Типы металлических покрытий: обработка деталей

В мире производства обработанная деталь не будет полностью завершена, пока не получит правильную обработку поверхности. Обработка поверхности – это не просто эстетика; это критический фактор, который определяет производительность детали, долговечность, коррозионную стойкость и даже тактильные ощущения. Для деталей, созданных с помощью процессов обработки, таких как фрезерование, точение и шлифование, выбор подходящей обработки является ключевым инженерным решением.

Обработка неизбежно оставляет следы от инструмента, заусенцы и определенный уровень шероховатости поверхности. Затем применяются процессы обработки металла для изменения этих поверхностей, начиная от простого очищения и удаления заусенцев до нанесения сложных покрытий или достижения ультрагладкой полировки. Понимание различных типов обработки, доступных для обработанных деталей, необходимо как для инженеров, так и для дизайнеров и производителей.

Механическая обработка: формирование поверхности

Механическая обработка включает в себя физическое изменение поверхности детали, часто посредством абразивного воздействия или контролируемой деформации.

1. Как обработано (или обработка на станке)

Это самая простая обработка, непосредственно полученная в результате самого процесса обработки. Внешний вид будет сильно зависеть от параметров обработки (например, скорости подачи, скорости резания, геометрии инструмента) и материала. Хотя это экономически эффективно, часто присутствуют видимые следы от инструмента и может быть относительно высокая шероховатость поверхности. Подходит для внутренних компонентов или деталей, где внешний вид и экстремальная точность не являются критичными.

2. Удаление заусенцев

Процессы обработки часто оставляют небольшие острые края или заусенцы. Удаление заусенцев – это процесс удаления этих нежелательных материалов, улучшающий безопасность, посадку и внешний вид. Общие методы удаления заусенцев включают:

• Ручное удаление заусенцев: Использование ручных инструментов, таких как напильники, скребки или абразивная бумага.

• Вибрационная обработка: Детали помещаются в вибрационный барабан с абразивным материалом (например, керамика, пластик) и водой, который трется о детали, удаляя заусенцы и сглаживая края.

• Пескоструйная обработка (пескоструйная обработка, дробеструйная обработка): Абразивные частицы (песок, стеклянные шарики, пластиковые шарики) с высокой скоростью направляются на поверхность, очищая, удаляя заусенцы и придавая матовую или текстурированную поверхность. Дробеструйная обработка, в частности, может создать однородный, атласный вид.

• Электрохимическое удаление заусенцев: Использует электролитический процесс для растворения заусенцев, часто используется для сложных геометрий.

3. Шлифовка и полировка

Эти процессы направлены на значительное уменьшение шероховатости поверхности и улучшение эстетического вида.

• Шлифовка: Использует абразивные круги или ленты для удаления материала и достижения очень гладкой, точной поверхности. Часто используется для достижения жестких допусков по размерам и низкой шероховатости поверхности (например, значения Ra до 0,4 мкм).

• Полировка: Следует за шлифовкой и использует более мелкие абразивы, часто с полировальными составами, для достижения зеркальной, высокоотражающей поверхности. Это улучшает эстетику, уменьшает трение и может улучшить коррозионную стойкость.

4. Щеточная/сатиновая обработка

Достигается путем истирания поверхности абразивными щетками или лентами в одном направлении, создавая серию тонких, параллельных линий. Это придает поверхности матовую, направленную текстуру, часто встречающуюся в потребительской электронике и архитектурном оборудовании. Она лучше скрывает отпечатки пальцев и незначительные дефекты, чем зеркальная полировка.

Химическая и электрохимическая обработка: изменение поверхностного слоя

Эти методы включают химические реакции или электрохимические процессы для изменения свойств поверхности.

1. Анодирование (для алюминия и титана)

Электролитический процесс пассивации, который увеличивает толщину естественного оксидного слоя на поверхности металлических деталей, чаще всего алюминия. Этот улучшенный оксидный слой обеспечивает значительно улучшенную коррозионную стойкость, износостойкость, и может быть окрашен в различные цвета для эстетической привлекательности. Существуют различные типы анодирования (например, Тип II - анодирование серной кислотой для декоративных и защитных целей; Тип III - твердое анодирование для экстремальной износостойкости).

2. Пассивация (для нержавеющей стали)

Химическая обработка (обычно с использованием азотной или лимонной кислоты), которая удаляет свободное железо с поверхности деталей из нержавеющей стали. Это удаление загрязнений железом усиливает пассивный слой оксида хрома, делая деталь более устойчивой к коррозии и предотвращая появление «ржавчины» или ржавых пятен. Это важный шаг для медицинских, пищевых и аэрокосмических компонентов.

