도구 코팅: 산업 제조를 강화하는 표면 강화 기술

산업 제조 및 도구 적용의 전체 수명 주기에서 표면 성능이 도구의 내구성, 기능성 및 경제성을 결정하는 경우가 많습니다. 정밀 표면처리 기술인 공구 도금은 공구 표면에 특수 성능 코팅을 형성하여 공구 성능의 목표 강화를 달성하며, 기계 가공, 의료 장비, 항공우주 등 분야에서 없어서는 안 될 핵심 지원 기술이 되었습니다.

I. 공구도금의 본질과 핵심가치

공구 도금이란 물리적, 화학적, 전기적 방법을 이용하여 공구 기판의 표면에 금속, 합금 또는 복합막을 한 겹 이상 증착하는 공정의 일반적인 용어입니다. 화학적 방법. 핵심 논리는 "표면 수정"을 통해 기판 재료의 성능 결함을 보완하는 것입니다. 즉, 도구의 전체 기계적 구조를 변경하지 않고 표면에 성능 이점을 형성하여 "저비용으로 고성능"이라는 기술적 이점을 달성할 수 있습니다.

산업적 가치의 관점에서 볼 때 공구 도금의 핵심 기능은 네 가지 측면에 집중되어 있습니다. 첫째, 경질 코팅으로 "표면 장갑"을 형성하여 내마모성을 향상시킵니다. 예를 들어 경질 합금 도금 후 CNC 밀링 커터의 수명을 3~10배 연장할 수 있습니다. 둘째, 물, 산 등 부식성 매체를 분리하여 내식성을 강화합니다. 렌치 및 실외 작업 도구와 같은 도구가 습한 환경에서 녹슬거나 고장나는 것을 방지합니다. 셋째, 기능적 특성을 최적화합니다. 예를 들어 은도금은 전자 공구의 접촉 저항을 줄이고, 테프론 도금은 마찰 손실을 줄입니다. 넷째, 원가절감 - 핵심부품을 국부적으로 강화하여 전체적으로 고급자재를 대체하여 공구 제조원가를 대폭 절감합니다.

II. 주류 공구 도금 공정 유형 및 핵심 특성

도구 도금 공정의 선택은 기판 재료, 적용 시나리오 및 성능 요구 사항과 일치해야 합니다. 현재 산업 현장에서 가장 널리 사용되는 공정은 전통적인 전기도금 공정과 최신 물리 기상 증착(PVD) 공정으로 나눌 수 있으며, 각 공정 유형의 특성에는 상당한 차이가 있습니다.

(1) 전통적인 전기도금 공정 시스템

크롬 도금 공정(경질 크롬)

크롬산 용액을 전해질로 사용하여 전기분해를 통해 크롬이온이 공구 표면에 침전됩니다. 핵심 장점은 매우 높은 경도(HV800-1200), 강한 내마모성, 밝은 표면으로 고부하 마찰을 받는 렌치, 유압봉, 금형과 같은 공구에 적합합니다. 그러나 전통적인 크롬 도금은 크롬 이온 오염 문제가 있어 현재 점차 친환경 크롬 도금 공정으로 업그레이드되고 있다.

아연 도금 공정

용융아연도금과 냉간아연도금(전기아연도금)으로 나누어지며, 아연층을 통해 희생양극 보호층을 형성하며, 가격이 저렴하고 내식성이 우수합니다. 용융 아연 도금 층은 50-100에 도달할 수 있습니다.μm, 실외 파이프 도구 및 건축 하드웨어에 적합합니다. 차가운 아연 도금 층은 얇습니다 (5-20μm) 표면이 매끄러우며 정밀 전자 커넥터와 같은 소형 도구에 자주 사용됩니다.

선택적 전기도금 기술

도금 영역을 정밀하게 제어하는 ​​마스킹 기술을 사용하여 공구의 핵심 부분만 강화합니다. 예를 들어, 렌치 그립 부분이나 드라이버 끝 부분에 국부 크롬 도금을 하면 도금 용액 소비를 줄이면서 기능적 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 이 공정은 Green Manufacturing 컨셉에 맞춰 절연층 코팅, 액위 조절 등의 방법을 통해 목표 도금을 달성하며 전체 도금 대비 오염물질 배출을 60% 이상 저감합니다.

