I mitt arbete undersöker jag ständigt hur lasrar kan förbättra kvaliteten och hastigheten i tillverkningsprocesser. Ett av mina främsta expertområden är ytbehandling.
Ytbehandling är processen att modifiera en yta för att förbättra specifika egenskaper, såsom korrosionsbeständighet, hållbarhet, vidhäftning eller utseende. Begreppet omfattar en rad olika processer, däribland avgradning, beläggning, polering och texturering.
I den här artikeln går jag igenom de vanligaste ytbehandlingsprocesserna och förklarar hur de skapar olika texturer. Därefter visar jag olika yttexturer som kan skapas på metallkomponenter och förklarar varför vissa texturer ger bättre egenskaper än andra.
Beläggningar används för att förbättra olika ytegenskaper, såsom korrosionsbeständighet, slitstyrka och elektrisk ledningsförmåga.
Innan en beläggning appliceras måste ytan förberedas så att beläggningen får god vidhäftning mot ytan. Typiska steg i ytförberedelsen är att avlägsna föroreningar, rugga upp ytan och förändra ytans kemiska sammansättning.
Här är några av de vanligaste industriella beläggningsprocesserna.
Elektrobeläggning, eller e-beläggning, är en process där komponenter sänks ned i en elektrolytlösning som innehåller färg eller grundfärg. Både beläggningsmaterialet och komponenten är elektriskt laddade, vilket gör att färgen dras till och avsätts på metallytan.
E-beläggning är allmänt känd för att ge god korrosionsbeständighet och är därför ett populärt val inom fordonsindustrin. Den resulterande ytfinishen är slät och hållbar.
Elektroplätering är en process där metalldelar sänks ned i en elektrolytlösning som innehåller den metall som ska bilda beläggningen, exempelvis krom, nickel eller zink. En elektrisk ström leds genom elektrolyten med hjälp av en katod och en anod. Den färdiga metalldelen beskrivs sedan som förnicklad, förzinkad, förkromad och så vidare.
Elektroplätering används för att öka korrosionsbeständigheten, ge ytterligare skydd eller förbättra komponentens utseende. Den resulterande ytfinishen blir slätare eftersom metallbeläggningen fyller ut ojämnheter i substratet.
Anodisering är en elektrokemisk process där ett bad med sur elektrolyt används. Metalldelen, vanligtvis av aluminium, sänks ned i elektrolyten och metalldelen och den motsatta elektroden ges motsatt elektrisk polaritet. Detta får metallen att oxidera och bilda ett naturligt oxidskikt som fungerar som en skyddande beläggning på ytan.
Den resulterande ytfinishen är hållbar och anses vara estetiskt tilltalande. Anodiseringsprocessen förbättrar även slitstyrkan och korrosionsbeständigheten.
Pulverlack appliceras med hjälp av en elektrod, en sprutpistol, ett torrt pulver och en ugn. Elektroden används för att ge arbetsstycket en elektrisk laddning. Pulvret ges motsatt laddning och sprutas på arbetsstycket. De motsatta laddningarna gör att pulvret fäster på ytan. Arbetsstycket placeras därefter i en ugn där det torra pulvret smälter och binds till ytan.
Pulverlackering används för att skapa en tåligare ytfinish än traditionella flytande beläggningar.
Termiska sprutbeläggningar appliceras med hjälp av en brännare och ett tillsatsmaterial. Tillsatsmaterialet består antingen av tråd eller pulver. Brännaren används för att smälta materialet och spruta det med hög hastighet mot ytan. Det smälta materialet fäster sedan på ytan och bildar beläggningen.
Det finns många typer av termiska sprutbeläggningar. Samtliga används för att ge ytan ytterligare egenskaper, såsom värmebeständighet, skydd mot miljöpåverkan och elektrisk ledningsförmåga.
En rad ytbehandlingsprocesser använder slipmedel för att avlägsna material. De kan användas för att öka ytans grovhet, avlägsna grader, ta bort ytföroreningar och mycket annat.
Slipmedel är mycket populära eftersom de är effektiva och billiga att köpa in. De genererar dock stora mängder damm, kan skada ytor, kräver omfattande underhåll och medför höga driftskostnader.
De vanligaste processerna med slipmedel är abrasivblästring och slipning.
Abrasivblästring innebär att slipande blästermedel, såsom sand, aluminiumoxid eller stålkorn, skjuts med hög hastighet mot ytor för att rengöra, jämna ut eller rugga upp dem. Vanliga blästringsprocesser är sandblästring, blästring med skarpkantade blästermedel och kulblästring. De används ofta för att åstadkomma olika grader av ytgrovhet på ytor av rostfritt stål och kolstål.
Blästring är effektiv och billig, men medför flera problem och praktiska överväganden. Blästermedlet måste bytas ut ofta, personlig skyddsutrustning och en blästerkabin krävs och känsliga områden måste maskeras för att skyddas mot nötning. Den resulterande ytfinishen är dessutom slumpmässig. Det går endast att styra intervallet för den resulterande ytgrovheten genom att ändra blästermedlets storlek och typ.
Blästring lämpar sig väl för stora ytor. Metoden rekommenderas inte för tunna ytor, små områden eller tillämpningar med höga precisionskrav. I sådana fall är mer kontrollerade och precisa metoder att föredra.
