در بخشهایی مانند ساخت مکانیک، مهندسی خودرو، لوازم الکترونیکی مصرفی، و هوافضا، روشهای مهندسی سطح اعمال شده بر روی مواد پایه مستقیماً عملکرد و قابلیت اطمینان قطعات در خدمات را تعیین میکنند.
برای یک ماده پایه، فرآیندهای مختلف درمان سطحی میتواند منجر به تفاوتهای درجهای از نظر مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر سایش، هدایت الکتریکی و حتی کیفیت زیبایی شود.
بنابراین، ماهیت عملیات سطحی صرفاً در بهبود ظاهر نیست، بلکه در ایجاد یک لایه سطحی کاربردی برای دستیابی به بهبود عملکرد هدفمند بدون تغییر قابلتوجه خواص مکانیکی عمده زیرلایه است.
هیچ فرآیند واحدی ذاتاً بر دیگری برتری ندارد. مناسب بودن کاملاً به بستر خاص، ساختار جزء، عملکرد مورد نظر و محیط عملیاتی بستگی دارد. درک درست از عملیات سطح مستلزم نگاهی فراتر از نام فرآیند برای درک چگونگی شکل گیری پوشش، مسائل اولیه ای که به آن می پردازد و هرگونه خطرات بالقوه جدیدی که ممکن است ایجاد کند، دارد.
I. آبکاری: رسوب دادن یک پوشش فلزی بر روی سطح زیرلایه
آبکاری فرآیندی است که از یک میدان الکتریکی جریان مستقیم خارجی (DC) برای القای واکنش کاهش یونهای فلزی از محلول آبکاری روی سطح کاتد استفاده میکند که منجر به رسوب فلز یا پوشش آلیاژی میشود.
قطعه کاری که قرار است آبکاری شود معمولاً به عنوان کاتد عمل می کند، در حالی که آند ممکن است یک آند فلزی محلول یا یک آند نامحلول باشد. علاوه بر نمک های فلزی، محلول آبکاری معمولاً حاوی مواد افزودنی مانند کمپلکس کننده ها، بافرها، نمک های رسانا و براق کننده ها می باشد.
[تصویر]
پوششهای متداول عبارتند از: روکش روی، روی{0}}آبکاری آلیاژ نیکل، آبکاری نیکل، آبکاری مس، روکش کروم، آبکاری نقره، آبکاری طلا، و سیستمهای کامپوزیت (مانند نیکل الکترولس و سپس آبکاری الکتریکی).
فرآیندهای آبکاری عملکردهای مختلفی را انجام می دهند. به عنوان مثال، آبکاری روی در درجه اول برای محافظت در برابر خوردگی قطعات فولادی و آهنی استفاده می شود. آبکاری نیکل ترکیبی از محافظت، مقاومت در برابر سایش و جذابیت تزئینی را ارائه می دهد. آبکاری مس اغلب برای لایه های پایه، رسانایی یا به عنوان یک لایه میانی برای آبکاری بعدی استفاده می شود. آبکاری طلا و نقره غالباً برای اتصالات الکتریکی و روکشهای تزئینی{1}بالا استفاده میشود. و آبکاری کروم سخت معمولاً برای مقاومت در برابر سایش و ترمیم ابعادی استفاده می شود.
1. جریان فرآیند معمولی
آبکاری به طور کلی شامل سه مرحله است.
پیش-درمان: چربی زدایی ← شستشو با آب ← زدودن زنگ یا ترشی ← شستشو با آب ← فعال سازی ← پیش-آبکاری یا پایه{2}}آبکاری لایه (در صورت لزوم).
قبل{0}}به طور مستقیم چسبندگی پوشش را تعیین می کند. باقیمانده روغن، رسوب اکسید، زنگ زدگی یا ترکیب صیقل دهنده روی سطح بستر می تواند منجر به نقص هایی مانند تاول زدن، سوراخ شدن پین و پوسته شدن موضعی پوشش شود. باید توجه داشت که غیرفعالسازی معمولاً بهجای یک مرحله استاندارد در فرآیند قبل از تصفیه آبکاری معمولی، یک مرحله{3} پس از آبکاری است. در حالی که لایههای خاصی تحت فرآیندهای تبدیل یا فعالسازی خاصی قرار میگیرند، «غیرفعالسازی پس از ترشی» نمیتواند یک روش جهانی برای همه عملیات آبکاری در نظر گرفته شود.
آبکاری اصلی: پوشش بر اساس مشخصات با کنترل پارامترهایی مانند چگالی جریان، دمای حمام، مقدار pH، غلظت یون فلز، محتوای افزودنی و همزدن رسوب میشود.
پست{0}}درمان: شستشو با آب → غیرفعال کردن یا آب بندی → خشک کردن → بازرسی → بسته بندی.
