في قطاعات مثل التصنيع الميكانيكي، وهندسة السيارات، والإلكترونيات الاستهلاكية، والفضاء، تحدد معالجات هندسة الأسطح المطبقة على المواد الأساسية بشكل مباشر-الأداء أثناء الخدمة وموثوقية المكونات.
بالنسبة لنفس المادة الأساسية، يمكن أن تؤدي عمليات المعالجة السطحية المختلفة إلى اختلافات في الحجم فيما يتعلق بمقاومة التآكل، ومقاومة التآكل، والتوصيل الكهربائي، وحتى الجودة الجمالية.
ولذلك، فإن جوهر المعالجة السطحية لا يكمن فقط في تحسين المظهر، ولكن في إنشاء طبقة سطحية وظيفية لتحقيق تحسين الأداء المستهدف دون تغيير كبير في الخواص الميكانيكية للركيزة.
لا توجد عملية واحدة متفوقة بطبيعتها على أخرى؛ تعتمد الملاءمة كليًا على الركيزة المحددة وبنية المكونات والوظيفة المقصودة وبيئة التشغيل. يتطلب الفهم الحقيقي للمعالجة السطحية النظر إلى ما هو أبعد من اسم العملية لفهم كيفية تشكل الطلاء، والمشكلات الأساسية التي تعالجها، وأي مخاطر جديدة محتملة قد تسببها.
I. الطلاء الكهربائي: وضع طلاء معدني على سطح الركيزة
الطلاء الكهربائي هو عملية تستخدم مجالًا كهربائيًا خارجيًا مباشرًا (DC) للحث على تفاعل اختزال لأيونات المعادن من محلول الطلاء على سطح الكاثود، مما يؤدي إلى ترسب طلاء معدني أو سبيكة.
عادة ما تكون قطعة العمل المراد طلاؤها بمثابة الكاثود، بينما قد يكون الأنود إما أنودًا معدنيًا قابلاً للذوبان أو أنودًا غير قابل للذوبان. بالإضافة إلى الأملاح المعدنية، يحتوي محلول الطلاء عادة على مواد مضافة مثل عوامل التعقيد، والمخازن المؤقتة، والأملاح الموصلة، والمشرقات.
[صورة]
تشمل الطلاءات الشائعة: الطلاء بالزنك، والطلاء بسبائك النيكل-والزنك، والطلاء بالنيكل، والطلاء بالنحاس، والطلاء بالكروم، والطلاء بالفضة، والطلاء بالذهب، والأنظمة المركبة (مثل النيكل اللاكهربائي متبوعًا بالطلاء الكهربائي).
تخدم عمليات الطلاء الكهربائي وظائف مختلفة. على سبيل المثال، يتم استخدام طلاء الزنك في المقام الأول لحماية أجزاء الفولاذ والحديد من التآكل؛ يوفر طلاء النيكل مزيجًا من الحماية ومقاومة التآكل والجاذبية الزخرفية؛ غالبًا ما يستخدم طلاء النحاس للطبقات الأساسية، أو الموصلية، أو كطبقة وسيطة للطلاء اللاحق؛ يتم استخدام الطلاء الذهبي والفضي بشكل متكرر في الاتصالات الكهربائية والتشطيبات الزخرفية-الراقية؛ ويتم استخدام طلاء الكروم الصلب بشكل شائع لمقاومة التآكل واستعادة الأبعاد.
1. تدفق العملية النموذجي
يشمل الطلاء الكهربائي عمومًا ثلاث مراحل.
-المعالجة المسبقة: إزالة الشحوم ← الشطف بالماء ← إزالة الصدأ أو التخليل ← الشطف بالماء ← التنشيط ← الطلاء المسبق - أو طلاء الطبقة الأساسية - (إذا لزم الأمر).
تحدد المعالجة المسبقة-مباشرة مدى التصاق الطلاء. يمكن أن يؤدي الزيت المتبقي أو مقياس الأكسيد أو الصدأ أو مركب التلميع على سطح الركيزة إلى حدوث عيوب مثل ظهور تقرحات وثقوب وتقشير موضعي للطلاء. تجدر الإشارة إلى أن التخميل عادةً ما يكون -معالجة ما بعد الطلاء وليس خطوة قياسية في عملية المعالجة المسبقة-للطلاء الكهربائي التقليدي. بينما تخضع بعض الركائز لعمليات تحويل أو تنشيط محددة، لا يمكن اعتبار "التخميل بعد التخليل" إجراءً عالميًا لجميع عمليات الطلاء الكهربائي.
الطلاء الكهربائي الرئيسي: يتم ترسيب الطلاء وفقًا للمواصفات من خلال التحكم في المعلمات مثل كثافة التيار ودرجة حرارة الحمام وقيمة الرقم الهيدروجيني وتركيز أيون المعدن والمحتوى الإضافي والتحريك.
