Całe wykończenie a Obrabiane CNC część zwiększa koszt i czas produkcji części, ale odpowiednie wykończenie powierzchni może wcielić w życie Twoją wizję projektu. Obróbka powierzchni części metalowych obrabianych CNC zazwyczaj obejmuje różne procesy mechaniczne, takie jak szlifowanie, polerowanie i piaskowanie, ale dostępne są również chemiczne obróbki powierzchni, takie jak pasywacja i anodowanie.
Chemiczna obróbka powierzchni może usunąć niedoskonałości części metalowych, a nawet zmienić ich poziom przewodności elektrycznej, przedłużając ich żywotność, a także poprawiając ich odporność na zużycie i korozję. Chemiczna obróbka powierzchni ma szereg zastosowań przemysłowych: na przykład w przemyśle lotniczym chemiczną obróbkę powierzchni stosuje się w celu zwiększenia trwałości części, zwiększenia stabilności termicznej i spowolnienia utleniania. W przemyśle elektronicznym chemiczną obróbkę powierzchni można znaleźć przy produkcji wszystkiego, od obudów telefonów komórkowych i konsol do gier po sprzęt do przetwarzania obrazu. Chociaż dostępnych jest wiele opcji wykańczania chemicznego, niekoniecznie są one odpowiednie dla każdego materiału metalowego. Tak naprawdę każda chemiczna obróbka powierzchni jest zwykle związana z konkretnym materiałem i ma swoje zalety i wady. W tym przewodniku omówimy kilka typowych procesów wykańczania chemicznego, abyś mógł zdecydować, który z nich jest najlepszy dla Twojego projektu CNC.
Spis treści
PrzełączanieCzynniki, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze odpowiedniej chemicznej obróbki powierzchni
Pasywacja stali nierdzewnej
Anodowanie aluminium
Wybierając odpowiednie wykończenie chemiczne części metalowych, należy wziąć pod uwagę kompatybilne materiały i zastosowanie końcowe. Oznacza to uwzględnienie szeregu czynników kontekstowych, w tym:
- Środowisko, w którym używane są części metalowe
- Czy wymagane są właściwości przewodzące czy izolacyjne
- Jaki ciężar musi utrzymać dana część
- Jak duże zużycie musi wytrzymać dana część
- Wymagania dotyczące tolerancji dla części metalowych
- Wymagania dotyczące koloru i przezroczystości
- Wymagania dotyczące wykończenia powierzchni
- Wszelkie inne istotne lub pożądane atrybuty.
Aby pomóc Ci ocenić dostępne opcje, AN-Prototype podsumowuje popularne wykończenia chemiczne i ich kompatybilne materiały w celach informacyjnych:
Anodowanie: aluminium, tytan i inne metale nieżelazne
Pasywacja: Stal nierdzewna
Czarny tlenek: stal, stal nierdzewna, miedź i inne metale
Powłoka chemiczna (chromianowa powłoka konwersyjna): Aluminium
Elektropolerowanie: Aluminium, stal, stal nierdzewna, miedź, tytan, mosiądz, brąz, beryl i jego galwanizacja Kadm: chrom, miedź, złoto, nikiel, srebro, cyna Aluminium, stal i inne metale
Chromowanie: Aluminium, stal, stal nierdzewna, stopy niklu, tytan, miedź i inne metale
Powłoka z politetrafluoroetylenu (Teflon™).: Aluminium, stal i inne metale
Bezprądowe powlekanie niklem: Aluminium, stal i stal nierdzewna
Ocynkowany: stal
Wprowadzenie do chemicznej obróbki powierzchni
Dowiedzmy się o procesie, działaniu tych chemicznych wykończeń i korzyściach, jakie mogą przynieść Twoim projektom CNC.
