Jakie są obróbki powierzchniowe dla części ze stali nierdzewnej?

Stal nierdzewna jest szeroko stosowana w naszym codziennym życiu. Przy tak wielu metodach obróbki powierzchni metali dostępnych na rynku, które z nich są odpowiednie dla stali nierdzewnej? Pierwszym krokiem jest określenie głównego celu: czy chodzi o poprawę wyglądu i tekstury, poprawę odporności na korozję, optymalizację właściwości funkcjonalnych (takich jak odporność na zużycie i właściwości antystatyczne), czy też spełnienie standardów branżowych (takich jak te dla przemysłu spożywczego i medycznego)? W oparciu o cel obróbki i zasady procesu, obróbkę powierzchni stali nierdzewnej można podzielić na cztery główne typy: wygładzanie powierzchni, obróbka konwersji chemicznej, obróbka powlekania/platerowania i funkcjonalna modyfikacja powierzchni.

Wady powierzchni (takie jak zadziory, zadrapania i zgorzelina tlenkowa) są usuwane środkami fizycznymi lub mechanicznymi w celu optymalizacji chropowatości powierzchni (Ra). Zabieg ten dzieli się na dwa główne kierunki: „matowy/szczotkowany” oraz „lustrzane wykończenie” i jest metodą najbardziej podstawową i powszechnie stosowaną.

Na powierzchni stali nierdzewnej w wyniku reakcji chemicznych powstaje gęsta warstwa tlenku/filmu pasywacyjnego. Zwiększa to odporność na korozję bez konieczności stosowania dodatkowej powłoki i bez zmiany wymiarów części (grubość powłoki wynosi zazwyczaj 0,1-1 μm), dzięki czemu nadaje się do części precyzyjnych.

• Obróbka pasywacyjna (podstawowa obróbka chemiczna)

Stal nierdzewną zanurza się w roztworze kwasu azotowego (lub kwasu cytrynowego i chromianu, które są przyjazne dla środowiska) w celu utlenienia pierwiastka Cr na powierzchni i utworzenia warstwy pasywacyjnej Cr₂O₃ (grubość około 2-5 nm). Folia ta zapobiega kontaktowi materiału bazowego z powietrzem i wilgocią, znacznie poprawiając odporność na korozję.

• Tradycyjna pasywacja: przy użyciu 65%-85% roztworu kwasu azotowego, odpowiedniego dla popularnych gatunków stali nierdzewnej (takich jak 304, 316), ale ścieki zawierające chrom wymagają oczyszczenia.
• Ekologiczna pasywacja: Stosowanie roztworów niezawierających chromu, takich jak kwas cytrynowy i kwas fosforowy, które są zgodne z dyrektywą RoHS i normami spożywczymi (takimi jak FDA) i są szeroko stosowane w przemyśle medycznym i spożywczym.

• Zabieg koloryzujący

Na bazie warstwy pasywacyjnej powstaje kolorowa warstwa tlenkowa poprzez utlenianie chemiczne (np. alkalicznym roztworem utleniającym) lub utlenianie elektrochemiczne. Kolor folii zależy od jej grubości (niebieski, fioletowy, czerwony, zielony itp.), oferując zarówno właściwości dekoracyjne, jak i odporne na korozję (grubość folii 5-20 μm).

Gdy wrodzona odporność na korozję i odporność na zużycie stali nierdzewnej jest niewystarczająca, warstwy funkcjonalne dodaje się metodami „powlekania” lub „osadzania”, aby sprostać wymaganiom ekstremalnych środowisk (takich jak wysoka temperatura, silne kwasy i duże zużycie).

• Fizyczne osadzanie z fazy gazowej (powlekanie PVD)

W środowisku próżniowym metalowe materiały tarczowe (takie jak Ti, Cr, Zr) osadzają się na powierzchni stali nierdzewnej poprzez odparowanie, napylanie katodowe lub jonizację, tworząc twarde warstwy (takie jak azotek tytanu TiN, azotek chromu CrN).

• Zastosowania: Narzędzia tnące (noże chirurgiczne, noże rzemieślnicze), formy, koperty zegarków i części dekoracyjne do samochodów.

