Veškeré povrchové úpravy CNC obráběného dílu zvyšují náklady a čas výroby, ale správná povrchová úprava má potenciál vdechnout život vaší designové vizi. Povrchové úpravy CNC obráběných kovových dílů obvykle zahrnují různé mechanické procesy, jako je broušení, leštění a pískování, ale k dispozici jsou i chemické povrchové úpravy, jako je pasivace a eloxování.
Chemické povrchové úpravy mohou odstranit nedokonalosti na kovových dílech a dokonce změnit jejich úroveň elektrické vodivosti, prodloužit jejich životnost a také zlepšit jejich odolnost proti opotřebení a korozi. Chemické povrchové úpravy mají řadu průmyslových aplikací: například v leteckém průmyslu se chemické povrchové úpravy používají ke zvýšení odolnosti dílů, zvýšení tepelné stability a zpomalení oxidace. V elektronickém průmyslu lze chemické povrchové úpravy nalézt při výrobě všeho možného od pouzder mobilních telefonů a herních konzolí až po zobrazovací zařízení. I když je k dispozici mnoho možností chemické povrchové úpravy, nemusí být nutně vhodné pro každý kovový materiál. Ve skutečnosti je každá chemická povrchová úprava obvykle spojena s konkrétním materiálem a má své výhody a nevýhody. V této příručce prozkoumáme několik běžných procesů chemické povrchové úpravy, abyste se mohli rozhodnout, který je pro váš CNC projekt nejlepší.
Pasivace z nerezové oceli
Eloxovaný hliník
Při výběru správné chemické povrchové úpravy pro vaše kovové části musíte zvážit kompatibilní materiály a konečné použití. To znamená vzít v úvahu řadu kontextových faktorů, včetně:
- Prostředí, kde se používají kovové části
- Zda jsou požadovány vodivé nebo izolační vlastnosti
- Jakou váhu musí díl podepřít
- Kolik opotřebení musí součást vydržet
- Toleranční požadavky na kovové části
- Požadavky na barvu a průhlednost
- Požadavky na povrchovou úpravu
- Jakékoli další relevantní nebo požadované atributy.
Abychom vám pomohli vyhodnotit vaše možnosti, AN-Prototype pro vaši referenci shrnuje běžné chemické povrchové úpravy a jejich kompatibilní materiály:
Eloxování: hliník, titan a další neželezné kovy
Pasivace: nerezová ocel
Černý oxid: ocel, nerezová ocel, měď a další kovy
Chemický povlak (chromátový konverzní povlak): Hliník
Elektrolytické leštění: hliník, ocel, nerezová ocel, měď, titan, mosaz, bronz, berylium a jeho galvanické pokovování. Kadmium: chrom, měď, zlato, nikl, stříbro, cín. Hliník, ocel a další kovy.
Chromování: hliník, ocel, nerezová ocel, niklové slitiny, titan, měď a další kovy
Polytetrafluorethylenový (teflon™) povlak : hliník, ocel a další kovy
Bezproudové niklování : hliník, ocel a nerezová ocel
Pozinkovaná ocel
Úvod do chemické povrchové úpravy
Pojďme se dozvědět o procesu, jak tyto chemické povrchové úpravy fungují a jak mohou být přínosem pro vaše CNC projekty.
Eloxování
Anodizace je oblíbenou možností povrchové úpravy hliníkových a titanových dílů, která na povrch dílu přidává vrstvu oxidu, čímž vytváří anodický oxidový film pro větší ochranu a lepší estetiku. Pro eloxování CNC hliníkových dílů se hliníkový díl ponoří do kyselé elektrolytické lázně a poté se pomocí katody (záporně nabité elektrody) uvolní plynný vodík z roztoku. Zároveň CNC hliníkový díl (kladně nabitá anoda) uvolňuje kyslík a na svém povrchu vytváří ochrannou oxidovou vrstvu. Po eloxování hliníkového dílu bude mít jeho povrch drobné póry, které je nutné utěsnit chemickým roztokem, aby se zabránilo korozi a hromadění nečistot.
