Принципы, характеристики и сценарии применения 19 методов обработки поверхности распространенных материалов

1. Гальваника

Принцип: приложите электрическое поле к раствору, содержащему соли металлов, подлежащие нанесению покрытия, при этом часть с покрытием будет катодом, а металл с покрытием - анодом. После включения питания ионы металла в растворе под действием разности потенциалов образуют покрытие на катоде, а металл анода попадает в раствор для поддержания концентрации ионов.

Функции:

① Он может улучшить внешний вид, делая поверхность изделия яркой, красивой и однородной по металлическому цвету, а также обладает хорошими декоративными свойствами.

② Оно может повысить устойчивость к коррозии, а покрытие может изолировать подложку от контакта с внешними агрессивными средами и продлить срок службы.

③ Улучшение проводимости, а некоторые гальванические слои (например, серебряное и позолоченное покрытие) имеют отличную проводимость, что позволяет удовлетворить потребности электронных компонентов.

④ Толщину покрытия можно точно контролировать в соответствии с различными требованиями.

Сценарии применения: обычно используется в автомобильных деталях (таких как дверные ручки, бамперы), электронных и электрических областях (схемы печатных плат, разъемы) и повседневных аппаратных средствах (смесители, дверные ручки) и т. д., обеспечивая как эстетику, так и защиту.

II. Электрофоретическое покрытие

Принцип: Под действием постоянного электрического поля катионы движутся к катоду и осаждаются, а анионы – к аноду. При этом выделяют четыре эффекта: электрофорез, электроосаждение, электролиз и электроосмос. Для покрытия используется водорастворимая краска.

Функции:

① Хорошая защита окружающей среды, использование воды в качестве среды, сокращение использования органических растворителей, снижение загрязнения и опасности возгорания.

② Высокая эффективность покрытия, коэффициент использования покрытия достигает 90–95%, что позволяет получить на всех частях заготовки равномерную лакокрасочную пленку, подходящую для заготовок сложной формы.

③ Отличные характеристики покрытия с характеристиками полного, равномерного, плоского и гладкого покрытия, а также превосходной твердостью, адгезией, коррозионной стойкостью и другими свойствами.

Сценарий применения: Широко используется на крупномасштабных сборочных линиях в автомобильной, военной, аппаратной и других отраслях промышленности.

III. Анодное окисление

Принцип: поместите металлический материал в качестве анода в раствор электролита, и после включения питания катионы образуют оксидную пленку с микропорами на поверхности анода, в которой участвуют два процесса: растворение металла и образование оксидной пленки.

Функции:

① Повышение твердости и износостойкости, оксидная пленка имеет высокую твердость и повышает износостойкость основы.

② Обладает хорошей коррозионной стойкостью, эффективно блокирует внешнюю коррозию и адаптируется к суровым условиям.

③ Он обладает как декоративными, так и функциональными свойствами, может быть окрашен в различные цвета в зависимости от условий процесса, а оксидная пленка прочно связана с подложкой.

Сценарии применения: он широко используется в аэрокосмической отрасли (детали из алюминиевого сплава), электронных потребительских товарах (планшеты, корпуса ноутбуков), архитектурных украшениях (двери и окна из алюминиевого сплава, навесные стены) и других областях, которые одновременно красивы и долговечны.

IV. Химическое покрытие

Принцип: при нанесении металлических покрытий на поверхность подложки используются химические реакции, а ионы металлов в растворе для нанесения покрытия восстанавливаются до атомов и осаждаются под действием восстановителя без необходимости внешнего источника питания.

Функции:

① Никакого оборудования для электропитания не требуется, операция проста и не ограничена формой и размером подложки. Равномерное покрытие можно получить на поверхности сложных заготовок.

② Покрытие имеет хорошую однородность, а детали сложной конструкции с глубокими отверстиями и канавками также могут быть хорошо покрыты.

③ Он может быть покрыт различными металлами и сплавами для удовлетворения различных требований к производительности, а также может улучшить твердость, износостойкость и коррозионную стойкость подложки.

