Warstw powierzchniowa: warstwa materiału ograniczona rzeczywistą powierzchnią przedmiotu obejmującą tą powierzchnie oraz części materiału obejmującą tą powierzchnie w głąb powierzchni rzeczywistej która wykazuje zmienne cechy fizyczne i niekiedy chemiczne w stosunku do cech tego materiału w głębi przedmiotu.
Powłoka: warstwa materiału wytworzona w sposób naturalny bądź sztuczny albo nanoszona sztucznie na powierzchnie przedmiotu wykonanego z innego materiału, w celu uzyskania określonych właściwości technologicznych lub dekoracyjnych.
Metody wytwarzania warstw powierzchniowych:
* mechaniczne: nagniatanie, natryskiwanie dekoracyjne, skrawanie,
* cieplno mechaniczne: natryskiwanie cieplne, platerowanie.
* cieplne: hartowanie, odpuszczanie, wyżarzanie, nadtapianie.
* cieplno chemiczne: nasycanie.
* elektrochemiczno chemiczne: polerowanie, trawienie, zestalanie chemiczne.
* fizyczne: zestalanie fizyczne, osadzanie, implantowanie jonów.
Przygotowanie powierzchni podłoża przed obróbką powierzchniową:
Oczyszczanie powierzchni, usunięcie zanieczyszczeń zgorzelin i innych produktów korozyjnych, zadziorów, przeszlifowanie przez polerowanie.
Parametry strumienia ściernego:
Kąt nachylenia, kąt rozwarcia strumienia, odległość czyszczonej powierzchni od końca dyszy, średnica dyszy, prędkość ziaren w strumieniu, prędkość posuwu materiału obrabianego, czas.
Metody chemicznego i elektrochemicznego obrabiania powierzchni:
* odtłuszczanie:
- w rozpuszczalnikach organicznych, najbardziej skuteczne jest odtłuszczanie w parach rozpuszczalnika.
- w roztworach alkaicznych.
- elektrolityczne.
* trawienie:
- trawienie chemiczne: polega na zanurzeniu przedmiotu w odpowiednich roztworach kwasów lub alkaliów które reagują z tlenkami znajdującymi się na powieszeni danego metalu.
-trawienie elektrolityczne: zachodzi w wyniku przepływu prądu elektrycznego. Proces jest prowadzony katodowo luba anodowo (katodowe: następuje redukcja tlenków metalu za pomocą wydzielającego się wodoru) (anodowe: na powierzchni metalu zachodzi jego elektrolityczne rozpuszczenie oraz mechaniczne usunięcie tlenków przez wydzielający się tlen)
* polerowanie:
- polerowanie chemiczne: polega na selektywnym rozpuszczaniu powierzchni obrabianych elementów.
- polerowanie elektrolityczne: polega na anodowym rozpuszczeniu podłoża w odpowiednio dobranym elektrolicie.
Termiczne oczyszczenie powierzchni: polega na że oczyszczana powierzchnia najczęściej stalowa. Pokryta śladami korozji i/lub zgorzelin poddaje się działaniu płomienia pochodzącego z palnika gazowego.
Adhezja: zjawisko silnego i trwałego łączenia się warstw powierzchniowych dwóch różnych ciał doprowadzonych do zetknięcia. Przyczyną adhezji jest występowanie sił pomiędzy cząsteczkami stykających się ciał.
Nadtapianie: wygładzanie powierzchni tworzywa, uszczelnianie powłoki metalowej lub niemetalowej lub uzyskanie struktury amorficznej warstwy nadtopionej o innych niż rdzeń właściwościach fizycznych i chemicznych.
Nadtapianie wykorzystanie grzania laserowego elektronowego lub elektroiskrowego w celu naniesienia powłoki metalu (np: Al, Ni), stopów metali (Cr. Ni), związków metali, ceramiki lub cermetali na powierzchnie metalu lub stopu o właściwościach innych od właściwości materiału podłoża.
Powlekanie zanurzeniowe: do roztopionego metalu powłokowego zanurza się przedmiot obrabiany, jego temperatura topnienia musi być wyższa niż temperatura materiału powlekającego.
Obróbka cieplno chemiczna: polega na zmierzonej dyfuzyjnej zmianie składu chemicznego warstwy powierzchniowej elementów metalowych w celu uzyskania odpowiednich ich własności użytkowych, obróbce tej poddaje się zazwyczaj stopy żelaza elementy z wolframu, tytanu.
Procesy składowe:
* reakcje w ośrodku nasycającym
* dyfuzja w ośrodku nasycającym
* reakcje na granicach rozdziału faz
* dyfuzja w metalu
* reakcje w metalu.
Adsorpcja: polega na osadzaniu się wolnych atomów z fazy gazowej lub ciekłej na granicy fazy stałej w postaci warstewki o grubości 1 atomu.
Dyfuzja: aktywowany cieplnie proces zachodzący w skutek ruchu atomów w sieci przestrzennej metalu w kierunku stężenia składników.
Pierwsze prawo Ficka J= -D * (dc/dx) ; D=Do*expq/k*t
Drugie prawo: (dc/dł)=d[ -D * (dc/dx)]/dx
Nawęglanie: polega na nasycaniu warstwy powierzchniowej w węgiel podczas wygrzewania obrabianego przedmiotu w ciągu określonego czasu w ośrodku zawierającym węgiel atomowy o temperaturze nawęglania od 900 do 950 sc, grubość warstwy nawęglonej ok. 0.5 do 2 mm twardość stali nawęglonej chłodzonej w powietrzu 250 do 300 HB, w celu poprawienia własności stal poddaje się obróbce cieplnej (hartowanie niskie odpuszczanie).
