anodizzazione dell'alluminio
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Martin.Mu

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La guida definitiva alla finitura chimica dei pezzi lavorati a CNC

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Tutte le finiture di a Lavorato a CNC parte aggiunge costi e tempi di produzione alla parte, ma la giusta finitura superficiale ha il potenziale per dare vita alla tua visione di progettazione. I trattamenti superficiali per le parti metalliche lavorate a CNC comprendono in genere vari processi meccanici come molatura, lucidatura e sabbiatura, ma sono disponibili anche trattamenti superficiali chimici come passivazione e anodizzazione.

I trattamenti chimici superficiali possono rimuovere le imperfezioni delle parti metalliche e persino modificarne i livelli di conduttività elettrica, prolungandone la durata e migliorandone anche la resistenza all'usura e alla corrosione. I trattamenti chimici superficiali hanno una vasta gamma di applicazioni industriali: nell'industria aerospaziale, ad esempio, i trattamenti chimici superficiali vengono utilizzati per aumentare la durata delle parti, aumentare la stabilità termica e rallentare l'ossidazione. Nell'industria elettronica, i trattamenti chimici superficiali si possono trovare nella produzione di qualsiasi cosa, dagli involucri dei telefoni cellulari e delle console di gioco alle apparecchiature per l'immagine. Sebbene siano disponibili numerose opzioni di finitura chimica, queste non sono necessariamente adatte a tutti i materiali metallici. Infatti, ogni trattamento chimico superficiale è solitamente associato a un materiale specifico e presenta vantaggi e svantaggi. In questa guida esploreremo diversi processi comuni di finitura chimica in modo che tu possa decidere quale è il migliore per il tuo progetto CNC.

passivazione

Passivazione Acciaio Inossidabile

anodizzazione dell'alluminio

Alluminio anodizzato

Quando si sceglie la giusta finitura chimica per le proprie parti metalliche, è necessario considerare i materiali compatibili e l'utilizzo finale. Ciò significa considerare una serie di fattori contestuali, tra cui:

Per aiutarti a valutare le tue opzioni, AN-Prototype riassume le finiture chimiche comuni e i relativi materiali compatibili come riferimento:

Anodizzazione: alluminio, titanio e altri metalli non ferrosi

Passivazione: acciaio inossidabile

Ossido nero: acciaio, acciaio inossidabile, rame e altri metalli

Rivestimento chimico (rivestimento di conversione cromata): Alluminio

Elettrolucidatura: Alluminio, Acciaio, Acciaio Inossidabile, Rame, Titanio, Ottone, Bronzo, Berillio e la sua Galvanotecnica Cadmio: Cromo, Rame, Oro, Nichel, Argento, Stagno Alluminio, Acciaio e altri metalli

Cromatura: Alluminio, acciaio, acciaio inossidabile, leghe di nichel, titanio, rame e altri metalli

Rivestimento in politetrafluoroetilene (Teflon™).: Alluminio, Acciaio e Altri Metalli

NiP: Alluminio, Acciaio e Acciaio Inossidabile

Zincato: acciaio

Introduzione al trattamento chimico delle superfici

Scopriamo il processo, come funzionano queste finiture chimiche e come possono apportare benefici ai vostri progetti CNC.

Anodizzazione

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L'anodizzazione è un'opzione di finitura popolare per le parti in alluminio e titanio che aggiunge uno strato di ossido alla superficie della parte, creando una pellicola di ossido anodico per una maggiore protezione e una migliore estetica. Per anodizzazione Alluminio CNC parti, si immerge la parte in alluminio in un bagno elettrolitico acido, quindi si utilizza un catodo (l'elettrodo caricato negativamente) per far sì che la soluzione rilasci gas idrogeno. Allo stesso tempo, la parte in alluminio CNC (anodo caricato positivamente) rilascia ossigeno, formando uno strato protettivo di ossido sulla sua superficie. Dopo l'anodizzazione di una parte in alluminio, la sua superficie presenterà piccoli pori che dovranno essere sigillati con una soluzione chimica per prevenire la corrosione e l'accumulo di contaminanti.

