Technologie powierzchniowe. Opracował Dr inż. Stanisław Rymkiewicz KIM WM PG

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Technologie powierzchniowe. Opracował Dr inż. Stanisław Rymkiewicz KIM WM PG"

Aleksander Kowalczyk
7 lat temu
Przeglądów:

1 Technologie powierzchniowe Opracował Dr inż. Stanisław Rymkiewicz KIM WM PG

2 Warstwa wierzchnia to część materiału, z jednej strony ograniczona rzeczywistą powierzchnią ciała stałego, a z drugiej materiałem rdzenia, składająca się z kilku stref przechodzących płynnie jedna w drugą, o zróżnicowanych rozmiarach, odmiennych cechach fizycznych i niekiedy chemicznych, w stosunku do cech materiału rdzenia

kilku stref przechodzących płynnie jedna w drugą, o zróżnicowanych rozmiarach,

4 Powłoka ochronna - przyjmuje się warstwę metalu, stopu, materiału ceramicznego, tworzywa sztucznego i in. naniesioną trwale na powierzchnię metalu chronionego, który zasadniczo pozostaje w tym samym stanie w jakim był przed nałożeniem powłoki

naniesioną trwale na powierzchnię metalu chronionego, który

5 Ochrona anodowa

6 Ochrona katodowa

7 Warstwy wierzchnie i powłoki ochronne przyjęto umownie nazywać warstwami powierzchniowymi

9 Metody mechaniczne nagniatanie naporowe - wywieranie stałego lub zmiennego nacisku na powierzchnię obrabianego przedmiotu przez narzędzie o powierzchni gładkiej w postaci krążka (krążkowanie), kulki (kulkowanie), rolki (rolkowanie) w celu umocnienia warstwy wierzchniej

narzędzie o powierzchni gładkiej w postaci krążka (krążkowanie),

10 nagniatanie udarowe - wykorzystanie energii kinetycznej stalowych, ceramicznych lub szklanych cząstek w postaci kulek lub śrutu, miotanych siłą odśrodkową lub strumieniem sprężonego powietrza (kulowanie) albo energii kinetycznej gładkiego narzędzia (młotkowanie) uderzającego w powierzchnię obrabianego przedmiotu w celu umocnienia warstwy wierzchniej

sprężonego powietrza (kulowanie) albo energii kinetycznej gładkiego narzędzia

11 Metody cieplno-mechaniczne

12 - natryskiwanie (cieplne, płomieniowe, detonacyjne) - powlekanie przedmiotów, głównie metalowych warstwą materiałów powłokowych przez pneumatyczne rozpylenie drobnych cząstek materiału powłokowego w płomieniu gazu, łuku elektrycznym bądź plazmy i nadanie im dużej energii kinetycznej w celu wywarcia na pokrywaną powierzchnię nacisku umożliwiającego dobrą przyczepność natryskiwanej powłoki do podłoża.

w płomieniu gazu, łuku elektrycznym bądź plazmy i nadanie im dużej energii kinetycznej w celu

13 - platerowanie powierzchni - pokrycie metalu podłoża innym metalem lub stopem przez wytworzenie nacisku na metal pokrywający np. przez walcowanie, detonację w odpowiednio podwyższonej temperaturze

14 - utwardzanie detonacyjne metalu przez falę uderzeniową powstającą w wyniku gwałtownego odparowania metalu podłoża pod działaniem bardzo silnie skoncentrowanego strumienia elektronów (utwardzanie elektronowe) lub fotonów (utwardzanie laserowe) przy wzroście temperatury podłoża, bądź detonacji materiału wybuchowego

skoncentrowanego strumienia elektronów (utwardzanie elektronowe) lub fotonów

15 Metody cieplne

16 Nadtapianie - wygładzanie powierzchni tworzywa metalowego albo wytworzenie struktury amorficznej (szkła metalowego) warstwy nadtopionej różniącej się od rdzenia własnościami fizycznymi i chemicznymi, ale zachowującej ten sam skład chemiczny. Nadtapianie przeprowadza się przez grzanie laserowe, elektronowe lub płomieniowe.

rdzenia własnościami fizycznymi i chemicznymi, ale zachowującej ten sam skład

17 Napawanie - pokrywanie powierzchni metalu warstwą stopiwa tworzącą powłokę o własnościach zbliżonych do podłoża, w wypadku stosowania jej w celu regeneracji, lub o właściwościach odmiennych od podłoża, w wypadku zastosowania jej w celu podwyższenia trwałości eksploatacyjnej. Napawanie przeprowadza się technikami spawalniczymi, głównie łukowymi i płomieniowymi

odmiennych od podłoża, w wypadku zastosowania jej w celu podwyższenia trwałości

18 Natapianie - nanoszenie na podłoże metalowe powłoki z czystego metalu lub stopu związków metali, bądź innych materiałów o właściwościach różnych od metalu podłoża, za pomocą grzania laserowego, elektronowego lub elektroiskrowego. Natapianie zalicza się także do metod platerowania, bowiem skurcz odlewniczy wywiera nacisk na materiał pokrywany, zapewniając trwałe połączenie

laserowego, elektronowego lub elektroiskrowego.