Eloxované hliníkové díly jsou trvanlivé a odolné vůči korozi a opotřebení, což může snížit náklady na údržbu. Eloxovaná vrstva je zároveň nevodivá a plně se přizpůsobí hliníkovému substrátu, takže se nebude lámat ani loupat jako pokovování a lakování. Ve skutečnosti, kromě utěsnění, může být porézní eloxovaná vrstva natřena nebo namořena a je také šetrnější k životnímu prostředí, protože eloxovaný povrch je netoxický a chemicky stabilní. Eloxování se netýká pouze hliníku: proces je vhodný i pro titan a další neželezné díly.
Existují tři různé typy eloxování:
Typ I (anodická oxidace kyselinou chromovou) vytváří nejtenčí vrstvu oxidu, což znamená, že téměř nemění rozměry součásti. Součásti eloxované typem I budou mít matnou barvu a nebudou dobře absorbovat ostatní barvy.
Typ II (eloxování kyselinou borosírovou) má lepší přilnavost oxidové vrstvy a je o něco silnější než typ I. S eloxováním typu II můžete snadno vytvářet modře, červeně, zlatě, zeleně a černě eloxované díly.
Typ III (tvrdá eloxace kyselinou sírovou) je nejběžnější formou eloxace. Má nejčistší povrch, což znamená, že funguje s více barvami. Za zmínku stojí, že eloxace typu III má za následek o něco silnější povrch než eloxace typu II, což je třeba dbát u dílů vyžadujících přesné tolerance.
Zvýšená životnost, odolnost proti opotřebení a korozi eloxovaných dílů a vysoká úroveň kontroly rozměrů, kterou proces nabízí, učinily eloxování obzvláště populární v letectví, medicíně, automobilovém průmyslu, elektronice a dalších.
Navzdory své výjimečné všestrannosti má eloxování také nevýhody:
Změna rozměrů součásti : Eloxování kovů mění rozměry součásti, takže při určování rozměrových tolerancí je třeba zohlednit oxidovou vrstvu nebo použít chemické či fyzikální maskování, aby se zajistilo, že určité oblasti součásti zůstanou neošetřené, zejména oblasti, jako jsou některé otvory.
Sladění barev je obtížné. Dosažení konzistentní shody barev může být obtížné, pokud vaše eloxované součásti nejsou zpracovávány ve stejné dávce.
Nevhodné pro vodivé aplikace. Eloxování kovových součástí zvyšuje jejich elektrický a tepelný odpor a není vhodné pro vodivé aplikace.
Pasivace
Pasivace zabraňuje korozi dílů z nerezové oceli a pomáhá jim udržovat čistotu, výkon a vzhled. Nejen, že pasivované díly jsou odolnější vůči rzi, a proto jsou lepší pro venkovní použití, ale také je méně pravděpodobné, že budou důlkové, déle vydrží, lépe vypadají a jsou funkčnější. V důsledku toho se pasivace používá v různých průmyslových odvětvích, od lékařského průmyslu po letecký průmysl s přísnými rozměrovými tolerancemi.
Pasivační proces zahrnuje přidání kyseliny dusičné nebo citrónové. Zatímco kyselina dusičná byla tradičně typickou volbou pro pasivaci, kyselina citrónová v poslední době roste na popularitě, protože zkracuje dobu cyklu a je bezpečnější a šetrnější k životnímu prostředí. Během pasivace jsou díly z nerezové oceli ponořeny do kyselého roztoku, aby se odstranila rez z jejich povrchů, aniž by to ovlivnilo legující prvek chrom v nerezové oceli. Použití kyseliny na nerezovou ocel odstraní z jejího povrchu veškeré volné železo nebo sloučeniny železa a zanechá za sebou vrstvu sestávající z chrómu (a někdy niklu). Po vystavení vzduchu tyto materiály reagují s kyslíkem a vytvářejí ochrannou vrstvu oxidu.
Je důležité si uvědomit, že pasivace může prodloužit dobu výroby dílu. Před pasivací je nutné díl vyčistit od mastnoty, nečistot nebo jiných kontaminantů, poté jej opláchnout a namočit (nebo nastříkat). I když je ponoření nejběžnější metodou pasivace, protože poskytuje rovnoměrné pokrytí a lze jej provést rychle, jako alternativu lze použít i kyselý sprej.