Anodowanie
Anodowanie to popularna metoda wykończenia części aluminiowych i tytanowych, polegająca na dodaniu warstwy tlenku do powierzchni części, tworząc anodową warstwę tlenku dla dodatkowej ochrony i poprawy estetyki. Do anodowania Aluminium CNC części, zanurzasz część aluminiową w kwaśnej kąpieli elektrolitowej, a następnie używasz katody (elektrody naładowanej ujemnie), aby spowodować uwolnienie gazowego wodoru z roztworu. Jednocześnie aluminiowa część CNC (dodatnio naładowana anoda) uwalnia tlen, tworząc na jej powierzchni ochronną warstwę tlenku. Po anodowaniu części aluminiowej na jej powierzchni będą widoczne maleńkie pory, które należy uszczelnić roztworem chemicznym, aby zapobiec korozji i gromadzeniu się zanieczyszczeń.
Części z anodyzowanego aluminium są trwałe i odporne na korozję i zużycie, co może obniżyć koszty konserwacji. Jednocześnie warstwa anodowana jest nieprzewodząca i w pełni dopasowuje się do podłoża aluminiowego, dzięki czemu nie będzie się odpryskiwać ani łuszczyć jak galwanizacja i farba. W rzeczywistości, oprócz uszczelniania, porowatą anodowaną warstwę można malować lub bejcować, a także jest bardziej przyjazna dla środowiska, ponieważ anodowane wykończenie jest nietoksyczne i stabilne chemicznie. Anodowanie nie dotyczy tylko aluminium: proces ten nadaje się również do tytanu i innych części nieżelaznych.
Istnieją trzy różne rodzaje anodowania:
Typ I (anodowanie kwasem chromowym) wytwarza najcieńszą warstwę tlenku, co oznacza, że prawie nie zmienia wymiarów części. Elementy anodowane typu I będą matowe i nie będą dobrze absorbować innych kolorów.
Typ II (anodowanie kwasem borosiarkowym) ma lepszą przyczepność warstwy tlenku i jest nieco grubszy niż typ I. Dzięki anodowaniu typu II można z łatwością tworzyć części anodowane na kolor niebieski, czerwony, złoty, zielony i czarny.
typ III (anodowanie twardym kwasem siarkowym) jest najczęstszą formą anodowania. Ma najjaśniejsze wykończenie, co oznacza, że współpracuje z większą liczbą kolorów. Warto zauważyć, że anodowanie typu III daje nieco grubsze wykończenie niż anodowanie typu II, o co należy zadbać w przypadku części wymagających wąskich tolerancji.
Zwiększona trwałość, odporność na zużycie i korozję anodowanych części oraz wysoki poziom kontroli wymiarów oferowany w procesie sprawiły, że anodowanie jest szczególnie popularne w przemyśle lotniczym, medycznym, motoryzacyjnym, elektronicznym i nie tylko.
Pomimo swojej wyjątkowej wszechstronności, anodowanie ma również wady:
Zmiana wymiarów części: Anodowanie metali zmienia wymiary części, dlatego przy określaniu tolerancji wymiarowych należy wziąć pod uwagę warstwę tlenku lub zastosować maskowanie chemiczne lub fizyczne, aby zapewnić, że określone obszary części pozostaną nieobrobione, zwłaszcza obszary takie jak niektóre otwory.
Dopasowanie kolorów jest trudne. Osiągnięcie spójnego dopasowania kolorów może być trudne, jeśli anodowane komponenty nie są przetwarzane w tej samej partii.
Nie nadaje się do zastosowań przewodzących. Anodowanie części metalowych zwiększa ich odporność elektryczną i termiczną i nie nadaje się do zastosowań przewodzących.
Pasywacja
Pasywacja zapobiega korozji części ze stali nierdzewnej, pomagając im zachować czystość, wydajność i wygląd. Części pasywowane są nie tylko bardziej odporne na rdzę, a zatem lepiej nadają się do użytku na zewnątrz, ale są również mniej podatne na wżery, są trwalsze, lepiej wyglądają i są bardziej funkcjonalne. W rezultacie pasywacja jest stosowana w różnych gałęziach przemysłu, od przemysłu medycznego po przemysł lotniczy i kosmonautyczny, przy zachowaniu wąskich tolerancji wymiarowych.