Le parti in alluminio anodizzato sono durevoli e resistenti alla corrosione e all'usura, il che può ridurre i costi di manutenzione. Allo stesso tempo, lo strato anodizzato non è conduttivo e si adatta completamente al substrato di alluminio, quindi non si scheggia né si sbuccia come avviene con la placcatura e la verniciatura. Infatti, oltre a sigillare, lo strato anodizzato poroso può essere verniciato o colorato ed è anche più rispettoso dell'ambiente poiché la finitura anodizzata è atossica e chimicamente stabile. L'anodizzazione non riguarda solo l'alluminio: il processo è adatto anche al titanio e ad altre parti non ferrose.

Esistono tre diversi tipi di anodizzazione:

tipo I (anodizzazione con acido cromico) produce lo strato di ossido più sottile, il che significa che difficilmente modifica le dimensioni del pezzo. I componenti anodizzati di tipo I appariranno di colore opaco e non assorbiranno bene gli altri colori.

tipo II (anodizzazione con acido borosolforico) ha una migliore adesione allo strato di ossido ed è leggermente più spessa del Tipo I. Con l'anodizzazione di Tipo II è possibile creare facilmente parti anodizzate blu, rosse, dorate, verdi e nere.

tipo III (anodizzazione dura con acido solforico) è la forma più comune di anodizzazione. Ha la finitura più chiara, il che significa che funziona con più colori. Vale la pena notare che l'anodizzazione di Tipo III produce una finitura leggermente più spessa rispetto all'anodizzazione di Tipo II, che deve essere curata per le parti che richiedono tolleranze ristrette.

La maggiore durata, resistenza all'usura e alla corrosione delle parti anodizzate e l'elevato livello di controllo dimensionale offerto dal processo hanno reso l'anodizzazione particolarmente popolare nei settori aerospaziale, medico, automobilistico, elettronico e altro ancora.

Nonostante la sua eccezionale versatilità, l’anodizzazione presenta anche degli svantaggi:

Modifica delle dimensioni della parte: L'anodizzazione dei metalli modifica le dimensioni della parte, quindi è necessario considerare lo strato di ossido quando si determinano le tolleranze dimensionali, oppure viene utilizzato il mascheramento chimico o fisico per garantire che aree specifiche della parte rimangano non trattate, in particolare aree come alcuni fori.

La corrispondenza dei colori è difficile. Ottenere una corrispondenza cromatica coerente può essere difficile se i componenti anodizzati non vengono lavorati nello stesso lotto.

Non adatto per applicazioni conduttive. L'anodizzazione delle parti metalliche ne aumenta la resistenza elettrica e termica e non è adatta per applicazioni conduttive.

passivazione

Parti di passivazione

La passivazione previene la corrosione delle parti in acciaio inossidabile, aiutandole a mantenere la pulizia, le prestazioni e l'aspetto. Non solo le parti passivate sono più resistenti alla ruggine e quindi migliori per l'uso esterno, ma hanno anche meno probabilità di bucherellarsi, durano più a lungo, hanno un aspetto migliore e sono più funzionali. Di conseguenza, la passivazione viene utilizzata in una varietà di settori, da quello medico a quello aerospaziale con tolleranze dimensionali ristrette.

Il processo di passivazione prevede l'aggiunta di acido nitrico o citrico. Mentre l'acido nitrico è stato tradizionalmente la scelta tipica per la passivazione, recentemente l'acido citrico ha acquisito maggiore popolarità perché riduce i tempi di ciclo ed è più sicuro e rispettoso dell'ambiente. Durante la passivazione, le parti in acciaio inossidabile vengono immerse in una soluzione acida per rimuovere la ruggine dalle loro superfici senza intaccare il cromo, elemento legante dell'acciaio inossidabile. L'applicazione dell'acido sull'acciaio inossidabile rimuove qualsiasi ferro libero o composti di ferro dalla sua superficie, lasciando uno strato costituito da cromo (e talvolta nichel). Dopo l'esposizione all'aria, questi materiali reagiscono con l'ossigeno per formare uno strato protettivo di ossido.

È importante ricordarlo la passivazione può prolungare il tempo di produzione di una parte. Prima di passivare una parte, è necessario pulirla per rimuovere grasso, sporco o altra contaminazione, quindi risciacquarla e immergerla (o spruzzarla). Sebbene l'immersione sia il metodo di passivazione più comune perché fornisce una copertura uniforme e può essere eseguita rapidamente, in alternativa è possibile utilizzare anche lo spray acido.

