Què s'espera que ofereixi l'enginyeria de superfícies
Un component d'alumini deixa el laminador amb una pel·lícula d'òxid naturalment passiva de només uns pocs nanòmetres de gruix. Protegeix el metall el temps suficient per al transport, però és massa prim i massa suau per a un entorn de servei amb abrasió, sal, productes químics, neteja repetida o unió estructural. L'enginyeria de superfícies substitueix aquesta pel·lícula natural per una capa dissenyada deliberadament o amb un recobriment que s'aplica a sobre.
Els objectius funcionals són normalment una combinació de quatre requisits: resistència a la corrosió, resistència al desgast, aparença i adhesió per a una pintura o junta adhesiva posterior. Com que aquests requisits sovint entren en conflicte, els processos es seleccionen com una seqüència i no com una sola operació - neteja, pretractament, creixement del recobriment, coloració quan sigui necessari i segellat o curat.
Anodització: fer créixer l'òxid en lloc de dipositar-lo
L'anodització és un procés de conversió electroquímica: la pròpia superfície d'alumini es consumeix i es reconstrueix com un òxid anòdic porós. Els porus són els que fan que el procés sigui tan versàtil, perquè poden acceptar colorants i segelladors.
| Procés | Gruix típic del recobriment | Ús típic | Notes |
|---|---|---|---|
| Anodització amb àcid sulfúric (tipus II) | 5-25 µm | Components arquitectònics i decoratius, habitatges de consum | Porós, tenyible, segellat en aigua bullint o amb un segell de sal metàl·lica |
| Anoditzat dur (tipus III) | 50-100 µm | Desgast de superfícies, cilindres, peces lliscants | Executeu l'electròlit refrigerat per limitar la crema; més dens i durs |
| Anodització amb àcid fosfòric | Prima, controlada | Preparació d'unió adhesiva | Produeix una estructura fina i adherent en lloc d'una capa de desgast |
El color s'obté absorbint el colorant als porus oberts abans del segellat, o per coloració electrolítica, on les sals metàl·liques es dipositen dins de l'estructura del porus per donar tons bronzejats i negres que resisteixen millor la decoloració que els colorants orgànics. El segellat hidrata l'òxid i tanca els porus; és el pas que determina si el rendiment de la corrosió sobreviu anys d'exposició a l'exterior.
Per a treballs arquitectònics, la pel·lícula anòdica acabada s'avalua en funció dels requisits de rendiment de l'AAMA 611, i les proves de corrosió segueixen ASTM B117 o ISO 9227 en esprai de sal neutre. El gruix del recobriment i la qualitat del segellat es comproven abans que les peces surtin de la línia, perquè ambdues són efectivament irreversibles un cop muntats els components.
Recobriment en pols: cobertura uniforme sobre geometria complexa
El recobriment en pols s'aplica de manera electrostàtica, de manera que les partícules carregades s'emboliquen al voltant de les vores, els rebaixats i les cantonades interiors que es perdria una pistola de polvorització. A continuació, la part recoberta es cura en un forn, on la pols es fon, flueix i s'enllaça-contínuament en una pel·lícula de polímer.
Finestra de curació.Les pols termoestables solen curar-se a 180-200 graus i la combinació de temps-temperatura decideix la densitat final d'enllaç creuat.
Durabilitat exterior.Els pigments i sistemes aglutinants estables als UV-mantenen el color i la brillantor estables a l'exterior; Les formulacions de fluoropolímers amplien la resistència química i a la intempèrie per a entorns industrials.
Interval d'aparença.Els acabats van des d'una brillantor suau fins a una textura fina i efectes d'arrugues per a superfícies tàctils i anti{0}}enlluernament.
Economia de processos.L'excés de polvorització es pot recuperar i reutilitzar, la qual cosa manté la utilització del material alta en comparació amb la pintura líquida, i les emissions de compostos orgànics volàtils són baixes.
Recobriments de conversió i els seus substituts no-cromats
Els recobriments de conversió són pel·lícules químiques primes formades en reaccionar la superfície d'alumini netejada amb un bany de tractament. Gairebé no afegeixen canvis dimensionals, la qual cosa els fa ideals per a peces de -tolerància propera i per preparar una superfície per a pintura o adhesiu.
Recobriments de conversió de cromatprodueixen pel·lícules de color groc a verd amb un comportament d'auto{0}}curació i s'especifiquen àmpliament per als aliatges d'alumini aeroespacial. El seu rendiment està controlat per MIL-DTL-5541, amb control de procés del pes del recobriment per unitat d'àrea.
Crom trivalentEls processos ofereixen un aspecte similar i una protecció contra la corrosió sense crom hexavalent, cosa que simplifica el tractament de residus i la protecció dels treballadors.