-المعالجة اللاحقة: الشطف بالماء ← التخميل أو الختم ← التجفيف ← الفحص ← التغليف.
غالبًا ما تخضع الأجزاء المطلية بالزنك -لتخميل الكروم ثلاثي التكافؤ، أو التخميل الحر للكروم-، أو معالجات مانعة للتسرب لتعزيز مقاومة التآكل بشكل أكبر.
لا يمكن أن تخضع الركائز البلاستيكية، مثل ABS، للطلاء الكهربائي القياسي مباشرةً؛ فهي تتطلب عادةً التخشين والتوعية والتنشيط والترسيب الكيميائي لتشكيل طبقة سطحية موصلة قبل الانتقال إلى خطوات الطلاء الكهربائي اللاحقة.
2. نقاط مراقبة الجودة الرئيسية
تتأثر جودة الطلاء الكهربائي بشكل عام بالمعلمات التالية:
الكثافة الحالية
مدة الطلاء؛
درجة حرارة الحمام؛
قيمة الرقم الهيدروجيني.
تركيزات أيونات المعادن والمواد المضافة.
اتجاه أرفف الشغل.
الأنود-إلى-مسافة الكاثود؛
ترشيح الحمام وتحريكه؛
حالة سطح الركيزة.
الأجزاء ذات الأشكال الهندسية المعقدة أو الثقوب العميقة أو التجاويف تكون عرضة لمشاكل مثل سماكة الطلاء المفرط عند الحواف وعدم كفاية الطلاء في الثقوب العميقة بسبب التوزيع غير المتساوي للتيار. تتطلب هذه المشكلات حلولاً مثل استخدام الأنودات المساعدة، أو ألواح الحماية، أو تصميم الرف الأمثل، أو إدخال تحسينات على قوة رمي حوض الطلاء.
3. المزايا والمخاطر الرئيسية
تكمن مزايا الطلاء الكهربائي في مجموعة واسعة من أنواع الطلاء المتاحة، القادرة على تلبية متطلبات مقاومة التآكل، ومقاومة التآكل، والتوصيل الكهربائي، وقابلية اللحام، والجاذبية الزخرفية، مع سماكة طلاء قابلة للتعديل تتراوح من بضعة ميكرومترات إلى عشرات الميكرومترات.
تشمل المخاطر الرئيسية ما يلي:
ظهور تقرحات وتقشير بسبب سوء المعالجة-المسبقة؛
سمك طلاء غير متساو؛
المسامية والثقوب.
عدم كفاية التغطية على الأسطح الداخلية للهياكل المعقدة؛
التقصف الهيدروجيني في الفولاذ عالي القوة-بعد عملية التخليل والطلاء الكهربائي؛
الضغوط البيئية المتعلقة بالمعادن الثقيلة ومياه الصرف الصحي وصيانة الحمامات.
على وجه الخصوص، بالنسبة إلى -المثبتات الفولاذية العالية القوة، والينابيع، والمكونات الحاملة-، يجب تقييم خطر تقصف الهيدروجين، ويجب إجراء معالجة تخفيف الهيدروجين على الفور وفقًا للمتطلبات المعمول بها. ثانيا. أنودة: نمو فيلم أكسيد على الركيزة الألومنيوم
يتم استخدام الأنودة في المقام الأول للألمنيوم وسبائكه، على الرغم من أنه يمكن تطبيقه أيضًا على معادن معينة مثل التيتانيوم والمغنيسيوم.
الفرق الرئيسي بين الأنودة والطلاء الكهربائي هو أن الطلاء الكهربائي يتضمن ترسيب معدن خارجي على سطح الركيزة، في حين أن الأنودة تتسبب في خضوع المعدن الأساسي نفسه للأكسدة الكهروكيميائية، مما يشكل طبقة أكسيد تعتبر جزءًا لا يتجزأ من الركيزة.
[صورة]
تتكون الأفلام المؤكسدة على سبائك الألومنيوم بشكل أساسي من أكسيد الألومنيوم وتوفر خصائص مثل مقاومة التآكل، ومقاومة التآكل، والعزل الكهربائي، والجاذبية الزخرفية.
1. تدفق العملية النموذجي
يتضمن تسلسل العمليات الشائع ما يلي: الأرفف ← إزالة الشحوم ← شطف الماء ← الحفر القلوي أو التلميع الكيميائي ← إزالة التفحم (التفتيح) ← شطف الماء ← الأكسدة ← شطف الماء ← الصباغة أو التلوين الكهربائي ← الختم ← الفحص.
لا تتطلب جميع المنتجات النقش القلوي أو الصباغة أو التلميع الكيميائي؛ يتم تحديد هذه الخطوات بناءً على المظهر المحدد والمتطلبات الوظيفية.
تحتوي الأفلام المؤكسدة الطازجة على بنية مسامية تمتص الأصباغ والملوثات بسهولة؛ ولذلك، عادة ما تكون خطوة الختم مطلوبة. يقلل الختم من المسامية، وبالتالي يعزز مقاومة التآكل وثبات اللون.