قطعات روی{0}}روکش شده اغلب تحت عملیات غیرفعال سازی کروم سه ظرفیتی، غیرفعال سازی بدون کروم- یا عملیات آب بندی قرار می گیرند تا مقاومت در برابر خوردگی را افزایش دهند.
بسترهای پلاستیکی، مانند ABS، نمی توانند مستقیماً تحت آبکاری استاندارد قرار گیرند. آنها معمولاً برای تشکیل یک لایه سطحی رسانا قبل از اقدام به مراحل بعدی آبکاری، نیاز به زبری، حساسسازی، فعالسازی و رسوب شیمیایی دارند.
2. نکات کلیدی کنترل کیفیت
کیفیت آبکاری به طور کلی تحت تأثیر پارامترهای زیر است:
چگالی جریان؛
مدت زمان آبکاری؛
دمای حمام؛
مقدار pH؛
غلظت یون های فلزی و مواد افزودنی؛
جهت قفسه بندی قطعه کار؛
فاصله آند-به-کاتد.
فیلتراسیون و هم زدن حمام؛
وضعیت سطح زیرلایه.
قطعات با هندسه پیچیده، سوراخهای عمیق یا فرورفتگی در معرض مسائلی مانند ضخامت بیش از حد پوشش در لبهها و پوشش ناکافی در سوراخهای عمیق به دلیل توزیع ناهموار جریان هستند. این مسائل نیازمند راه حل هایی مانند استفاده از آندهای کمکی، صفحات محافظ، طراحی بهینه قفسه یا بهبود قدرت پرتاب حمام آبکاری است.
3. مزایا و خطرات اصلی
مزایای آبکاری الکتریکی در طیف گسترده ای از انواع پوشش های موجود است که می توانند به طور همزمان الزامات مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر سایش، هدایت الکتریکی، قابلیت لحیم کاری و جذابیت تزئینی را برآورده کنند، با ضخامت پوشش قابل تنظیم از چند میکرومتر تا ده ها میکرومتر.
خطرات کلیدی عبارتند از:
تاول و لایه برداری ناشی از درمان ضعیف قبل از-.
ضخامت پوشش ناهموار؛
تخلخل و سوراخ سوزنی؛
پوشش ناکافی در سطوح داخلی سازه های پیچیده؛
تردی هیدروژنی در فولاد با استحکام بالا-به دنبال ترشی و آبکاری الکتریکی؛
فشارهای محیطی مربوط به فلزات سنگین، فاضلاب و نگهداری حمام.
به طور خاص، برای {0}بستهکنندههای فولادی، فنرها، و اجزای باربر{1} با استحکام بالا، خطر تردی هیدروژنی باید ارزیابی شود و عملیات امداد هیدروژنی باید به سرعت مطابق با الزامات قابل اجرا انجام شود. II. آنودایز کردن: رشد یک فیلم اکسید روی بستر آلومینیومی
آنودایز در درجه اول برای آلومینیوم و آلیاژهای آلومینیوم استفاده می شود، اگرچه می توان آن را برای فلزات خاصی مانند تیتانیوم و منیزیم نیز اعمال کرد.
تفاوت اصلی بین آنودایز و آبکاری الکتریکی در این است که آبکاری الکتریکی شامل رسوب یک فلز خارجی بر روی سطح زیرلایه است، در حالی که آندایزینگ باعث می شود که خود فلز پایه تحت اکسیداسیون الکتروشیمیایی قرار گیرد و یک لایه اکسیدی را تشکیل دهد که جدایی ناپذیر از بستر است.
[تصویر]
فیلم های آنودایز شده روی آلیاژهای آلومینیوم عمدتاً از اکسید آلومینیوم تشکیل شده اند و ویژگی هایی مانند مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر سایش، عایق الکتریکی و جذابیت تزئینی را ارائه می دهند.
1. جریان فرآیند معمولی
یک توالی فرآیند متداول شامل موارد زیر است: قفسه → چربی زدایی → شستشو با آب → حکاکی قلیایی یا پرداخت شیمیایی → پاکسازی (روشن کننده) → شستشو با آب → آنودایز → شستشو با آب → رنگرزی یا رنگ آمیزی الکترولیتی → آب بندی → بازرسی.
همه محصولات به اچ قلیایی، رنگرزی یا پرداخت شیمیایی نیاز ندارند. این مراحل بر اساس ظاهر خاص و الزامات عملکردی انتخاب می شوند.
فیلم های آنودایز تازه تشکیل شده دارای ساختار متخلخلی هستند که به راحتی رنگ ها و آلاینده ها را جذب می کند. بنابراین، یک مرحله آب بندی معمولا مورد نیاز است. آب بندی تخلخل را کاهش می دهد و در نتیجه مقاومت در برابر خوردگی و ثبات رنگ را افزایش می دهد.
