Alle afwerking van een CNC gefreesd onderdeel voegt kosten en productietijd toe aan het onderdeel, maar de juiste oppervlakteafwerking heeft het potentieel om uw ontwerpvisie tot leven te brengen. Oppervlaktebehandelingen voor CNC-gefreesde metalen onderdelen omvatten doorgaans verschillende mechanische processen zoals slijpen, polijsten en zandstralen, maar chemische oppervlaktebehandelingen zoals passivering en anodiseren zijn ook beschikbaar.
Chemische oppervlaktebehandelingen kunnen onvolkomenheden op metalen onderdelen verwijderen en zelfs hun elektrische geleidbaarheidsniveaus veranderen, waardoor hun levensduur wordt verlengd en ook hun slijtage- en corrosieweerstand wordt verbeterd. Chemische oppervlaktebehandelingen kennen een scala aan industriële toepassingen: in de lucht- en ruimtevaartindustrie worden chemische oppervlaktebehandelingen bijvoorbeeld gebruikt om de duurzaamheid van onderdelen te vergroten, de thermische stabiliteit te vergroten en oxidatie te vertragen. In de elektronica-industrie zijn chemische oppervlaktebehandelingen te vinden bij de vervaardiging van alles, van behuizingen voor mobiele telefoons en behuizingen voor gameconsoles tot beeldapparatuur. Hoewel er veel chemische afwerkingsopties beschikbaar zijn, zijn deze niet noodzakelijkerwijs geschikt voor elk metaalmateriaal. In feite wordt elke chemische oppervlaktebehandeling meestal geassocieerd met een specifiek materiaal en heeft zijn eigen voor- en nadelen. In deze handleiding verkennen we verschillende veel voorkomende chemische afwerkingsprocessen, zodat u kunt beslissen welke het beste is voor uw CNC-project.
Passivering roestvrij staal
Aluminium anodiseren
Bij het kiezen van de juiste chemische afwerking voor uw metalen onderdelen moet u rekening houden met compatibele materialen en eindgebruik. Dit betekent dat er rekening moet worden gehouden met een reeks contextuele factoren, waaronder:
- Omgeving waar metalen onderdelen worden gebruikt
- Of er nu geleidende of isolerende eigenschappen vereist zijn
- Hoeveel gewicht moet het onderdeel ondersteunen
- Hoeveel slijtage het onderdeel moet weerstaan
- Tolerantie-eisen voor metalen onderdelen
- Kleur- en transparantievereisten
- Vereisten voor oppervlakteafwerking
- Eventuele andere relevante of gewenste attributen.
Om u te helpen uw opties te evalueren, vat AN-Prototype ter referentie de gebruikelijke chemische afwerkingen en hun compatibele materialen samen:
anodiseren: aluminium, titanium en andere non-ferrometalen
Passivering: roestvrij staal
Zwarte oxide: staal, roestvrij staal, koper en andere metalen
Chemische coating (chromaatconversiecoating): aluminium
Elektrolytisch polijsten: Aluminium, staal, roestvrij staal, koper, titanium, messing, brons, beryllium en zijn galvanisch cadmium: chroom, koper, goud, nikkel, zilver, tinaluminium, staal en andere metalen
Verchromen: Aluminium, staal, roestvrij staal, nikkellegeringen, titanium, koper en andere metalen
Polytetrafluorethyleen (Teflon™) coating: Aluminium, staal en andere metalen
Stroomloos nikkel: Aluminium, staal en roestvrij staal
Gegalvaniseerd: staal
Inleiding tot chemische oppervlaktebehandeling
Laten we meer te weten komen over het proces, hoe deze chemische afwerkingen werken en hoe ze uw CNC-projecten ten goede kunnen komen.