Černý oxidový povlak
Aplikovaný na železné kovy, jako je ocel, nerezová ocel a měď, proces černění zahrnuje ponoření součásti do oxidové lázně, aby se vytvořila vrstva magnetitu (Fe 3 O 4 ), která poskytuje mírnou odolnost proti korozi.
Existují tři typy černých oxidových povlaků:
Horký černý oxid : Proces horkého černého oxidu zahrnuje ponoření dílu do horké lázně s hydroxidem sodným, dusitany a dusičnany, čímž se jeho povrch přemění na magnetit. Po očištění je třeba díly ponořit do alkalického čisticího prostředku, vody a hydroxidu sodného a poté natřít olejem nebo voskem, aby se dosáhlo požadovaného estetického vzhledu.
Černění za středních teplot: Černění za středních teplot je velmi podobné tepelnému černéní. Hlavní rozdíl spočívá v tom, že potažené díly zčernají při nižších teplotách (90–120 °C). Protože je tato teplota nižší než bod varu roztoků sodíku a dusičnanů, není třeba se obávat korozivních výparů.
Chladný černý oxid : Chladný černý oxid se spoléhá na nanesený měďnatý selen, který mění barvu součásti. Součásti, které obdrží povlak černého oxidu, budou mít lepší odolnost proti korozi a rzi, budou méně reflexní a budou mít delší životnost. Olejový nebo voskový povlak zvyšuje odolnost proti vodě a také zabraňuje vniknutí škodlivých látek do vnitřku kovu, což usnadňuje čištění součásti. Povlak černého oxidu také zvyšuje tloušťku, takže je ideální pro vrtačky, šroubováky a další nástroje, které vyžadují ostrou hranu, která se časem neotupí. Odolnost studeného černého oxidu proti opotřebení je však nízká.
Chemický film
Chemický film, také známý jako chromátový konverzní povlak, je tenký chemický povlak, který se obvykle aplikuje na hliník (ačkoli jej lze aplikovat i na jiné kovy), aby se zabránilo korozi a zlepšila se adheze lepidla a barvy. Povrchové úpravy chemického filmu mají často vlastní složení, ale hlavní složkou každé odrůdy je chrom. Chemické filmové úpravy lze aplikovat stříkáním, máčením nebo štětcem a v závislosti na produktu a složení mohou mít žlutou, žlutohnědou, zlatou nebo čirou barvu.
Zatímco jiné povrchové úpravy snižují tepelnou a elektrickou vodivost, chemické povrchové úpravy umožňují hliníku zachovat si vodivé vlastnosti. Chemické filmy jsou také relativně levné a, jak již bylo zmíněno výše, poskytují dobrý základ pro nátěry a základní nátěry (jako bonus k úspoře času). Chemické fólie však nejsou ideální pro esteticky orientované CNC projekty kvůli jejich náchylnosti k poškrábání, oděrkám a dalším povrchovým poškozením.
Elektrolytické leštění
Elektroleštění je elektrochemický dokončovací proces běžně používaný k odstranění tenkých vrstev materiálu z oceli, nerezové oceli a podobných slitin. Při elektrolytickém leštění se díl ponoří do chemické lázně a přivede se elektrický proud k rozpuštění jeho povrchové vrstvy. Povrchovou úpravu součásti ovlivňují různé parametry, včetně chemického složení roztoku elektrolytu, teploty a doby expozice součásti.
Elektrolytické leštění typicky odstraní 0.0002 až 0.0003 palce z povrchu předmětu a zanechá hladký, lesklý a čistý povrch součásti. Mezi další výhody elektrolytického leštění patří zlepšená odolnost proti korozi, delší životnost součásti, zlepšená únavová pevnost, nižší koeficient tření, nižší drsnost povrchu a eliminace povrchových defektů, jako jsou otřepy a mikrotrhliny.
Elektroleštění je vhodné pro ocel, nerezovou ocel, měď, titan, hliník, mosaz, bronz, berylium atd. Stojí za zmínku, že elektrolytické leštění je rychlejší a méně nákladné než ruční leštění, ale neodstraní 100% nedokonalosti hrubého povrchu.