2. آنودایز معمولی در مقابل آنودایز سخت
آندایزینگ معمولی عمدتاً برای موارد زیر استفاده می شود:
حفاظت عمومی؛
رنگ آمیزی تزئینی؛
محفظه لوازم الکترونیکی مصرفی؛
پروفیل های آلومینیومی معماری;
ابزار و اجزای ساختاری.
ضخامت فیلم معمولاً از چند میکرون تا بیش از بیست میکرون متغیر است که الزامات خاصی توسط استانداردهای محصول تعیین می شود.
آندایزینگ سخت از دمای حمام کمتر و چگالی جریان بالاتر برای تولید لایه لایه ضخیم تر و سخت تر استفاده می کند. در درجه اول برای موارد زیر استفاده می شود:
پیستون؛
ریل های راهنما؛
سیلندر؛
اجزای هیدرولیک؛
قطعات آلیاژ آلومینیوم با مقاومت{0}}سایش{{1} بالا.
فیلم های آنودایز سخت معمولاً بسیار سخت اما نسبتاً شکننده هستند. آنها به سادگی نمی توانند استحکام ساختاری خود ماده پایه را جایگزین کنند.
3. ریسک های کلیدی کیفیت
عوامل مهمی که باید در طول آندایزینگ نظارت شود عبارتند از:
درجه و ریزساختار آلیاژ آلومینیوم؛
عیوب سطحی در مواد خام؛
یکنواختی پیش-درمان؛
درجه حرارت و غلظت حمام؛
چگالی جریان؛
مدت زمان آندایزاسیون؛
تماس قفسه بندی؛
شرایط رنگرزی؛
کیفیت آب بندی. آلیاژهای مختلف آلومینیوم حاوی سطوح مختلفی از عناصر آلیاژی مانند مس، سیلیکون و منیزیم هستند. در نتیجه، ممکن است تفاوت های قابل توجهی در رنگ، درخشندگی و یکنواختی پوشش پس از اکسیداسیون ایجاد شود. بنابراین، دستیابی به یک نیاز رنگی خاص نه تنها به فرمول رنگ، بلکه به کنترل دستههای مواد، زبری سطح و شرایط قبل از درمان نیز بستگی دارد.
فیلمهای آنودایز شده به سمت داخل به داخل بستر رشد میکنند و در عین حال به سمت بیرون منبسط میشوند که منجر به افزایش ابعاد میشود. برای سوراخها، سطوح جفتگیری و رزوههای دقیق، تأثیر ضخامت فیلم باید در مراحل طراحی و ماشینکاری در نظر گرفته شود.
III. پوشش اسپری: ایجاد یک مانع محافظ و تزئینی از طریق پوشش های ارگانیک
پوشش اسپری صنعتی فرآیند اعمال یکنواخت پوشش های مایع یا پودری بر روی سطح قطعه کار و تشکیل یک لایه پوششی پیوسته از طریق تبخیر حلال، واکنش شیمیایی یا پخت حرارتی است.
[تصویر]
پوشش اسپری کاربردهای گسترده ای دارد، از جمله:
سازه های فولادی؛
بدنه و اجزای خودرو؛
تجهیزات مکانیکی؛
محفظه لوازم خانگی؛
محصولات آلیاژ آلومینیوم؛
مبلمان و اجزای معماری.
پوشش اسپری نباید صرفاً به عنوان یک مرحله "رنگ آمیزی" در نظر گرفته شود. عواملی که واقعاً طول عمر پوشش را تعیین میکنند اغلب قبل از{1}}عملکرد، سیستم پرایمر، کنترل ضخامت لایه و درجه پخت هستند.
1. پوشش اسپری مایع در مقابل پوشش پودری
پوشش اسپری مایع از پوششهای حاوی حلالها، آب یا رزینهای واکنشگر استفاده میکند که امکان تشکیل سیستمهای چندلایهای شامل پرایمر، پوشش میانی و روکش بالایی را فراهم میکند.
مزایا عبارتند از:
طیف گسترده ای از انواع پوشش؛
کنترل انعطاف پذیر بر ظاهر و رنگ؛
توانایی دستیابی به پوشش های نازک تر یا بسیار تزئینی.
برخی از سیستم ها می توانند در دمای محیط یا دمای پایین درمان شوند.
معایب شامل تولید بالقوه ترکیبات آلی فرار (VOCs) و الزامات سختگیرانه در مورد غرفه های اسپری، حفاظت در برابر انفجار، تهویه و تصفیه گازهای خروجی است.
پوشش پودری از نیروهای الکترواستاتیکی برای جذب پودر به سطح قطعه کار استفاده می کند و به دنبال آن گرمایش برای ذوب، تراز کردن و تبدیل پودر به یک پوشش انجام می شود.
مزایا عبارتند از:
نرخ استفاده از پوشش بالا؛
به طور کلی بدون حلال های سنتی؛
پوشش های ضخیم تر؛
مقاومت در برابر ضربه و حفاظت در برابر خوردگی؛
مناسب برای تولید انبوه خودکار.
