Обзор методов обработки поверхностей

Методы поверхностной обработки используются для улучшения свойств поверхности материалов. Некоторые из этих методов включают в себя гальваническое осаждение, напыление, химическую обработку и термическую обработку. В этой статье будет обсуждаться краткое сравнение низкотемпературных и высокотемпературных методов обработки поверхностной модификации по сравнению с термодиффузионной обработкой (рис. 1).

Рис. 1. Простая классификация обработки поверхности

Что такое обработка поверхности?

Обработка поверхности — это дополнительный процесс, применяемый к поверхности материала с целью добавления таких функций, как устойчивость к ржавчине и износу, или улучшения декоративных свойств для улучшения его внешнего вида.

Окрашивание, например, нанесение на кузов автомобиля, печать названия производителя и другой информации на поверхности бытовой техники, а также «покрытие», наносимое под краску на ограждения, являются типичными примерами обработки поверхности.

Термическая обработка, такая как закалка, применяемая к металлическим деталям, таким как шестерни и лезвия, также классифицируется как обработка поверхности.

Обработку поверхности можно в широком смысле разделить на процессы удаления, такие как соскабливание или плавление поверхности, и аддитивные процессы, такие как покраска, которые добавляют что-то еще к поверхности.

Способы обработки поверхности

Наиболее часто используемые методы обработки поверхности включают следующие методы.

Категория	Процесс	Объяснение
Очистка	Очистка	Очистка — это процесс удаления масла, поверхностных оксидов, заусенцев и посторонних веществ. Это может продлить срок службы покраски и покрытия. Среди процессов очистки при струйной очистке и хонинговании используются соответственно абразивы и шлифовальные круги, поэтому эти процессы можно назвать одновременно очисткой и полировкой.
	Струйная очистка
	Хонингование
Полировка	Механическая полировка	Полировка поверхности для придания ей гладкости. В то время как механическая полировка обычно связана с трением шлифовальным камнем или щеткой, химическая или электрополировка слегка растворяет поверхность, делая ее гладкой. Электрополировка использует электролиз для растворения поверхности детали в растворе.
	Химическая полировка
	Электрополировка
Окраска	Окраска распылением	Это процесс добавления краски на поверхность. Это делается для повышения коррозионной стойкости и декоративных свойств. Электростатическое покрытие — это тип покрытия, в котором краска заряжается и эффективно прилипает за счет силы статического электричества. Порошковое покрытие также является типом электростатического покрытия. Электроосаждение — способ нанесения краски на поверхность детали путем электролиза раствора специальной краски и применяется для основы автомобильных кузовов.
	Электростатическое покрытие (электростатическая окраска)
	Электроосаждение покрытия
Покрытие	Гальваническое покрытие (электролитическое покрытие)	Гальванопокрытие — это процесс покрытия поверхности компонента тонкой пленкой другого металла. Гальванопокрытие — это метод нанесения покрытия на поверхность детали путем электролиза раствора. В основном это делается на металлах, таких как железо, для обеспечения коррозионной стойкости и декоративных свойств. В некоторых случаях гальванопокрытие наносится на поверхность пластмасс в декоративных целях, однако в последние годы число таких нанесений сокращается из-за совершенствования технологии нанесения покрытий.
	Химическое покрытие
	Горячее покрытие погружением
Термическая обработка	Поверхностная закалка	Это обработка, которая упрочняет поверхность металлов, чтобы улучшить их сопротивление износу и усталости. При нагреве и охлаждении металла структура поверхности металла изменяется, что делает его более твердым. При поверхностной закалке существует метод, называемый высокочастотной закалкой, при котором на катушку подается ток высокой частоты, нагревающий деталь наподобие так называемого индукционного нагревателя.
	Сжигание древесного угля
	Азотирование

Низкотемпературная и высокотемпературная обработка поверхности

Давайте подробнее разберем именно те методы обработки поверхности, для которых требуется нагрев и нагревательные элементы. Рассмотрим низкотемпературные и высокотемпературные методы обработки поверхностей.