19 Metody cieplno-chemiczne

20 Nasycanie dyfuzyjne - proces nasycania warstwy wierzchniej metali pierwiastkami zawartymi w ośrodkach stałych, ciekłych lub gazowych, w celu wywołania zmian składu chemicznego, struktury i właściwości

ośrodkach stałych, ciekłych lub gazowych, w celu

21 Sposoby obróbki cieplno-chemicznej -typu klasycznego (np. nawęglanie, azotowanie, chromowanie) określane mianem niewspomaganych -wspomagany metody CVD (Chemical Vapour Deposition - chemiczne osadzanie z fazy gazowej) i PACVD (Plasma Assisted Chemical Vapour Deposition) -stopowanie laserowe lub elektronowe -zestalanie cieplno-chemiczne -nieodwracalne przejście polimerów termoutwardzalnych

22 Metody elektrochemiczne i chemiczne

23 -redukcję elektrochemiczną (powłoki elektrolityczne i konwersyjne), -redukcję chemiczną (powłoki chemiczne i konwersyjne), - reakcję chemiczną (powłoki malarskie)

24 Osadzanie elektrolityczne (galwaniczne) - pokrywanie metalu stanowiącego katodę w procesie elektrolizy, jonami metalu zawartymi w elektrolicie i ulegającymi redukcji i formującymi powłokę, podczas przepływu prądu stałego przez elektrolit

25 Osadzanie chemiczne (bezprądowe) - wytwarzanie powłok z metalu lub stopu w wyniku redukcji chemicznej w kąpielach lub przez natrysk na powierzchnie metali, na które trudno jest nałożyć powłoki elektrolityczne z powodu złożonego kształtu pokrywanych przedmiotów

26 Osadzanie konwersyjne - wytwarzanie na powierzchni metalu szczelnej warstwy trudno rozpuszczalnych związków chemicznych utworzonych z metalu podłoża i jonów z roztworu reagującego środowiska, w którym zanurzony jest pokrywany przedmiot lub który został natryskany. Podczas formowania powłoki konwersyjnej warstwa podłoża jest utleniona chemicznie lub elektrochemicznie, a powstające jony metalu uczestniczą w tworzeniu powłoki

27 Zestalanie chemiczne materiałów malarskich - utlenianie się w temperaturze otoczenia lub podwyższonej, przy zetknięciu z tlenem powietrza, albo sieciowanie, bez udziału tlenu, polimerów chemoutwardzalnych w temperaturze otoczenia, wskutek polimeryzacji, polikondensacji lub poliaddycji

28 Metody fizyczne

29 Osadzanie z fazy gazowej -metody PVD - Physical Vapour Deposition - fizyczne osadzanie z fazy gazowej -Plasma Assisted PVD - wspomagane plazmą fizyczne osadzanie z fazy gazowej -Implantowanie jonów

30 Powłoki zanurzeniowe (ogniowe)

31 Nanoszenie powłok polega na zanurzaniu pokrywanego metalu w kąpieli z roztopionego metalu Warunki te spełniają: cyna (t t = 232 C), ołów (t t = 372 C), cynk (t t = 419 C) i aluminium (t t = 660 C), nakładane na stal, żeliwo lub miedź Proces pokrywania zanurzeniowego przedmiotu pokrywanego składa się z kilku operacji: - obróbki wstępnej, - topnikowania, -nakładania powłoki, - obróbki końcowej.

32 Obróbka wstępna obejmuje usuwanie zanieczyszczeń, odtłuszczanie, trawienie i płukanie pokrywanych przedmiotów. Zgrubnie oczyszczone wyroby wkłada się do alkalicznej kąpieli odtłuszczającej, następnie do kąpieli trawiącej (rozcieńczony kwas mineralny rozpuszcza rdzę i zgorzelinę aż do uzyskania czystej metalicznej powierzchni) i płucze strumieniem wody

33 Topnikowanie polega na zanurzeniu pokrywanych przedmiotów w roztworze odpowiednich związków chemicznych lub ich mieszanin. Topnik oczyszcza powierzchnię pokrywanego metalu z pozostałości tlenków, zapobiega jej utlenieniu przed wprowadzeniem do stopionej kąpieli. Topniki ułatwiają zwilżenie pokrywanych powierzchni przez ciekły metal oraz wspomagają reakcję między powierzchnią stali a roztopionym nakładanym metalem.

