Tratamiento de superficies metálicas 101: conceptos básicos

¿Cuál es el proceso de tratamiento de superficies?

El proceso de tratamiento de superficies es un procedimiento que utiliza tecnologías modernas de física, química, metalografía, tratamiento térmico y otras disciplinas para modificar la condición de la superficie y las propiedades de un componente y optimizar su combinación con el material del núcleo para cumplir con el rendimiento predeterminado. requisitos.

Función de tratamiento superficial:

  • Mejorar la corrosión de la superficie y la resistencia al desgaste, ralentizar, eliminar y reparar los cambios y daños en la superficie del material;
  • Permitir que materiales comunes obtengan superficies con funciones especiales;
  • Ahorra energía, reduce costes y mejora el medio ambiente.

2. Clasificación del proceso de tratamiento de superficies metálicas

Se puede dividir en cuatro categorías: tecnología de modificación de superficies, tecnología de aleación de superficies, tecnología de película de conversión de superficies y tecnología de recubrimiento de superficies.

1. Tecnología de modificación de superficies.

1. Enfriamiento de superficies

El endurecimiento de la superficie se refiere al método de tratamiento térmico para austenizar la capa superficial mediante calentamiento rápido y enfriamiento para fortalecer la superficie de las piezas sin cambiar la composición química y la estructura del núcleo de acero.

Los principales métodos de endurecimiento de superficies son el enfriamiento con llama y el calentamiento por inducción.

Las fuentes de calor comunes son las llamas de oxiacetileno u oxipropano.

2. Fortalecimiento de la superficie con láser

O fortalecimento da superfície do laser é o processo de usar um feixe de laser focado para irradiar a superfície de uma peça de trabalho, aquecendo o material da superfície extremamente fina a uma temperatura acima da temperatura de transformação de fase ou ponto de fusão em um tempo muy corto. Luego, el material se enfría rápidamente para endurecer y fortalecer la superficie de la pieza.

El fortalecimiento de superficies con láser se puede dividir en tratamiento de fortalecimiento por transformación de fase con láser, tratamiento de aleación de superficies con láser y tratamiento de revestimiento con láser.

El fortalecimiento de la superficie con láser tiene una pequeña zona afectada por el calor, una pequeña deformación y un funcionamiento conveniente. Se utiliza principalmente para reforzar localmente piezas como matrices ciegas, cigüeñales, levas, árboles de levas, ejes estriados, rieles guía de instrumentos de precisión, cortadores de acero de alta velocidad, engranajes y camisas de cilindros de motores de combustión interna.

3. Granallado

El shot peening es una tecnología de fortalecimiento que implica rociar una gran cantidad de partículas en movimiento a alta velocidad sobre la superficie de las piezas. Este proceso crea numerosos pequeños impactos en la superficie del metal, induciendo deformaciones plásticas en las regiones superficiales y subterráneas de las piezas para obtener refuerzo.

Función :

  • Mejorar la resistencia mecánica, la resistencia al desgaste, la resistencia a la fatiga y la resistencia a la corrosión de las piezas;
  • Se utiliza para extinguir superficies y desincrustar;
  • Elimina tensiones residuales de piezas fundidas, forjadas y soldaduras.

4. Rodando

El laminado es un proceso de tratamiento de superficies en el que se presionan rollos o rodillos duros sobre la superficie giratoria de la pieza a temperatura ambiente y se mueven a lo largo de la dirección de la barra colectora para deformar plásticamente y endurecer la superficie de la pieza para obtener un acabado preciso, liso y reforzado. superficie o patrón específico.

Aplicación: superficie cilíndrica, superficie cónica, plana y otras piezas con forma relativamente simple.

5. Dibujo

El trefilado es un método de tratamiento de superficies que consiste en hacer pasar metal a través de un troquel bajo una fuerza externa, comprimir el área de la sección transversal del metal y obtener la forma y el tamaño del área de la sección transversal requerida, que se denomina alambre metálico. proceso de dibujo.

El dibujo se puede realizar en líneas rectas, aleatorias, onduladas y en espiral según las necesidades de decoración.

6. Pulido

El pulido es un método de acabado que se utiliza para modificar la superficie de las piezas. Generalmente, sólo puede obtener una superficie lisa y no puede mejorar o incluso mantener la precisión del mecanizado original. Con diferentes condiciones de preprocesamiento, el valor Ra (una medida de la rugosidad de la superficie) después del pulido puede alcanzar de 1,6 a 0,008 μm.

Generalmente se divide en pulido mecánico y pulido químico.

2. Tecnología de aleación de superficie

Tratamiento térmico superficial químico

El proceso típico de la tecnología de aleaciones de superficies es el tratamiento térmico químico de superficies.

Es un proceso de tratamiento térmico que consiste en colocar la pieza en un medio específico para calentarla y aislarla. Esto permite que los átomos activos del medio penetren en la superficie de la pieza y cambien la composición y organización química. Este proceso cambia la superficie de la pieza, lo que a su vez cambia su rendimiento.

En comparación con el enfriamiento de superficies, el tratamiento térmico químico de superficies no solo cambia la estructura de la superficie del acero, sino que también cambia su composición química.

La carburación y la nitruración se pueden clasificar en varios elementos y otros elementos según los diferentes elementos utilizados.

El proceso de tratamiento químico térmico comprende tres pasos fundamentales: descomposición, absorción y difusión.

Los dos métodos principales de tratamiento térmico químico de superficies son la carburación y la nitruración.