Azotowanie: polega na nasycaniu warstwy powierzchniowej stali azotem podczas wygrzewania obrabianego przedmiotu przez określony czas w ośrodku zawierającym wolne atomy azotu. (krótkotrwałe kilkanaście min kilka godz, długotrwałe kilkadziesiąt godzin) azotowanie jest stosowanie do stali nie stopowych i stopowych, maszynowych, narzędziowych narażonych na korozje, a także do narzędzi skrawających.
Osadzanie elektrolityczne (galwaniczne): umożliwia otrzymanie powłoki z metalu lub stopu w wyniku redukcji; prądem elektrycznym jonów metalu powłokowego z roztworu elektrolitów, otrzymane powłoki mogą być jednowarstwowe (0.3 +- 300 um) lub wielowarstwowe. Najczęściej stosuje się chromowanie, niklowanie, miedziowanie, srebrzenie, złocenie. Metale osadzone elektrycznie mają strukturę krystaliczną.
Charakterystyczne właściwości technologiczne kąpieli galwanicznych
* wgłębność kąpieli
* zdolność krycia
* mikrowygładzenie
Procesy nanoszenia powłok z fazy gazowej:
Metoda CVD polega na tworzeniu warstw węglików i azotków metali np: chromu, tytanu ze składników atmosfery gazowej. Na powierzchnie obrabianego przedmiotu. Wytwarzanie warstwy następuje w szczelnym reaktorze, w temperaturze ok. 1000 sc i wysokim ciśnieniu. Atmosfery gazowe przy których zachodzą procesy złożone są najczęściej z lotnego halogenu pierwiastka dyfundującego oraz węglowodoru, azotu, wodoru lub gazu obojętnego np: argonu składniki atmosfery mogą być aktywowanie: cieplnie, plazmą.
Metoda PVD wykorzystuje zjawiska fizyczne takie jak odparowywanie metali albo stopów lub rozpylenie katodowe w próżni, jonizacje gazów i par metali z wykorzystaniem różnych procesów fizycznych. Nanoszenie powłok prowadzone jest na podłożu zimnym albo podgrzanym do temp. 200 do 500 sc podłoże ma charakter adhezyjny i jest tym silniejsze im czystsza była powierzchnia pokrywana.
Proces przygotowywania powierzchni:
* chemiczne przygotowywanie
* jonowe przygotowywanie
W większości przypadków powstanie powłok w procesie PVD odbywa się w 3 etapach:
* uzyskanie par nanoszonego materiału
* transport par na materiał podłoża
* kondensacja nanoszonego materiału
Metody te są wykorzystywane praktycznie to pokrywania narzędzi ze stali wysokostopowych, głównie skrawających i do obróbki plastycznej. Podstawowymi parametrami procesu wpływającymi na strukturę są: temp podłoża, ciśnienie gazu, energia jonów bombardujących.
Metoda PAPVD (PVD + plazma): proces nierównowagowy gdzie plazma odgrywa ważną role podczas krystalizacji powłoki. Charakteryzuje się dużą energią kinetyczną cząstek w komorze urządzenia, co daje dobrą adhezje nanoszonej powłoki.
W zakresie ochrony stali przed korozją elektrochem. Powłoki galwaniczne wykazują własności
* izolujące (powłoki katodowe z metali bardziej szlachetnych od podłoża Cr, Cu, Ni.
* ekranujące ( powłoki z tych metali w określonym środowisku wykazują potencjał niższy niż potencjał metalu podłoża.
Techniki elektronowe: służą głównie do hartowania bardzo cienkich warstw a także wyżarzania, odpuszczania, oczyszczania i odgazowania obrabianych powierzchni
Sposoby doprowadzenia wiązki elektronów do powierzchni:
* ciągły
* impulsowy
Wiązki elektronowe pod względem geometrii dzielimy na punktowe, liniowe, pierścieniowe, powierzchniowe.
Praktyczne zastosowanie:
* hartowanie powierzchniowe
* nadtapianie
* utwardzanie detonacyjne
Zalety: czystość obróbki, precyzyjne komputerowe sterowanie wiązką, możliwość obrabiania fragmentów powierzchni przedmiotów o skomplikowanych kształtach, duża wydajność.
Techniki laserowe: źródłem energii cieplnej jest strumień promieniowania świetlnego uporządkowany w czasie i przestrzeni emitowane w sposób ciągły lub w postaci bardzo krótkich impulsów. Obróbkę tą stosuje się głównie do zwiększania twardości narzędzi i części maszyn poprzez realizacje następujących grup technologii.
* technologia bez topienia powierzchni obrabianego przedmiotu:
- oczyszczanie powierzchni
- hartowanie powierzchniowe
- odwrotna przemiana martenzytyczna
- wyżarzanie
* technologia z przetopieniem się powierzchni przedmiotu:
- hartowanie przetopieniowe
- natapianie
- nadtapianie (tzw szkliwienie)
- utwardzanie udarowe (detonacyjne)
* technologia z odparowaniem powierzchni obrabianego przedmiotu
Implantacja jonów: proces wprowadzania do ciała stałego ciał obcych dla tego ciała zjonizowanych atomów. Jony mogą być implantowane do ciała stałego w sposób ciągły i impulsowy.