Anodiseren
Anodiseren is een populaire afwerkingsoptie voor aluminium en titanium onderdelen, waarbij een oxidelaag aan het oppervlak van het onderdeel wordt toegevoegd, waardoor een anodische oxidefilm ontstaat voor extra bescherming en verbeterde esthetiek. Voor anodiseren CNC aluminium onderdelen, dompel je het aluminium onderdeel in een zuur elektrolytbad en gebruik je vervolgens een kathode (de negatief geladen elektrode) om ervoor te zorgen dat de oplossing waterstofgas vrijgeeft. Tegelijkertijd geeft het CNC-aluminiumonderdeel (positief geladen anode) zuurstof af, waardoor een beschermende oxidelaag op het oppervlak ontstaat. Na het anodiseren van een aluminium onderdeel zal het oppervlak kleine poriën bevatten die moeten worden afgedicht met een chemische oplossing om corrosie en de ophoping van verontreinigingen te voorkomen.
Geanodiseerde aluminium onderdelen zijn duurzaam en bestand tegen corrosie en slijtage, wat de onderhoudskosten kan verlagen. Tegelijkertijd is de geanodiseerde laag niet-geleidend en past hij zich volledig aan het aluminium substraat aan, zodat deze niet zal afbladderen of afbladderen, zoals bij beplating en verf het geval is. Naast afdichting kan de poreuze geanodiseerde laag zelfs worden geverfd of gebeitst en is ook milieuvriendelijker omdat de geanodiseerde afwerking niet giftig en chemisch stabiel is. Anodiseren is niet alleen voor aluminium: het proces is ook geschikt voor titanium en andere non-ferro onderdelen.
Er zijn drie verschillende soorten anodiseren:
Type I (chroomzuuranodiseren) zorgt voor de dunste oxidelaag, waardoor de afmetingen van het onderdeel nauwelijks veranderen. Geanodiseerde componenten van type I zien er dof van kleur uit en absorberen andere kleuren niet goed.
Type II (boriumzwavelzuur-anodiseren) heeft een betere hechting van de oxidelaag en is iets dikker dan Type I. Met Type II-anodiseren kun je eenvoudig blauw, rood, goud, groen en zwart geanodiseerde onderdelen maken.
Type III (hard zwavelzuur anodiseren) is de meest voorkomende vorm van anodiseren. Het heeft de helderste afwerking, wat betekent dat het met meer kleuren werkt. Het is vermeldenswaard dat anodiseren van type III resulteert in een iets dikkere afwerking dan anodiseren van type II, waarmee rekening moet worden gehouden bij onderdelen die nauwe toleranties vereisen.
De verhoogde duurzaamheid, slijtage- en corrosieweerstand van geanodiseerde onderdelen en het hoge niveau van dimensionale controle dat door het proces wordt geboden, hebben anodiseren bijzonder populair gemaakt in de lucht- en ruimtevaart, de medische sector, de automobielsector, de elektronica en meer.
Ondanks de uitzonderlijke veelzijdigheid heeft anodiseren ook nadelen:
Onderdeelafmetingen wijzigen: Het anodiseren van metalen verandert de afmetingen van het onderdeel, dus moet er rekening gehouden worden met de oxidelaag bij het bepalen van de maattoleranties. Er wordt ook gebruik gemaakt van chemische of fysieke maskering om ervoor te zorgen dat specifieke delen van het onderdeel onbehandeld blijven, vooral gebieden zoals enkele gaten.
Kleurafstemming is moeilijk. Het bereiken van consistente kleurafstemming kan moeilijk zijn als uw geanodiseerde componenten niet in dezelfde batch worden verwerkt.
Niet geschikt voor geleidende toepassingen. Het anodiseren van metalen onderdelen verhoogt hun elektrische en thermische weerstand en is niet geschikt voor geleidende toepassingen.
passivatie
Passivering voorkomt corrosie van roestvrijstalen onderdelen, waardoor de reinheid, prestaties en uitstraling behouden blijven. Niet alleen zijn gepassiveerde onderdelen beter bestand tegen roest en dus beter voor gebruik buitenshuis, maar ze hebben ook minder kans op putjes, gaan langer mee, zien er beter uit en zijn functioneler. Als gevolg hiervan wordt passivatie gebruikt in een verscheidenheid aan industrieën, van de medische industrie tot de lucht- en ruimtevaart, met nauwe maattoleranties.