2. الأنودة التقليدية مقابل الأنودة الصلبة
تستخدم الأنودة التقليدية في المقام الأول من أجل:
الحماية العامة
التلوين الزخرفي
المساكن الالكترونيات الاستهلاكية.
لمحات الألومنيوم المعمارية.
الأدوات والمكونات الهيكلية.
تتراوح سماكة الفيلم عادة من بضعة ميكرونات إلى أكثر من عشرين ميكرونا، مع متطلبات محددة تحددها معايير المنتج.
تستخدم عملية الأنودة الصلبة درجات حرارة منخفضة للاستحمام وكثافة تيار أعلى لإنتاج طبقة فيلم أكثر سمكًا وصلابة. يستخدم في المقام الأول من أجل:
بيستونز
القضبان التوجيهية
اسطوانات
المكونات الهيدروليكية
أجزاء من سبائك الألومنيوم-قابلة للتآكل-عالية المقاومة.
عادة ما تكون الأفلام الصلبة المؤكسدة صلبة جدًا ولكنها هشة نسبيًا؛ ولا يمكنها ببساطة أن تحل محل القوة الهيكلية للمادة الأساسية نفسها.
3. مخاطر الجودة الرئيسية
تشمل العوامل الحاسمة التي يجب مراقبتها أثناء عملية الأكسدة ما يلي:
سبائك الألومنيوم الصف والبنية المجهرية.
العيوب السطحية على المواد الخام.
توحيد المعالجة-المسبقة؛
درجة حرارة الحمام والتركيز.
الكثافة الحالية
مدة أنودة.
الأرفف الاتصال.
ظروف الصباغة
جودة الختم. تحتوي سبائك الألومنيوم المختلفة على مستويات مختلفة من عناصر صناعة السبائك مثل النحاس والسيليكون والمغنيسيوم. وبالتالي، قد تنشأ اختلافات كبيرة في اللون واللمعان وتوحيد الطلاء بعد الأكسدة. ولذلك، فإن تحقيق متطلبات لون معينة لا يعتمد فقط على صيغة الصبغة ولكن أيضًا على التحكم في دفعات المواد، وخشونة السطح، وظروف المعالجة -المسبقة.
تنمو الأفلام المؤكسدة إلى الداخل في الركيزة بينما تتوسع أيضًا إلى الخارج، مما يؤدي إلى زيادة الأبعاد. بالنسبة للثقوب وأسطح التزاوج والخيوط الدقيقة، يجب مراعاة تأثير سمك الفيلم أثناء مراحل التصميم والتصنيع.
ثالثا. الطلاء بالرش: إنشاء حاجز وقائي وزخرفي عبر الطلاءات العضوية
الطلاء بالرش الصناعي هو عملية تطبيق الطلاء السائل أو المسحوق بشكل موحد على سطح قطعة العمل وتشكيل طبقة طلاء مستمرة من خلال تبخر المذيبات أو التفاعل الكيميائي أو المعالجة الحرارية.
[صورة]
طلاء الرش لديه مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك:
الهياكل الفولاذية؛
أجسام ومكونات السيارات؛
المعدات الميكانيكية.
علب الأجهزة المنزلية؛
منتجات سبائك الألومنيوم.
الأثاث والمكونات المعمارية.
لا ينبغي النظر إلى طلاء الرش على أنه مجرد خطوة "تلوين". إن العوامل التي تحدد عمر الطبقة فعليًا هي غالبًا-المعالجة المسبقة، ونظام التمهيدي، والتحكم في سماكة الفيلم، ودرجة المعالجة.
1. طلاء الرش السائل مقابل طلاء المسحوق
يستخدم الطلاء بالرش السائل الطلاءات التي تحتوي على مذيبات، أو ماء، أو راتنجات تفاعلية، مما يتيح تكوين أنظمة متعددة -تشتمل على طبقة أولية وطبقة متوسطة وطبقة علوية.
المزايا تشمل:
مجموعة واسعة من أنواع الطلاء.
تحكم مرن في المظهر واللون؛
القدرة على تحقيق طلاءات أرق أو زخرفية للغاية؛
يمكن لبعض الأنظمة المعالجة في درجات الحرارة المحيطة أو المنخفضة.
وتشمل العيوب إمكانية توليد المركبات العضوية المتطايرة (VOCs) والمتطلبات الصارمة فيما يتعلق بأكشاك الرش، والحماية من الانفجارات، والتهوية، ومعالجة غاز العادم.
يستخدم طلاء المسحوق قوى كهروستاتيكية لجذب المسحوق إلى سطح قطعة العمل، يليه تسخين لإذابة المسحوق وتسويته وعلاجه إلى طبقة طلاء.
المزايا تشمل:
ارتفاع معدل استخدام الطلاء.
خالية بشكل عام من المذيبات التقليدية.
