Felületkezelési technológiák

Nagyméretű alkatrészek esetén nem gazdaságos az egész alkatrészt korrózióálló acélból, vagy magas ötvöző tartalmú acélból elkészíteni, a felületi minőség pedig gyakran a legmodernebb technológiák alkalmazása mellett sem elég magas. A gazdaságosság és a műszaki ésszerűség keretein belül az esetek többségében elegendő, ha az adott anyag felületén javítjuk csak a tulajdonságokat. Jelen cikk az alapvető felületmódosító és – bevonatozó technológiákat mutatja be röviden.

Fémek hőkezelésével történő felületmódosítás

Cementálás és nitridálás

Feluletkezeles_cikk1

Cementált acél alkatrészek

Nagy dinamikus igénybevételnek kitett alkatrészek tipikus felületmódosító eljárása. Az alkatrészeket magas hőmérsékleten (speciális esetben magasabb nyomáson) kezelik, az emelkedett hőmérséklet hatására az alkatrész környezetében lévő szén, vagy nitrogén atomok diffundálnak a felület közvetlen közelében. Az így létrejött nitrid vagy karbid réteg keménysége jóval meghaladja az alapanyag keménységét.

Feluletkezeles_cikk2

Cementáláshoz szénpor előkészítése

Feluletkezeles_cikk3

Nitridált alkatrészek

Az eljárás előnyei: kifáradással szemben az egyik legjobb védekezési módszerünk a szívós mag, nagyobb szilárdságú kéreg koncepció. Továbbá a keményebb réteg kopásállósága sokkal jobb, mint az alapanyagé. Az egyik legismertebb és legelterjedtebb felületmódosító eljárás acélok esetén.

Kérgesítés

A kérgesítés az edzés egy speciális formája, mely során csak lokális szinten edzik fel az alkatrészt, praktikusan a felületén. Kérgesítési eljárást 0,4 %-os karbon tartalom felett lehet végrehajtani. A legtöbb edzési eljárás alkalmazható a kérgesítés eljárására: lángedzés, indukciós edzés, nagy darabszám esetén lézeres edzés, ritkán elektronsugaras edzés. Előnye, hogy nem szükséges más anyag a felület erősítéséhez, az alkatrész saját anyagát módosítjuk.

Feluletkezeles_cikk4

Kérgesített fogaskerék

Feluletkezeles_cikk5
Kérgesítés utáni elszíneződés

Fémek vegyi vagy fizikai úton történő felületmódosítása

Galvanizálási technikák

A galvanizálással különböző vezető alapanyagokra fém rétegeket építhetünk fel. Lehet réz, króm, nikkel, ón réteg. A galvanizálás működési elve a galvánelem működésével egyezik meg. Különböző fémek tulajdonságait tudjuk kombinálni az alkatrészek felületén. Célja lehet a korrózióállóság növelése, forraszthatóság javítása, elektromos és termikus tulajdonságok javítása. A technológia során a zsírtalanított, redukáló- és aktiváló vegyszerekkel kezelt acél darabokat oldott fémfürdőbe merítik. A fürdőben a bevonó anyag atomjai a galvanizálás során reakcióba lépnek a munkadarab felületén, majd ott lokálisan rétegelődnek. Fontos technológiai lépése a kezelésnek a dekapírozás: az öblítések között az aktivált réz és nikkel felületek hajlamosak oxidálódni, dekapírozás során ezeket az oxidrétegeket távolítják el. A réteg vastagsága sok tényezőtől függ, hány réteget vittünk fel, milyen technológiai paraméterekkel dolgoztunk, rétegvastagság: 10 mikrontól akár a 2-3 mm-es tartományig terjedhet.