با این حال، پوشش پودری معمولاً به دمای پخت بالاتری نیاز دارد. بنابراین، بررسی اینکه زیرلایه و اجزای مونتاژ شده می توانند فرآیند حرارتی را تحمل کنند ضروری است. 2. جریان فرآیند معمولی
پوشش قطعات فلزی معمولاً شامل: چربی زدایی ← زنگ زدایی یا سندبلاست ← عملیات تبدیل ← شستشو با آب ← خشک کردن ← استفاده از پرایمر ← تراز کردن یا فلاش کردن-خاموش کردن ← استفاده از پوشش رویی یا پوشش پودری → پخت → بازرسی.
برای سازه های فولادی، تمیز بودن سندبلاست ممکن است برای رسیدن به استاندارد Sa 2.5 مورد نیاز باشد، اگرچه این یک الزام جهانی برای همه محصولات پوشش داده شده نیست. ورق فلزی نازک، قطعات گالوانیزه، و اجزای آلیاژ آلومینیوم ممکن است تحت عملیات فسفاته کردن، عملیات زیرکونیوم، سیلان یا سایر عملیاتهای پیش{2} شیمیایی قرار گیرند.
3. نکات کلیدی کنترل کیفیت
فرآیندهای پوشش نیاز به کنترل دقیق بر روی موارد زیر دارند:
تمیزی سطح؛
زبری سطح؛
کیفیت پوشش تبدیلی؛
ویسکوزیته پوشش و محتوای جامد؛
فاصله و زاویه تفنگ اسپری؛
فشار اتمیزاسیون؛
ولتاژ الکترواستاتیک؛
ضخامت فیلم مرطوب و خشک؛
زمان تسطیح؛
دمای واقعی قطعه کار و زمان پخت.
کنترل پخت نباید تنها به دمای تنظیم شده فر متکی باشد. دمای واقعی فلز قطعه کار باید تأیید شود تا اطمینان حاصل شود که در پنجره پخت مشخص شده پوشش قرار می گیرد.
نقص های رایج عبارتند از:
دهانه ها؛
پوست پرتقال؛
افتادگی/دویدن؛
ذرات / اجزاء خاک؛
سوراخ های سوزنی؛
قرار گرفتن در معرض بستر (تعطیلات)؛
چسبندگی ناکافی؛
ناسازگاری رنگ و براقیت؛
زیر-سخت دادن یا بیش از- پخت.
IV. پوشش الکتروفورتیک: تشکیل یک لایه پرایمر یکنواخت از طریق میدان های الکتریکی
پوشش الکتروفورتیک فرآیندی است که در آن یک قطعه کار رسانا در یک حمام الکتروفورتیک آبی غوطه ور می شود. یک میدان الکتریکی جریان مستقیم (DC) باعث مهاجرت و رسوب ذرات رزین باردار و رنگدانه می شود و یک لایه پوششی تشکیل می دهد.
صنعت خودرو به طور گسترده ای از الکتروفورز کاتدی استفاده می کند، در درجه اول برای ایجاد یک لایه آغازگر یکنواخت، پیوسته و مقاوم در برابر خوردگی{0} برای بدنه خودرو و اجزای فلزی.
تصویر
در مقایسه با پاشش معمولی، مزیت اصلی الکتروفورز «قدرت پرتابی» برتر آن است که به آن امکان میدهد شکافها، حفرههای داخلی و هندسههای پیچیدهای را بپوشاند که دسترسی به تفنگهای اسپری دشوار است.
1. فرآیند تشکیل فیلم در الکتروفورز کاتدی
فرآیند الکتروفورز کاتدی شامل اقدامات همزمان زیر است:
مهاجرت جهت ذرات پوشش باردار؛
واکنش های الکتروشیمیایی در سطح قطعه کار؛
از دست دادن حلالیت در آب و رسوب رزین؛
کم آبی و متراکم شدن فیلم مرطوب. همانطور که لایه پوشش به تدریج تشکیل می شود، مقاومت الکتریکی افزایش می یابد و نرخ رسوب کاهش می یابد. در نتیجه، پوشش الکتروفورتیک درجهای از رفتار خود محدودکننده را نشان میدهد که تشکیل ضخامت پوشش یکنواخت را تسهیل میکند.
2. جریان فرآیند معمولی
یک جریان فرآیند متداول عبارت است از: چربی زدایی ← شستشو با آب ← تهویه یا عملیات تبدیل سطح ← شستشو با آب دیونیزه ← الکتروفورز ← شستشوی بازیابی اولترافیلترات ← شستشو با آب دیونیزه شده ← پخت / پخت → بازرسی.
پیش{0}درمان قبل از الکتروفورز حیاتی است. اگر سطح قطعه کار دارای روغن، زنگ زدگی، مقیاس آسیاب یا نقص در پوشش تبدیل باشد، ممکن است مشکلات بعدی مانند دهانه ها، سوراخ های سوزنی، چسبندگی ضعیف و خوردگی زودرس رخ دهد.
