Sử dụng vật lý, hóa học, khoa học kim loại và xử lý nhiệt hiện đại và các công nghệ kỹ thuật khác để thay đổi tình trạng và tính chất bề mặt của các bộ phận, sao cho nó và vật liệu cốt lõi để kết hợp tối ưu hóa, nhằm đạt được các yêu cầu hiệu suất đã định trước của phương pháp quy trình, được gọi là quá trình xử lý bề mặt.
Vai trò của xử lý bề mặt:
1. Cải thiện khả năng chống ăn mòn bề mặt và khả năng chống mài mòn, làm chậm, loại bỏ và sửa chữa những thay đổi và hư hỏng bề mặt vật liệu;
2. Làm cho vật liệu thông thường có bề mặt chức năng đặc biệt;
3. Tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí và cải thiện môi trường.
Phân loại các quy trình xử lý bề mặt kim loại
| Mô tả quy trình xử lý bề mặt | Phân loại |
| Công nghệ sửa đổi bề mặt |
Công nghệ sửa đổi bề mặt Thông qua các phương pháp vật lý và hóa học, hình thái bề mặt, thành phần pha, vi cấu trúc, trạng thái khuyết tật và trạng thái ứng suất của bề mặt vật liệu được thay đổi để có được công nghệ xử lý bề mặt theo yêu cầu.Thành phần hóa học bề mặt của vật liệu không thay đổi. |
| Công nghệ hợp kim bề mặt | Quá trình xử lý bề mặt trong đó vật liệu thêm vào được chuyển vật chất vào chất nền để tạo thành một lớp hợp kim để có được các đặc tính mong muốn. |
| Công nghệ màng chuyển đổi bề mặt | Bằng phương pháp hóa học, vật liệu phụ gia phản ứng với chất nền để tạo thành màng biến đổi, để có được công nghệ xử lý bề mặt đạt yêu cầu. |
| Công nghệ làm lại bề mặt | Bằng các phương pháp vật lý và hóa học, vật liệu phụ gia được mạ và phủ lên bề mặt đế để có được các đặc tính cần thiết của quá trình xử lý bề mặt.Chất nền không tham gia vào quá trình hình thành lớp phủ |
Nó có thể được chia thành bốn loại: công nghệ biến đổi bề mặt, công nghệ tạo hợp kim bề mặt, công nghệ màng chuyển đổi bề mặt và công nghệ phủ bề mặt.
Đầu tiên, công nghệ sửa đổi bề mặt
1. Làm cứng bề mặt
Làm nguội bề mặt đề cập đến phương pháp xử lý nhiệt làm cứng bề mặt của các bộ phận bằng cách dập tắt Austenitizing bề mặt với gia nhiệt nhanh chóng mà không làm thay đổi thành phần hóa học và cấu trúc lõi của thép.
Các phương pháp dập tắt bề mặt chính là dập tắt ngọn lửa và gia nhiệt cảm ứng, các nguồn nhiệt thường được sử dụng như ngọn lửa axetylen hiếu khí hoặc oxypropan.
2. Tăng cường bề mặt bằng laser
Gia cố bề mặt bằng laser là sử dụng chùm tia laser hội tụ đến bề mặt của phôi, trong thời gian rất ngắn để làm nóng bề mặt của vật liệu mỏng đến nhiệt độ trên nhiệt độ thay đổi pha hoặc điểm nóng chảy, và trong thời gian rất ngắn để làm nguội , để bề mặt phôi cứng và tăng cường.
Tăng cường bề mặt bằng laser có thể được chia thành điều trị tăng cường chuyển đổi pha bằng laser, điều trị hợp kim hóa bề mặt bằng laser và điều trị bằng lớp phủ bằng laser.
Tăng cường bề mặt bằng laser có vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ, biến dạng nhỏ và dễ vận hành.Nó chủ yếu được sử dụng cho các bộ phận tăng cường cục bộ, chẳng hạn như khuôn đột dập, trục khuỷu, CAM, trục cam, trục spline, đường ray dẫn hướng dụng cụ chính xác, dụng cụ thép tốc độ cao, bánh răng và lót xi lanh động cơ đốt trong.
3. Chụp bắn
Bắn pening là công nghệ phóng một số lượng lớn đạn tốc độ cao lên bề mặt của các bộ phận, giống như vô số búa nhỏ đập vào bề mặt kim loại, do đó bề mặt và bề mặt dưới bề mặt của các bộ phận có biến dạng dẻo nhất định và nhận ra sự gia cố.
Cắt bắn có thể cải thiện độ bền cơ học và khả năng chống mài mòn, chống mỏi và chống ăn mòn của các bộ phận.Thường được sử dụng cho bề mặt da chết, oxy hóa;Loại bỏ ứng suất dư của các bộ phận đúc, rèn và hàn.