Proces pasywacji polega na dodaniu kwasu azotowego lub cytrynowego. Podczas gdy kwas azotowy był tradycyjnie typowym wyborem do pasywacji, ostatnio popularność zyskała kwas cytrynowy, ponieważ skraca czas cykli oraz jest bezpieczniejszy i bardziej przyjazny dla środowiska. Podczas pasywacji części ze stali nierdzewnej zanurza się w roztworze kwasu w celu usunięcia rdzy z ich powierzchni bez wpływu na chrom jako pierwiastek stopowy w stali nierdzewnej. Nałożenie kwasu na stal nierdzewną usuwa z jej powierzchni wszelkie wolne żelazo lub związki żelaza, pozostawiając warstwę składającą się z chromu (a czasem niklu). Po wystawieniu na działanie powietrza materiały te reagują z tlenem, tworząc ochronną warstwę tlenku.
Ważne jest, aby o tym pamiętać pasywacja może wydłużyć czas produkcji części. Przed pasywacją części należy ją oczyścić z tłuszczu, brudu i innych zanieczyszczeń, a następnie wypłukać i namoczyć (lub spryskać). Chociaż zanurzenie jest najpowszechniejszą metodą pasywacji, ponieważ zapewnia równomierne pokrycie i można ją przeprowadzić szybko, alternatywnie można również zastosować spray kwasowy.
Powłoka z czarnego tlenku
Stosowany do metali żelaznych, takich jak stal, stal nierdzewna i miedź, proces powlekania czarnym tlenkiem polega na zanurzeniu części w kąpieli tlenkowej w celu utworzenia warstwy magnetytu (Fe 3 O 4 ), która zapewnia niewielką odporność na korozję.
Istnieją trzy rodzaje powłok z czarnego tlenku:
Gorący czarny tlenek: Proces powlekania gorącym czarnym tlenkiem polega na zanurzeniu części w gorącej kąpieli z wodorotlenku, azotynu i azotanu sodu w celu przekształcenia jej powierzchni w magnetyt. Po czyszczeniu części należy zanurzyć w alkalicznym środku czyszczącym, wodzie i sodzie kaustycznej, a następnie pokryć olejem lub woskiem, aby uzyskać pożądany efekt estetyczny.
Średniotemperaturowy czarny tlenek: Średniotemperaturowy czarny tlenek jest bardzo podobny do termicznego czarnego tlenku. Główna różnica polega na tym, że powlekane części stają się czarne w niższych temperaturach (90 – 120°C). Ponieważ temperatura ta jest niższa od temperatury wrzenia roztworów sodu i azotanów, nie ma potrzeby martwić się o żrące opary.
Chłodny czarny tlenek: Cool Black Oxide wykorzystuje osadzoną miedź-selen, aby zmienić kolor części. Części pokryte powłoką z czarnego tlenku będą miały lepszą odporność na korozję i rdzę, będą mniej odblaskowe i będą miały dłuższy cykl życia. Powłoka olejowa lub woskowa zwiększa wodoodporność, a także zapobiega przedostawaniu się szkodliwych substancji do wnętrza metalu, dzięki czemu część jest łatwiejsza do czyszczenia. Powłoka z czarnego tlenku zwiększa również grubość, dzięki czemu idealnie nadaje się do wierteł, wkrętaków i innych narzędzi wymagających ostrej krawędzi, która nie stępi się z biegiem czasu. Jednakże odporność na zużycie zimnego czarnego tlenku jest słaba.