3. پارامترهای کلیدی و خطرات
عوامل کلیدی که نیاز به کنترل دارند عبارتند از:
محتوای جامدات حمام؛
مقدار pH؛
رسانایی؛
دمای حمام؛
ولتاژ و زمان انرژی.
روش ورود قطعه کار؛
وضعیت سیستم آند؛
سیستم اولترافیلتراسیون؛
دما و زمان پخت؛
ضخامت فیلم رنگ
الکتروفورز در درجه اول برای قطعات کاری مناسب است که رسانای الکتریکی هستند و می توانند دمای پخت را تحمل کنند. پلاستیک های غیر رسانا را نمی توان مستقیماً با استفاده از روش های الکتروفورز استاندارد پردازش کرد.
مسائل رایج عبارتند از:
ضخامت ناکافی یا بیش از حد فیلم؛
نفوذ ناکافی پوشش در حفره های داخلی؛
سوراخها و دهانهها؛
اجزاء ذرات;
علائم الکتروفورز؛
علامت های تماس جیگ.
تحت-درمانی؛
خوردگی ناشی از لبه ها، درزهای جوش و مناطق آسیب پذیر در حفره های داخلی.
V. میکرو-اکسیداسیون قوس: تشکیل یک پوشش سرامیکی بر روی سطوح آلیاژی سبک
میکرو{0}}اکسیداسیون قوس، که به عنوان اکسیداسیون الکترولیتی پلاسما نیز شناخته میشود، فرآیندی است که از شرایط ولتاژ بالا برای ایجاد تخلیههای ریز بر روی سطوح فلزات دریچه (مانند آلومینیوم، منیزیم و تیتانیوم) استفاده میکند. از طریق ترکیبی از واکنشهای الکتروشیمیایی، ترموشیمیایی و پلاسما، یک پوشش اکسیدی{4} مانند سرامیکی ایجاد میکند.
تصویر
در مقایسه با آنودایز معمولی، میکرو-اکسیداسیون قوس شامل تخلیههای میکرو-قوسی است که در نتیجه پوششی با ویژگیهای سرامیکی بارزتر ایجاد میکند. این معمولاً سختی، مقاومت در برابر سایش و مقاومت حرارتی بالاتری را ایجاد میکند. 1. جریان فرآیند معمولی
معمولاً شامل موارد زیر است: چربی زدایی و تمیز کردن → قفسه بندی → غوطه ور شدن در الکترولیت → افزایش ولتاژ یا منبع تغذیه پالسی → میکرو-اکسیداسیون قوس الکتریکی → شستشو با آب → آب بندی یا عملیات کامپوزیت → بازرسی
فرآیند اصلی شامل:
تشکیل یک فیلم نازک اکسید روی سطح زیرلایه؛
شکست دی الکتریک موضعی فیلم با افزایش ولتاژ.
ایجاد دمای بالا و فشار بالا آنی از طریق تخلیههای میکرو.
اکسیداسیون فلز زیرلایه و واکنش با اجزای الکترولیت.
شکست مداوم، ذوب، سرد شدن و رشد لایه پوشش.
2. ساختار و خواص پوشش
پوششهای اکسیداسیون میکرو-قوس معمولاً شامل موارد زیر هستند:
یک لایه متراکم در مجاورت بستر؛
یک لایه عملکردی میانی؛
لایه بیرونی نسبتاً شل و متخلخل است.
ریز منافذ در لایه بیرونی ممکن است بر مقاومت در برابر خوردگی تأثیر بگذارد. بنابراین، کاربردهایی که به مقاومت در برابر خوردگی بالا نیاز دارند، اغلب نیاز به آب بندی، الکتروفورز، رنگ آمیزی یا سایر عملیات کامپوزیت دارند.
این فرآیند برای موارد زیر مناسب است:
اجزای آلیاژی سبک برای هوا فضا؛
موتور خودرو و قطعات گیربکس؛
اجزای آلومینیوم و آلیاژ منیزیم مقاوم در برابر سایش؛-
قطعات ساختاری برای تجهیزات الکترونیکی؛
برخی از دستگاه های پزشکی و اجزای عملکردی تخصصی.
3. محدودیت های کلیدی
محدودیتهای اصلی میکرو-اکسیداسیون قوس عبارتند از:
ولتاژ بالا و مصرف انرژی؛
هزینه های بالای سرمایه گذاری تجهیزات؛
زمان پردازش نسبتا طولانی؛
زبری سطح معمولاً بیشتر از آندایزینگ معمولی است.
گزینه های رنگ محدود؛
حساسیت به فرسایش در گوشه های تیز و مناطق با غلظت میدان الکتریکی.