Het passivatieproces omvat de toevoeging van salpeter- of citroenzuur. Hoewel salpeterzuur van oudsher de typische keuze voor passivering is, is citroenzuur de laatste tijd in populariteit toegenomen omdat het de cyclustijden verkort en veiliger en milieuvriendelijker is. Tijdens het passiveren worden roestvrijstalen onderdelen ondergedompeld in een zure oplossing om roest van hun oppervlakken te verwijderen zonder het legeringselement chroom in roestvrij staal aan te tasten. Door zuur op roestvrij staal aan te brengen, wordt het vrije ijzer of de ijzerverbindingen van het oppervlak verwijderd, waardoor een laagje chroom (en soms nikkel) achterblijft. Na blootstelling aan lucht reageren deze materialen met zuurstof en vormen een beschermende oxidelaag.
Het is belangrijk om dat te onthouden passivatie kan de productietijd van een onderdeel verlengen. Voordat een onderdeel wordt gepassiveerd, moet het worden gereinigd om vet, vuil of andere verontreinigingen te verwijderen, vervolgens worden gespoeld en geweekt (of gespoten). Hoewel onderdompeling de meest gebruikelijke passivatiemethode is omdat het een gelijkmatige dekking biedt en snel kan worden uitgevoerd, kan zuurspray ook als alternatief worden gebruikt.
Zwarte oxidecoating
Toegepast op ferrometalen zoals staal, roestvrij staal en koper, omvat het coatingproces met zwarte oxide het onderdompelen van het onderdeel in een oxidebad om een laag magnetiet (Fe 3 O 4 ) te vormen, die een lichte corrosieweerstand biedt.
Er zijn drie soorten zwarte oxidecoatings:
Hete zwarte oxide: Bij het coatingproces met heet zwart oxide wordt het onderdeel ondergedompeld in een heet bad met natriumhydroxide, nitriet en nitraat om het oppervlak in magnetiet te veranderen. Na het reinigen moeten de onderdelen worden ondergedompeld in een alkalische reiniger, water en bijtende soda en vervolgens worden gecoat met olie of was om de gewenste esthetiek te bereiken.
Zwarte oxide op gemiddelde temperatuur: Zwart oxide op gemiddelde temperatuur lijkt sterk op thermisch zwart oxide. Het belangrijkste verschil is dat gecoate onderdelen bij lagere temperaturen (90 – 120 °C) zwart worden. Omdat deze temperatuur onder het kookpunt van natrium- en nitraatoplossingen ligt, hoeft u zich geen zorgen te maken over corrosieve dampen.
Koele zwarte oxide: Cool Black Oxide vertrouwt op afgezet koperselenium om de kleur van het onderdeel te veranderen. Onderdelen die een zwarte oxidecoating krijgen, zijn beter bestand tegen corrosie en roest, zijn minder reflecterend en hebben een langere levensduur. Een olie- of wascoating verhoogt de waterbestendigheid en voorkomt bovendien dat schadelijke stoffen de binnenkant van het metaal bereiken, waardoor het onderdeel gemakkelijker schoon te maken is. De zwarte oxidecoating voegt ook dikte toe, waardoor het ideaal is voor boormachines, schroevendraaiers en ander gereedschap dat een scherpe rand nodig heeft die na verloop van tijd niet dof wordt. De slijtvastheid van koel zwart oxide is echter slecht.