Rivestimento in ossido nero

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Applicato ai metalli ferrosi come acciaio, acciaio inossidabile e rame, il processo di rivestimento di ossido nero prevede l'immersione della parte in un bagno di ossido per formare uno strato di magnetite (Fe 3 O 4 ), che fornisce una leggera resistenza alla corrosione.

Esistono tre tipi di rivestimenti di ossido nero:

Ossido nero caldo: Il processo di rivestimento con ossido nero caldo prevede l'immersione della parte in un bagno caldo di idrossido di sodio, nitrito e nitrato per trasformare la sua superficie in magnetite. Dopo la pulizia, le parti devono essere immerse in un detergente alcalino, acqua e soda caustica, quindi rivestite con olio o cera per ottenere l'estetica desiderata.

Ossido nero a media temperatura: L'ossido nero a media temperatura è molto simile all'ossido nero termico. La differenza principale è che le parti rivestite diventeranno nere a temperature più basse (90 – 120 °C). Poiché questa temperatura è inferiore al punto di ebollizione delle soluzioni di sodio e nitrato, non è necessario preoccuparsi dei fumi corrosivi.

Ossido nero freddo: Cool Black Oxide si basa sul selenio di rame depositato per cambiare il colore della parte. Le parti che ricevono un rivestimento di ossido nero avranno una migliore resistenza alla corrosione e alla ruggine, saranno meno riflettenti e avranno un ciclo di vita più lungo. Un rivestimento di olio o cera aumenta la resistenza all'acqua e impedisce inoltre che sostanze nocive raggiungano l'interno del metallo, rendendo la parte più facile da pulire. Il rivestimento in ossido nero aggiunge inoltre spessore, rendendolo ideale per trapani, cacciaviti e altri strumenti che richiedono un bordo affilato che non si smussi nel tempo. Tuttavia, la resistenza all'usura dell'ossido nero freddo è scarsa.

Film chimico

Film chimico

Una pellicola chimica, nota anche come rivestimento di conversione cromata, è un sottile rivestimento chimico generalmente applicato all'alluminio (sebbene possa essere applicato anche ad altri metalli) per prevenire la corrosione e migliorare l'adesione dell'adesivo e della vernice. Le finiture chimiche delle pellicole hanno spesso formulazioni proprietarie, ma il cromo è l'ingrediente principale di ciascuna varietà. Le finiture della pellicola chimica possono essere applicate a spruzzo, immersione o pennello e, a seconda del prodotto e della formulazione, possono essere di colore giallo, marrone chiaro, dorato o trasparente.

Mentre altre finiture riducono la conduttività termica ed elettrica, le finiture con film chimico consentono all'alluminio di mantenere le sue proprietà conduttive. Anche le pellicole chimiche sono relativamente economiche e, come accennato in precedenza, forniscono una buona base per la verniciatura e il primer (con l'ulteriore vantaggio di risparmiare tempo). Tuttavia, le pellicole chimiche non sono ideali per progetti CNC orientati all'estetica a causa della loro suscettibilità a graffi, rigature e altri danni superficiali.

Lucidatura elettrolitica

Lucidatura elettrolitica

L'elettrolucidatura è un processo di finitura elettrochimica comunemente utilizzato per rimuovere sottili strati di materiale da acciaio, acciaio inossidabile e leghe simili. Durante l'elettrolucidatura, il pezzo viene immerso in un bagno chimico e viene applicata una corrente elettrica per scioglierne lo strato superficiale. Vari parametri influenzano la finitura della parte, tra cui la composizione chimica della soluzione elettrolitica, la temperatura e il tempo di esposizione della parte.

L'elettrolucidatura rimuove in genere da 0.0002 a 0.0003 pollici dalla superficie di un oggetto, lasciando una superficie della parte liscia, lucida e pulita. Altri vantaggi dell'elettrolucidatura includono una migliore resistenza alla corrosione, una maggiore durata delle parti, una migliore resistenza alla fatica, un coefficiente di attrito inferiore, una minore rugosità superficiale e l'eliminazione di difetti superficiali come bave e microfessure.

L'elettrolucidatura è adatta per acciaio, acciaio inossidabile, rame, titanio, alluminio, ottone, bronzo, berillio, ecc. Vale la pena notare che l'elettrolucidatura è più veloce e meno costosa della lucidatura manuale, ma non rimuove al 100% le imperfezioni superficiali ruvide.