تاثیر بالقوه پوشش های ضخیم بر ابعاد و عملکرد خستگی
بنابراین، انتخاب میکرو{0}}اکسیداسیون قوس الکتریکی نباید صرفاً بر اساس "سختی بالا" باشد. عواملی مانند زبری سطح، الزامات آب بندی، تغییرات ابعادی و مونتاژ بعدی نیز باید در نظر گرفته شوند.
VI. پوشش خلاء PVD: رسوب لایههای نازک عملکردی میکرونی-در یک خلاء
PVD یک اصطلاح عمومی برای رسوب فیزیکی بخار است. این شامل رسوب اتم ها یا یون های یک ماده مورد نظر بر روی سطح قطعه کار برای تشکیل یک لایه نازک در محیط خلاء، با استفاده از روش هایی مانند تبخیر، کندوپاش یا آبکاری یونی قوس است.
پوشش های PVD رایج عبارتند از:
TiN;
TiCN;
TiAlN;
CrN;
AlCrN;
DLC;
پوشش های فلزی یا آلیاژی تزئینی.
PVD در درجه اول در دو زمینه اصلی استفاده می شود. پوششهای سخت کاربردی: برای ابزارهای برش، قالبها و قطعات مقاوم در برابر سایش استفاده میشود. هدف اصلی افزایش سختی سطح، کاهش اصطکاک و افزایش عمر مفید است.
پوششهای تزئینی: برای ساعتها، سختافزار، لوازم حمام، تلفنهای همراه و کالاهای مصرفی{{0}بالا استفاده میشود. هدف اصلی دستیابی به بافت فلزی، رنگهای خاص و پوشش مقاوم در برابر سایش است.
1. جریان فرآیند معمولی
تمیز کردن دقیق ← تثبیت ← تخلیه خلاء ← گرمایش و گاززدایی ← تمیز کردن یا حکاکی یونی ← رسوب ← خنک کننده ← بازرسی
تمیزی قطعه کار به طور قابل توجهی بر چسبندگی پوشش تأثیر می گذارد. باقیمانده روغن، خمیر پولیش، لایه های اکسید یا رطوبت روی سطح می تواند منجر به لایه برداری موضعی پوشش شود.
2. ویژگی های فرآیند PVD
ضخامت پوششهای PVD معمولاً از کسری از میکرون تا چند میکرون متغیر است و دارای ویژگیهای زیر هستند:
لایه های پوشش نازک؛
سختی بالا؛
حداقل تاثیر بر ابعاد؛
بافت سطح عالی؛
قابلیت پوشش های چند لایه یا گرادیان.
فرآیند نسبتاً تمیز
با این حال، PVD یک اثر "خط--دید" متمایز از خود نشان می دهد. ضخامت پوشش ممکن است به طور قابل توجهی در سوراخ های داخلی پیچیده، شیارهای عمیق و مناطق محافظ ناکافی باشد. برای بهبود یکنواختی پوشش، قطعات کار در داخل کوره معمولاً نیاز به ترکیبی از چرخش سیاره ای (انقلاب و چرخش) و طرح های فیکسچر تخصصی دارند.
PVD تزئینی روی قطعات پلاستیکی معمولاً به فرآیندهای{0}}درجه حرارت پایین و سیستمهای پوشش پایه-روکش/روکش{2}}پایین نیاز دارد. شرایط پوشش با دمای بالا که برای ابزارهای برش فلز استفاده می شود را نمی توان به سادگی در اینجا اعمال کرد.
3. ریسک های کلیدی کیفیت
لایه لایه شدن به دلیل تمیز کردن ناکافی؛
سختی ناکافی بستر، باقی ماندن پوشش سخت بدون پشتیبانی کافی.
استرس داخلی بیش از حد در پوشش؛
نقص پوشش در گوشه های تیز؛
اثرات محافظ به دلیل هندسه های پیچیده؛
تغییرات رنگ و ضخامت ناشی از قرار گرفتن در داخل کوره؛
تلطیف یا تغییر شکل بستر به دلیل دمای رسوب؛
تکرار زبری سطح توسط پوشش.
اگرچه پوششهای PVD بسیار سخت هستند، اما این افزایش کلی مقاومت در برابر سایش قطعه را تضمین نمیکند. اگر بستر خیلی نرم باشد، سطح ناصاف باشد یا چسبندگی ضعیف باشد، ممکن است پوشش سخت همچنان ترک خورده یا زودتر از موعد پوسته شود.
VII. پوشش های تبدیل شیمیایی: اصلاح سطح بستر از طریق واکنش شیمیایی
پوشش های تبدیل شیمیایی به سادگی روی بستر را با یک ماده خارجی نمی پوشانند. در عوض، یک واکنش شیمیایی بین سطح زیرلایه و محلول تصفیه رخ می دهد و یک فیلم ترکیبی تشکیل می دهد که از نظر شیمیایی به بستر پیوند می خورد. تصویر
فرآیندهای رایج عبارتند از:
فسفاته شدن فولاد؛
سیستمهای مبتنی بر{0}روی، منگنز-و بر پایه آهن-.
