การรักษาพื้นผิวชิ้นส่วนหล่อโลหะ

การรักษาพื้นผิวโลหะเป็นกระบวนการสร้างชั้นพื้นผิวเทียมบนพื้นผิวของวัสดุฐานโลหะที่แตกต่างจากคุณสมบัติทางกล ทางกายภาพ และทางเคมีของฐาน วัตถุประสงค์ของการรักษาพื้นผิวคือเพื่อตอบสนองความต้านทานการกัดกร่อน ความต้านทานการสึกหรอ การตกแต่ง หรือข้อกำหนดการทำงานพิเศษอื่น ๆ ของผลิตภัณฑ์ สำหรับการหล่อโลหะ วิธีการปรับสภาพพื้นผิวที่ใช้กันทั่วไปมากขึ้น ได้แก่ การขัดเงาด้วยเครื่องจักร การบำบัดด้วยสารเคมี การให้ความร้อนที่พื้นผิว และการพ่นพื้นผิว การปรับสภาพพื้นผิวของการหล่อโลหะคือการทำความสะอาด กวาด ลบเสี้ยน ขจัดไขมัน และกำจัดออกซิไดซ์พื้นผิวของชิ้นงาน

มีสองคำอธิบายสำหรับการรักษาพื้นผิว วิธีหนึ่งคือการรักษาพื้นผิวทั่วไป ซึ่งรวมถึงวิธีการทางกายภาพและเคมีหลายวิธี รวมถึงการปรับสภาพ การชุบด้วยไฟฟ้า การทาสี การออกซิเดชันทางเคมี การพ่นด้วยความร้อน ฯลฯ อีกประการหนึ่งคือการรักษาพื้นผิวที่กำหนดอย่างแคบ นั่นก็คือเฉพาะการประมวลผลเท่านั้น เช่น การพ่นทราย การขัดเงา เป็นต้น ซึ่งเรามักเรียกว่าการบำบัดล่วงหน้า

 

การรักษาพื้นผิว	การใช้งาน
ชุบสังกะสี	การหล่อโลหะผสมเหล็ก การหล่อเหล็กกล้าคาร์บอน ชิ้นส่วนที่ทำจากโลหะผง
เคลือบสังกะสีแบบไม่ใช้ไฟฟ้า	เคลือบสังกะสีแบบไม่ใช้ไฟฟ้าบนชิ้นส่วนเหล็ก
การชุบนิเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้า	การชุบนิเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้าบนชิ้นส่วนเหล็ก สแตนเลส อลูมิเนียม และทองแดง
การชุบดีบุก-สังกะสี	การชุบดีบุก-สังกะสีบนชิ้นส่วนที่เป็นเหล็ก
ชุบโครเมียม	การหล่อโลหะผสมเหล็ก, การหล่อโลหะผสมทองแดง
ชุบนิกเกิล	การชุบนิเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้าบนชิ้นส่วนเหล็ก สแตนเลส และอะลูมิเนียม
ชุบโครเมียม-นิกเกิล	ชิ้นส่วนทองเหลือง,ชิ้นส่วนทองแดง
สังกะสี ชุบนิกเกิล	การหล่อเหล็ก การหล่อทองเหลือง ชิ้นส่วนการหล่อทองแดง
การชุบทองแดง-นิกเกิล-โครเมียม	ชุบทองแดง-นิกเกิล-โครเมียม บนชิ้นส่วนเหล็ก สแตนเลส อลูมิเนียม
การชุบทองแดง	การชุบบนชิ้นส่วนเหล็ก
อโนไดซ์	อโนไดซ์และอโนไดซ์แข็งบนโปรไฟล์อลูมิเนียม การตัดเฉือนและชิ้นส่วนอะลูมิเนียมหล่อ
จิตรกรรม	พ่นสีและฟิล์มแห้งบนชิ้นส่วนเหล็ก อลูมิเนียม สแตนเลส และเหล็ก
การทำความสะอาดกรด	การทำความสะอาดด้วยกรดสำหรับการหล่อเหล็กกล้าไร้สนิม ชิ้นส่วนที่ผ่านการอบด้วยความร้อน ซูเปอร์อัลลอย อะลูมิเนียมอัลลอย และชิ้นส่วนโลหะผสมไททาเนียม
ทู่	ทู่ของสแตนเลสทุกชนิด
ฟอสเฟต	สังกะสีและแมงกานีสฟอสเฟตของการหล่อและชิ้นส่วนเครื่องจักรกลทั่วไป
อิเล็กโทรโฟเรซิส	อิเล็กโทรโฟเรซิสบนชิ้นส่วนเหล็ก
การขัดด้วยไฟฟ้า	การขัดเงาด้วยไฟฟ้าบนชิ้นส่วนสแตนเลส
การวาดลวด	ชิ้นส่วนสแตนเลสโดยการหล่อ เชื่อม และตีขึ้นรูป