Slipning är en bearbetningsprocess där en skiva, ett band eller ett annat verktyg belagt med slipmaterial används. Processen är aggressiv och används för avgradning, omformning, skärpning eller avlägsnande av överflödigt material. Den resulterande ytfinishen är ofta grov, men när slipning används för polering kan den även ge en slät ytfinish. Processen är avgörande för att uppnå snäva toleranser inom flyg- och rymdindustrin samt fordonsindustrin.
Avancerade ytbehandlingar med exempelvis laser och plasma kan modifiera ytor utan fysisk kontakt. Behandlingarna lämpar sig väl för att förbereda metallytor inför andra processer, såsom beläggning, svetsning eller limning, när andra ytbehandlingsmetoder är för aggressiva eller oprecisa. Beröringsfria behandlingar är också enklare att automatisera eftersom de kräver mindre underhåll och genererar mindre damm.
Lasrar fokuserar ljus med en specifik våglängd på ett mycket litet område för att skapa höga energinivåer. På Laserax använder vi våglängden 1 064 nm eftersom metaller absorberar denna våglängd effektivt.
Laserstrålens höga energi kan avlägsna ytföroreningar och modifiera ytans grovhet. Processen genererar även en plasmaplym som kan användas för att förändra ytans kemiska sammansättning och förbättra dess vidhäftningsegenskaper.
Lasrar ger stor kontroll över ytfinishen. I avsnittet Exempel på ytfinishar med laser hittar du ett brett urval av ytfinish som vi har skapat med laser.
Vid plasmabehandling värms en gas, exempelvis argon eller syre, tills den omvandlas till plasma. Plasman är extremt het och kan användas för att karbonisera föroreningar, etsa vissa material och modifiera ytans kemiska sammansättning.
Plasmabehandling är billigare än laserteknik, men erbjuder inte samma grad av kontroll. Plasmaetsning kräver exempelvis att ytan maskeras för att styra etsmönstret, medan lasertexturering kan etsa specifika mönster direkt i ytan utan maskering.
Under min forskning om hur lasertexturering påverkar metallytor kunde jag analysera hur olika typer av ytfinish kan förbättra limförbandets hållfasthet.
Här är några av de mönster som jag undersökte.
I de flesta fall ger linjära mönster med en liten överlappning mellan linjerna den bästa och mest effektiva ytfinishen. För det första går linjer snabbare att etsa än andra typer av mönster. För det andra täcker de hela metallytan, vilket säkerställer att föroreningar avlägsnas överallt och att ytans grovhet förbättras över hela ytan.
Linjär ytfinish på stål  | Linjär ytfinish på molybden  |
Slumpmässiga mönster ger en ytfinish som täcker hela ytan och erbjuder mycket goda vidhäftningsegenskaper. Det tar dock längre tid att skapa slumpmässiga mönster med laser, cirka tio gånger längre än att skapa linjära mönster.
Slumpmässig ytfinish på stål  | Slumpmässig ytfinish på aluminium  |
Rutmönster tar mindre tid att skapa än slumpmässiga mönster och ger också goda vidhäftningsegenskaper. De tar dock längre tid att skapa än linjära mönster, samtidigt som de ger liknande vidhäftningsegenskaper. Om effektivitet är den främsta prioriteringen finns det därför ingen anledning att välja en rutmönstrad ytfinish framför en linjär ytfinish.
Rutmönstrad ytfinish på stål  |
Jag konstaterade att cirkulära mönster i de flesta fall inte ger goda vidhäftningsegenskaper. Det beror på att de inte täcker hela ytan och ofta lämnar både föroreningar och otexturerade områden kvar på den. Detta leder till svagare limförband. Bilden visar tydligt varför.
Cirkulär ytfinish på stål  |
Oavsett vilken ytbehandlingsteknik du använder erbjuder lasertekniken flera möjligheter att förbättra effektiviteten och kvaliteten. Kontakta en av våra experter om du vill veta hur tekniken kan hjälpa dig i din specifika tillämpning.
Catherine har en kandidatexamen i teknisk fysik och en masterexamen i fysik. Hon genomförde sitt examensarbete i samarbete med Laserax för att utveckla industriella lösningar för lasertexturering av metalliska ytor. Hon är nu chef för applikationslabbet på Laserax, där hon leder teamet som testar och optimerar laserprocesser för kunder.
E-beläggningsprocessen, även känd som elektrobeläggning, är en mycket tillförlitlig metod för att skydda metalldelar mot korrosion, UV-strålning och slitage. Genom att förstå hur e-beläggning fungerar och hur man optimerar den kan du uppnå optimal genomströmning, minska antalet defekter och uppnå högkvalitativa beläggningar.
Laserytbehandlingar kan användas på nästan alla typer av metaller, däribland kolstål, gjutjärn, aluminium, molybden och magnesium. De kan avlägsna föroreningar och beläggningar genom laserrengöring, modifiera ytans grovhet genom lasertexturering, härda ytor genom laserhärdning och tillföra material till ytor för att förbättra deras egenskaper genom laserpåsvetsning.
Laserrengöringsmaskiner med fiberlaser blir allt vanligare för rengöring av metallytor tack vare sina många fördelar jämfört med traditionella rengöringsmetoder som sandblästring och kemisk rengöring.