Film chemiczny
Warstwa chemiczna, znana również jako chromianowa powłoka konwersyjna, to cienka powłoka chemiczna zwykle nakładana na aluminium (chociaż można ją również nakładać na inne metale) w celu zapobiegania korozji oraz poprawy przyczepności kleju i farby. Wykończenia powłoką chemiczną często mają własne receptury, ale chrom jest głównym składnikiem każdej odmiany. Wykończenia powłoki chemicznej można nakładać metodą natryskiwania, zanurzania lub pędzla i, w zależności od produktu i receptury, mogą mieć kolor żółty, brązowy, złoty lub przezroczysty.
Podczas gdy inne wykończenia zmniejszają przewodność cieplną i elektryczną, wykończenia w postaci folii chemicznej pozwalają aluminium zachować jego właściwości przewodzące. Folie chemiczne są również stosunkowo niedrogie i, jak wspomniano powyżej, stanowią dobrą bazę do malowania i gruntowania (dla dodatkowej oszczędności czasu). Jednakże folie chemiczne nie są idealne do estetycznych projektów CNC ze względu na ich podatność na zarysowania, zarysowania i inne uszkodzenia powierzchni.
Polerowanie elektrolityczne
Elektropolerowanie to elektrochemiczny proces wykańczania powszechnie stosowany do usuwania cienkich warstw materiału ze stali, stali nierdzewnej i podobnych stopów. Podczas elektropolerowania część zanurza się w kąpieli chemicznej i przykładany jest prąd elektryczny w celu rozpuszczenia jej warstwy powierzchniowej. Na wykończenie części wpływają różne parametry, w tym skład chemiczny roztworu elektrolitu, temperatura i czas ekspozycji części.
Elektropolerowanie zazwyczaj usuwa 0.0002 do 0.0003 cala z powierzchni przedmiotu, pozostawiając gładką, błyszczącą i czystą powierzchnię części. Inne zalety elektropolerowania obejmują lepszą odporność na korozję, dłuższą żywotność części, lepszą wytrzymałość zmęczeniową, niższy współczynnik tarcia, mniejszą chropowatość powierzchni i eliminację defektów powierzchni, takich jak zadziory i mikropęknięcia.
Elektropolerowanie nadaje się do stali, stali nierdzewnej, miedzi, tytanu, aluminium, mosiądzu, brązu, berylu itp. Warto zauważyć, że elektropolerowanie jest szybsze i tańsze niż polerowanie ręczne, ale nie usuwa w 100% niedoskonałości szorstkiej powierzchni.
Platerowanie
Galwanizacja jest w rzeczywistości procesem odwrotnym do elektropolerowania. Zamiast usuwać warstwę metalu w celu uzyskania ostatecznej powierzchni, galwanizacja powoduje osadzenie dodatkowej warstwy, która zwiększa grubość części. Kompatybilny z kadmem, chromem, miedzią, złotem, niklem, srebrem i cyną, galwanizacja pozwala uzyskać gładkie części, które z biegiem czasu wykazują mniejsze zużycie dzięki dodatkowej ochronie przed korozją, matowieniem, uderzeniami i ciepłem. Galwanizacja zwiększa przyczepność pomiędzy podłożem a jego dodatkową powłoką nawierzchniową i, w zależności od rodzaju użytego metalu, może sprawić, że Twoja część będzie magnetyczna lub przewodząca.
W porównaniu z innymi obróbkami powierzchni części obrabianych CNC, galwanizacja nie jest szczególnie przyjazna dla środowiska, ponieważ wytwarza niebezpieczne odpady, które mogą poważnie zanieczyścić środowisko, jeśli nie są właściwie obsługiwane. Powlekanie jest również stosunkowo kosztowne ze względu na metale i chemikalia (oraz inne niezbędne materiały i sprzęt) wymagane do powlekania i może być czasochłonne, zwłaszcza gdy części wymagają wielu warstw.