Placcatura

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La galvanica è in realtà il processo inverso dell'elettrolucidatura. Invece di rimuovere uno strato di metallo per ottenere una superficie finale, la galvanica deposita uno strato aggiuntivo che aumenta lo spessore della parte. Compatibile con cadmio, cromo, rame, oro, nichel, argento e stagno, la galvanica produce parti lisce che mostrano meno usura nel tempo grazie alla protezione aggiuntiva contro corrosione, ossidazione, impatto e calore. La galvanica aumenta l'adesione tra un substrato e il suo rivestimento superiore aggiuntivo e, a seconda del tipo di metallo utilizzato, può rendere la tua parte magnetica o conduttiva.

Rispetto ad altri trattamenti superficiali di pezzi lavorati a CNC, la galvanica non è particolarmente rispettosa dell'ambiente perché produce rifiuti pericolosi che possono inquinare gravemente l'ambiente se non gestiti correttamente. La placcatura è inoltre relativamente costosa a causa dei metalli e delle sostanze chimiche (e di altri materiali e attrezzature necessari) necessari per la placcatura e può richiedere molto tempo, soprattutto quando le parti richiedono più strati.

Cromatura

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La cromatura, o cromatura, è un tipo di galvanica che prevede l'aggiunta di un sottile strato di cromo a una parte metallica per aumentarne la durezza superficiale o la resistenza alla corrosione. L'aggiunta di uno strato di cromo può rendere la parte più facile da pulire e migliorarne l'estetica, e quasi tutte le parti metalliche possono essere cromate, compresi metalli come alluminio, acciaio inossidabile e titanio.

Il processo di cromatura prevede tipicamente lo sgrassaggio, la pulizia manuale e il pretrattamento delle parti prima che vengano inserite nel bagno di cromo. Il pezzo deve poi rimanere nella vasca abbastanza a lungo affinché lo strato di cromo raggiunga lo spessore desiderato. Poiché il processo consuma elettricità e prevede più passaggi, la cromatura è un processo di finitura relativamente costoso e non rispettoso dell'ambiente

Rivestimento in politetrafluoroetilene (Teflon™).

Rivestimento in politetrafluoroetilene (Teflon™).

I rivestimenti in politetrafluoroetilene (PTFE), comunemente noti come Teflon™, sono disponibili in polvere e liquido e vengono utilizzati in tutta l'industria. Alcune applicazioni di PTFE richiedono solo uno strato, ma altre richiedono un primer e uno strato di finitura per garantire la massima protezione. Questo trattamento superficiale può essere applicato a una varietà di metalli, inclusi metalli come acciaio, alluminio e magnesio.

Le parti rivestite in PTFE hanno una superficie antiaderente, un basso coefficiente di attrito e sono altamente resistenti all'usura. Poiché i rivestimenti in PTFE hanno una bassa porosità e una bassa energia superficiale, le parti rivestite sono resistenti all'acqua, all'olio e agli agenti chimici. Il PTFE può resistere anche a temperature fino a 500°F, è facile da pulire e ha un eccellente isolamento elettrico e resistenza chimica.

A causa della sua resistenza chimica e delle proprietà antiaderenti, il PTFE è comunemente utilizzato per rivestire le tubazioni del carburante e per isolare i circuiti stampati di computer, forni a microonde, smartphone e condizionatori d'aria. È anche comunemente usato per rivestire apparecchiature mediche e pentole. Sebbene i processi di rivestimento in PTFE siano diffusi in tutti i settori, sono relativamente costosi e non così durevoli come altre opzioni di finitura chimica.

NiP

NiP

Nichelatura elettrolitica si riferisce all'aggiunta di uno strato protettivo di lega di nichel sulle parti metalliche. A differenza del processo di galvanica, che prevede l'utilizzo di corrente elettrica, il nichel chimico comporta il deposito di uno strato di lega di nichel (solitamente nichel fosforo) sulla parte utilizzando un bagno di nichel e un agente riducente chimico come l'ipofosfito di sodio. Le leghe di nichel si depositano in modo uniforme, anche su pezzi complessi con fori e asole.

Le parti nichelate hanno una maggiore resistenza alla corrosione da ossigeno, anidride carbonica, acqua salata e idrogeno solforato. Le parti nichelate presentano inoltre una buona durezza e resistenza all'usura e possono essere rese ancora più dure con un ulteriore trattamento termico. Il nichel chimico è compatibile con un'ampia varietà di metalli, tra cui alluminio, acciaio e acciaio inossidabile.