Pokovování
Galvanizace je vlastně obrácený proces elektrolytického leštění. Namísto odstranění vrstvy kovu pro dosažení konečného povrchu se galvanickým pokovováním nanese další vrstva, která zvětší tloušťku součásti. Díky galvanickému pokovování, které je kompatibilní s kadmiem, chromem, mědí, zlatem, niklem, stříbrem a cínem, vznikají hladké díly, které se v průběhu času méně opotřebovávají díky mimořádné ochraně proti korozi, zašpinění, nárazu a teplu. Galvanické pokovování zvyšuje adhezi mezi substrátem a jeho dodatečným vrchním nátěrem a v závislosti na typu použitého kovu může způsobit, že váš díl bude magnetický nebo vodivý.
Ve srovnání s jinými povrchovými úpravami CNC obráběných dílů není galvanické pokovování zvláště šetrné k životnímu prostředí, protože produkuje nebezpečný odpad, který může při nesprávném zacházení vážně znečišťovat životní prostředí. Pokovování je také relativně nákladné kvůli kovům a chemikáliím (a dalším nezbytným materiálům a vybavení) požadovaným pro pokovování a může být časově náročné, zvláště když díly vyžadují více vrstev.
Chromování
Chromování nebo chromování je typ galvanického pokovování, které zahrnuje přidání tenké vrstvy chrómu do kovové části, aby se zvýšila její povrchová tvrdost nebo odolnost proti korozi. Přidání vrstvy chromu může usnadnit čištění součásti a zlepšit její estetiku a téměř všechny kovové části mohou být pochromovány, včetně kovů, jako je hliník, nerezová ocel a titan.
Proces chromování obvykle zahrnuje odmaštění, ruční čištění a předúpravu dílů před jejich umístěním do chromové lázně. Díl pak musí zůstat v nádrži dostatečně dlouho, aby vrstva chromu dosáhla požadované tloušťky. Protože tento proces spotřebovává elektřinu a zahrnuje více kroků, je chromování poměrně nákladným dokončovacím procesem, který není šetrný k životnímu prostředí.
Polytetrafluorethylen (Teflon™) povlak
Polytetrafluorethylenové (PTFE) povlaky, běžně známé jako Teflon™, jsou dostupné v práškové a kapalné formě a používají se v celém průmyslu. Některé aplikace PTFE vyžadují pouze jeden nátěr, ale jiné vyžadují základní a vrchní nátěr, aby byla zajištěna maximální ochrana. Tuto povrchovou úpravu lze aplikovat na různé kovy, včetně kovů, jako je ocel, hliník a hořčík.
Díly potažené PTFE mají nepřilnavý povrch, nízký koeficient tření a jsou vysoce odolné proti opotřebení. Vzhledem k tomu, že povlaky PTFE mají nízkou pórovitost a nízkou povrchovou energii, jsou lakované díly odolné vůči vodě, oleji a chemikáliím. PTFE také odolá teplotám až 500 °F, snadno se čistí a má vynikající elektrickou izolaci a chemickou odolnost.
Kvůli své chemické odolnosti a nepřilnavosti se PTFE běžně používá k potahování palivových potrubí a k izolaci desek plošných spojů v počítačích, mikrovlnných troubách, chytrých telefonech a klimatizacích. Běžně se také používá k potahování lékařského vybavení a nádobí. Zatímco procesy potahování PTFE jsou oblíbené napříč průmyslovými odvětvími, jsou relativně nákladné a nemají tak dlouhou životnost jako jiné možnosti chemické povrchové úpravy.
Bezproudový nikl
Bezproudové niklování označuje přidání ochranné vrstvy niklové slitiny na kovové součásti. Na rozdíl od procesu galvanického pokovování, který zahrnuje elektrický proud, bezproudové niklování zahrnuje nanášení vrstvy niklové slitiny (obvykle nikl-fosfor) na součást pomocí niklové lázně a chemického redukčního činidla, jako je fosfornan sodný. Niklové slitiny se nanášejí rovnoměrně, a to i na složité součásti s otvory a drážkami.
Niklované díly mají vyšší odolnost vůči korozi kyslíkem, oxidem uhličitým, slanou vodou a sirovodíkem. Poniklované díly mají také dobrou tvrdost a odolnost proti opotřebení a mohou být ještě tvrdší dodatečným tepelným zpracováním. Bezproudový nikl je kompatibilní s celou řadou kovů, včetně hliníku, oceli a nerezové oceli.