Сценарии применения: применяется в нефтехимической промышленности (трубопроводы, клапаны), производстве пресс-форм (улучшение расформовки и износостойкости), электронной промышленности (небольшие и сложные электронные компоненты) и т. д. для повышения соответствующих характеристик компонентов.

В. Термическое напыление

Принцип: используйте высокотемпературное пламя, дуги и другие источники тепла, чтобы нагреть напыляемый материал до расплавленного или полурасплавленного состояния, а затем распылите его на заготовку высокоскоростным потоком воздуха для образования покрытия.

Функции:

① Можно выбрать различные материалы для напыления, такие как металлы, керамика, пластик и т. д., и их можно выбрать по мере необходимости для достижения различных функций (например, металлы для повышения износостойкости, керамика для устойчивости к высоким температурам и теплоизоляции).

② Толщину покрытия можно регулировать в широком диапазоне: от десятков микрон до нескольких миллиметров.

③ Подходит для различных материалов основы и обладает высокими ремонтопригодными характеристиками. Он позволяет отремонтировать поврежденные детали с меньшими затратами, чем замена новых деталей.

Сценарии применения: обычно используются в энергетике (трубопроводы котлов электростанций), металлургической промышленности (ролики) и в области механического ремонта (изношенные валы, шестерни) и т. д. для улучшения характеристик компонентов, продления срока службы и экономии затрат.

VI. Вакуумное покрытие

Принцип: аргон впрыскивается под вакуумом, аргон попадает на целевой материал, а молекулы целевого материала адсорбируются проводящими материалами, образуя металлоподобный поверхностный слой.

Функции:

① Могут быть получены хорошие декоративные свойства, равномерная и яркая металлическая текстура.

② Хорошая защита окружающей среды, меньше загрязнения окружающей среды.

③ Широкий спектр применяемых материалов, включая металлы, мягкие и твердые пластмассы, композитные материалы, керамику и стекло и т. д.

Сценарии применения: обычно используется в корпусах электронных устройств, пластиковых украшениях, салонах автомобилей и т. д. для улучшения внешнего вида и качества.

VII. Электролитическая полировка

Принцип: Атомы заготовки, погруженные в электролит, преобразуются в ионы и удаляются под действием тока, удаляя мелкие заусенцы и улучшая яркость.

Функции:

① Высокое качество поверхности позволяет устранить заусенцы и царапины на поверхности заготовки и улучшить качество поверхности.

② Высокая степень автоматизации и низкие трудозатраты.

③ Использование более мягких химикатов может продлить срок службы таких материалов, как нержавеющая сталь, и замедлить коррозию.

Сценарии применения: В основном используется в изделиях из нержавеющей стали, прецизионных механических деталях, медицинском оборудовании и других областях с высокими требованиями к отделке и коррозионной стойкости, таких как посуда из нержавеющей стали и хирургические инструменты.

VIII. Пассивационная обработка

Принцип: с помощью химических или электрохимических методов на поверхности металла образуется плотная и стабильная оксидная или составная пленка, предотвращающая дальнейшую реакцию металла.

Функции:

① Простота в эксплуатации: просто погрузите заготовку в пассивирующий раствор для завершения обработки.

② Значительно улучшает коррозионную стойкость, эффективно изолирует коррозионные среды и повышает коррозионную стойкость.

③ Практически не меняет размер и внешний вид заготовки, подходит для деталей со строгими требованиями к размеру.

Сценарии применения: широко используется в изделиях из нержавеющей стали (посуда, кухонная утварь, медицинское оборудование, архитектурные декоративные элементы), в областях обработки оборудования (прецизионные мелкие детали), производстве автомобильных деталей и т. д., чтобы обеспечить долговечность продукции.

IX. Фосфатирование

Принцип: погрузите металлическую заготовку в кислый раствор, содержащий дигидрофосфат. При определенных условиях раствор вступает в реакцию с поверхностью металла, образуя кристаллическую пленку фосфата, которая служит основой для последующего покрытия.