 

1. การปรับสภาพพื้นผิว

ในกระบวนการแปรรูป การขนส่ง การเก็บรักษา ฯลฯ พื้นผิวของชิ้นงานโลหะมักจะมีตะกรันออกไซด์ ทรายขึ้นรูปสนิม ตะกรันการเชื่อม ฝุ่น น้ำมัน และสิ่งสกปรกอื่นๆ หากต้องการเคลือบให้ติดแน่นกับพื้นผิวชิ้นงานต้องทำความสะอาดพื้นผิวชิ้นงานก่อนทาสี มิฉะนั้นจะไม่เพียงส่งผลต่อแรงยึดเกาะและความต้านทานการกัดกร่อนของสารเคลือบกับโลหะเท่านั้น แต่ยังทำให้โลหะฐานแม้ว่าจะเคลือบอยู่ก็ตาม มันสามารถสึกกร่อนต่อไปได้ภายใต้การปกป้องของชั้น ทำให้สารเคลือบหลุดลอก ส่งผลต่อคุณสมบัติทางกลและอายุการใช้งานของชิ้นงาน จะเห็นได้ว่าวัตถุประสงค์ของการปรับสภาพพื้นผิวของชิ้นงานโลหะคือเพื่อให้มีพื้นผิวที่ดีเหมาะสมกับความต้องการในการเคลือบ ได้รับชั้นป้องกันที่มีคุณภาพดี และยืดอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์

 

2. การบำบัดทางกล

ส่วนใหญ่รวมถึงการขัดลูกกลิ้งแปรงลวด การพ่นทราย และการขัดด้วยทราย

การขัดแปรงคือการที่ลูกกลิ้งแปรงถูกขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ และลูกกลิ้งแปรงหมุนด้วยความเร็วสูงบนพื้นผิวด้านบนและด้านล่างของแถบในทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ของชิ้นส่วนที่กลิ้งเพื่อขจัดคราบออกไซด์ สะเก็ดเหล็กออกไซด์ที่ถูกปัดออกจะถูกชะล้างออกไปด้วยระบบล้างน้ำหล่อเย็นหมุนเวียนแบบปิด

การยิงระเบิดเป็นวิธีการใช้แรงเหวี่ยงเพื่อเร่งกระสุนปืนและฉายไปที่ชิ้นงานเพื่อกำจัดสนิมและทำความสะอาด อย่างไรก็ตาม การยิงระเบิดมีความยืดหยุ่นต่ำและถูกจำกัดโดยไซต์งาน เมื่อทำความสะอาดชิ้นงานจะตาบอดเล็กน้อย และง่ายต่อการสร้างมุมที่ตายแล้วบนพื้นผิวด้านในของชิ้นงานที่ไม่สามารถทำความสะอาดได้ โครงสร้างของอุปกรณ์มีความซับซ้อน มีชิ้นส่วนที่สึกหรอจำนวนมาก โดยเฉพาะใบมีดและชิ้นส่วนอื่น ๆ ที่สึกหรออย่างรวดเร็ว ชั่วโมงการทำงานในการบำรุงรักษามีมาก ต้นทุนสูง และการลงทุนครั้งเดียวมีขนาดใหญ่ การใช้การยิงระเบิดเพื่อการรักษาพื้นผิว แรงกระแทกมีขนาดใหญ่ และผลการทำความสะอาดก็ชัดเจน

อย่างไรก็ตาม การประมวลผลชิ้นงานแผ่นบางโดยการขัดแบบ shot peening สามารถทำให้ชิ้นงานเสียรูปได้ง่าย และ shot เหล็กกล้าจะกระทบกับพื้นผิวของชิ้นงาน (ไม่ว่าจะใช้ shot blasting หรือ shot peening) เพื่อทำให้พื้นผิวโลหะเสียรูป เนื่องจากเฟอร์โรเฟอริกออกไซด์และเฟอร์โรเฟอริกออกไซด์ไม่มีความเป็นพลาสติก พวกมันจะแตกหัก หลังจากลอกออก ฟิล์มน้ำมันจะเสียรูปไปพร้อมกับวัสดุ ดังนั้นการยิงระเบิดและยิงระเบิดจึงไม่สามารถขจัดคราบน้ำมันบนชิ้นงานที่มีคราบน้ำมันได้หมด ในบรรดาวิธีการรักษาพื้นผิวที่มีอยู่สำหรับชิ้นงาน การทำความสะอาดที่ดีที่สุดคือการพ่นทราย การพ่นทรายเหมาะสำหรับการทำความสะอาดพื้นผิวชิ้นงานที่มีความต้องการสูงกว่า