Chemische film
Een chemische film, ook wel chromaatconversiecoating genoemd, is een dunne chemische coating die doorgaans op aluminium wordt aangebracht (hoewel deze ook op andere metalen kan worden aangebracht) om corrosie te voorkomen en de hechting van lijm en verf te verbeteren. Chemische filmafwerkingen hebben vaak gepatenteerde formuleringen, maar chroom is het belangrijkste ingrediënt in elke variant. Chemische filmafwerkingen kunnen worden aangebracht door middel van spuiten, dompelen of borstelen en kunnen, afhankelijk van het product en de formulering, geel, bruin, goudkleurig of helder van kleur zijn.
Terwijl andere afwerkingen de thermische en elektrische geleidbaarheid verminderen, zorgen chemische filmafwerkingen ervoor dat aluminium zijn geleidende eigenschappen behoudt. Chemische films zijn ook relatief goedkoop en bieden, zoals hierboven vermeld, een goede basis voor verven en gronden (met als extra voordeel tijdwinst). Chemische films zijn echter niet ideaal voor esthetisch georiënteerde CNC-projecten vanwege hun gevoeligheid voor krassen, slijtage en andere oppervlakteschade.
Elektrolytisch polijsten
Elektropolijsten is een elektrochemisch afwerkingsproces dat gewoonlijk wordt gebruikt om dunne materiaallagen van staal, roestvrij staal en soortgelijke legeringen te verwijderen. Tijdens het elektrolytisch polijsten wordt het onderdeel ondergedompeld in een chemisch bad en wordt er elektrische stroom toegepast om de oppervlaktelaag op te lossen. Verschillende parameters beïnvloeden de afwerking van het onderdeel, waaronder de chemische samenstelling van de elektrolytoplossing, de temperatuur en de blootstellingstijd van het onderdeel.
Bij elektropolijsten wordt doorgaans 0.0002 tot 0.0003 inch van het oppervlak van een object verwijderd, waardoor een glad, glanzend en schoon onderdeeloppervlak overblijft. Andere voordelen van elektropolijsten zijn onder meer verbeterde corrosieweerstand, langere levensduur van het onderdeel, verbeterde vermoeiingssterkte, lagere wrijvingscoëfficiënt, lagere oppervlakteruwheid en eliminatie van oppervlaktedefecten zoals bramen en microscheuren.
Elektrolytisch polijsten is geschikt voor staal, roestvrij staal, koper, titanium, aluminium, messing, brons, beryllium, enz. Het is vermeldenswaard dat elektrolytisch polijsten sneller en goedkoper is dan handmatig polijsten, maar dat het ruwe oneffenheden in het oppervlak niet 100% verwijdert.
Plating
Galvaniseren is eigenlijk het omgekeerde proces van elektrolytisch polijsten. In plaats van een laag metaal te verwijderen om een eindoppervlak te verkrijgen, wordt bij het galvaniseren een extra laag aangebracht die de dikte van het onderdeel vergroot. Galvaniseren is compatibel met cadmium, chroom, koper, goud, nikkel, zilver en tin en produceert gladde onderdelen die na verloop van tijd minder slijtage vertonen dankzij extra bescherming tegen corrosie, aanslag, stoten en hitte. Galvaniseren verhoogt de hechting tussen een substraat en de extra toplaag en kan, afhankelijk van het gebruikte type metaal, uw onderdeel magnetisch of geleidend maken.
Vergeleken met andere oppervlaktebehandelingen van CNC-gefreesde onderdelen is galvaniseren niet bijzonder milieuvriendelijk, omdat er gevaarlijk afval ontstaat dat het milieu ernstig kan vervuilen als er niet op de juiste manier mee wordt omgegaan. Het plateren is ook relatief duur vanwege de metalen en chemicaliën (en andere noodzakelijke materialen en apparatuur) die nodig zijn voor het plateren, en kan tijdrovend zijn, vooral wanneer onderdelen meerdere lagen vereisen.