Функции:

① Улучшите адгезию покрытия. Пористая структура фосфатирующей пленки способствует адгезии покрытия, делая покрытие и подложку более прочными.

② Повышение коррозионной стойкости. Он обладает определенной способностью защищать от коррозии и взаимодействует с покрытием, улучшая общие характеристики.

③ Улучшает эффективность смазки и может играть роль снижения трения и смазывания некоторых деталей, соответствующих трению.

Сценарии применения: обычно используется в машиностроении (предварительная обработка механических деталей перед покраской), автомобильной промышленности (кузов, рама и другие детали), а также в производстве скобяных изделий и мебели (металлические картотечные шкафы, полки) и т. д. для оптимизации качества поверхности и повышения долговечности.

X. Обработка чернением (обработка воронением)

Принцип: поместите стальные изделия в щелочной раствор, содержащий окислитель и гидроксид натрия, и в результате химической реакции образуется оксидная пленка, основным компонентом которой является оксид железа, который выглядит черным или сине-черным.

Функции:

① Низкая стоимость, простой состав раствора для очистки, низкие требования к оборудованию и хорошая экономичность.

② Он обладает определенной антикоррозионной способностью, может блокировать воздух и влагу за короткий период времени и удовлетворять потребности в некоторых случаях.

③ Придает уникальный внешний вид, создавая простой и спокойный визуальный эффект.

Сценарии применения: используется для механических деталей (небольших деталей, таких как обычные болты и гайки), производства инструментов (слесарные инструменты) и производства некоторых видов оружия (антикварное оружие, гражданские ножи) и т. д. для предотвращения ржавчины и украшения внешнего вида.

XI. Микродуговое оксидирование

Принцип: при высокой напряженности электрического поля в микроучастке поверхности металла генерируется явление плазменного микродугового разряда, так что атомы на поверхности металла вступают в реакцию с ионами в электролите, и на месте выращивается керамическая оксидная пленка. Слой пленки прочно связан с подложкой и имеет пористую структуру.

Функции:

① Высокая твердость и износостойкость. Керамооксидная пленка обладает высокой твердостью, значительно повышает износостойкость и адаптируется к условиям сильного износа.

② Сильная коррозионная стойкость, плотный слой пленки, устойчивость к суровым коррозионным воздействиям, например, морской среде.

③Хорошая изоляция, подходит для деталей, к которым предъявляются требования по электроизоляции.

④Достигается функциональная настройка, а свойства пленки можно регулировать путем настройки параметров для расширения области применения.

Сценарии применения: он имеет важные применения в аэрокосмической области (конструкционные детали самолетов, детали двигателей из алюминиевых сплавов), электронной промышленности (алюминиевые корпуса электронного оборудования) и биомедицинской области (искусственные соединения из титанового сплава) и т. д. для улучшения характеристик компонентов и удовлетворения особых потребностей.

XII. Осаждение паров

Принцип: подразделяется на физическое осаждение из паровой фазы (PVD) и химическое осаждение из паровой фазы (CVD). PVD физическими методами переводит исходный материал в газообразное состояние и затем наносит его на подложку с образованием пленки; CVD использует газообразные предшественники для химической реакции в условиях активации с образованием осажденных пленок в твердом состоянии.

Функции:

①Покрытие имеет высокое качество, высокую чистоту, хорошую плотность, равномерную толщину и хорошее сцепление с подложкой, а параметры можно точно контролировать.

②Можно приготовить различные функциональные покрытия, покрывающие металлы, сплавы, керамику, полупроводники и т. д., для достижения износостойкости, коррозионной стойкости, устойчивости к высоким температурам, оптики, электричества и других функций.

③Оказывает незначительное воздействие на основу и подходит для точных заготовок и заготовок сложной формы.

Сценарии применения: он широко используется в оптической области (производство оптических линз, фильтров, отражателей), электронной информационной промышленности (производство полупроводниковых чипов, производство электронных дисплеев) и области нанесения покрытий на инструменты (металлорежущие инструменты) и т. д. для улучшения характеристик продукции.