4. Con lăn
Cán ở nhiệt độ phòng với áp lực con lăn hoặc con lăn cứng trên bề mặt quay của phôi và di chuyển dọc theo hướng thanh cái, để bề mặt phôi biến dạng dẻo, cứng lại, để có được bề mặt chính xác, mịn và nâng cao hoặc quy trình xử lý bề mặt mẫu cụ thể .
Thường được sử dụng trong hình trụ, hình nón, mặt phẳng và các bộ phận hình dạng đơn giản khác.
5. Vẽ dây
Kéo dây đề cập đến việc kim loại bị ép xuyên qua khuôn dưới tác dụng của ngoại lực, diện tích mặt cắt ngang của kim loại bị nén và có được hình dạng và kích thước diện tích mặt cắt ngang theo yêu cầu của phương pháp xử lý bề mặt được gọi là quy trình kéo dây kim loại.
Vẽ có thể được thực hiện theo nhu cầu trang trí, đường thẳng, đường không trật tự, đường gấp khúc và đường xoắn ốc, v.v.
6. Đánh bóng
Đánh bóng là một loại phương pháp hoàn thiện để sửa đổi bề mặt của các bộ phận.Nói chung, nó chỉ có thể có được bề mặt nhẵn, nhưng không thể cải thiện hoặc thậm chí duy trì độ chính xác gia công ban đầu.Giá trị Ra sau khi đánh bóng có thể đạt 1,6 ~ 0,008μm tùy thuộc vào điều kiện gia công trước.
Nói chung được chia thành đánh bóng cơ học và đánh bóng hóa học.
Công nghệ hợp kim bề mặt
1. Xử lý nhiệt bề mặt bằng hóa chất
Quy trình điển hình của công nghệ tạo hợp kim bề mặt là xử lý nhiệt bề mặt bằng hóa chất.Là một quá trình xử lý nhiệt, trong đó phôi được nung nóng và giữ ấm trong một môi trường cụ thể, để các nguyên tử hoạt động trong môi trường thâm nhập vào bề mặt của phôi làm thay đổi thành phần hóa học và tổ chức của bề mặt phôi, và sau đó thay đổi hiệu suất của nó.
So với làm nguội bề mặt, xử lý nhiệt bề mặt bằng hóa chất không chỉ thay đổi cấu trúc bề mặt của thép mà còn thay đổi thành phần hóa học của nó.Theo sự xâm nhập của các nguyên tố khác nhau, xử lý nhiệt hóa học có thể được chia thành thấm cacbon,
amoniation, sự xâm nhập nhiều lần, sự xâm nhập của các phần tử khác.Quá trình nhiệt luyện hóa học bao gồm ba quá trình cơ bản: phân hủy, hấp thụ và khuếch tán.
Hai phương pháp chính của xử lý nhiệt bề mặt hóa học là thấm cacbon và thấm nitơ.
| Tương phản | Carburizing | Nitride |
| Mục đích | Cải thiện độ cứng bề mặt, khả năng chống mài mòn và độ bền mỏi của phôi, đồng thời duy trì độ dẻo dai tốt của lõi. | Cải thiện độ cứng bề mặt phôi, chống mài mòn và độ bền mỏi, cải thiện khả năng chống ăn mòn. |
| Gỗ | Thép nhẹ chứa 0,1-0,25% C.Khi lượng carbon cao, khả năng hoạt động của tim giảm. | Thép cacbon trung bình chứa Cr, Mo, Al, Ti và V. |
| Phương pháp thường được sử dụng | Thấm cacbon bằng khí, thấm cacbon rắn, thấm cacbon chân không | Thấm nitơ khí, thấm nitơ ion |
| Nhiệt độ | 900 ~ 950 ℃ | 500 ~ 570 ℃ |
| Độ dày của bề mặt | 0,5 ~ 2 mm | Không quá 0,6 ~ 0,7 Mr |
| Sử dụng | Được sử dụng rộng rãi trong máy bay, ô tô và máy kéo và các bộ phận cơ khí khác như bánh răng, trục, trục cam, v.v. | Được sử dụng để chống mài mòn, các bộ phận có độ chính xác cao và các bộ phận chịu nhiệt, mài mòn và ăn mòn.Chẳng hạn như dụng cụ trục nhỏ, bánh răng tải nhẹ và trục khuỷu quan trọng.. |
Ba, công nghệ màng chuyển đổi bề mặt
1. Làm đen và phốt phát hóa
Làm đen: Quá trình trong đó thép hoặc thép phầna được nung nóng đến nhiệt độ thích hợp trong không khí, hơi nước hoặc hóa chất để tạo thành màng oxit màu xanh lam hoặc đen trên bề mặt của chúng và trở thành màu xanh lam.
Phốt phát: phôi (các bộ phận bằng thép hoặc nhôm, kẽm) ngâm trong dung dịch phốt phát (một số dung dịch gốc phốt phát axit), trên bề mặt lắng đọng tạo thành một lớp màng tinh thể không hòa tan trong quá trình chuyển hóa phốt phát, được gọi là quá trình phốt phát hóa.