طلاءات أكثر سمكًا
مقاومة فائقة للصدمات وحماية من التآكل؛
ملاءمة الإنتاج الضخم الآلي.
ومع ذلك، يتطلب طلاء المسحوق عادةً درجات حرارة معالجة أعلى؛ لذلك، من الضروري التحقق من أن الركيزة والمكونات المجمعة يمكنها تحمل العملية الحرارية. 2. تدفق العملية النموذجي
يتضمن طلاء الأجزاء المعدنية عادةً ما يلي: إزالة الشحوم ← إزالة الصدأ أو السفع الرملي ← معالجة التحويل ← شطف الماء ← التجفيف ← تطبيق التمهيدي ← التسوية أو الوميض -إيقاف ← تطبيق الطلاء الخفيف أو مسحوق الطلاء ← المعالجة ← الفحص.
بالنسبة للهياكل الفولاذية، قد تكون نظافة السفع الرملي مطلوبة للوصول إلى معيار Sa 2.5، على الرغم من أن هذا ليس متطلبًا عالميًا لجميع المنتجات المطلية. قد تخضع الصفائح المعدنية الرقيقة والأجزاء المجلفنة ومكونات سبائك الألومنيوم للفوسفات أو معالجة الزركونيوم أو معالجة السيلان أو غيرها من المعالجات الكيميائية المسبقة-.
3. نقاط مراقبة الجودة الرئيسية
تتطلب عمليات الطلاء رقابة صارمة على:
نظافة السطح
خشونة السطح
جودة طلاء التحويل.
لزوجة الطلاء ومحتوى المواد الصلبة؛
مسافة بندقية الرش وزاويتها؛
ضغط الانحلال
الجهد الكهربائي.
سمك الفيلم الرطب والجاف.
وقت التسوية
درجة حرارة قطعة العمل الفعلية ووقت المعالجة.
لا ينبغي أن يعتمد التحكم في المعالجة فقط على درجة حرارة الفرن المضبوطة؛ يجب التحقق من درجة حرارة المعدن الفعلية لقطعة العمل للتأكد من أنها تقع ضمن نافذة المعالجة المحددة للطلاء.
تشمل العيوب الشائعة ما يلي:
الحفر.
قشر البرتقال
الترهل/الجري؛
الجسيمات / شوائب الأوساخ.
الثقوب.
التعرض للركيزة (العطلات)؛
التصاق غير كاف.
عدم تناسق اللون واللمعان.
تحت -المعالجة أو أكثر من-المعالجة.
رابعا. الطلاء الكهربي: تشكيل طبقة تمهيدية موحدة عبر المجالات الكهربائية
الطلاء الكهربي هو عملية يتم فيها غمر قطعة عمل موصلة في حمام كهربي مائي؛ يتسبب المجال الكهربائي للتيار المباشر (DC) في هجرة جزيئات الراتنج والصبغ المشحونة وترسبها، مما يشكل طبقة طلاء.
تستخدم صناعة السيارات على نطاق واسع الرحلان الكهربائي الكاثودي، في المقام الأول لتوفير طبقة أولية موحدة ومستمرة ومقاومة للتآكل لهياكل المركبات والمكونات المعدنية.
صورة
بالمقارنة مع الرش التقليدي، فإن الميزة الرئيسية للرحلان الكهربائي هي "قوة الرمي" الفائقة، مما يسمح له بتغطية الشقوق والتجويف الداخلي والأشكال الهندسية المعقدة التي يصعب على مسدسات الرش الوصول إليها.
1. عملية تشكيل الفيلم في الرحلان الكهربائي الكاثودي
تتضمن عملية الرحلان الكهربائي الكاثودي الإجراءات المتزامنة التالية:
الهجرة الاتجاهية لجزيئات الطلاء المشحونة؛
التفاعلات الكهروكيميائية على سطح قطعة العمل؛
فقدان الذوبان في الماء وترسب الراتنج.
الجفاف وتكثيف الفيلم الرطب. ومع تشكل طبقة الطلاء تدريجياً، تزداد المقاومة الكهربائية وينخفض معدل الترسيب؛ وبالتالي، يُظهر الطلاء الكهربي درجة من سلوك التحديد الذاتي-، مما يسهل تكوين سمك طلاء موحد.
2. تدفق العملية النموذجي
تدفق العملية الشائع هو: إزالة الشحوم ← شطف الماء ← تكييف السطح أو معالجة التحويل ← شطف الماء منزوع الأيونات ← الرحلان الكهربي ← شطف استرداد الترشيح الفائق ← شطف الماء منزوع الأيونات ← الخبز/المعالجة ← الفحص.
يعد العلاج-السابق قبل إجراء عملية الرحلان الكهربائي أمرًا بالغ الأهمية. إذا كان سطح قطعة العمل يحتوي على زيت أو صدأ أو قشور مطحنة أو عيوب في طلاء التحويل، فقد تحدث مشكلات لاحقة مثل الحفر والثقوب وضعف الالتصاق والتآكل المبكر.