Il processo di nichelatura chimica è molto impegnativo. I problemi più comuni includono l'accumulo di contaminanti nel bagno di nichel, l'aumento dei livelli di fosforo e la conseguente riduzione della velocità di placcatura. Inoltre, una temperatura o un pH errati possono causare problemi di qualità del rivestimento come vaiolature, opacità e ruvidità. Il nichel chimico non è adatto per superfici ruvide, irregolari o scarsamente rifinite e le parti devono essere pulite da olio e sporco prima di iniziare il processo di placcatura.

I diversi tipi di rivestimenti di nichel chimico sono classificati in base alla percentuale in peso di fosforo nella lega. Diversi livelli di contenuto di fosforo forniscono anche diversi livelli di resistenza alla corrosione e durezza:

Nichel a basso contenuto di fosforo (2 – 4% di fosforo): I depositi di nichel chimico a basso contenuto di fosforo hanno una durezza compresa tra 58 e 62 Rc e sono molto resistenti all'usura. Ha un alto punto di fusione e ha una buona resistenza alla corrosione in condizioni alcaline. I depositi di nichel chimico a basso contenuto di fosforo sono sollecitati a compressione e sono generalmente più costosi del nichel a medio e alto fosforo.

Nichel fosforo medio (5 – 9% fosforo): I depositi di nichel a fosforo medio si collocano tra nichel a basso fosforo e nichel ad alto fosforo. È resistente alla corrosione in ambienti alcalini e acidi e ha una velocità di deposizione rapida (da 18 a 25 µm all'ora). La durezza del rivestimento del nichel fosforoso medio può avere qualsiasi valore compreso tra 45 e 57 Rc e il rivestimento può raggiungere tra 65 e 70 Rc attraverso il trattamento termico.

Nichel ad alto contenuto di fosforo (>10% fosforo): Poiché i depositi ad alto contenuto di fosforo del nichel chimico sono amorfi, le parti non presentano confini di fase o grani, il che migliora la loro resistenza alla corrosione, rendendole ideali per l'uso all'aperto o in ambienti estremi. Il nichel chimico ad alto contenuto di fosforo offre inoltre duttilità, spessore elevato e resistenza alle macchie e rende il prodotto finale più facile da lucidare o saldare.

Zincato

Parti zincate

La zincatura, o cromato di zinco, è una finitura chimica popolare che protegge i componenti in acciaio dall'umidità e dalla corrosione. Le parti zincate garantiscono una maggiore durata, un'estetica migliore e un aspetto più uniforme. La zincatura può anche cambiare il colore della parte in blu argento, giallo, nero o verde. Un altro vantaggio significativo della zincatura è che protegge a lungo la superficie del pezzo: anche se il rivestimento viene graffiato, lo zinco reagisce con l'atmosfera e si ossida rapidamente. Tuttavia, poiché lo zinco è chimicamente sensibile agli acidi e alle basi, la zincatura potrebbe non essere adeguata per le parti poste in ambienti umidi o estremamente umidi.

Conclusione

Le opzioni di trattamento chimico della superficie offrono una varietà di metodi per ottenere la qualità e il livello di prestazioni desiderati di una parte, ma non tutti i processi di finitura sono adatti a ogni materiale e uso finale. Per determinare quale trattamento chimico superficiale è adatto al vostro pezzo, è necessaria una conoscenza approfondita di fattori chiave quali la quantità di resistenza alla corrosione, all'attrito e all'usura di cui ha bisogno il pezzo finale, l'ambiente in cui verrà utilizzato e la sua conduttività desiderata. o proprietà isolanti.

Data l'importanza di queste considerazioni, vale la pena trovare un partner di produzione che ti aiuti a scegliere la finitura giusta e garantisca che offra la migliore qualità ed efficienza dei costi possibili. Presso AN-Prototype, il nostro team esperto di macchinisti e ingegneri può fornire informazioni non solo sui processi di trattamento chimico delle superfici, ma anche sulla selezione dei materiali, sugli utensili e sulla tecnologia CNC appropriata. Se desideri saperne di più sulle opzioni di finitura disponibili per il tuo prossimo progetto di lavorazione CNC, contattaci oggi stesso.

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