Обзор методов обработки поверхностей - Электроосаждение

Низкотемпературная обработка

К низкотемпературным и высокотемпературным методам обработки поверхностей относятся:

Электроосаждение
Термическое напыление (расплавленный материал напыляется на стальную основу)
Покраска (порошковая окраска)
Химическая обработка
Гальваника

Электроосаждение можно определить как электрометаллическое электронное покрытие, такое как электроокраска. В этом методе используется порошок краски и напыляемый порошок (при низкой температуре) с использованием системы электрического заряда с заготовкой в качестве катода и порошком краски в качестве анода. Электрический ток используется для нанесения краски на поверхность. Это похоже (в принципе) на гальванику. Порошковую краску в дальнейшем нужно будет запечь в специальных инфракрасных печах полимеризации.

Гальваническое покрытие представляет собой процедуру, при которой защитное покрытие наносится с использованием теплого или горячего жидкого раствора растворенного материала анода на катодный компонент, который погружается в растворяемую жидкость для осаждения. Гальваническое покрытие обычно используется для покрытия менее дорогого металла более дорогим металлом или для покрытия коррозионно-активного металла менее коррозионно-активным металлом.

Основная проблема с гальванопокрытием заключается в том, что детали обычно находятся в токсичном жидком растворе, который требует хорошей предварительной очистки компонента (катода). Несущий жидкий металл агент и сточные воды требуют особой осторожности с точки зрения личной безопасности оператора.

Металлический анод обычно изготавливается из металла покрытия – одного металлического элемента (например, хрома, никеля, кадмия, меди) – для нанесения на катодные компоненты. Плакировка выполняется для:

Улучшить износостойкость
Сопротивление коррозии
Улучшение физических свойств, таких как прочность на кручение, прочность на растяжение и ударная вязкость
Защита от вдавливания

Однако некоторые сплавы могут быть осаждены электроосаждением, особенно латунь и припой. Покрытые «сплавы» — это не настоящие сплавы (т. е. твердые растворы), а скорее дискретные крошечные кристаллы металлов, на которые наносится покрытие. В случае гальванического припоя иногда считается необходимым иметь «настоящий сплав», и гальванический припой расплавляют, чтобы позволить олову и свинцу соединиться с образованием настоящего сплава. Настоящий сплав более устойчив к коррозии, чем сплав с покрытием.

Обзор методов обработки поверхностей - Гальванизация

В гальванических ваннах для подогрева раствора могут применяться два типа нагревателей: металлические погружные ТЭНы или керамические сухие ТЭНы в защитных колбах. Металлические нагреватели более дешевый вариант нагрева, однако из-за постоянного прямого погружения в агрессивную жидкость они быстро требуют замены, а изготовление ТЭНов из более устойчивых материалов обойдется недешево. Керамические же сухие ТЭНы помещаются в защитную колбу, которая приваривается или прикручивается к самой емкости гальванической ванны, при этом нагреватель не касается жидкости и даже если он выйдет из строя со временем (хотя срок службы у него гораздо больше, чем у металлических нагревателей) – его очень просто заменить, даже не потребуется сливать жидкость из ванны.

Обзор методов обработки поверхностей - Нагреватели для обработки поверхностей

Высокотемпературные тонкопленочные твердые покрытия

Процессы осаждения могут улучшить следующее:

Очень высокотемпературные условия эксплуатации
Условия высокой износостойкости
Размерная стабильность
Производительность и снижение производственных затрат

Типы осаждения сверхтвердых покрытий

Два метода осаждения сверхтвердых покрытий — это химическое осаждение из паровой фазы и физическое осаждение из паровой фазы. Имейте в виду, что эти процедуры требуют высокотемпературных условий металлургической обработки.