2. Anodizing
Nó chủ yếu đề cập đến quá trình oxy hóa anốt của nhôm và hợp kim nhôm.Anốt oxy hóa là các chi tiết nhôm hoặc hợp kim nhôm được ngâm trong dung dịch điện phân có tính axit, dưới tác dụng của dòng điện bên ngoài làm anot, trên bề mặt các chi tiết tạo thành một lớp màng oxit chống ăn mòn kết hợp chắc chắn với ma trận.Màng oxit này có các đặc tính đặc biệt về bảo vệ, trang trí, cách nhiệt và chống mài mòn.
Trước khi anodizing, nó nên được xử lý trước bằng đánh bóng, loại bỏ dầu và làm sạch, sau đó là rửa, nhuộm màu và làm kín.
Ứng dụng: Nó thường được sử dụng để xử lý bảo vệ một số bộ phận đặc biệt của ô tô và máy bay, cũng như xử lý trang trí cho hàng thủ công mỹ nghệ và các sản phẩm phần cứng hàng ngày.
Bốn, công nghệ phủ bề mặt
1. Phun nhiệt
Phun nhiệt là làm nóng và nấu chảy các vật liệu kim loại hoặc phi kim loại, bằng cách thổi liên tục khí nén lên bề mặt của phôi, tạo thành một lớp phủ kết hợp chắc chắn với ma trận, và đạt được các tính chất vật lý và hóa học cần thiết từ bề mặt của phôi. .
Khả năng chống mài mòn, chống ăn mòn, chịu nhiệt và cách nhiệt của vật liệu có thể được cải thiện bằng công nghệ phun nhiệt.Nó được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực bao gồm các công nghệ tiên tiến như hàng không vũ trụ, năng lượng nguyên tử và điện tử.
2. Mạ chân không
Mạ chân không là một quá trình xử lý bề mặt bằng cách lắng đọng các màng kim loại và phi kim loại khác nhau trên bề mặt kim loại bằng phương pháp bay hơi hoặc phún xạ trong điều kiện chân không.
Nguyên lý của mạ phún xạ chân không
Theo các quy trình khác nhau, mạ chân không có thể được chia thành bay hơi chân không, phún xạ chân không và mạ ion chân không.
3. Mạ
Mạ điện là một quá trình điện hóa và REDOX.Lấy ví dụ về lớp mạ niken: các chi tiết kim loại nhúng trong dung dịch muối kim loại (NiSO4) làm cực âm, tấm niken kim loại làm cực dương, sau khi bật nguồn điện một chiều sẽ đọng lại trên lớp mạ niken kim loại.
Phương pháp mạ điện được chia thành phương pháp mạ điện thông thường và phương pháp mạ điện đặc biệt.
4. Sự lắng đọng hơi
Công nghệ lắng đọng hơi nước đề cập đến một công nghệ phủ mới, trong đó vật liệu dạng hơi có chứa các phần tử lắng đọng được lắng đọng trên bề mặt vật liệu bằng các phương pháp vật lý hoặc hóa học để tạo thành một màng mỏng.
Sự lắng đọng hơi vật lý (PVD)
Lắng đọng hơi vật lý là công nghệ hóa hơi vật liệu thành nguyên tử, phân tử hoặc ion hóa chúng thành ion bằng phương pháp vật lý trong điều kiện chân không và lắng đọng một lớp màng mỏng trên bề mặt vật liệu thông qua quá trình pha hơi.
Công nghệ lắng đọng vật lý chủ yếu bao gồm ba phương pháp cơ bản: bốc hơi chân không, phún xạ và mạ ion.
Sự lắng đọng hơi vật lý có nhiều loại vật liệu nền và vật liệu phim có thể áp dụng được;Quy trình đơn giản, tiết kiệm nguyên liệu, không gây ô nhiễm;Ưu điểm của độ bám dính chắc chắn, độ dày, mật độ đồng đều và ít lỗ kim hơn.
Được sử dụng rộng rãi trong máy móc, hàng không vũ trụ, điện tử, quang học và công nghiệp nhẹ và các lĩnh vực khác để chuẩn bị các màng siêu dẫn chống mài mòn, chống ăn mòn, chịu nhiệt, dẫn điện, cách điện, quang học, từ tính, áp điện, mịn.
Sự lắng đọng hơi hóa học (CVD)
Lắng đọng hơi hóa học (CVD) là một phương pháp mà các khí hỗn hợp tương tác với bề mặt đế để tạo thành các màng kim loại hoặc hợp chất trên bề mặt đế ở một nhiệt độ nhất định.
Do khả năng chống mài mòn tốt, chống ăn mòn, chịu nhiệt và các tính chất điện, quang học và các tính chất đặc biệt khác, màng lắng đọng hơi hóa chất đã được sử dụng rộng rãi trong sản xuất cơ khí, hàng không vũ trụ, giao thông vận tải, công nghiệp hóa chất than và các lĩnh vực công nghiệp khác.