34 Nakładanie powłoki metalowej uzyskuje się przez zanurzenie lub przeciąganie półwyrobów przez stopiony metal. Warunkiem uformowania ciągłej powłoki zanurzeniowej jest dobra zwilżalność pokrywanego metalu oraz od stanu powlekanej powierzchni. W wyniku zwilżania na powierzchni ciała stałego powstaje cienka warstwa adsorpcyjna cieczy. Jeżeli średnica atomu ciekłego metalu jest zbliżona do średnicy atomu metalu podłoża to tworzy się warstwa faz międzymetalicznych w wyniku dyfuzji reaktywnej, stąd nazywa się tę warstwę - dyfuzyjną. W odniesieniu do pokrywanych stopów żelaza warunek ten spełniają: Sn, Zn i Al. Grubość tej warstwy reguluje się przez zgarnianie nadmiaru ciekłego metalu albo zdmuchiwanie strumieniem gazu, tuż powyżej miejsca wynurzania wyrobu z kąpieli.

35 Obróbka końcowa sprowadza się do wyrównania grubości nakładanej powłoki, wygładzenia jej oraz poprawy właściwości i wyglądu. Poprawę właściwości niektórych powłok uzyskuje się drogą obróbki cieplnej

43 Powłoki natryskiwane cieplnie

44 W procesie natryskiwania można wyróżnić kilka etapów: 1. mechaniczne podawanie materiału powłokowego w stanie stałym (proszek, drut, taśma, pręt) lub w stanie ciekłym, do strefy topienia w urządzeniu do natryskiwania, 2. ciągłe topienie i rozpylanie materiału powłokowego. W czasie topienia następuje jednocześnie rozpylanie cząstek metalu za pomocą sprężonego gazu (np. powietrza) i ewentualnie gazów spalinowych (w wypadku urządzeń gazowych). Czas trwania procesu topienia i rozpylania jest bardzo krótki, rzędu 10-3 s, 3. lot stopionych cząstek kulistych wyrzucanych z dyszy palnika w kierunku pokrywanej powierzchni. Podczas lotu cząstki ulegają utlenieniu tlenem z powietrza, co powoduje powstanie otoczek tlenkowych na ich powierzchni, 4. tworzenie się powłok, trwające od momentu zetknięcia się cząstek z natryskiwaną powierzchnią do ostygnięcia powłoki do temperatury otoczenia.

52 POWŁOKI NAPAWANE

53 Nakładanie powłok metodami spawalniczymi - napawanie, polega na dokładnym stopieniu materiału dodatkowego (spoiwa) z nadtopionym materiałem podłoża, którego udział w nałożonej napoinie, zależnie od stosowanej metody, może dochodzić do kilkudziesięciu procent

54 Można wyróżnić następujące metody napawania: - gazowe, - elektryczne: łukowe (elektrodą otuloną, elektrodą nietopliwą lub elektrodą topliwą w osłonie gazowej, łukiem krytym), żużlowe, plazmowe

56 Powłoki napawane gazowo

57 Powłoki napawane elektrycznie

58 Napawanie łukowe elektrodą nietopliwą w osłonie gazowej (metoda GTA)

59 Napawanie łukowe elektrodą topliwą w osłonie gazu (metoda GMA)

60 Powłoki napawane łukiem krytym

61 Napawanie elektrożużlowe

62 Napawanie plazmowe

63 POWŁOKI PLATEROWANE

64 Metody nakładania warstw można zaliczyć do dwóch zasadniczych grup: - platerowanie na zimno; walcowanie na zimno, tłoczenie, przeciąganie, platerowanie wybuchem - platerowanie na gorąco; walcowanie na gorąco, przeciąganie, wylewanie, odlewanie odśrodkowe, natapianie, przytapianie, napawanie, gorące naprasowanie izostatyczne, spiekanie

65 Platery wytwarzane metodą walcowania

66 Walcowanie na gorąco

67 Walcowanie na zimno

68 Zgrzewanie wybuchem

71 Inne metody platerowania

72 POWŁOKI DYFUZYJNE

77 Borowanie dyfuzyjne

79 Chromowanie dyfuzyjne

81 Tytanowanie dyfuzyjne

Podobne dokumenty

Kształtowanie powierzchniowe i nie tylko. Opracował Dr inż. Stanisław Rymkiewicz KIM WM PG

Kształtowanie powierzchniowe i nie tylko Opracował Dr inż. Stanisław Rymkiewicz KIM WM PG Warstwa wierzchnia to część materiału, z jednej strony ograniczona rzeczywistą powierzchnią ciała stałego, a z