Vi siete mai chiesti come fanno gli oggetti metallici di uso quotidiano a resistere all'usura? Questo articolo svela l'affascinante mondo dei processi di trattamento delle superfici metalliche. Dal miglioramento della durata all'aggiunta di funzioni speciali, scoprite come queste tecniche trasformano materiali ordinari in componenti straordinari. Immergetevi per conoscere la scienza che sta alla base della modifica delle superfici, delle leghe, dei film di conversione e dei rivestimenti, e come questi rivoluzionano l'ingegneria moderna.
Il trattamento delle superfici è un processo ingegneristico sofisticato che sfrutta tecnologie avanzate di fisica, chimica, metallurgia e scienza dei materiali per modificare le proprietà superficiali dei componenti. Questo approccio interdisciplinare mira a migliorare le caratteristiche della superficie mantenendo o migliorando le proprietà del materiale di base, per raggiungere infine i requisiti prestazionali prestabiliti.
Le funzioni principali del trattamento delle superfici comprendono:
Prestazioni migliorate:
Ingegneria delle superfici funzionali:
Vantaggi economici e ambientali:
Miglioramento estetico:
I processi di trattamento delle superfici comprendono un'ampia gamma di tecniche, tra cui, a titolo esemplificativo, le seguenti:
- Trattamenti chimici: Anodizzazione, fosfatazione, deposizione chimica da vapore (CVD)
- Trattamenti fisici: Deposizione fisica di vapore (PVD), spruzzatura al plasma, impiantazione di ioni
- Trattamenti meccanici: Pallinatura, brunitura, pallinatura laser
- Trattamenti termici: Nitrurazione, carburazione, tempra alla fiamma
Può essere suddiviso in quattro categorie: tecnologia di modifica delle superfici, tecnologia di legatura delle superfici, tecnologia dei film di conversione delle superfici e tecnologia di rivestimento delle superfici.
1. Spegnimento della superficie
La tempra superficiale si riferisce al metodo di trattamento termico di austenitizzazione dello strato superficiale mediante riscaldamento rapido e tempra per rafforzare la superficie dei pezzi senza modificare la composizione chimica e la struttura del nucleo dell'acciaio.
I principali metodi di tempra superficiale sono la tempra alla fiamma e il riscaldamento a induzione.
Le fonti di calore più comuni sono la fiamma ossiacetilenica o ossipropanica.
2. Rafforzamento della superficie con il laser
Il rafforzamento superficiale mediante laser consiste nell'utilizzare un raggio laser focalizzato per irradiare la superficie di un pezzo, riscaldando il materiale superficiale estremamente sottile a una temperatura superiore alla temperatura di trasformazione di fase o al punto di fusione in un tempo molto breve. Il materiale viene quindi raffreddato rapidamente per indurire e rafforzare la superficie del pezzo.
Il rafforzamento della superficie con il laser può essere suddiviso in trattamento di rafforzamento con trasformazione di fase laser, trattamento di legatura superficiale con il laser e trattamento di legatura superficiale con il laser. rivestimento laser trattamento.
Il laser per il rafforzamento delle superfici ha una piccola zona termicamente influenzata, una piccola deformazione e un funzionamento conveniente. Viene utilizzato principalmente per il rafforzamento locale di parti, come ad esempio matrici di tranciatura, alberi a gomito, camme, alberi a camme, alberi scanalati, guide per strumenti di precisione, frese in acciaio ad alta velocità, ingranaggi e canne dei cilindri dei motori a combustione interna.
3. Colpo pallinatura
La pallinatura è una tecnologia di rinforzo che prevede lo spruzzo di un gran numero di particelle mobili ad alta velocità sulla superficie dei pezzi. Questo processo crea innumerevoli piccoli impatti sulla superficie del metallo, inducendo deformazioni plastiche nella superficie e nel sottosuolo dei pezzi per ottenere un rafforzamento.
Funzione:
4. Rotolamento
La laminazione è un processo di trattamento superficiale in cui rulli o rulli duri vengono premuti sulla superficie del pezzo in rotazione a temperatura ambiente e si muovono lungo la direzione del bus per deformare plasticamente e indurire la superficie del pezzo, in modo da ottenere una superficie accurata, liscia e rinforzata o un modello specifico.
Applicazione: superficie cilindrica, superficie conica, piano e altre parti di forma relativamente semplice.