3. المعلمات والمخاطر الرئيسية
تشمل العوامل الرئيسية التي تتطلب السيطرة ما يلي:
محتوى المواد الصلبة في الحمام؛
قيمة الرقم الهيدروجيني.
الموصلية؛
درجة حرارة الحمام؛
الجهد ووقت التنشيط.
طريقة دخول قطعة العمل
حالة نظام الأنود.
نظام الترشيح الفائق
درجة حرارة الخبز والوقت؛
سمك فيلم الطلاء.
يعتبر الرحلان الكهربائي مناسبًا في المقام الأول لقطع العمل التي تكون موصلة للكهرباء ويمكنها تحمل درجات حرارة الخبز. لا يمكن معالجة المواد البلاستيكية غير الموصلة للكهرباء-مباشرة باستخدام طرق الرحلان الكهربائي القياسية.
تشمل المشكلات الشائعة ما يلي:
سمك الفيلم غير كاف أو مفرط؛
عدم كفاية اختراق الطلاء في التجاويف الداخلية.
الثقوب والحفر.
شوائب الجسيمات.
علامات الكهربائي.
علامات الاتصال بالرقصة؛
ضمن -المعالجة؛
التآكل الذي ينشأ عند الحواف، وطبقات اللحام، والمناطق الضعيفة داخل التجاويف الداخلية.
V. الأكسدة القوسية الدقيقة-: تكوين طبقة سيراميك على أسطح السبائك الخفيفة
الأكسدة القوسية الدقيقة-، والمعروفة أيضًا باسم الأكسدة الكهربية للبلازما، هي عملية تستخدم ظروف الجهد العالي- لتحفيز التفريغات الدقيقة- على أسطح معادن الصمامات (مثل الألومنيوم والمغنيسيوم والتيتانيوم). فهو يشكل طبقة من الأكسيد تشبه السيراميك- من خلال مزيج من التفاعلات الكهروكيميائية والكيميائية الحرارية والبلازما.
صورة
مقارنةً بالأكسدة التقليدية، تشتمل أكسدة القوس الدقيق- على تفريغات قوسية دقيقة-، مما يؤدي إلى طلاء بخصائص سيراميك أكثر وضوحًا؛ يؤدي هذا عادةً إلى الحصول على صلابة فائقة، ومقاومة التآكل، ومقاومة الحرارة . 1. تدفق العملية النموذجي
يتضمن عادةً ما يلي: إزالة الشحوم والتنظيف ← الأرفف ← الغمر في المنحل بالكهرباء ← زيادة الجهد أو مصدر الطاقة النبضي ← الأكسدة الدقيقة - بالقوس ← شطف الماء ← الختم أو المعالجة المركبة ← الفحص
تتضمن العملية الأساسية ما يلي:
تشكيل طبقة رقيقة من الأكسيد على سطح الركيزة؛
انهيار العزل الكهربائي الموضعي للفيلم مع ارتفاع الجهد؛
توليد درجة حرارة عالية وضغط مرتفع بشكل لحظي عبر عمليات التفريغ الدقيقة؛
أكسدة معدن الركيزة والتفاعل مع مكونات المنحل بالكهرباء؛
الانهيار المستمر والذوبان والتبريد والنمو لطبقة الطلاء.
2. هيكل الطلاء وخصائصه
تتكون طبقات الأكسدة -القوسية الدقيقة عادةً من:
طبقة كثيفة مجاورة للركيزة.
طبقة وظيفية وسيطة.
طبقة خارجية فضفاضة ومسامية نسبيًا.
قد تؤثر المسام الصغيرة الموجودة في الطبقة الخارجية على مقاومة التآكل؛ ولذلك، فإن التطبيقات التي تتطلب مقاومة عالية للتآكل غالبًا ما تتطلب الختم، أو الرحلان الكهربائي، أو الطلاء، أو المعالجات المركبة الأخرى.
العملية مناسبة ل:
مكونات السبائك الخفيفة المستخدمة في صناعة الطيران؛
أجزاء محرك السيارة وناقل الحركة؛
-مكونات مقاومة للتآكل من سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم؛
الأجزاء الهيكلية للمعدات الإلكترونية؛
بعض الأجهزة الطبية والمكونات الوظيفية المتخصصة.
3. القيود الرئيسية
تتضمن القيود الرئيسية لأكسدة القوس الدقيق-ما يلي:
الجهد العالي واستهلاك الطاقة.
