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

edzéseketösszetételt 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. • 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 Con

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