5. Trafilatura
La trafilatura è un metodo di trattamento delle superfici che prevede il passaggio del metallo attraverso una matrice sottoposta a una forza esterna, la compressione dell'area trasversale del metallo e l'ottenimento della forma e delle dimensioni dell'area trasversale desiderata.
La trafilatura può essere realizzata in linee rette, linee casuali, increspature e linee a spirale in base alle esigenze di decorazione.
6. Lucidatura
La lucidatura è un metodo di finitura utilizzato per modificare la superficie dei pezzi. In genere, può solo ottenere una superficie liscia e non può migliorare o mantenere la precisione di lavorazione originale. Con diverse condizioni di pre-lavorazione, il valore Ra (una misura di rugosità della superficie) dopo la lucidatura può raggiungere 1,6-0,008 μm.
È generalmente suddiviso in lucidatura meccanica e lucidatura chimica.
Trattamento termico chimico superficiale
Il processo tipico della tecnologia di legatura superficiale è il trattamento termico superficiale chimico.
È un processo di trattamento termico che prevede l'inserimento del pezzo in un mezzo specifico per il riscaldamento e l'isolamento. In questo modo gli atomi attivi del mezzo penetrano nella superficie del pezzo e ne modificano la composizione chimica e l'organizzazione. Questo processo altera la superficie del pezzo, modificandone le prestazioni.
Rispetto alla tempra superficiale, il trattamento termico chimico superficiale non solo modifica la struttura superficiale dell'acciaio, ma ne altera anche la composizione chimica.
La carburazione e la nitrurazione possono essere classificate in elementi multipli e altri elementi a seconda dei diversi elementi utilizzati.
Il processo di trattamento termico chimico comprende tre fasi fondamentali: decomposizione, assorbimento e diffusione.
I due metodi principali di trattamento termico chimico superficiale sono la carburazione e la nitrurazione.
| Confronto | Carburazione | Nitrificazione |
| Obiettivo | Migliorare la durezza della superficie, la resistenza all'usura e il resistenza alla fatica del pezzo, pur mantenendo una buona tenacità del cuore. | Migliorare la durezza superficiale, la resistenza all'usura e alla fatica del pezzo e la resistenza alla corrosione. |
| Materiale | Acciaio a basso tenore di carbonio contenente 0,1 ~ 0,25% C. Il carbonio elevato riduce la tenacità dell'anima. | È un acciaio a medio tenore di carbonio contenente Cr, Mo, Al, Ti e V. |
| Metodo comune | Carburazione a gas, carburazione solida e carburazione sotto vuoto | Nitrurazione a gas metodo della nitrurazione ionica |
| temperatura | 900~950℃ | 500~570℃ |
| Spessore della superficie | Generalmente 0,5 ~ 2 mm | Non più di 0,6 ~ 0,7 mm |
| Scopo | È ampiamente utilizzato in parti meccaniche come aerei, automobili e trattori; come l'albero degli ingranaggi, l'albero a camme, ecc. | Viene utilizzato per parti con requisiti di elevata resistenza all'usura e precisione e per parti resistenti al calore, all'usura e alla corrosione. Ad esempio, piccoli alberi di strumenti, ingranaggi per carichi leggeri e importanti alberi a gomito, ecc. |
1. Anneritura e fosfatazione
Oscuramento:
Il processo di riscaldamento dell'acciaio o di parti di acciaio a una temperatura adeguata in aria, vapore o sostanze chimiche per formare una pellicola di ossido blu o nero sulla loro superficie è noto come "azzurramento". Anche l'acciaio o le parti in acciaio possono diventare blu durante il processo.
Fosfatazione:
La fosfatazione è un processo in cui un pezzo di acciaio, alluminio o zinco viene immerso in una soluzione fosfatante (solitamente una soluzione a base di fosfati acidi) e sulla superficie si deposita una pellicola cristallina di conversione di fosfati insolubile in acqua.
2. Ossidazione anodica
Si riferisce principalmente al processo di creazione di un rivestimento di ossido sulla superficie dell'alluminio e delle sue leghe.
Durante l'anodizzazione, le parti in alluminio o in lega di alluminio vengono immerse in un elettrolita acido e fungono da anodo sotto l'influenza di una corrente esterna. In questo modo si forma una pellicola anticorrosione e di ossidazione che si unisce saldamente al substrato sulla superficie dei pezzi.
