.
Polering Polering er en overflatebehandlingsprosess som modifiserer overflaten for å oppnå en jevn finish. Selv om det ikke forbedrer eller opprettholder dimensjonsnøyaktigheten, avhengig av forbehandlingsforholdene, kan polerte overflater nå Ra-verdier fra 1,6 μm til 0.008 μm.
II. Overflatelegeringsteknologier
Kjemisk overflatevarmebehandling Overflatelegeringsteknologiens typiske prosess er kjemisk overflatevarmebehandling. I denne prosessen plasseres arbeidsstykker i et spesifikt medium og varmes opp for å la aktive atomer fra mediet trenge inn i overflaten, noe som endrer den kjemiske sammensetningen og strukturen til arbeidsstykket for å forbedre egenskapene.
Sammenlignet med overflateherding, endrer kjemisk overflatevarmebehandling ikke bare overflatens mikrostruktur, men endrer også den kjemiske sammensetningen. Vanlige typer kjemiske varmebehandlinger inkluderer karburering, nitrering, co-diffusjon med flere elementer og andre typer elementdiffusjonsbehandlinger. Den kjemiske varmebehandlingsprosessen involverer tre hovedstadier: dekomponering, absorpsjon og diffusjon.
Svartning: Dette er en prosess der stål- eller ståldeler varmes opp i en luftdamp eller kjemisk løsning for å danne en svart eller blå oksidfilm på overflaten. Denne prosessen er også kjent som "blåning".
Fosfatering: Fosfatering innebærer å senke et arbeidsstykke (laget av stål, aluminium eller sink) i en fosfateringsløsning, hvor det dannes et krystallinsk fosfatkonverteringsbelegg på overflaten, som er uløselig i vann.
Anodisering: Anodisering refererer først og fremst til anodiseringsprosessen for aluminium og dets legeringer. I denne prosessen senkes aluminiumsdeler i et surt elektrolyttbad og utsettes for en elektrisk strøm. Overflaten danner et slitesterkt oksidbelegg, som gir korrosjonsmotstand, estetisk finish, elektrisk isolasjon og slitestyrke. Bruksområder: Vanligvis brukt til beskyttelsesbehandlinger av bil- og romfartskomponenter, samt dekorative behandlinger for husholdningsartikler og maskinvare.
III. Overflatebeleggingsteknologier
Termisk sprøyting Termisk sprøyting innebærer oppvarming av metaller eller ikke-metaller til smeltet tilstand og bruk av trykkluft for å sprøyte dem på et underlag. Dette danner et belegg som er fast bundet til grunnmaterialet og gir de ønskede fysiske og kjemiske egenskapene, som slitasje, korrosjon og varmebestandighet, samt elektrisk isolasjon. Bruksområder: Brukes på tvers av et bredt spekter av bransjer, inkludert romfart, kjernekraft, elektronikk og mer.
Vakuumbelegg Vakuumbelegg er en overflatebehandlingsprosess som involverer avsetning av metall og ikke-metall tynne filmer på underlag under vakuumforhold gjennom teknikker som fordamping eller sputtering. Fordeler: Vakuumbelegg tillater tynne lag med utmerket vedheft, rask hastighet og minimal forurensning.
Elektroplettering Elektroplettering er en elektrokjemisk prosess der et metall avsettes på et substrat fra en løsning som inneholder metallionene. For eksempel, ved nikkelplettering, blir metallarbeidsstykket nedsenket i en nikkelsaltløsning (NiSO4) og utsatt for en likestrøm, noe som får nikkel til å avsettes på arbeidsstykket. Bruksområder: Vanligvis brukt til både dekorative og funksjonelle belegg, slik som korrosjonsbestandighet og forbedring av sliteegenskaper.
Kjemisk dampavsetning (CVD) Kjemisk dampavsetning (CVD) er en metode som brukes til å avsette tynne filmer på materialer ved å introdusere gassformige kjemiske forbindelser som brytes ned på overflaten av substratet. Den resulterende filmen kan være metalliske eller sammensatte lag, avhengig av typen avsetning. Bruksområder: CVD er mye brukt i romfarts-, bil-, elektronikk- og energiindustrien for å produsere slitasjebestandige, korrosjonsbestandige, varmebestandige og elektrisk ledende belegg.
Fysisk dampavsetning (PVD) PVD er en vakuumbeleggingsteknikk der materialet fordampes til atom- eller molekylform og deretter avsettes på et underlag. Det inkluderer metoder som vakuumfordampning, sputtering og ioneplettering. PVD-belegg er kjent for sin sterke vedheft, jevn tykkelse og holdbarhet.
Bruksområder: PVD-belegg brukes i industrier som maskiner, romfart, elektronikk, optikk og lett industri for å lage tynne filmer med slitasje, korrosjon, varmebestandighet og andre spesielle egenskaper som elektrisk ledningsevne, isolasjon og magnetisme.