Химическое осаждение из паровой фазы (CVD) требует высокой температуры в присутствии подходящего газа. Металлический технологический газ разлагает и высвобождает металлическое осаждение на металлическую подложку (обычно сталь).
Физическое осаждение из паровой фазы (PVD) требует образования паров металла для поверхностного осаждения. Он будет реагировать с компонентом с образованием газа, который образует покрытие с твердой поверхностью.

Азотирование

Азотирование — это термохимическая диффузионная обработка, при которой на поверхности компонента образуются стабильные нитриды. Целью процедуры обычно является преобразование стали путем диффузии азота на поверхность. Это достигается с помощью процесса цементации/ферритной нитроцементации при низких температурах термической обработки, которые находятся ниже линии перехода A1 на диаграмме равновесия железо-углерод (рис. 2).

Обзор методов обработки поверхностей - Диаграмма равновесия железо-углерод

Рис. 2. Диаграмма равновесия железо-углерод

Процедура азотирования обычно происходит при температурах обработки ниже линии А1 от 450 до 730°С и, как правило, без процедуры закалки. Азот диффундирует на стальную поверхность. Сначала он растворяется в железной матрице. Если концентрация азота превышает предел растворимости 2,5% по массе, образуется однофазный или многофазный нитридный слой.

Если на поверхность стали диффундирует только молекулярный азот, то процесс называется азотированием. Однако, если в то же время углерод диффундирует на поверхность стали в результате добавления источника углерода в технологический газ азотирования, этот процесс теперь известен как нитроцементация и обычно известен как ферритная нитроцементация.

Производные процессы азотирования

Производные процессы азотирования обычно применяются к низколегированным сталям – ферритная азотация и комбинированная обработка азотированием с последующим контролируемым поверхностным окислением. Из-за добавления углерода в поток технологического газа слой эпсилон-соединения образуется довольно быстро. При добавлении источника кислорода в конце обработки нитроцементацией будет образовываться однородный слой оксида железа, который будет способствовать коррозионной стойкости.

При использовании плазменной технологии предварительную очистку (обычно известную как очистка распылением или просто очистка поверхности с помощью ионной бомбардировки) можно сравнить с атомной дробеструйной очисткой.

Тонкопленочное твердое покрытие режущих инструментов и инженерной оснастки

Эта процедура может очень хорошо работать в сочетании с процедурой азотирования.

Предварительная закалка и отпуск фрезы для получения поперечного сечения траверсы с твердостью приблизительно от 64 HRC (800 HV) до 66 HRC (830 HV).
Нитрид (диффузионный) до 68 HRC (880-940 HV)
Тонкопленочное твердое покрытие (обработка напылением, а не диффузия) до значения поверхностной твердости приблизительно 1800-2100 HV

Нагревательные элементы для обработки поверхностей

При обработке поверхностей нагревательные элементы играют решающую роль в достижении высокого качества отделки различных материалов. Наша компания Полимернагрев уже много лет занимается производством электронагревателей для промышленности, в частности мы предлагаем нагреватели для обработки поверхностей. Для нагрева жидкостей в промышленных ваннах мы рекомендуем использовать крамические сухие ТЭНы, помещаемые в специальные защитные колбы, так как сухие ТЭНы обеспечат лучшее качество нагрева и более длительный срок службы. Однако мы можем изготовить и погружные трубчатые нагреватели с различными оболочками, включая антикоррозийные, такие нагреватели будет удобно устанавливать сбоку в гальваническую ванну.

Также мы производим и другие типы нагревателей и оборудования для промышленного нагрева, к примеру, наши печи полимеризации с керамическими инфракрасными нагревателями, отлично зарекомендовали себя в индустрии порошкового окрашивания.

Если у вас есть вопросы по выбору нагревателей для обработки поверхностей – обращайтесь к нашим специалистам за бесплатной консультацией и получите профессиональные советы и расчеты от квалифицированных экспертов по нагреву.