Felület kezelés, felület nemesítés

A felület kezelés célja A felület közeli anyagrész összetételének megváltoztatása A felület keménységének megváltoztatása Kopásállóság növelése

Lehetséges módszerek Felületi hőkezelések Felületi edzések Összetételt változtató felületi hőkezelések A felület kezelése nagy energiájú forrásokkal (lézer, elektronsugár, ív stb.) Átolvasztás Ötvözés edzés Bevonatok létrehozása

Felületi hőkezelések Az elvárás a kemény kopásálló felület (kéreg) és szívós mag Így megkülönböztetünk: összetételt nem változtató felületi edzéseket összetételt változtató kérgesítő eljárásokat

A felületi hőkezelések áttekintése az edzhetőség feltételei alapján A felületi edzések alapelve az, hogy az edzéshez szükséges 3 feltétel közül mindhárom, csak a kéregben teljesül 1. ausztenitesítés ( hevítés T  A c3 ) 2. hűtés v kf-nél nagyobb sebességgel 3. C  0,2 %

Az acél összetételét nem változtató felületi hőkezelések, Felületi edzések A felületet meghatározott mélységig T  A c3 hőmérsékletre hevítik, és onnan a vkf-nél gyorsabban hűtik. A kéregvastagságnak megfelelő mélységű hevítéshez rendkívül nagy hevítési sebességet (500-1000 C /sec) kell elérni Ez csak nagy felületi teljesítménnyel lehetséges (1000-10000 W/ cm2). Eközben a mag hőmérséklete és szövetszerkezete nem változik.

Összetételt változtató un. termokémiai kezelések

Termokémiai kezelések 1 Cél: a felületen meghatározott mélységig valamilyen fémes vagy nemfémes elem koncentrációját megnövelni és így a kéreg tulajdonságát a kívánt módon megváltoztatni. Az eljárások célja lehet mechanikai-, hő-és vegyi hatásokkal szembeni ellenállás növelése. A legtöbb esetben a cél a felület kopásállóságának és a munkadarab kifáradással szembeni ellenállásának növelése a kemény kéreg és szívós mag biztosításával.

Nitridálás, karbonitridálás A nitridálás célja az acél felületébe nitrogén bejuttatása, amely a felületen kemény kopásálló, korrózióálló, a kifáradással szemben ellenálló kérget hoz létre anélkül, hogy azt edzeni kellene. A darabot a kezelés megkezdése előtt a legtöbb esetben nemesítik A karbonitridálás esetében a nitrogénnel egyidejűleg karbon is diffundál a felületbe, aminek hatására a nitrideken kívül kemény karbonitridek is keletkeznek.

Nitridálás, karbonitridálás A nitridáló közeg általában ammónia, és mivel a nitrogén a ferritben jobban oldódik a kezelés hőmérséklete 500-600 C. A kemencetérbe bevezetett ammónia az acél felületén alkotóira bomlik. A kezelési idő 30-40 óra A darabot nitridálás előtt nemesítik

Nitridálás, karbonitridálás Gáznitridálásra nitridképző ötvözőkkel ötvözött acélokat használunk. Ilyen ötvözők a Cr, az Al a Mo és a V Az elérhető felületi keménysége 62-67 HRC.

Nitridált kéreg A nitridált kéreg vastagsága 0,2-0,8 mm A kéreg szerkezete nem egységes. A felületen egy néhány mikron vastagságú vegyületi réteg "fehér kéreg" található. Ezt a vegyületi réteget vas és ötvöző nitridek alkotják. Alatta a befelé haladó nitrogén diffúziós frontnak megfelelően, élesen elválasztva a diffúziós zóna van

Nikotrált kéreg C 45 minőségű vezérműtengelyen

Ion nitridálás A kezelés hőmérséklete 400-600 º

Ion nitridálás Alapelv: a ritkított gázokban fellépő kisülés A munkadarab katód Anód a kötött és földelt kamra 2000V, 250A, a gáz ammónia vagy nitrogén ammónia keverék Nyomás 0,6-13,0 10-3 bar Az ionizált gáz pozitív ionjai a katódtérben a ködfényplazma határrétegétől erősen felgyorsulnak és a felületbe ütköznek (hevítés) más részük Fe atomokat választanak le. A Fe atomok a ködfényplazmában kb 20% N-t vesznek fel

Ion nitridált kéreg

Az ionnitridálás alkalmazása

Nagyenergiájú forrásokkal végzett kezelések

Lézer és elektronsugár Jellemzők Koncentrált energia bevitel A felület meg is olvasztható, a felületre felvitt „ötvözők” beolvaszthatók A kezelt térfogat nagyon kicsi A kezelt anyagrész lehülése nagyon gyors, tehát finom szemcseszerkezet keletkezik Acélok, öntöttvasak egyaránt kezelhetők

Lézer kezelések

Lézer kezelések

Elektronsugaras kezelés (edzés, átolvasztás) Az elektronsugaras kezelés során a vakuumkamrában elhelyezett darab felületet tekercsekkel fókuszált elektronsugárral kezelik.

A forgácsoló szerszámanyagok fejlesztési irányai

A bevonatoknak az alábbi tulajdonságokkal kell rendelkezni Keménység, és annak nagy hőmérsékleten való megtartása Kémiai stabilitás, passzivitás a megmunkálandó anyaggal szemben Alacsony hővezetőképesség Erős kötés az alapanyaghoz a lepattogzás elkerülésére Kis porozitás

Kémiai gőzfázisú bevonatolás PVD

A kezelés hőmérséklete 150 – 550 C, így lehetővé válik a CVD eljárás hőmérsékletén kilágyuló anyagok, mint pl. a gyorsacélok bevonása. Leggyakrabban a TiN bevonatot készítenek, amelyet nitrogéndús környezetben titán elgőzölögtetésével hozzák létre. A Ti a nitrogénnel azonnal nitridet képez, amely a kis nyomáson (10-2 Pa) azonnal kicsapódik a tárgyak felületén, aranysárga bevonatot képezve

Forrás: Dr. Markos Sándor BME

Forrás: Dr. Markos Sándor BME

Forrás: Dr. Markos Sándor BME

PVD eljárás. Elsődleges felhasználási kör: Alacsony hőmérséklet: leválasztás T = 250 - 500°C Kitűnő tapadás Egyenletes rétegvastagság Nitridált, carbonitridált és többrétegű bevonatok Nagy nyomásállósság Jellemző rétegvastagság 3 – 5 μm Elsődleges felhasználási kör: Lemezalakító szerszámok Forgácsoló szerszámok Autóipar / űrhajózás Gyógyászati eszközök Dekorációs célú bevonatok

Kémiai gőzfázisú bevonatolás CVD Keményfémlapkák és kerámiák felületi kezelésére 900-1000 Con

CVD A reakciótérbe hidrogénnel dúsított atmoszférába elgőzölögtetett titánkloridot (TiCl4) vezetünk. Metán hozzávezetésével 900 – 1100 C-on vákuumban titánkarbid (TiC) és sósav (HCl) keletkezik. A TiC kicsapódik a kamrában elhelyezett tárgyakon, azok felületén 3-10 m vastag ellenálló réteget képez. Ezzel a módszerrel készíthető TiN, Al2O3, gyémánt réteg is, sőt készíthetünk többrétegű bevonatokat is.

A bevonatolási módszerek összehasonlítása