فسفاته کردن؛
تبدیل شیمیایی آلیاژ آلومینیوم؛
سیاه شدن یا کبود شدن آهن و فولاد؛
کروم{0}}درمان تبدیل رایگان و غیره.
اگرچه هم فسفاته کردن و هم سیاه کردن انواعی از تیمارهای تبدیل شیمیایی هستند، اما از نظر عملکرد و کاربرد متفاوت هستند.
1. فسفاته کردن
فسفاته کردن شامل تشکیل یک پوشش تبدیل فسفات بر روی سطح فلز است.
برنامه های کاربردی کلیدی عبارتند از:
پیش-درمان اسپری و الکتروفورز؛
افزایش چسبندگی پوشش آلی؛
بهبود مقاومت در برابر خوردگی در زیر پوشش؛
کاهش اصطکاک و حفظ روغن؛
روانکاری برای شکل دهی سرد.
کیفیت فسفاته معمولاً با وزن پوشش ارزیابی می شود نه فقط ضخامت پوشش.
عوامل کلیدی موثر بر کیفیت فسفاته عبارتند از:
کیفیت چربی زدایی و زنگ زدایی؛
وضعیت تهویه سطح؛
پارامترهای حمام (اسیدیته کل، اسیدیته آزاد و شتاب دهنده ها)؛
دما و مدت زمان پردازش؛
ترکیب بستر؛
شستشو و خشک کردن.
2. سیاه شدن یا کبود شدن
سیاه شدن قلیایی در دمای بالا آهن و فولاد معمولاً لایه ای تشکیل می دهد که عمدتاً از اکسید آهن (II, III) (Fe3O4) تشکیل شده است. سیاهکردن دمای اتاق{2}}ممکن است از سیستمهای شیمیایی مختلف استفاده کند. ترکیب و ویژگیهای پوششهای حاصل با پوششهایی که بهوسیله سیاهکردن سنتی-در دمای بالا تولید میشوند، یکسان نیست.
پوشش های سیاه کننده بسیار نازک هستند و کمترین تأثیر را بر ابعاد قطعه دارند. آنها عمدتاً برای موارد زیر استفاده می شوند:
اتصال دهنده ها؛
ابزار؛
سلاح گرم و اجزای مکانیکی؛
پرداختهای تزئینی کم هزینه-و کوتاه مدت-جلوگیری از زنگ زدگی.
با این حال، خود پوشش سیاهکننده مقاومت در برابر خوردگی محدودی دارد و معمولاً به درمان تکمیلی مانند روغنکاری، واکس زدن یا آببندی نیاز دارد.
3. ویژگی های پوشش های تبدیل شیمیایی
مزایا عبارتند از:
فرآیند نسبتا ساده؛
هزینه کم؛
لایه پوشش نازک؛
حداقل تاثیر بر ابعاد؛
مناسب برای تولید انبوه؛
به عنوان لایه پایه برای رنگ آمیزی یا پوشش بعدی عمل می کند.
محدودیت های کلیدی عبارتند از:
مقاومت در برابر خوردگی محدود در صورت استفاده به تنهایی؛
حساسیت به کیفیت قبل از{0}درمان؛
عملکرد پوشش به طور قابل توجهی تحت تأثیر شرایط محلول حمام است.
مقررات زیست محیطی باعث جایگزینی و ارتقای سیستم های سنتی حاوی کروم یا نیکل می شود.