Verchromen
Verchromen, of verchromen, is een vorm van galvaniseren waarbij een dunne laag chroom aan een metalen onderdeel wordt toegevoegd om de oppervlaktehardheid of corrosieweerstand te vergroten. Het toevoegen van een laag chroom kan het onderdeel gemakkelijker schoon te maken maken en de esthetiek verbeteren, en bijna alle metalen onderdelen kunnen worden geplateerd met chroom, inclusief metalen zoals aluminium, roestvrij staal en titanium.
Het verchromingsproces omvat doorgaans het ontvetten, handmatig reinigen en voorbehandelen van onderdelen voordat ze in het chroombad worden geplaatst. Het onderdeel moet dan lang genoeg in de tank blijven zodat de chroomlaag de gewenste dikte bereikt. Omdat het proces elektriciteit verbruikt en meerdere stappen omvat, is verchromen een relatief duur afwerkingsproces dat niet milieuvriendelijk is
Coating van polytetrafluorethyleen (Teflon™).
Polytetrafluorethyleen (PTFE) coatings, beter bekend als Teflon™, zijn verkrijgbaar in poeder- en vloeibare vorm en worden in de hele industrie gebruikt. Sommige PTFE-toepassingen vereisen slechts één laag, maar andere vereisen een primer en toplaag om maximale bescherming te garanderen. Deze oppervlaktebehandeling kan worden toegepast op een verscheidenheid aan metalen, waaronder metalen zoals staal, aluminium en magnesium.
PTFE-gecoate onderdelen hebben een antiaanbaklaag, een lage wrijvingscoëfficiënt en zijn zeer slijtvast. Omdat PTFE-coatings een lage porositeit en lage oppervlakte-energie hebben, zijn gecoate onderdelen bestand tegen water, olie en chemicaliën. PTFE is ook bestand tegen temperaturen tot 500°F, is gemakkelijk schoon te maken en heeft uitstekende elektrische isolatie en chemische bestendigheid.
Vanwege zijn chemische bestendigheid en anti-aanbakeigenschappen wordt PTFE vaak gebruikt voor het coaten van brandstofleidingen en het isoleren van printplaten in computers, magnetrons, smartphones en airconditioners. Het wordt ook vaak gebruikt om medische apparatuur en kookgerei te coaten. Hoewel PTFE-coatingprocessen populair zijn in alle sectoren, zijn ze relatief duur en niet zo duurzaam als andere chemische afwerkingsopties.
Stroomloos nikkel
Chemisch vernikkelen verwijst naar de toevoeging van een beschermende laag van nikkellegering op metalen onderdelen. In tegenstelling tot het galvaniseerproces, waarbij elektrische stroom betrokken is, omvat stroomloos nikkel het afzetten van een laag nikkellegering (meestal nikkelfosfor) op het onderdeel met behulp van een nikkelbad en een chemisch reductiemiddel zoals natriumhypofosfiet. Nikkellegeringen worden gelijkmatig afgezet, zelfs op complexe onderdelen met gaten en sleuven.
Vernikkelde onderdelen zijn beter bestand tegen corrosie door zuurstof, kooldioxide, zout water en waterstofsulfide. Vernikkelde onderdelen hebben ook een goede hardheid en slijtvastheid en kunnen door extra warmtebehandeling nog harder gemaakt worden. Stroomloos nikkel is compatibel met een grote verscheidenheid aan metalen, waaronder aluminium, staal en roestvrij staal.
Het proces van stroomloos vernikkelen is een grote uitdaging. Veelvoorkomende problemen zijn onder meer de ophoping van verontreinigingen in het nikkelbad, stijgende fosforniveaus en de daaropvolgende vermindering van de galvaniseringssnelheid. Bovendien kan een verkeerde temperatuur of pH problemen met de coatingkwaliteit veroorzaken, zoals putjes, dofheid en ruwheid. Chemisch nikkel is niet geschikt voor ruwe, oneffen of slecht afgewerkte oppervlakken en onderdelen moeten worden ontdaan van olie en vuil voordat met het galvaniseringsproces wordt begonnen.