Feluletkezeles_cikk14

Galvanizált alkatrészek

Feluletkezeles_cikk15

Galvanizáló kádak

Tűzihorganyzás

Egyik legrégebbi felület bevonatolási technológia a tűzihorganyzás, ahol acélt cink-fürdőben kezelnek, 430-450 0C-on. Az acél alkatrészt a horganyfürdőbe merítik (cink fürdő), majd a magas hőmérsékleten a fürdő anyagának atomjai diffundálódnak az acél felületén keresztül, majd ötvözik az alapanyagot. Rétegvastagság: 40- 100 mikron. A tűzihorganyzás által kialakított felület jól terhelhető mechanikailag, korrózióállóságát az alapanyagnak növeli.

Feluletkezeles_cikk16

Tűzihorganyzott csőprofilok

Alu-eloxálás

Az eloxálás – más néven anódikus oxidáció – az alumínium alkatrészek legelterjedtebb felület bevonatolási technológiája. az alumíniumot anódként híg savban kötik be (foszfor-, kén- és oxálsav általában). Ekkor vízbontás zajlik le, a katódon hidrogén, az anódon (jelen esetben alumínium) oxigén keletkezik. Az oxigén reakcióba lép az alumíniummal, így oxidréteget hoz létre. A folyamat közben színezik az oxidréteget, így egy porózus jellegű felületet kapunk. Az eloxálás megvédi az alumíniumot a további oxidációtól, kisebb mértékben védőréteget képez, de a fő ok, amiért használják, hogy egy jellegzetes, esztétikus külalakot ad a termékeknek. 5-30 mikronos rétegvastagság az elterjedt. A legelterjedtebb szín a fekete (RAL 9005-ös). A színezés kétféleképpen történhet: más fémek elektrolitikus leválasztásával, majd az oxidrétegbe való építésével, illetve szerves festékkel.

Feluletkezeles_cikk9

Eloxált alkatrészek

Feluletkezeles_cikk10

Eloxálás

Foszfátozás

A legtöbb festési technológiánál előkezelésként alkalmazzák, de önálló felület kialakító technikaként is megállhatja helyét. A foszfátozás során cink-, vas-, ritkán mangán-foszfát réteget hoznak létre a fémen, főleg acélokon. A folyamatot lúgos, illetve savas tisztítás előzi meg a reve és a különböző szennyezőanyagok és zsírok/olajok eltávolítása miatt. A foszfátréteg jobb tapadást biztosít. Széleskörűen alkalmazzák, mind egyedi, mind tömeggyártás során. Történhet merítéssel, szórással, vagy (ritkán) ecseteléssel. A vas-foszfátozás nem kifejezetten a réteg előállító technikák közé tartozik, célja legtöbbször előkezelés a különböző bevonatozásokhoz. A cinkfoszfátozás sötétszürke színt az acéloknak, szigetelőképességét növeli, korlátozott mértékig. A cinkfoszfátozás utáni krómozással növelhető az anyag korrózióállósága, illetve minimálisan növeli az anyag hidegalakíthatóságát útóviaszos kezeléssel. A mangánfoszfátozásnak kopásállóság elleni védelemnél van szerepe, színe a sötétszürkétől a kopottabb feketéig változhat. Főleg acélon, ritkán cink, alumínium és ötvözeteit lehet foszfátozni. Rétegvastagság: kb. 5 mikron.

Feluletkezeles_cikk11

Foszfátozott alkatrész

Feluletkezeles_cikk12

Foszfátozott csőprofilok

Szinterezés

A gépiparban az egyik legelterjedtebb festési/felület bevonatolási technológia az elektrosztatikus porfestés, más néven a szinterezés. A technológia működési elve röviden: egy alkalmas porszóró berendezésen keresztül (általában pisztoly) ráfújják a szinter port az alkatrészre, közben a készülékben elektrosztatikusan feltöltött porszemcsék az alkatrész felületére tapadnak (megj.: mint a megdörzsölt vonalzóra a radír darabkák, vagy apró alufólia csíkok). A felszórt alkatrészt egy beégető kemencébe helyezik, ahol 160 – 180°C-on térhálósítják a port, ami lényegében egy szemcsésített gyanta. Ez a technológia a régi típusú Rilsan-festést váltotta fel, ahol az alkatrészre ráfújták a gyantaport, majd helyileg olvasztották meg. Az elektrosztatikus feltöltéssel jobb rétegvastagság-egyenletességet lehet elérni. Bonyolultabb geometriájú alkatrészeknél a sarkoknál gondot jelenthet a rétegvastagság (a töltéseloszlás a sarkoknál megváltozik), ilyenkor a szórókészülék fúvó levegőjének állításával lehet korrekciózni a felvitt anyagmennyiséget. A szinterezés elterjedtségét a technológia költséghatékonyságának és relatív egyszerűségének köszönheti. 50 – 100 mikronos rétegvastagság az elterjedt.

