مقدمه ای بر فرآیندهای تصفیه سطح فلز

عملیات سطح فلز به فرآیندهایی اطلاق می شود که از تکنیک های مدرن در فیزیک، شیمی، متالورژی و عملیات حرارتی برای تغییر وضعیت سطح و خواص اجزا استفاده می کنند. هدف این فرآیندها بهینه سازی ترکیب مواد سطح و هسته برای برآوردن مشخصات عملکرد مورد نیاز است.

توابع عملیات سطحی:

افزایش مقاومت در برابر خوردگی سطح و مقاومت در برابر سایش، کاهش سرعت، حذف و ترمیم تغییرات و آسیب های سطحی.

مواد معمولی را با سطوحی که کارکردهای خاصی دارند فراهم کنید.

صرفه جویی در انرژی، کاهش هزینه ها و بهبود اثرات زیست محیطی.

طبقه بندی فرآیندهای تصفیه سطح فلز:

درمان سطحی: این روش شامل تغییر مورفولوژی سطح، ترکیب فاز، ریزساختار، حالت نقص و حالت تنش از طریق فرآیندهای فیزیکی یا شیمیایی و دستیابی به خواص سطحی مورد نیاز است. ترکیب شیمیایی مواد بدون تغییر باقی می ماند.

فناوری اصلاح سطح: این روش از روش های فیزیکی برای وارد کردن مواد اضافی به زیرلایه استفاده می کند و یک لایه آلیاژی برای دستیابی به خواص سطحی مورد نظر تشکیل می دهد.

فناوری آلیاژسازی سطحی: این فرآیند شامل استفاده از روش های شیمیایی برای ایجاد واکنش مواد افزوده شده با بستر، تشکیل یک لایه تبدیل برای دستیابی به خواص سطحی مورد نظر است.

فناوری پوشش تبدیل سطحی: این فرآیند شامل اعمال روش‌های فیزیکی و شیمیایی برای ایجاد پوشش‌هایی مانند آبکاری یا پوشش بر روی بستر برای دستیابی به خواص سطحی مورد نیاز، بدون دخالت زیرلایه در تشکیل پوشش است.

I. فن آوری های اصلاح سطح

سختی سطحی سختی سطحی یک روش عملیات حرارتی است که در آن سطح فولاد به سرعت تا دمای تبدیل آستنیت گرم شده و سپس خاموش می شود، بدون اینکه ترکیب شیمیایی فولاد یا ساختار هسته تغییر کند. روش های اصلی سخت شدن سطحی شامل سخت شدن شعله و گرمایش القایی با استفاده از منابع حرارتی مانند شعله های اکسی استیلن یا اکسی پروپان می باشد.

سخت شدن سطح لیزری سخت شدن سطح لیزری شامل تمرکز پرتو لیزر بر روی سطح قطعه کار است. در یک دوره بسیار کوتاه، لایه سطحی تا بالاتر از دمای تبدیل یا نقطه ذوب خود گرم می شود و به دنبال آن خنک شدن سریع انجام می شود. این فرآیند باعث سخت شدن و تقویت سطح می شود. منطقه متاثر از گرما کوچک است، تغییر شکل حداقل است، و عملیات آسان است. این عمدتا برای تقویت موضعی اجزایی مانند قالب های مهر زنی، میل لنگ، بادامک، میل بادامک، میل اسپلین، ریل ابزار دقیق، ابزار فولادی با سرعت بالا، چرخ دنده ها و آستر سیلندر موتور استفاده می شود.

شات پینینگ شات پینینگ شامل شلیک تعداد زیادی گلوله با سرعت بالا به سطح قطعه کار است، شبیه به چکش های کوچکی که به سطح فلز برخورد می کنند. این امر باعث تغییر شکل پلاستیک در لایه‌های سطحی و زیرسطحی می‌شود و در نتیجه باعث تقویت قطعه می‌شود. مزایا: استحکام مکانیکی، مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر خستگی و مقاومت در برابر خوردگی را افزایش می دهد. برای پرداخت مات سطح، حذف رسوب اکسید و حذف تنش های پسماند در ریخته گری، آهنگری و جوش استفاده می شود.

غلتک سوزاندن غلتکی شامل اعمال فشار با غلتک های سخت یا ابزارهای برش بر روی سطح قطعه کار در حال چرخش در دمای اتاق است که باعث تغییر شکل پلاستیکی و سخت شدن سطح می شود تا سطحی صاف، صیقلی و مستحکم با الگوهای خاص به دست آید. موارد استفاده: مناسب برای قطعات با اشکال ساده مانند سطوح استوانه ای، مخروطی و صاف.

سیم کشی سیم کشی به فشار دادن فلز از طریق قالب تحت نیروی خارجی، کاهش سطح مقطع فلز برای رسیدن به شکل و ابعاد مورد نظر اشاره دارد. فلز در طول این فرآیند دچار تغییر شکل می شود. کاربردها: این فرآیند می تواند پوشش های تزئینی مختلفی مانند خطوط مستقیم، الگوهای تصادفی، امواج و الگوهای مارپیچی ایجاد کند.

پرداخت پولیش یک فرآیند پرداخت سطحی است که سطح را برای دستیابی به یک سطح صاف اصلاح می کند. در حالی که دقت ابعاد را افزایش نمی دهد یا حفظ نمی کند، بسته به شرایط پیش پردازش، سطوح صیقلی می توانند به مقادیر Ra از 1.6 میکرومتر تا 0.008 میکرومتر برسند.