ارتفاع تكاليف الاستثمار في المعدات؛
أوقات المعالجة طويلة نسبيا؛
عادة ما تكون خشونة السطح أعلى من خشونة الأنودة التقليدية؛
خيارات ألوان محدودة؛
القابلية للاستئصال في الزوايا الحادة ومناطق تركيز المجال الكهربائي؛
التأثير المحتمل للطلاءات السميكة على الأبعاد وأداء الكلال
ولذلك، فإن اختيار الأكسدة القوسية الدقيقة-لا ينبغي أن يعتمد فقط على "الصلابة العالية"؛ ويجب أيضًا مراعاة عوامل مثل خشونة السطح، ومتطلبات الختم، وتغييرات الأبعاد، والتجميع اللاحق.
سادسا. طلاء الفراغ بتقنية PVD: ترسيب ميكرون- الأغشية الرقيقة الوظيفية في الفراغ
PVD هو مصطلح عام لترسيب البخار الفيزيائي. يتضمن ترسيب ذرات أو أيونات من مادة مستهدفة على سطح قطعة العمل لتكوين طبقة رقيقة داخل بيئة مفرغة، باستخدام طرق مثل التبخر، أو الرش، أو الطلاء الأيوني القوسي.
تشمل طلاءات PVD الشائعة ما يلي:
تين؛
تي سي إن؛
تيالن؛
كرن؛
ألكرن؛
المحتوى القابل للتنزيل؛
الطلاء المعدني أو السبائك المزخرفة.
يتم تطبيق PVD بشكل أساسي في مجالين رئيسيين. الطلاءات الصلبة الوظيفية: تستخدم في أدوات القطع والقوالب والأجزاء المقاومة للتآكل؛ تتمثل الأهداف الأساسية في زيادة صلابة السطح وتقليل الاحتكاك وإطالة عمر الخدمة.
الطلاءات التزيينية: تستخدم للساعات والأجهزة وتجهيزات الحمامات والهواتف المحمولة والسلع الاستهلاكية الراقية؛ تتمثل الأهداف الأساسية في الحصول على نسيج معدني وألوان محددة ولمسة نهائية مقاومة للتآكل-.
1. تدفق العملية النموذجي
التنظيف الدقيق ← التثبيت ← الإخلاء بالفراغ ← التسخين وإزالة الغازات ← التنظيف الأيوني أو النقش ← الترسيب ← التبريد ← الفحص
تؤثر نظافة قطعة العمل بشكل كبير على التصاق الطلاء. يمكن أن يؤدي الزيت المتبقي أو معجون التلميع أو طبقات الأكسيد أو الرطوبة على السطح إلى تشقق الطلاء الموضعي.
2. خصائص عملية PVD
تتراوح سماكة الطلاءات PVD عادة من جزء من الميكرون إلى عدة ميكرونات وتمتلك الخصائص التالية:
طبقات طلاء رقيقة.
صلابة عالية
الحد الأدنى من التأثير على الأبعاد؛
نسيج سطح ممتاز.
القدرة على استخدام طبقات متعددة-أو طبقات متدرجة؛
عملية نظيفة نسبيا.
ومع ذلك، يعرض PVD تأثير "خط-البصر-" المميز. قد تكون سماكة الطلاء غير كافية بشكل ملحوظ في الثقوب الداخلية المعقدة والأخاديد العميقة والمناطق المحمية. لتحسين تجانس التغطية، تتطلب قطع العمل داخل الفرن عادةً مزيجًا من الدوران الكوكبي (الدوران والدوران) وتصميمات التركيبات المتخصصة.
يتطلب طلاء PVD الزخرفي على الأجزاء البلاستيكية عادةً -عمليات ذات درجة حرارة منخفضة وأنظمة طلاء أساسية-/طبقة علوية-؛ إن ظروف الطلاء ذات درجة الحرارة العالية-المستخدمة في أدوات قطع المعادن لا يمكن تطبيقها هنا ببساطة.
3. مخاطر الجودة الرئيسية
التصفيح بسبب عدم كفاية التنظيف.
صلابة الركيزة غير كافية، مما يترك الطلاء الصلب دون دعم كاف؛
الإجهاد الداخلي المفرط داخل الطلاء.
طلاء العيوب في الزوايا الحادة.
تأثيرات التدريع بسبب الأشكال الهندسية المعقدة؛
اختلافات اللون والسمك الناتجة عن تحديد المواقع داخل الفرن؛
تصلب الركيزة أو تشوهها بسبب درجات حرارة الترسيب؛
تكرار خشونة السطح بواسطة الطلاء.
على الرغم من أن طلاءات PVD صلبة للغاية، إلا أن هذا لا يضمن زيادة إجمالية في مقاومة التآكل للجزء. إذا كانت الركيزة ناعمة جدًا، أو كان السطح خشنًا، أو كان الالتصاق ضعيفًا، فقد يتشقق الطلاء الصلب أو يتقشر قبل الأوان.
سابعا. طلاءات التحويل الكيميائي: تعديل سطح الركيزة عن طريق التفاعل الكيميائي
لا تقوم طلاءات التحويل الكيميائي ببساطة بتغطية الركيزة بمادة خارجية؛ بدلاً من ذلك، يحدث تفاعل كيميائي بين سطح الركيزة ومحلول المعالجة، مما يشكل طبقة مركبة مرتبطة كيميائيًا بالركيزة. صورة
تشمل العمليات الشائعة ما يلي:
فوسفات الصلب
أنظمة تعتمد على-الزنك،-والمنجنيز، والحديد-.