Feluletkezeles_cikk6

Szinterezés folyamat

KTL

Feluletkezeles_cikk8

KTL festett felület

A szinterezés mellett a másik elterjedt festő technológia a KTL technológia (katódikus merítő festés). A munkadarab katódként bekötve kerül a KTL medencébe, ahol a festék anódként, vizes oldatban van jelen (2-3 %-os arányban), a festés kb. 150 – 200°C-on megy végbe, egyenáram alkalmazásával. A KTL technika kis rések kitöltésére tökéletesen alkalmas, egyenletes felületvastagságot lehet vele elérni. A KTL festés teljes szigetelést biztosít az alkatrész teljes felületén, így a megfelelő festékanyag megválasztásával kiváló korrózió-, kémiai- és hőállóságot lehet elérni. Sok gyártó akár 5-10 éves garanciát is vállal az általa festett bevonatra. az egyik legkörnyezetkímélőbb technológia, a porfestéssel ellentétben a fel nem használt festék-anyag arány közel 0%! A KTL festést leggazdaságosabban automata festősorokon lehet alkalmazni, tömegtermelésben. Átlagos rétegvastagság 10 – 35 mikron.

Feluletkezeles_cikk7

KTL festésre szánt alkatrészek felfüggesztése

Acélbarnítás

Az acélok barnítása régóta ismert technológia. Barnás- feketés felületet állíthatunk elő bizonyos acélokon. A barnítás lényege, hogy szabályozott körülmények között vas-oxid (hasonló, mint a rozsda) réteget hozunk létre az acélon. Két típusa ismert: a tűzi- és a vegyi barnítás. Tűzi barnítás során az acél munkadarabot hevítjük, majd olajban hűtjük. Kis méretek esetén könnyen kivitelezhető. Kb. 200-300 fokig hevítjük, különböző savakkal kezeljük, majd lehűtjük az alkatrészt. A vegyi barnítás sokkal alacsonyabb hőfokon játszódik le, gyártók által forgalmazott vegyszerekkel kezeljük, gyakran akár szobahőmérsékleten is barnává maratható az acél felülete. Az így létrehozott oxidréteg megvédi az acélt a további rozsda keletkezésétől, így a rozsdásodás okozta hólyagosodás elkerülhető.

Feluletkezeles_cikk17

Vegyi barnított alkatrészek

Források:

http://www.kemencemuhely.hu/kem.html
http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop425/0001_1A_G1_05_Bevezetes_a_Ho-_es_Feluletkezeles_temakoreibe/Tartalom/2_1_1.html
http://www.vakuum.hu/nitridalas.php?lang=hu
http://www.pacmet.com/index.php?h=news
http://www.practicalmachinist.com/vb/antique-machinery-history/proper-cleaning-color-case-hardened-tools-193649/
http://feluletvedelem.com/porfestes/
http://www.k-ketto.hu/tev.html
http://www.kenved.hu/technologiak/
http://www.raba.hu/jarmualkatresz/technologiak_moron.html
http://www.exal.sk/hun/aluminium/111/porfestes
http://www.elox.hu/
http://www.nyestekft.co.hu/szolgaltatasaink/femfelulet-megmunkalas/
http://www.metalage.hu/szolgaltatasok.php
http://epiteszforum.hu/esztetikus-feluletek-meg-gazdasagosabb-tuzihorganyzas
http://www.metal-union.hu/hu/galeria