II. فن آوری های آلیاژی سطحی

عملیات حرارتی سطح شیمیایی فرآیند معمولی فناوری آلیاژسازی سطح، عملیات حرارتی سطح شیمیایی است. در این فرآیند، قطعات کار در یک محیط خاص قرار می‌گیرند و گرم می‌شوند تا اتم‌های فعال از محیط به سطح نفوذ کنند و ترکیب شیمیایی و ساختار قطعه کار را تغییر دهند تا خواص آن افزایش یابد.

در مقایسه با سخت شدن سطح، عملیات حرارتی سطح شیمیایی نه تنها ریزساختار سطح را تغییر می دهد، بلکه ترکیب شیمیایی را نیز تغییر می دهد. انواع متداول عملیات حرارتی شیمیایی شامل کربورسازی، نیتریدینگ، انتشار همزمان چند عنصری و سایر انواع عملیات انتشار عناصر است. فرآیند عملیات حرارتی شیمیایی شامل سه مرحله اصلی است: تجزیه، جذب و انتشار.

سیاه شدن: این فرآیندی است که در آن قطعات فولادی یا فولادی در یک بخار هوا یا محلول شیمیایی گرم می شوند تا یک لایه اکسید سیاه یا آبی روی سطح ایجاد کنند. این فرآیند به عنوان "آبی" نیز شناخته می شود.

فسفاته کردن: فسفاته کردن شامل غوطه ور کردن قطعه کار (ساخته شده از فولاد، آلومینیوم یا روی) در محلول فسفاته است، جایی که یک پوشش تبدیل فسفات کریستالی روی سطح ایجاد می شود که در آب نامحلول است.

آنودایز کردن: آنودایز در درجه اول به فرآیند آندایز کردن آلومینیوم و آلیاژهای آن اشاره دارد. در این فرآیند قطعات آلومینیومی در حمام الکترولیت اسیدی غوطه ور می شوند و تحت جریان الکتریکی قرار می گیرند. سطح یک پوشش اکسیدی بادوام را تشکیل می دهد که مقاومت در برابر خوردگی، پرداخت زیبایی، عایق الکتریکی و مقاومت در برابر سایش را ایجاد می کند. کاربردها: معمولا برای درمان های حفاظتی اجزای خودرو و هوافضا، و همچنین درمان های تزئینی برای وسایل خانگی و سخت افزار استفاده می شود.

III. فن آوری های پوشش سطحی

پاشش حرارتی پاشش حرارتی شامل حرارت دادن فلزات یا غیر فلزات تا حالت مذاب و استفاده از هوای فشرده برای پاشیدن آنها بر روی یک بستر است. این یک پوشش را تشکیل می دهد که به طور محکم به مواد پایه چسبیده است و خواص فیزیکی و شیمیایی مورد نظر مانند سایش، خوردگی و مقاومت در برابر حرارت و همچنین عایق الکتریکی را ایجاد می کند. کاربردها: در طیف گسترده ای از صنایع از جمله هوافضا، انرژی هسته ای، الکترونیک و غیره استفاده می شود.

پوشش خلاء پوشش خلاء یک فرآیند تصفیه سطحی است که شامل رسوب لایه های نازک فلزی و غیرفلزی بر روی بسترها در شرایط خلاء از طریق تکنیک هایی مانند تبخیر یا کندوپاش می شود. مزایا: پوشش خلاء اجازه می دهد تا لایه های نازک با چسبندگی عالی، سرعت سریع و حداقل آلودگی ایجاد شود.

آبکاری آبکاری یک فرآیند الکتروشیمیایی است که در آن یک فلز بر روی بستری از محلولی حاوی یون های فلزی رسوب می کند. به عنوان مثال، در آبکاری نیکل، قطعه کار فلزی در محلول نمک نیکل (NiSO4) غوطه ور می شود و تحت جریان مستقیم قرار می گیرد و باعث رسوب نیکل روی قطعه کار می شود. کاربردها: معمولا برای پوشش های تزئینی و کاربردی مانند مقاومت در برابر خوردگی و بهبود خواص سایش استفاده می شود.

رسوب بخار شیمیایی (CVD) رسوب بخار شیمیایی (CVD) روشی است که برای رسوب لایه های نازک روی مواد با وارد کردن ترکیبات شیمیایی گازی که در سطح زیرلایه تجزیه می شوند، استفاده می شود. بسته به نوع رسوب، فیلم حاصل می تواند لایه های فلزی یا ترکیبی باشد. کاربردها: CVD به طور گسترده در صنایع هوافضا، خودرو، الکترونیک و انرژی برای تولید پوشش های مقاوم در برابر سایش، مقاوم در برابر خوردگی، مقاوم در برابر حرارت و رسانای الکتریکی استفاده می شود.

رسوب فیزیکی بخار (PVD) PVD یک تکنیک پوشش خلاء است که در آن مواد به شکل اتمی یا مولکولی تبخیر می شوند و سپس بر روی یک بستر رسوب می کنند. این شامل روش هایی مانند تبخیر خلاء، کندوپاش و آبکاری یونی است. پوشش‌های PVD به دلیل چسبندگی قوی، ضخامت یکنواخت و دوام شناخته شده‌اند.

کاربردها: پوشش‌های PVD در صنایعی مانند ماشین‌آلات، هوافضا، الکترونیک، اپتیک و صنایع سبک برای ایجاد لایه‌های نازک با سایش، خوردگی، مقاومت در برابر حرارت و سایر ویژگی‌های خاص مانند هدایت الکتریکی، عایق و مغناطیس استفاده می‌شوند.