الفوسفات؛
التحويل الكيميائي لسبائك الألومنيوم؛
اسوداد أو صبغ الحديد والصلب؛
معالجة التحويل المجانية من Chromium-، وما إلى ذلك.
على الرغم من أن كلا من الفوسفات والسواد هما نوعان من معالجات التحويل الكيميائي، إلا أنهما يختلفان في الوظيفة والتطبيق.
1. الفوسفات
تتضمن عملية الفوسفات تكوين طبقة تحويل الفوسفات على سطح المعدن.
تشمل التطبيقات الرئيسية ما يلي:
المعالجة المسبقة-للرش والرحلان الكهربائي؛
تعزيز التصاق الطلاء العضوي؛
تحسين مقاومة التآكل تحت الطلاء؛
تقليل الاحتكاك والاحتفاظ بالزيت؛
التشحيم للتشكيل البارد.
عادةً ما يتم تقييم جودة الفوسفات من خلال وزن الطلاء بدلاً من سمك الطلاء فقط.
تشمل العوامل الرئيسية التي تؤثر على جودة الفوسفات ما يلي:
جودة إزالة الشحوم وإزالة الصدأ.
حالة تكييف السطح.
معلمات الحمام (الحموضة الكلية، والحموضة الحرة، والمسرعات)؛
درجة حرارة المعالجة والمدة؛
تكوين الركيزة
الشطف والتجفيف.
2. اسوداد أو ازرقاق
-يشكل السواد القلوي للحديد والصلب عند درجة الحرارة العالية طبقة مكونة بشكل أساسي من أكسيد الحديد (II,III) (Fe₃O₄). قد يستخدم اسوداد درجة حرارة الغرفة - أنظمة كيميائية مختلفة؛ تكوين وخصائص الطلاءات الناتجة ليست متطابقة مع تلك التي يتم إنتاجها عن طريق السواد التقليدي بدرجة الحرارة العالية-.
الطلاءات السوداء رقيقة للغاية ولها تأثير ضئيل على أبعاد الأجزاء؛ يتم استخدامها في المقام الأول من أجل:
السحابات.
أدوات؛
الأسلحة النارية والمكونات الميكانيكية؛
تشطيبات زخرفية منخفضة التكلفة-ومنع الصدأ-على المدى القصير.
ومع ذلك، فإن الطلاء الأسود نفسه يوفر مقاومة محدودة للتآكل وعادة ما يتطلب معالجة تكميلية مثل التزييت أو التشميع أو الختم.
3. خصائص طلاءات التحويل الكيميائي
المزايا تشمل:
عملية بسيطة نسبيا؛
تكلفة منخفضة
طبقة طلاء رقيقة.
الحد الأدنى من التأثير على الأبعاد؛
مناسبة للإنتاج الضخم.
يعمل كطبقة أساسية للطلاء أو الطلاء اللاحق.
تشمل القيود الرئيسية ما يلي:
مقاومة محدودة للتآكل عند استخدامها بمفردها؛
الحساسية لجودة ما قبل العلاج؛
يتأثر أداء الطلاء بشكل كبير بحالة محلول الاستحمام؛
تقود اللوائح البيئية إلى استبدال وتحديث الأنظمة التقليدية التي تحتوي على الكروم أو النيكل.
ثامنا. كيفية الاختيار بين العمليات السبع؟
تتناول كل واحدة من العمليات السبع قضايا مختلفة؛ لا ينبغي أن يعتمد الاختيار فقط على السعر أو المظهر. عملية
الركيزة النموذجية
الوظيفة الأساسية
خصائص الطلاء
المخاطر النموذجية
الطلاء الكهربائي
الصلب والنحاس والبلاستيك المعالج
المقاومة للتآكل، الموصلية، مقاومة التآكل، الديكور
طلاء معدني أو سبائك
تقصف الهيدروجين، سمك غير متساو، ضغط الامتثال البيئي
أنودة
الألومنيوم وسبائك الألومنيوم
الحماية والعزل والديكور ومقاومة التآكل
في-نمو طبقة الأكسيد في الموقع على الركيزة
تباين الألوان، الهشاشة، تغيرات الأبعاد
رش
المعادن وبعض-غير المعادن
مقاومة التآكل، الديكور، مقاومة الطقس
طلاء عضوي (سميك نسبيًا)
التصاق، علاج، عيوب السطح
الرحلان الكهربائي
معادن موصلة
مادة تمهيدية موحدة مضادة للتآكل-.
تغطية جيدة للتجاويف الداخلية
مشاكل ما قبل-المعالجة، والثقوب، واختراق الطلاء غير الكافي
الأكسدة الدقيقة-بالقوس
السبائك الخفيفة (Al، Mg، Ti، إلخ.)