(2) 현대 물리 기상 증착(PVD) 공정

PVD 공정은 물리적 수단을 통해 진공 환경에서 코팅 증착을 달성하며 환경 친화성과 우수한 코팅 성능을 특징으로 하며 고급 도구 도금의 주류 방향입니다.

마그네트론 스퍼터링

표적 물질의 이온 충격을 강화하기 위해 자기장을 사용하면 원자가 도구 표면에 증착됩니다. 코팅이 치밀하고 균일하며 강력한 접착력으로 초박형(1-5) 구현이 가능합니다.μm) 반도체 칩 프로브 및 광섬유 커넥터와 같은 고정밀 도구에 적합한 정밀 코팅.

아크 증발

전기 아크를 에너지원으로 사용하여 타겟 물질을 기화시키고 높은 이온화 속도로 코팅의 경도와 내마모성이 뛰어납니다. TiN(질화티타늄) 및 TiAlN(티타늄알루미늄질화물)과 같은 초경질 코팅은 종종 이 공정을 통해 생산됩니다. TiAlN 코팅 처리된 CNC 선삭 공구는 800°C 이상의 고온 절삭을 견딜 수 있습니다.°기음.

플라즈마 강화 마그네트론 스퍼터링 플라즈마 기술을 결합하여 증착 공정을 최적화함으로써 코팅의 균일성이 더욱 향상되며, 의료 수술 기구의 불규칙한 절단 모서리 강화 등 복잡한 형상을 가진 도구의 코팅에 적용할 수 있습니다.

(3) 특수기능 코팅 공정

다이아몬드 전기도금

다이아몬드 연마 입자가 니켈 기반 코팅에 내장되어 매우 단단한 작업층을 형성합니다. 스테인레스 스틸 기판을 사용한 다이아몬드 공구의 경우 탈지, 에칭 및 활성화와 같은 여러 전처리 단계가 필요합니다. 그 중 상온 HCl 에칭 공정은 기판을 부식시키지 않고 산화막을 효과적으로 제거할 수 있으며 이는 코팅의 접착력을 보장하는 데 중요합니다. 이러한 도구는 석재 가공 및 유리 연삭과 같은 고강도 작업에 널리 사용됩니다.

테프론 코팅

스프레이 소결 공정을 사용하여 폴리테트라플루오로에틸렌 코팅을 형성합니다. 마찰계수(0.04-0.1)가 낮고 고온에 강합니다. 용접 공구 및 식품 가공 장비에 적합하며 접착 및 부식을 방지합니다.

III. 공구 코팅에 대한 주요 고려 사항 및 품질 관리

공구 코팅의 효과는 공정 세부사항과 품질 관리에 따라 달라집니다. 실제 적용에서는 다음 핵심 사항에 중점을 두어야 합니다.

(1) 공정 적합성 선정

기판 재료 일치: 스테인리스강 기판의 경우 산화막 문제를 해결해야 하며 특수 탈지제 및 상온 활성화 공정을 사용해야 합니다. 알루미늄 공구는 산화되기 쉬우므로 아연산염 전기도금이나 PVD 공정을 우선적으로 선택해야 합니다.

현장 요구 대응: 고온 조건의 경우 TiAlN과 같은 고온 저항 코팅을 선택해야 합니다. 습한 환경에서는 아연 도금 또는 크롬 도금이 우선시되어야 합니다. 정밀공구의 경우 두꺼운 코팅은 피하고 코팅두께는 5° 이내로 조절해야 합니다.μm 치수 정확도 편차를 방지합니다.

(2) 전처리 및 코팅 밀착성 조절

전처리는 코팅 품질의 기초입니다. 스테인레스 스틸 도구의 경우 NaOH + Na의 화학적 탈지 용액을 사용하여 탈지하는 것이 바람직합니다.2콜로라도₃+ OP 유화제는 비용 효율적이며 유분을 철저하게 제거합니다. 초음파 장비와 결합하여 복잡한 공작물을 처리할 수 있습니다. 활성화 과정에서는 H의 실온 공식을 사용하는 것이 좋습니다.2그래서₄:시간2O = 1:1, 새로 형성된 산화막을 제거하고 환경 보호 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 코팅의 접착력은 열충격 테스트를 통해 확인할 수 있습니다. 공작물을 300°C로 가열합니다.°C에서 1시간 동안 방치한 후 급속 냉각한다. 돋보기 아래에 기포나 벗겨짐이 없으면 합격입니다.