3. Электрополировка

Электрохимический процесс, который удаляет тонкий слой материала с поверхности, в результате чего получается гладкая, яркая и часто высокоотражающая поверхность. По сути, это обратный процесс гальванического покрытия. Электрополировка значительно улучшает коррозионную стойкость, уменьшает шероховатость поверхности (облегчая очистку и стерилизацию) и создает высокоэстетичную обработку. Широко используется в медицинской, фармацевтической и пищевой промышленности.

Покрытия: добавление нового слоя

Покрытия включают нанесение нового слоя материала на поверхность детали для придания ей определенных свойств.

1. Гальваническое покрытие (гальваническое покрытие, химическое покрытие)

Включает в себя нанесение тонкого слоя другого металла на поверхность детали. Общие материалы для покрытия включают:

• Никелирование: Обеспечивает отличную коррозионную и износостойкость, твердость и яркую поверхность. Может быть химическим никелем (химическое осаждение, обеспечивающее равномерную толщину даже на сложных формах) или электролитическим никелем.

• Хромирование: Обеспечивает твердую, прочную, коррозионностойкую и высокоэстетичную яркую поверхность. Часто используется для декоративных целей или твердый хром для износостойкости.

• Цинкование: В первую очередь для защиты от коррозии стальных деталей, часто с последующим нанесением хроматных конверсионных покрытий для дополнительной пассивации и цвета.

• Покрытие золотом/серебром/палладием: Используется для электропроводности, паяемости и декоративных целей, особенно в электронике и ювелирных изделиях.

2. Порошковое покрытие

Сухой процесс обработки, при котором мелко измельченные частицы пигмента и смолы электростатически заряжаются и распыляются на деталь. Затем деталь подвергается термической обработке, в результате чего порошок плавится и образует гладкий, прочный защитный слой. Порошковое покрытие обеспечивает отличную долговечность, коррозионную стойкость, устойчивость к сколам и широкий спектр цветов и текстур. Обычно используется для автомобильных деталей, бытовой техники и уличной мебели.

3. Покраска

Включает нанесение жидкой краски (полимеры, пигменты, растворители) на деталь, которая затем высыхает или затвердевает, образуя защитную и декоративную пленку. Покраска предлагает широкие возможности выбора цвета и может обеспечить хорошую коррозионную стойкость и защиту от ультрафиолета, но ее долговечность может значительно варьироваться в зависимости от типа краски и способа нанесения.

4. Черное оксидирование

Химическое конверсионное покрытие, которое создает черную поверхность на черных металлах (сталь, нержавеющая сталь). Обеспечивает минимальное изменение размеров, хорошую коррозионную стойкость (особенно при смазке маслом) и уменьшает отражение света. Обычно используется для инструментов, огнестрельного оружия и компонентов машин, где желательна неотражающая, тонко защитная поверхность.

Другие специализированные покрытия

1. Осаждение из пара (PVD/CVD)

Физическое осаждение из пара (PVD) и Химическое осаждение из пара (CVD) – это передовые процессы, которые наносят тонкие, твердые и часто высокоизносостойкие покрытия (например, нитрид титана - TiN, нитрид хрома - CrN) на поверхность детали на атомном уровне. Эти покрытия исключительно тонкие, но значительно повышают твердость, износостойкость, смазывающую способность и коррозионную стойкость, обычно используются для режущих инструментов, медицинских имплантатов и аэрокосмических компонентов.

2. Термическая обработка (поверхностное упрочнение)

Хотя и не является обработкой поверхности в традиционном смысле, процессы термической обработки, такие как цементация, азотирование или индукционная закалка, изменяют микроструктуру поверхностного слоя для повышения твердости и износостойкости без нанесения дополнительного покрытия.

Выбор правильной обработки

Выбор металлической обработки для обработанных деталей – это многогранное решение, на которое влияют:

• Функциональность: Какие механические свойства необходимы (твердость, износостойкость, смазывающая способность, трение)?

• Окружающая среда: Будет ли деталь подвергаться воздействию коррозионных веществ, влаги, высоких температур или ультрафиолетового излучения?

• Эстетика: Какой внешний вид желателен (блестящий, матовый, цветной, текстурированный)?

• Стоимость: Какой бюджет на обработку?

• Допуски: Как обработка повлияет на размеры детали?

• Совместимость материалов: Подходит ли обработка для основного металла?

В конечном счете, правильная обработка – это та, которая оптимизирует производительность и внешний вид детали для ее предполагаемого применения, часто уравновешивая различные конкурирующие требования для достижения наилучшего общего результата.