Questa pellicola di ossido possiede proprietà uniche come protezione, decorazione, isolamento e resistenza all'usura.
Prima dell'anodizzazione, devono essere eseguiti la lucidatura, lo sgrassaggio, la pulizia e altri pretrattamenti, seguiti da lavaggio, colorazione e sigillatura.
Applicazione: è comunemente utilizzato nel trattamento protettivo di alcune parti speciali di automobili e aerei, nonché nel trattamento decorativo di oggetti di artigianato e prodotti di ferramenta di uso quotidiano.
1. Spruzzatura termica
La spruzzatura termica prevede il riscaldamento e la fusione di metallo o di materiale nonmateriali metallici e soffiandoli continuamente sulla superficie del pezzo con gas compresso. In questo modo si crea un rivestimento che si unisce saldamente al substrato, consentendo alla superficie del pezzo di acquisire le necessarie proprietà fisiche e chimiche.
La tecnologia di spruzzatura termica può migliorare la resistenza all'usura, alla corrosione, al calore e all'isolamento dei materiali.
Applicazioni: aerospaziale, energia atomica, elettronica e altre tecnologie all'avanguardia in quasi tutti i campi.
2. Placcatura sotto vuoto
La placcatura sotto vuoto è un processo di trattamento superficiale che prevede il deposito di vari film metallici e non metallici su una superficie metallica mediante distillazione o sputtering in condizioni di vuoto.
La placcatura sotto vuoto può produrre rivestimenti superficiali molto sottili. Inoltre, offre vantaggi quali l'alta velocità, la buona adesione e la riduzione dell'inquinamento.
Principio della sputteratura sotto vuoto
In base ai diversi processi, la placcatura sotto vuoto può essere suddivisa in evaporazione sotto vuoto, sputtering sotto vuoto e placcatura ionica sotto vuoto.
3. Galvanotecnica
La galvanoplastica è un processo elettrochimico e redox.
Per illustrare la nichelatura: le parti metalliche sono immerse in una soluzione di sale metallico (NiSO4) come catodo, mentre la piastra di nichel metallico funge da anodo. Collegando l'alimentazione in corrente continua, sui pezzi si deposita un rivestimento di nichel metallico.
I metodi di galvanizzazione sono classificati come galvanotecnica ordinaria o galvanotecnica speciale.
4. Deposizione di vapore
La tecnologia di deposizione da vapore è una nuova tecnologia di rivestimento che utilizza metodi fisici o chimici per depositare sostanze in fase di vapore contenenti elementi di deposizione sulla superficie dei materiali. In questo modo si creano film sottili.
La tecnologia di deposizione del vapore viene classificata in deposizione fisica del vapore (PVD) e deposizione chimica del vapore (CVD) in base ai diversi principi del processo di deposizione.
Deposizione fisica del vapore (PVD)
La deposizione fisica da vapore è una tecnologia che prevede la vaporizzazione di materiali in atomi, molecole o ioni mediante metodi fisici in condizioni di vuoto. Successivamente, un film sottile viene depositato sulla superficie dei materiali attraverso il processo di vaporizzazione.
La tecnologia di deposizione fisica comprende tre metodi fondamentali: evaporazione sotto vuoto, sputtering e placcatura ionica.
Deposizione di vapore chimico (CVD)
La deposizione chimica da vapore è un processo che comporta formatura del metallo o film composti sulla superficie di un substrato attraverso l'interazione tra il gas miscelato e la superficie del substrato a una temperatura specifica.
Le pellicole per deposizione di vapore chimico sono ampiamente utilizzate in diversi settori industriali, come la produzione meccanica, l'industria aerospaziale, i trasporti e l'industria chimica del carbone. Questi film possiedono proprietà uniche, tra cui una buona resistenza all'usura, alla corrosione, al calore e alle proprietà elettriche e ottiche.
In qualità di fondatore di MachineMFG, ho dedicato oltre un decennio della mia carriera al settore della lavorazione dei metalli. La mia vasta esperienza mi ha permesso di diventare un esperto nei campi della fabbricazione di lamiere, della lavorazione, dell'ingegneria meccanica e delle macchine utensili per metalli. Penso, leggo e scrivo costantemente su questi argomenti, cercando di essere sempre all'avanguardia nel mio campo. Lasciate che le mie conoscenze e la mia esperienza siano una risorsa per la vostra azienda.
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