Chromowanie
Chromowanie lub chromowanie to rodzaj galwanizacji polegający na dodaniu cienkiej warstwy chromu na część metalową w celu zwiększenia jej twardości powierzchni lub odporności na korozję. Dodanie warstwy chromu może ułatwić czyszczenie części i poprawić jej estetykę, a prawie wszystkie części metalowe można pokryć chromem, w tym metale takie jak aluminium, stal nierdzewna i tytan.
Proces chromowania zazwyczaj obejmuje odtłuszczanie, ręczne czyszczenie i obróbkę wstępną części przed umieszczeniem ich w kąpieli chromowej. Część musi następnie pozostać w zbiorniku wystarczająco długo, aby warstwa chromu osiągnęła pożądaną grubość. Ponieważ proces ten zużywa energię elektryczną i obejmuje wiele etapów, chromowanie jest stosunkowo kosztownym procesem wykończeniowym, który nie jest przyjazny dla środowiska
Powłoka z politetrafluoroetylenu (Teflon™).
Powłoki z politetrafluoroetylenu (PTFE), powszechnie znane jako Teflon™, są dostępne w postaci proszku i cieczy i są stosowane w całym przemyśle. Niektóre zastosowania PTFE wymagają tylko jednej warstwy, ale inne wymagają podkładu i powłoki nawierzchniowej, aby zapewnić maksymalną ochronę. Tę obróbkę powierzchniową można zastosować do różnych metali, w tym metali takich jak stal, aluminium i magnez.
Części pokryte PTFE mają nieprzywierającą powierzchnię, niski współczynnik tarcia i są bardzo odporne na zużycie. Ponieważ powłoki PTFE mają niską porowatość i niską energię powierzchniową, powlekane części są odporne na wodę, olej i chemikalia. PTFE może również wytrzymać temperatury do 500°F, jest łatwy do czyszczenia i ma doskonałą izolację elektryczną i odporność chemiczną.
Ze względu na swoją odporność chemiczną i właściwości zapobiegające przywieraniu, PTFE jest powszechnie stosowany do powlekania przewodów paliwowych i izolowania płytek drukowanych w komputerach, kuchenkach mikrofalowych, smartfonach i klimatyzatorach. Jest również powszechnie stosowany do powlekania sprzętu medycznego i naczyń kuchennych. Chociaż procesy powlekania PTFE są popularne w różnych gałęziach przemysłu, są one stosunkowo kosztowne i nie tak trwałe, jak inne opcje wykańczania chemicznego.
Bezprądowe powlekanie niklem
Niklowanie bezprądowe odnosi się do dodania warstwy ochronnej ze stopu niklu na części metalowe. W przeciwieństwie do procesu galwanizacji, w którym wykorzystuje się prąd elektryczny, nikiel bezprądowy polega na osadzeniu warstwy stopu niklu (zwykle fosforu niklu) na części za pomocą kąpieli niklowej i chemicznego środka redukującego, takiego jak podfosforyn sodu. Stopy niklu osadzają się równomiernie, nawet na skomplikowanych częściach z otworami i szczelinami.
Części niklowane mają wyższą odporność na tlen, dwutlenek węgla, słoną wodę i korozję siarkowodoru. Części niklowane mają również dobrą twardość i odporność na zużycie, a dzięki dodatkowej obróbce cieplnej mogą być jeszcze twardsze. Nikiel bezprądowy jest kompatybilny z szeroką gamą metali, w tym aluminium, stalą i stalą nierdzewną.
Proces niklowania bezprądowego jest bardzo wymagający. Typowe problemy obejmują gromadzenie się zanieczyszczeń w kąpieli niklowej, wzrost poziomu fosforu i wynikające z tego zmniejszenie szybkości galwanizacji. Dodatkowo niewłaściwa temperatura lub pH może powodować problemy z jakością powłoki, takie jak wżery, matowość i chropowatość. Nikiel bezprądowy nie nadaje się do szorstkich, nierównych lub słabo wykończonych powierzchni, a części należy oczyścić z oleju i brudu przed rozpoczęciem procesu galwanizacji.