• Chemiczne osadzanie z fazy gazowej (powlekanie CVD)

Folie ceramiczne, takie jak węglik krzemu (SiC) i azotek glinu (AlN), powstają w wyniku reakcji gazowych reagentów z powierzchnią stali nierdzewnej w wysokich temperaturach (800-1200℃), przy grubości warstwy 5-20μm.

• Zastosowania: Odporne na korozję elementy w przemyśle chemicznym, części wewnątrz pieców wysokotemperaturowych i nośniki płytek półprzewodnikowych.

• Powłoki organiczne (natryskiwanie/osadzanie elektroforetyczne)

Żywice organiczne (takie jak żywica epoksydowa, politetrafluoroetylen PTFE, farba fluorowęglowa) nakłada się na powierzchnię poprzez natryskiwanie lub osadzanie elektroforetyczne w celu utworzenia warstw izolacyjnych, odpornych na warunki atmosferyczne lub nieprzywierających.

• Powłoka z żywicy epoksydowej: Dobra odporność na rozpuszczalniki i właściwości izolacyjne, stosowana do obudów sprzętu elektrycznego i wsporników płytek drukowanych.
• Powłoka PTFE (teflon): Nieprzywierająca i odporna na temperaturę (-200 ℃ do 260 ℃), stosowana do patelni i form do żywności z powłoką nieprzywierającą.
• Farba fluorowęglowa: odporna na promieniowanie UV i starzenie się na zewnątrz (żywotność ponad 15 lat), stosowana do zewnętrznych fasad i billboardów ze stali nierdzewnej.

• Grafenowa kompozytowa powłoka nanoceramiczna

W powłoce tej zastosowano proces nanoosadzania, który łączy osadzanie w fazie ciekłej i gazowej, co skutkuje gęstością na poziomie jonów. Znacząco poprawia przewodność cieplną i odprowadzanie ciepła, nadaje się do długotrwałego stosowania w temperaturach od -120°C do 300°C oraz ma stabilną i kontrolowaną grubość ± 1 mikrona. Zapobiega niskotemperaturowej kondensacji i oszronieniu, jest antystatyczny i odporny na korozję.

• Zastosowania: cyfrowe produkty 3C, sprzęt mechaniczny, centra danych, biomedycyna, inteligentny sprzęt gospodarstwa domowego, transport i urządzenia precyzyjne.

Aby spełnić specjalne potrzeby (takie jak właściwości antybakteryjne, przewodzące lub hydrofobowe), mikrostruktura lub skład powierzchni zmienia się za pomocą środków fizycznych lub chemicznych, aby osiągnąć „dostosowanie funkcjonalne”.

• Leczenie antybakteryjne

Jony srebra (Ag⁺), jony miedzi (Cu²⁺) osadza się na powierzchni lub domieszkuje do niej lub stosuje się żywice antybakteryjne (takie jak żywica epoksydowa wypełniona srebrem). Te jony metali zakłócają błony komórkowe bakterii, hamując rozwój E. coli i Staphylococcus aureus.

• Zastosowania: Sprzęt medyczny (poręcze łóżek, stojaki infuzyjne), obiekty użyteczności publicznej (przyciski wind, poręcze) ​​oraz zastawa stołowa dla dzieci.

• Obróbka hydrofobowa/superhydrofobowa

Mikroskopijne struktury wklęsło-wypukłe powstają na powierzchni poprzez grawerowanie laserowe lub zastosowanie materiałów o niskiej energii powierzchniowej (takich jak polidimetylosiloksan PDMS). Powoduje to kąt zwilżania większy niż 150°, co powoduje, że woda tworzy kropelki i spływa, uzyskując efekt „samooczyszczania”.

• Zastosowania: Obudowy kamer do monitoringu zewnętrznego, panele fotowoltaiczne (ramy ze stali nierdzewnej) i lusterka wsteczne samochodów (krawędzie ze stali nierdzewnej).

• Obróbka przewodząca/magnetyczna

Miedź, nikiel, srebro (dla przewodności) lub permaloj (dla magnetyzmu) są nakładane galwanicznie na powierzchnię stali nierdzewnej, aby skompensować jej z natury słabe właściwości przewodzące/magnetyczne.

• Zastosowania: Złącza elektroniczne (podstawa ze stali nierdzewnej + srebrzenie), osłony ekranujące elektromagnetyczne (stal nierdzewna + niklowanie).