Тринадцать, ионная имплантация

Принцип: Используйте источник ионов для генерации ионов, которые ускоряются и фокусируются для бомбардировки поверхности твердых материалов и вводятся в решетку для изменения химического состава, микроструктуры и физических свойств поверхности.

Функции:

① Он может точно контролировать состав и глубину, а также точно выбирать тип ионов, энергию и дозировку для настройки свойств поверхности.

② Он может одновременно улучшить несколько свойств поверхности, не влияя на общие характеристики и форму подложки, которая подходит для прецизионных деталей.

③ Он прочно приклеен к основанию, нет риска отслаивания покрытия, гарантирована долговременная стабильность.

Сценарии применения: он используется в аэрокосмических деталях (лопасти двигателя, подшипники), в области медицинского оборудования (искусственные суставы, зубные имплантаты) и производстве полупроводников (регулирование электрических свойств полупроводниковых устройств) и т. д. для оптимизации характеристик компонентов и обеспечения эффекта от использования.

Четырнадцать, дробеструйная обработка

Принцип: использовать высокоскоростные снаряды для ударов по поверхности металлических заготовок, вызывая пластическую деформацию материала поверхности, создавая остаточное сжимающее напряжение, измельчая зерна, увеличивая плотность дислокаций и т. д.

Функции:

① Повышение усталостной прочности. Остаточные сжимающие напряжения могут компенсировать растягивающие напряжения, создаваемые знакопеременными нагрузками, и продлить усталостную долговечность заготовки.

② Улучшите твердость поверхности и износостойкость, увеличьте твердость поверхности, улучшите износостойкость и продлите срок службы легко изнашиваемых деталей.

③ Процесс прост, а стоимость умеренная. Оборудование просто в эксплуатации. Затраты в основном связаны с материалом снаряда и распылительным оборудованием.

Сценарии применения: в аэрокосмической области (шасси самолета, балки крыльев), автомобильной промышленности (коленчатые валы двигателей, шатуны, трансмиссионные шестерни), машиностроении и тяжелой промышленности (приводные валы, ролики прокатных станов) и т. д. повышается долговечность компонентов и снижается частота технического обслуживания.

Пятнадцать, обработка роликовым полированием

Принцип: поместите заготовку, абразив, химические добавки и воду в барабан и вращайте барабан, чтобы заготовка и абразив столкнулись и трутся друг о друга, удалили заусенцы с поверхности, окалину, ржавчину и т. д. и сгладили поверхность.

Функции:

① Хороший эффект удаления поверхностных дефектов, позволяет эффективно бороться с загрязнениями на поверхности заготовок сложной формы, делает поверхность гладкой и плоской и имеет высокую эффективность.

② Низкая стоимость и простота эксплуатации, простое оборудование, низкая стоимость материалов, простота освоения.

③ Возможна пакетная обработка, подходящая для предварительной обработки заготовок малого и среднего размера при серийном производстве.

Сценарии применения: в обрабатывающей промышленности (мелкие металлические аксессуары), производстве механических деталей (нестандартные мелкие детали) и в области обработки ювелирных изделий (заготовки для золотых и серебряных ювелирных изделий) и т. д. улучшают внешний вид и характеристики заготовки и подготавливают к последующим процессам.

Шестнадцать, лазерная обработка поверхности

Принцип: используйте лазерный луч с высокой плотностью энергии для облучения поверхности материала и создания фототермических, фотохимических и других взаимодействий в соответствии с различными целями, такими как лазерная наплавка, лазерная закалка и т. д.

Функции:

① Точно контролирует зону обработки, может точно модифицировать сложные и мелкие детали локально и обладает высокой гибкостью.

② Высокая скорость обработки и небольшая зона термического воздействия, короткое время воздействия лазера, концентрированная энергия не влияют на общую форму и большую часть характеристик заготовки, подходят для прецизионных деталей.