Różne rodzaje bezprądowych powłok niklowych są klasyfikowane według procentowej zawartości fosforu w stopie. Różne poziomy zawartości fosforu zapewniają również różne poziomy odporności na korozję i twardości:
Nikiel o niskiej zawartości fosforu (2 – 4% fosforu): Bezprądowe osady niklu o niskiej zawartości fosforu mają twardość od 58 do 62 Rc i są bardzo odporne na zużycie. Ma wysoką temperaturę topnienia i dobrą odporność na korozję w warunkach zasadowych. Bezprądowe osady niklu o niskiej zawartości fosforu poddawane są naprężeniom ściskającym i są na ogół droższe niż nikiel o średniej i wysokiej zawartości fosforu.
Średni fosfor nikiel (5 – 9% fosforu): Średnie złoża niklu fosforowego mieszczą się pomiędzy niklem o niskiej zawartości fosforu a niklem o wysokiej zawartości fosforu. Jest odporny na korozję w środowisku zasadowym i kwaśnym i charakteryzuje się dużą szybkością osadzania (18 do 25 µm na godzinę). Twardość powłoki średniego niklu fosforowego może wynosić dowolna wartość od 45 do 57 Rc, a powłoka może osiągnąć od 65 do 70 Rc w wyniku obróbki cieplnej.
Nikiel o wysokiej zawartości fosforu (>10% fosforu): Ponieważ osady niklu bezprądowego o dużej zawartości fosforu są amorficzne, w częściach nie widać granic faz ani ziaren, co poprawia ich odporność na korozję, co czyni je idealnymi do stosowania na zewnątrz lub w ekstremalnych warunkach. Nikiel bezprądowy o wysokiej zawartości fosforu zapewnia również ciągliwość, dużą grubość i odporność na plamy, a także sprawia, że produkt końcowy jest łatwiejszy do polerowania lub spawania.
Ocynkowany
Cynkowanie, czyli chromian cynku, to popularne wykończenie chemiczne, które chroni elementy stalowe przed wilgocią i korozją. Części ocynkowane zapewniają dłuższą żywotność, lepszą estetykę i bardziej jednolity wygląd. Cynkowanie może również zmienić kolor części na srebrno-niebieski, żółty, czarny lub zielony. Kolejną znaczącą zaletą cynkowania jest to, że chroni powierzchnię części przez długi czas: nawet jeśli powłoka zostanie zarysowana, cynk reaguje z atmosferą i szybko się utlenia. Jednakże, ponieważ cynk jest chemicznie wrażliwy na kwasy i zasady, cynkowanie może nie być odpowiednie w przypadku części pracujących w wilgotnym lub bardzo wilgotnym środowisku.
Podsumowanie
Opcje chemicznej obróbki powierzchni oferują różnorodne metody osiągnięcia pożądanej jakości i poziomu wydajności części, ale nie każdy proces wykańczania jest odpowiedni dla każdego materiału i zastosowania końcowego. Aby określić, która chemiczna obróbka powierzchni jest odpowiednia dla Twojej części, musisz dogłębnie zrozumieć kluczowe czynniki, takie jak wymagana odporność na korozję, tarcie i zużycie końcowej części, środowisko, w którym będzie ona używana oraz pożądana przewodność lub właściwości izolacyjne.
Biorąc pod uwagę wagę tych kwestii, warto znaleźć partnera produkcyjnego, który pomoże Ci wybrać odpowiednie wykończenie i zapewni najlepszą możliwą jakość i efektywność kosztową. W AN-Prototype nasz zespół ekspertów składający się z mechaników i inżynierów może zapewnić wgląd nie tylko w procesy chemicznej obróbki powierzchni, ale także w dobór materiałów, oprzyrządowanie i odpowiednią technologię CNC. Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej na temat opcji wykańczania dostępnych dla Twojego kolejnego projektu obróbki CNC, skontaktuj się z nami już dziś.