Sistemes de titani-zirconiproporcionen pel·lícules lliures de crom-adequades per a peces arquitectòniques i industrials generals, i són compatibles amb les línies de recobriment en pols.
Tractaments a base d'àcid fosfòriccrear una estructura d'òxid fina que millora la unió adhesiva en conjunts d'automòbils.
Tractaments superficials mecànics
No tots els requisits de superfície es resolen amb la química. Els tractaments mecànics modifiquen la topografia i l'estat de tensió residual de la capa superficial.
| Tractament | Efecte sobre la superfície | Component típic |
|---|---|---|
| Granallat | Introdueix esforços residuals de compressió | Fatiga-suports i forjats crítics |
| Electropolit | Elimina les micro-impureses i nivela la micro-rugositat | Netegeu-maquinari mèdic i crític |
| Acabat amb pinzell | Crea textura decorativa direccional | Panells i guarnicions arquitectòniques |
| Ablació làser | Genera micro-cràters controlats | Forats del cilindre{0}}de retenció d'oli |
| Polit vibratori | Desbarba i barreja els canals interns | Bescanviadors de calor i col·lectors |
El granallat és l'únic procés d'aquest grup que actua sota la superfície: la capa de compressió induïda retarda l'inici de l'esquerda per fatiga, per això s'especifica en peces d'alumini carregades cíclicament en lloc de només per a l'aspecte.
Recobriments avançats i funcionals
Quan no n'hi ha prou amb l'anodització o la pintura convencionals, l'oxidació electrolítica de plasma converteix la superfície en una gruixuda capa d'òxid-de ceràmica amb alta resistència tèrmica i al desgast. La deposició física de vapor aplica pel·lícules de nitrur dur com el nitrur de titani d'alumini a eines de tall i peces de desgast. La química del gel Sol-ofereix capes transparents anti{-empremtes digitals i-netes fàcils per a les superfícies dels tancaments, mentre que les pintures nanocomposites augmenten la resistència a les ratllades en aplicacions de capa transparent. Els acabats conductors s'utilitzen quan es requereix un blindatge electromagnètic al voltant de l'electrònica sensible.
La selecció entre aquestes rutes segueix el mode de fallada dominant. Una peça que falla per desgast necessita una capa dura; una peça que falla per corrosió necessita una barrera o una pel·lícula-autocurativa; una peça que falla per fatiga necessita un camp d'esforç de compressió; una peça que falla per pèrdua de pintura necessita promoció d'adhesió a la interfície.
Preguntes freqüents
P: Com protegeix l'anodització una superfície d'alumini?
El creixement electroquímic converteix el metall superficial en una capa porosa d'òxid d'alumini. L'anodització d'àcid sulfúric produeix pel·lícules denses d'aproximadament 5-25 µm per a peces arquitectòniques, l'anoditzat dur en electròlit refrigerat crea capes de desgast de 50-100 µm, l'absorció del colorant afegeix color abans del segellat i el segellat en aigua bullint hidrata l'òxid per tancar els porus.
P: Quins són els principals avantatges del recobriment en pols?
L'aplicació electrostàtica ofereix una cobertura uniforme en geometria complexa, el curat a 180-200 graus forma una xarxa de polímers-creuats, els pigments resistents als UV mantenen el color exterior estable, els acabats amb textura estan disponibles per als efectes tàctils i els graus de fluoropolímer afegeixen resistència química per al servei industrial.
P: Com funcionen els recobriments de conversió?
Per reacció amb la superfície formen una fina pel·lícula química-autocurativa. Els sistemes de cromat s'utilitzen en aliatges aeroespacials, els sistemes de crom trivalent i titani-zirconi són alternatives lliures de crom-, i els tractaments amb àcid fosfòric milloren la unió adhesiva en conjunts d'automòbils.
P: Quins tractaments mecànics milloren la vida a la fatiga?
Granallat, perquè indueix una capa d'estrès residual de compressió que retarda l'inici de l'esquerda per fatiga. L'electropolit, l'acabat amb raspall, l'ablació làser i el polit vibratori canvien la rugositat, l'aspecte o els residus en lloc de l'estat de tensió.
P: Els pretractaments-sense crom són tan bons com els recobriments de conversió de cromat?
Per a moltes peces arquitectòniques i industrials generals, les pel·lícules de titani-zirconi coincideixen amb els sistemes de cromat en l'adhesió de la pintura i el rendiment de corrosió. Per als aliatges aeroespacials d'alta-exigència, els processos alternatius es qualifiquen amb el mateix pes de recobriment i criteris d'acceptació de polvorització de sal abans que es permeti la substitució.