 

3. การรักษาด้วยพลาสมา

พลาสมาคือกลุ่มของอนุภาคบวกและอนุภาคลบที่มีประจุบวก (รวมถึงไอออนบวก ไอออนลบ อิเล็กตรอน อนุมูลอิสระ และกลุ่มแอคทีฟต่างๆ เป็นต้น) ประจุบวกและลบมีค่าเท่ากัน ดังนั้นจึงเรียกว่าพลาสมา ซึ่งเป็นสถานะที่สี่ซึ่งมีสสารอยู่นอกเหนือจากสถานะของแข็ง ของเหลว และก๊าซ-พลาสมา เครื่องประมวลผลพื้นผิวพลาสมาประกอบด้วยเครื่องกำเนิดพลาสมา ท่อส่งก๊าซ และหัวฉีดพลาสม่า เครื่องกำเนิดพลาสมาจะสร้างพลังงานแรงดันสูงและความถี่สูงในท่อเหล็กหัวฉีดเพื่อเปิดใช้งานและควบคุมเพื่อสร้างพลาสมาอุณหภูมิต่ำในการปล่อยแสงด้วยความช่วยเหลือของอากาศอัด พลาสมาจะถูกพ่นไปที่พื้นผิวของชิ้นงาน

เมื่อพลาสมาและพื้นผิวของวัตถุที่ผ่านการประมวลผลมาบรรจบกัน วัตถุจะเปลี่ยนแปลงและเกิดปฏิกิริยาทางเคมี พื้นผิวได้รับการทำความสะอาด และมีการขจัดสารปนเปื้อนไฮโดรคาร์บอน เช่น จาระบีและสารเติมแต่งเสริม หรือแกะสลักและทำให้หยาบ หรือสร้างชั้นเชื่อมโยงข้ามที่มีความหนาแน่นสูง หรือแนะนำกลุ่มขั้วที่มีออกซิเจน (ไฮดรอกซิล คาร์บอกซิล) เหล่านี้ กลุ่มมี ผลของการส่งเสริมการยึดเกาะของวัสดุเคลือบต่างๆ และได้รับการปรับปรุงประสิทธิภาพในการยึดเกาะและการทาสี ภายใต้ผลกระทบเดียวกัน การใช้พื้นผิวการรักษาด้วยพลาสมาจะทำให้ได้พื้นผิวเคลือบที่มีแรงดึงสูงบางมาก ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการยึดติด การเคลือบ และการพิมพ์ ไม่จำเป็นต้องมีเครื่องจักร การบำบัดด้วยสารเคมี และส่วนประกอบที่แข็งแรงอื่นๆ เพื่อเพิ่มการยึดเกาะ

 

4. วิธีเคมีไฟฟ้า

การรักษาพื้นผิวเคมีไฟฟ้าใช้ปฏิกิริยาอิเล็กโทรดเพื่อสร้างการเคลือบบนพื้นผิวของชิ้นงาน ซึ่งส่วนใหญ่รวมถึงการชุบด้วยไฟฟ้าและออกซิเดชันขั้วบวก

เมื่อชิ้นงานเป็นแคโทดในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ กระบวนการสร้างสารเคลือบบนพื้นผิวภายใต้การกระทำของกระแสไฟฟ้าภายนอกเรียกว่าการชุบด้วยไฟฟ้า ชั้นการชุบอาจเป็นโลหะ โลหะผสม สารกึ่งตัวนำ หรือมีอนุภาคของแข็งต่างๆ เช่น การชุบทองแดง การชุบนิเกิล เป็นต้น

ขณะที่อยู่ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ ชิ้นงานจะเป็นขั้วบวก กระบวนการสร้างฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวภายใต้การกระทำของกระแสภายนอกเรียกว่าการชุบอโนไดซ์ เช่น การชุบอลูมิเนียมอัลลอยด์ การบำบัดออกซิเดชั่นของเหล็กสามารถทำได้โดยวิธีทางเคมีหรือเคมีไฟฟ้า วิธีการทางเคมีคือการใส่ชิ้นงานลงในสารละลายออกซิไดซ์ และอาศัยการกระทำทางเคมีเพื่อสร้างฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวชิ้นงาน เช่น การปาดของเหล็ก