صلابة عالية، مقاومة التآكل، مقاومة للحرارة
السيراميك-مثل طبقة الأكسيد
الخشونة والمسامية واستهلاك الطاقة العالي
PVD
المعادن والسيراميك والبلاستيك المعالج
صلابة عالية، احتكاك منخفض، زخرفة
ميكرون-فيلم رقيق
تأثير التظليل، قوة الالتصاق، دعم الركيزة
طلاء التحويل الكيميائي
الصلب، الزنك، الألومنيوم، الخ.
طبقة أساسية من الطلاء، وتقليل الاحتكاك،-وتكلفة منخفضة لمنع الصدأ
فيلم تحويل رقيق
محدودة المقاومة للتآكل مستقلة، وحساسية الحمام
عند اختيار العملية، يجب الإجابة على الأسئلة التالية على الأقل:
ما هي الركيزة وهل هي مناسبة لهذه العملية؟
هل يتطلب المنتج مقاومة للتآكل، أو مقاومة التآكل، أو العزل، أو التوصيل، أو الزخرفة؟
هل سيتعرض المنتج لرذاذ الملح أو الحرارة والرطوبة أو الوسائط الكيميائية أو درجات الحرارة المرتفعة أثناء الاستخدام؟
هل تسمح أبعاد المنتج وملاءمته بتراكم سماكة الطلاء؟
هل تحتوي قطعة العمل على ثقوب عميقة، أو تجاويف داخلية، أو نقاط عمياء، أو زوايا حادة؟
هل يمكن للركيزة أن تتحمل درجات حرارة التخليل أو الجهد العالي أو الفراغ أو الخبز؟
هل حجم الإنتاج والتكلفة يدعمان تجهيز الدفعات؟
هل تسمح متطلبات العملاء والمتطلبات التنظيمية والبيئية باستخدام النظام الكيميائي المحدد؟
هل العمليات اللاحقة مثل اللحام أو الربط أو الطلاء أو التجميع الدقيق مطلوبة؟
هل تتطلب عواقب الفشل طلاءات مركبة أو حماية متعددة-الطبقات؟
صورة
تاسعا. لا يمكن الحكم على جودة المعالجة السطحية من خلال اختبار رش الملح فقط
غالبًا ما تستخدم مواقع التصنيع مدة اختبار رش الملح لتقييم جودة المعالجات السطحية بشكل مباشر، ولكن هذا يعتبر تبسيطًا مبالغًا فيه. اختبار رش الملح مناسب لما يلي:
مقارنة اتساق العملية عبر الطلاءات المماثلة؛
مراقبة عملية الموردين؛
التحقق من الامتثال لمعايير المنتج؛
اكتشاف مشكلات مثل المسامية وعيوب الختم ومشاكل المعالجة المسبقة.
ومع ذلك، لا يمكن ببساطة مساواة مدة اختبار رش الملح بمدة الخدمة الفعلية للمنتج.
صورة
وتتأثر البيئات المسببة للتآكل في العالم الحقيقي أيضًا بعوامل مثل دورة درجة الحرارة والرطوبة، والتكثيف، والأشعة فوق البنفسجية، والوسائط الكيميائية، وتقلبات درجات الحرارة، والتآكل الميكانيكي، وفجوات التركيب، والتآكل الجلفاني، وظروف الاستخدام/الصيانة.
يتضمن التقييم الشامل لمعالجة الأسطح عادةً ما يلي: اختلاف المظهر واللون، وسمك الطلاء أو وزنه، والالتصاق، والصلابة، ومقاومة التآكل، والمسامية، والخشونة، والمقاومة الكيميائية، ومقاومة الحرارة -للرطوبة، وتغيرات الأبعاد، والاختبار الوظيفي.
يجب تحديد معايير الفحص حسب وظيفة المنتج، ومخاطر الفشل، ومواصفات العميل، بدلاً من تطبيق طريقة فحص موحدة على كل عملية.
ختاماً
يعمل الطلاء الكهربائي، والأكسدة، والرش، والرحلان الكهربائي، والأكسدة القوسية الدقيقة، وPVD، وطلاءات التحويل الكيميائي على تعديل أسطح المنتج من خلال آليات متميزة-مثل ترسيب المعادن، وأكسدة الركيزة، والطلاء العضوي، وترسيب المجال الكهربائي، وتفاعل البلازما، وترسيب البخار الفراغي، والتحويل الكيميائي.
المعالجة السطحية الفعالة لا تتعلق بإنشاء الطبقة السميكة أو الأكثر تعقيدًا؛ بل يتضمن استخدام العملية الأكثر ملائمة لإنشاء خصائص سطحية ثابتة وقابلة للتحقق وقابلة للتكرار على نطاق واسع- مع تلبية المتطلبات الوظيفية للمنتج.