هشتم. چگونه بین هفت فرآیند انتخاب کنیم؟
هر یک از هفت فرآیند به مسائل مختلفی می پردازد. انتخاب نباید صرفا بر اساس قیمت یا ظاهر باشد. فرآیند
بستر معمولی
عملکرد اولیه
ویژگی های پوشش
خطرات معمولی
آبکاری
فولاد، مس، پلاستیک های تصفیه شده
مقاومت در برابر خوردگی، هدایت، مقاومت در برابر سایش، دکوراسیون
پوشش فلز یا آلیاژ
شکنندگی هیدروژن، ضخامت ناهموار، فشار انطباق با محیط
آندایز کردن
آلومینیوم و آلیاژهای آلومینیوم
حفاظت، عایق، دکوراسیون، مقاومت در برابر سایش
رشد فیلم اکسید در محل-روی بستر
تنوع رنگ، شکنندگی، تغییرات ابعادی
سمپاشی
فلزات و برخی غیر{0}}فلزات
مقاومت در برابر خوردگی، دکوراسیون، مقاومت در برابر آب و هوا
پوشش ارگانیک (نسبتا ضخیم)
چسبندگی، پخت، عیوب سطحی
الکتروفورز
فلزات رسانا
پرایمر ضد خوردگی یکنواخت-
پوشش خوب حفره های داخلی
مشکلات قبل از درمان، سوراخها، نفوذ ناکافی پوشش
میکرو-اکسیداسیون قوس
آلیاژهای سبک (Al، Mg، Ti و غیره)
سختی بالا، مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر حرارت
سرامیک{0}}مثل فیلم اکسید
زبری، تخلخل، مصرف انرژی بالا
PVD
فلزات، سرامیک، پلاستیک های تصفیه شده
سختی بالا، اصطکاک کم، تزئین
لایه نازک در مقیاس میکرون-
اثر سایه، قدرت چسبندگی، پشتیبانی از بستر
پوشش تبدیل شیمیایی
فولاد، روی، آلومینیوم و غیره
لایه پایه رنگ، کاهش اصطکاک،-جلوگیری از زنگ زدگی کم هزینه
فیلم تبدیل نازک
مقاومت در برابر خوردگی مستقل، حساسیت حمام
هنگام انتخاب یک فرآیند، حداقل باید به سوالات زیر پاسخ داده شود:
بستر چیست و آیا برای این فرآیند مناسب است؟
آیا محصول به مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر سایش، عایق، رسانایی یا تزئین نیاز دارد؟
آیا محصول در حین استفاده در معرض اسپری نمک، گرما و رطوبت، مواد شیمیایی یا دمای بالا قرار می گیرد؟
آیا ابعاد و تناسب محصول اجازه ایجاد ضخامت پوشش را می دهد؟
آیا قطعه کار دارای سوراخ های عمیق، حفره های داخلی، نقاط کور یا گوشه های تیز است؟
آیا بستر می تواند در برابر حرارت ترشی، ولتاژ بالا، خلاء یا دمای پخت مقاومت کند؟
آیا حجم تولید و هزینه از پردازش دسته ای پشتیبانی می کند؟
آیا الزامات مشتری، مقررات و محیط زیست اجازه استفاده از سیستم شیمیایی خاص را می دهد؟
آیا فرآیندهای بعدی مانند جوشکاری، پیوند، رنگ آمیزی یا مونتاژ دقیق مورد نیاز است؟
آیا پیامدهای خرابی نیاز به پوشش های کامپوزیت یا حفاظت چند لایه دارد؟
تصویر
IX کیفیت تصفیه سطح را نمی توان تنها با آزمایش اسپری نمک قضاوت کرد
سایت های تولیدی اغلب از مدت زمان تست اسپری نمک برای ارزیابی مستقیم کیفیت تیمارهای سطحی استفاده می کنند، اما این یک ساده سازی بیش از حد است. آزمایش اسپری نمک برای موارد زیر مناسب است:
مقایسه سازگاری فرآیند در پوشش های مشابه؛
کنترل فرآیند تامین کننده؛
بررسی انطباق با استانداردهای محصول؛
تشخیص مسائلی مانند تخلخل، عیوب آب بندی و مشکلات پیش تصفیه.
با این حال، مدت زمان آزمایش اسپری نمک را نمی توان به سادگی با طول عمر واقعی محصول برابر دانست.
تصویر
محیطهای خورنده واقعی جهان نیز تحت تأثیر عواملی مانند چرخه دما و رطوبت، تراکم، تابش UV، رسانههای شیمیایی، نوسانات دما، سایش مکانیکی، شکافهای نصب، خوردگی گالوانیکی، و شرایط استفاده/نگهداری قرار میگیرند.
یک ارزیابی جامع از عملیات سطح معمولاً شامل موارد زیر است: ظاهر و تفاوت رنگ، ضخامت یا وزن پوشش، چسبندگی، سختی، مقاومت در برابر سایش، تخلخل، زبری، مقاومت شیمیایی، مقاومت در برابر حرارت، تغییرات ابعادی، و آزمایش عملکردی.
معیارهای بازرسی باید بر اساس عملکرد محصول، خطرات خرابی و مشخصات مشتری تعیین شوند، نه اینکه یک روش بازرسی استاندارد برای هر فرآیند اعمال شود.
در نتیجه گیری
آبکاری، آنودایز، پاشش، الکتروفورز، میکرو{0}}اکسیداسیون قوس الکتریکی، PVD و پوششهای تبدیل شیمیایی سطوح محصول را از طریق مکانیسمهای متمایز اصلاح میکنند-مانند رسوب فلز، اکسیداسیون زیرلایه، پوشش آلی، رسوب میدان الکتریکی، واکنش پلاسما، رسوب شیمیایی بخار در خلاء،
درمان موثر سطح به معنای ایجاد ضخیم ترین یا پیچیده ترین پوشش نیست. بلکه شامل استفاده از مناسبترین فرآیند برای ایجاد ویژگیهای سطحی پایدار، قابل تأیید، و{0}}تکرارپذیر در حین برآورده کردن الزامات عملکردی محصول است.