 

5. วิธีการทางเคมี

การรักษาพื้นผิวด้วยวิธีทางเคมีไม่มีผลกระทบในปัจจุบัน และใช้ปฏิกิริยาของสารเคมีเพื่อสร้างชั้นการชุบบนพื้นผิวของชิ้นงาน วิธีการหลักคือการเคลือบด้วยการแปลงทางเคมีและการชุบแบบไม่ใช้ไฟฟ้า

ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ ชิ้นงานโลหะไม่มีกระแสภายนอก และสารเคมีในสารละลายจะทำปฏิกิริยากับชิ้นงานจนเกิดการเคลือบบนพื้นผิว ซึ่งเรียกว่าการบำบัดด้วยฟิล์มแปลงสารเคมี เช่นการบลูนิ่ง ฟอสเฟต ทู่ และเกลือโครเมียมบนพื้นผิวโลหะ ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ พื้นผิวของชิ้นงานจะได้รับการบำบัดด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาโดยไม่มีผลกระทบจากกระแสภายนอก ในสารละลายเนื่องจากสารเคมีลดลง กระบวนการวางสารบางชนิดบนพื้นผิวชิ้นงานจนเกิดเป็นสารเคลือบจึงเรียกว่าการชุบแบบไม่ใช้ไฟฟ้า เช่น นิกเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้า การชุบทองแดงแบบไม่ใช้ไฟฟ้า เป็นต้น

 

6. วิธีการประมวลผลแบบร้อน

วิธีการประมวลผลแบบร้อนคือการหลอมหรือกระจายวัสดุด้วยความร้อนภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิสูงเพื่อสร้างชั้นเคลือบบนพื้นผิวของชิ้นงาน วิธีการหลักมีดังนี้:

1) การชุบแบบจุ่มร้อน
กระบวนการนำชิ้นงานโลหะไปใส่ในโลหะหลอมเหลวเพื่อเคลือบผิวโลหะนั้น เรียกว่าการชุบแบบจุ่มร้อน เช่น การชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อน และอะลูมิเนียมแบบจุ่มร้อน

2) การพ่นด้วยความร้อน
กระบวนการทำให้โลหะหลอมเหลวเป็นละอองแล้วพ่นลงบนพื้นผิวชิ้นงานจนเกิดเป็นสารเคลือบ เรียกว่า การพ่นด้วยความร้อน เช่น การพ่นสังกะสีด้วยความร้อน และอลูมิเนียมพ่นด้วยความร้อน

3) การประทับร้อน
กระบวนการให้ความร้อนและการกดฟอยล์โลหะบนพื้นผิวชิ้นงานเพื่อสร้างชั้นเคลือบเรียกว่าการปั๊มร้อน เช่น อลูมิเนียมฟอยล์ปั๊มร้อน

4) การบำบัดความร้อนด้วยสารเคมี
กระบวนการที่ชิ้นงานสัมผัสกับสารเคมีและให้ความร้อนและมีองค์ประกอบบางอย่างเข้าสู่พื้นผิวของชิ้นงานที่อุณหภูมิสูงเรียกว่าการบำบัดความร้อนด้วยสารเคมี เช่น ไนไตรด์และคาร์บูไรซิ่ง

 

7. อิเล็กโทรโฟเรซิส

ในฐานะที่เป็นอิเล็กโทรด ชิ้นงานจะถูกใส่ลงในสีที่ละลายน้ำได้หรืออิมัลชันน้ำที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า และสร้างวงจรโดยมีอิเล็กโทรดอีกอันอยู่ในสี ภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้า สารละลายเคลือบจะถูกแยกออกเป็นไอออนเรซินที่มีประจุ แคตไอออนจะย้ายไปที่แคโทด และแอนไอออนจะย้ายไปที่ขั้วบวก ไอออนเรซินที่มีประจุเหล่านี้ พร้อมด้วยอนุภาคเม็ดสีที่ถูกดูดซับ จะถูกอิเล็กโตรโฟเรสไปที่พื้นผิวของชิ้นงานเพื่อสร้างสารเคลือบ กระบวนการนี้เรียกว่าอิเล็กโตรโฟรีซิส

 

8. การพ่นด้วยไฟฟ้าสถิต

ภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าแรงสูง DC อนุภาคสีที่มีประจุลบที่ถูกทำให้เป็นอะตอมจะถูกส่งไปยังชิ้นงานที่มีประจุบวกเพื่อให้ได้ฟิล์มสี ซึ่งเรียกว่าการพ่นแบบคงที่