(3) 환경 준수 및 사후 유지 관리

전통적인 전기도금은 폐수 처리를 강화해야 합니다. 국부도금은 도금액 사용량을 줄여 오염을 낮추고, 도금액 순환시스템과 결합하면 오염물질 배출을 80% 저감할 수 있습니다. 코팅을 사용하는 동안 격렬한 충격을 피하고 중성 세제로 정기적으로 청소하여 잔류 부식성 매체가 코팅과 기판 사이의 경계면을 침식하는 것을 방지하십시오.

IV. 일반적인 분야에서의 공구 코팅의 실제 적용

공구 코팅 기술은 여러 산업의 생산 관행에 깊이 침투했으며 다양한 분야의 응용 분야는 뚜렷한 목표 특성을 보여줍니다.

(1) 기계 제조 및 하드웨어 도구

하드웨어 렌치의 그립 부분은 국부적으로 경질 크롬 도금 처리되어 경도가 HV1000 이상으로 증가되었으며 내마모성은 코팅되지 않은 공구보다 5배 더 높습니다. 드라이버 끝 부분에 니켈 도금을 한 후 내식성이 대폭 향상되었으며, 습한 환경에서의 사용 수명이 2년 이상으로 연장되었습니다. 복합 국부 도금 기술은 공구 손잡이의 미끄럼 방지 코팅, 절삭날의 초경질 합금 코팅과 같은 기능 영역 강화를 달성하여 다양한 사용 시나리오의 요구 사항을 충족할 수도 있습니다.

(2) 의료기기 분야

수술용 기구의 국소 도금 기술은 정확한 가치를 보여줍니다. 수술용 칼날의 티타늄 합금 도금 후 선명도 유지 시간이 3배 연장되어 수술 중 기구 교체 빈도가 줄어듭니다. 혈관 겸자 턱에 특수 마찰층을 도금한 후 봉합바늘 파지 안정성을 40% 높여 수술 위험을 줄인다. 이러한 코팅은 인체 조직에 부작용이 없는지 확인하기 위해 생체 적합성 테스트를 통과해야 합니다.

(3) 항공우주 및 자동차 산업

항공우주 엔진 터빈 블레이드는 플라즈마 분사 세라믹 코팅으로 코팅되어 있으며 1200을 초과하는 고온 저항을 갖습니다.°C, 극한의 작동 조건 충족; 자동차 엔진의 밸브 가이드 튜브에 다이아몬드 코팅을 적용한 후 마찰 손실을 60% 감소시켜 엔진 효율을 향상시킵니다. 고급 자동차 하드웨어 액세서리는 국부 크롬 도금과 무광택 코팅을 결합하여 내마모성을 보장하고 외관 질감을 향상시킵니다.

(4) 전자 및 반도체 산업

광섬유 커넥터의 접점 부분을 국부적으로 은도금 처리하여 접촉 저항을 0.01 이하로 줄였습니다.Ω신호 전송 손실을 90% 감소시킵니다. 반도체 칩 테스트 프로브의 금도금 후 전도성과 내마모성이 크게 향상되어 100,000회 이상의 삽입 및 추출 테스트를 견딜 수 있습니다. 이러한 응용 분야에서는 코팅 두께의 균일성에 대한 요구 사항이 매우 높으며 편차는 범위 내에서 제어되어야 합니다.±0.1μ중.

V. 기술 개발 동향

제조가 고급화 및 친환경으로 전환됨에 따라 공구 도금 기술은 세 가지 주요 개발 방향을 보여줍니다. 첫째, 무크롬 전기도금 및 수성 도금 솔루션과 같은 기술을 사용하여 환경 친화적인 프로세스를 업그레이드하여 기존 오염 공정을 점차 대체합니다. 둘째, 의료 분야에서 "내마모성 + 항균성" 복합 코팅 적용과 같은 기능적 통합입니다. 셋째, 사물 인터넷을 통해 지능형 제어를 통해 도금 용액 매개변수를 모니터링하고 코팅 품질을 실시간으로 제어할 수 있습니다. 이러한 추세는 "표면 처리"에서 심층적인 "성능 맞춤화"까지 공구 도금을 추진하여 고품질 제조 개발을 위한 강력한 지원을 제공할 것입니다.