③ Возможность выполнения различных функциональных модификаций, включая усиление, легирование поверхности, очистку и другие функции.

Сценарии применения: он играет важную роль в производстве пресс-форм (закалка и ремонт поверхности пресс-форм), в области механической обработки (высокоточный вал, усиление деталей шестерен), а также в области восстановления и очистки культурных реликвий (удаление грязи с поверхности культурных реликвий и т. д.), а также улучшает производительность и состояние деталей или культурных реликвий.

Семнадцать, ультразвуковая обработка поверхности

Принцип: поместите заготовку в ультразвуковое поле, содержащее абразивы и химические растворы, удалите загрязнения с поверхности заготовки и измените шероховатость поверхности за счет ударов, трения и кавитации, создаваемых высокочастотной вибрацией.

Функции:

① Эффективная очистка и активация поверхности могут полностью удалить поверхностные загрязнения, улучшить адгезию последующих покрытий и гальванических покрытий, а также улучшить качество обработки.

② Хорошая адаптируемость к сложным формам, способность проникать в сложные части заготовок, обеспечивая равномерный эффект обработки.

③ Экологически чистый и безопасный в эксплуатации, химический раствор мягкий, во время процесса обработки нет опасности высокой температуры и высокого давления.

Сценарии применения: в электронной и электротехнической промышленности (печатные платы), в областях прецизионной обработки (прецизионные шестерни, небольшие подшипники), а также в производстве медицинского оборудования (хирургические инструменты, имплантируемые медицинские устройства) и т. д. оптимизируется состояние поверхности детали и обеспечивается плавность последующих процессов.

XVIII. Обработка цементацией

Принцип: поместите детали из низкоуглеродистой стали или низкоуглеродистой легированной стали в среду, богатую углеродом, и позвольте активным атомам углерода проникнуть в поверхность заготовки при высокой температуре. После закалки, низкотемпературного отпуска и других процессов термообработки поверхность приобретает высокотвердую, износостойкую мартенситную структуру, а ядро ​​сохраняет определенную вязкость и прочность.

Функции:

① Значительно улучшается твердость поверхности и износостойкость, а мартенситная структура значительно повышает износостойкость поверхности заготовки.

② Сердечник сохраняет хорошие характеристики, что позволяет предотвратить общее хрупкое разрушение, обеспечивая при этом износостойкость поверхности, а производительность сбалансирована.

③Процесс является зрелым и имеет широкий спектр применений. Его можно использовать для сопутствующих заготовок различных форм и размеров.

Сценарии применения: он широко используется в производстве деталей автомобилей (трансмиссионные шестерни, полуоси задней оси), в механических трансмиссиях (трансмиссионные шестерни, звездочки, детали валов) и в областях тяжелой промышленности, таких как горнодобывающее и машиностроительное оборудование (шестерни дробилок, ходовые шестерни) и т. д., для повышения износостойкости и усталостной прочности деталей и продления их срока службы.

XIX. Азотирование

Принцип: поместите заготовку в азотсодержащую среду и позвольте атомам азота проникнуть в поверхность заготовки при определенной температуре, чтобы сформировать богатый азотом закаленный слой, который содержит нитридную фазу и обладает множеством превосходных свойств.

Функции:

① Высокая твердость и хорошая износостойкость. Нитридный слой может сохранять хорошую твердость при высоких температурах и адаптироваться к высоким температурам, высокой скорости и условиям высокого трения.

② Отличная коррозионная стойкость, эффективная блокировка агрессивных сред и хорошая защита в суровых условиях.

③ Небольшая деформация для прецизионных деталей или заготовок с высокими требованиями к точности размеров после обработки может соответствовать проектным требованиям.

Сценарии применения: он используется в аэрокосмической промышленности (лопасти турбин авиационных двигателей, компоненты камеры сгорания), производстве пресс-форм (формы для литья под давлением, формы для литья пластмасс под давлением) и прецизионных компонентов в машиностроении (прецизионные винты, высокоточные детали вала) для улучшения производительности компонентов и обеспечения рабочих требований.