Proces bezproudového niklování je velmi náročný. Mezi běžné problémy patří usazování nečistot v niklové lázni, stoupající hladiny fosforu a následné snížení rychlosti pokovování. Nesprávná teplota nebo pH může navíc způsobit problémy s kvalitou nátěru, jako je důlková tvorba, matnost a drsnost. Bezproudový nikl není vhodný pro drsné, nerovné nebo špatně upravené povrchy a díly je třeba před zahájením procesu pokovování očistit od oleje a nečistot.
Různé typy bezproudových niklových povlaků jsou klasifikovány podle hmotnostního procenta fosforu ve slitině. Různé úrovně obsahu fosforu také poskytují různé úrovně odolnosti proti korozi a tvrdosti:
Nikl s nízkým obsahem fosforu (2–4 % fosforu) : Bezproudové niklové nanosy s nízkým obsahem fosforu mají tvrdost mezi 58 a 62 Rc a jsou velmi odolné proti opotřebení. Mají vysoký bod tání a dobrou odolnost proti korozi za alkalických podmínek. Bezproudové niklové nanosy s nízkým obsahem fosforu jsou tlakově namáhané a jsou obecně dražší než nikl se středním a vysokým obsahem fosforu.
Středně fosforový nikl (5–9 % fosforu) : Usazeniny středně fosforového niklu spadají mezi nikl s nízkým obsahem fosforu a nikl s vysokým obsahem fosforu. Je odolný proti korozi v alkalickém a kyselém prostředí a má vysokou rychlost nanášení (18 až 25 µm za hodinu). Tvrdost povlaku středně fosforového niklu může mít libovolnou hodnotu mezi 45 a 57 Rc a tepelným zpracováním může povlak dosáhnout 65 až 70 Rc.
Vysoký obsah fosforu niklu (>10 % fosforu) : Vzhledem k tomu, že vysoce fosforové usazeniny chemicky vyrobeného niklu jsou amorfní, díly nevykazují fázová rozhraní ani zrna, což zlepšuje jejich odolnost proti korozi, a jsou proto ideální pro použití venku nebo v extrémních podmínkách. Vysoký obsah fosforu v chemicky vyrobeném niklu také nabízí tažnost, vysokou tloušťku a odolnost proti skvrnám a usnadňuje leštění nebo svařování konečného produktu.
Galvanizovaný
Galvanizace neboli chromát zinku je oblíbená chemická úprava, která chrání ocelové součásti před vlhkostí a korozí. Pozinkované díly poskytují delší životnost, lepší estetiku a jednotnější vzhled. Galvanizací lze také změnit barvu dílu na stříbrnou modrou, žlutou, černou nebo zelenou. Další významnou výhodou galvanizace je, že dlouhodobě chrání povrch součásti: I když je povlak poškrábán, zinek reaguje s atmosférou a rychle oxiduje. Protože je však zinek chemicky citlivý na kyseliny a zásady, galvanizace nemusí být vhodná pro díly ve vlhkém nebo extrémně vlhkém prostředí.
Závěr
Možnosti chemické povrchové úpravy nabízejí různé metody k dosažení požadované kvality a úrovně výkonu součásti, ale ne každý proces konečné úpravy je vhodný pro každý materiál a konečné použití. Chcete-li určit, která chemická povrchová úprava je pro váš díl ta správná, potřebujete hloubkovou znalost klíčových faktorů, jako je odolnost proti korozi, tření a opotřebení konečný díl, prostředí, ve kterém bude použit, a jeho požadovaná vodivost. nebo izolační vlastnosti.
Vzhledem k důležitosti těchto úvah stojí za to najít výrobního partnera, který vám pomůže vybrat správnou povrchovou úpravu a zajistí, že bude poskytovat nejlepší možnou kvalitu a nákladovou efektivitu. V AN-Prototype může náš odborný tým strojníků a inženýrů poskytnout vhled nejen do procesů chemické povrchové úpravy, ale také do výběru materiálu, nástrojů a vhodné CNC technologie. Chcete-li se dozvědět více o možnostech dokončování dostupných pro váš příští projekt CNC obrábění, kontaktujte nás ještě dnes.