Comparación Carburación nitruración
meta Mejore la dureza de la superficie, la resistencia al desgaste y la resistencia a la fatiga de la pieza de trabajo manteniendo una buena dureza del corazón. Mejore la dureza de la superficie, la resistencia al desgaste y la resistencia a la fatiga de la pieza de trabajo y mejore la resistencia a la corrosión.
Material Acero con bajo contenido de carbono que contiene 0,1 ~ 0,25% C. El alto contenido de carbono reduce la tenacidad del núcleo. Es acero de medio carbono que contiene Cr, Mo, Al, Ti y V.
Método común Carburación con gas, carburación sólida y carburación al vacío. Método de nitruración de gas, método de nitruración de iones
temperatura 900~950℃ 500~570°C
Espesor de la superficie Generalmente 0,5 ~ 2 mm No más de 0,6 ~ 0,7 mm
Objetivo Es ampliamente utilizado en piezas mecánicas como aviones, automóviles y tractores; Como eje de engranaje, árbol de levas, etc. Se utiliza para piezas con alta resistencia al desgaste y requisitos de precisión y piezas resistentes al calor, desgaste y corrosión. Como ejes de instrumentos pequeños, engranajes de carga ligera y cigüeñales importantes, etc.

3. Tecnología de película de conversión de superficie

1. Oscurecimiento y fosfatado

Oscurecimiento:

El proceso de calentar acero o piezas de acero a una temperatura adecuada en aire, vapor o productos químicos para formar una película de óxido azul o negro en su superficie se conoce como “azulado”. El acero o las piezas de acero también pueden volverse azules durante el proceso.

Fosfatado:

La fosfatación es un proceso en el que una pieza hecha de acero, aluminio o zinc se sumerge en una solución de fosfatación (generalmente una solución ácida a base de fosfato) y se deposita en la superficie una película de conversión de fosfato cristalino insoluble en agua.

2. Oxidación anódica

Se refiere principalmente al proceso de creación de una capa de óxido en la superficie del aluminio y sus aleaciones.

Durante el anodizado, las piezas de aluminio o aleación de aluminio se sumergen en un electrolito ácido y actúan como ánodo bajo la influencia de una corriente externa. Esto da como resultado la formación de una película anticorrosión y oxidante que se combina firmemente con el sustrato en la superficie de las piezas.

Esta película de óxido tiene propiedades únicas como protección, decoración, aislamiento y resistencia al desgaste.

Antes del anodizado se deben realizar pulidos, desengrasados, limpiezas y otros pretratamientos, seguidos de lavado, coloración y sellado.

Aplicación: Se utiliza comúnmente en el tratamiento protector de algunas piezas especiales de automóviles y aviones, así como en el tratamiento decorativo de artesanías y ferretería de uso diario.

4. Tecnología de recubrimiento de superficies

1. Pulverización térmica

La pulverización térmica implica calentar y fundir metales o materiales no metálicos y soplarlos continuamente sobre la superficie de la pieza de trabajo con gas comprimido. Esto crea un recubrimiento que se mezcla estrechamente con el sustrato, permitiendo que la superficie de la pieza adquiera las propiedades físicas y químicas necesarias.

La tecnología de pulverización térmica puede mejorar la resistencia al desgaste, la resistencia a la corrosión, la resistencia al calor y la resistencia al aislamiento de los materiales.

Aplicaciones: aeroespacial, energía atómica, electrónica y otras tecnologías de vanguardia en casi todos los campos.

2. Recubrimiento al vacío

El recubrimiento al vacío es un proceso de tratamiento de superficies que implica la deposición de varias películas metálicas y no metálicas sobre una superficie metálica mediante destilación o pulverización catódica en condiciones de vacío.

El recubrimiento al vacío puede producir recubrimientos superficiales muy finos. Además, ofrece ventajas como alta velocidad, buen agarre y menor contaminación.

Principio de recubrimiento por pulverización catódica al vacío

Según los diferentes procesos, el revestimiento al vacío se puede dividir en evaporación al vacío, pulverización catódica al vacío y revestimiento iónico al vacío.

3. Galvanoplastia

La galvanoplastia es un proceso electroquímico y redox.

Para ilustrar el niquelado: las piezas metálicas se sumergen en una solución de sal metálica (NiSO4) como cátodo, mientras que la placa de níquel sirve como ánodo. Al conectar la fuente de alimentación CC, se depositará una capa metálica de níquel en las piezas.

Los métodos de galvanoplastia se clasifican en galvanoplastia ordinaria o galvanoplastia especial.

4. Deposición de vapor

La tecnología de deposición de vapor es una nueva tecnología de recubrimiento que utiliza métodos físicos o químicos para depositar sustancias en fase de vapor que contienen elementos de deposición en la superficie de los materiales. Esto crea películas delgadas.

La tecnología de deposición de vapor se clasifica en deposición física de vapor (PVD) y deposición química de vapor (CVD) según los diferentes principios del proceso de deposición.

Deposición física de vapor (PVD)

La deposición física de vapor es una tecnología que implica vaporizar materiales en átomos, moléculas o iones mediante métodos físicos en condiciones de vacío. Posteriormente se deposita una fina película sobre la superficie de los materiales mediante el proceso de vapor.

La tecnología de deposición física comprende tres métodos fundamentales: evaporación al vacío, pulverización catódica y revestimiento iónico.

Deposición química de vapor (CVD)

La deposición química de vapor es un proceso que implica la formación de películas metálicas o compuestas en la superficie de un sustrato mediante la interacción entre el gas mezclado y la superficie del sustrato a una temperatura específica.

Las películas de deposición química de vapor se utilizan ampliamente en diversas industrias, como la fabricación mecánica, la aeroespacial, el transporte y la industria química del carbón. Estas películas tienen propiedades únicas, que incluyen buena resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión, resistencia al calor y propiedades eléctricas y ópticas.

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