De verschillende soorten stroomloze nikkelcoatings worden geclassificeerd op basis van het gewichtspercentage fosfor in de legering. Verschillende niveaus van fosforgehalte bieden ook verschillende niveaus van corrosieweerstand en hardheid:
Nikkel met laag fosforgehalte (2 – 4% fosfor): Chemische nikkelafzettingen met een laag fosforgehalte hebben een hardheid tussen 58 en 62 Rc en zijn zeer slijtvast. Het heeft een hoog smeltpunt en een goede corrosieweerstand onder alkalische omstandigheden. Stroomloze nikkelafzettingen met een laag fosforgehalte worden onder druk belast en zijn in het algemeen duurder dan nikkel met een gemiddeld en hoog fosforgehalte.
Medium fosfor-nikkel (5 – 9% fosfor): Medium fosfor Nikkelafzettingen vallen tussen nikkel met een laag fosforgehalte en nikkel met een hoog fosforgehalte. Het is corrosiebestendig in alkalische en zure omgevingen en heeft een snelle neerslagsnelheid (18 tot 25 µm per uur). De coatinghardheid van middelmatig fosfornikkel kan elke waarde tussen 45 en 57 Rc zijn, en de coating kan door warmtebehandeling 65 tot 70 Rc bereiken.
Nikkel met hoog fosforgehalte (>10% fosfor): Omdat de hoge fosforafzettingen van stroomloos nikkel amorf zijn, vertonen de onderdelen geen fasegrenzen of korrels, wat hun corrosieweerstand verbetert, waardoor ze ideaal zijn voor gebruik buitenshuis of in extreme omgevingen. Stroomloos nikkel met een hoog fosforgehalte biedt ook taaiheid, hoge dikte en vlekbestendigheid, en maakt het eindproduct gemakkelijker te polijsten of te lassen.
Gegalvaniseerd
Galvaniseren, of zinkchromaat, is een populaire chemische afwerking die stalen onderdelen beschermt tegen vocht en corrosie. Gegalvaniseerde onderdelen zorgen voor een langere levensduur, verbeterde esthetiek en een uniformer uiterlijk. Door verzinken kan de kleur van het onderdeel ook veranderen in zilverblauw, geel, zwart of groen. Een ander belangrijk voordeel van galvaniseren is dat het het oppervlak van het onderdeel langdurig beschermt: zelfs als de coating bekrast is, reageert het zink met de atmosfeer en oxideert het snel. Omdat zink echter chemisch gevoelig is voor zuren en basen, is galvaniseren mogelijk niet geschikt voor onderdelen in natte of extreem natte omgevingen.
Conclusie
Opties voor chemische oppervlaktebehandeling bieden een verscheidenheid aan methoden om de gewenste kwaliteit en prestatieniveau van een onderdeel te bereiken, maar niet elk afwerkingsproces is geschikt voor elk materiaal en eindgebruik. Om te bepalen welke chemische oppervlaktebehandeling geschikt is voor uw onderdeel, heeft u een diepgaand inzicht nodig in de belangrijkste factoren, zoals hoeveel corrosie-, wrijvings- en slijtvastheid het uiteindelijke onderdeel nodig heeft, de omgeving waarin het zal worden gebruikt en de gewenste geleidbaarheid. of isolerende eigenschappen.
Gezien het belang van deze overwegingen is het de moeite waard om een productiepartner te zoeken die u helpt bij het kiezen van de juiste afwerking en ervoor zorgt dat deze de best mogelijke kwaliteit en kostenefficiëntie levert. Bij AN-Prototype kan ons deskundige team van machinisten en ingenieurs niet alleen inzicht geven in chemische oppervlaktebehandelingsprocessen, maar ook in materiaalkeuze, gereedschap en passende CNC-technologie. Als u meer wilt weten over de beschikbare afwerkingsopties voor uw volgende CNC-bewerkingsproject, neem dan vandaag nog contact met ons op.