Materiali di finitura 3DEXPERIENCE Make

Materiali di finitura

Scoprite di più sui materiali finiti, come funzionano e quali sono i loro usi nel settore.

Introduzione ai materiali di finitura

La finitura viene eseguita per ottenere le caratteristiche desiderate della finitura superficiale di un pezzo fabbricato. Le finiture superficiali più comuni riguardano le caratteristiche estetiche, ma hanno anche lo scopo di alterare le proprietà di adesione, saldatura, resistenza, durezza, conducibilità elettrica o persino di controllo dell'attrito.

Ai vari processi di finitura può essere applicata un'ampia gamma di materiali, tra cui l'anodizzazione, il rivestimento per immersione, l'elettrodeposizione, l'elettrolucidatura, la placcatura elettrolitica, il rivestimento in polvere e la verniciatura a spruzzo.

Materiali di finitura generici

L'anodizzazione mira ad aumentare lo spessore degli strati di ossido naturale sulla superficie dei componenti metallici. La passivazione elettrolitica è il processo utilizzato per l'anodizzazione, che mira a ottenere l'insieme di proprietà desiderate, tra cui la resistenza alla corrosione e all'usura, una maggiore adesione per vernici e colle ed effetti estetici.

L'anodizzazione è particolarmente vantaggiosa per ottenere uno strato significativamente più sottile rispetto alla vernice o alla polvere. Inoltre, è durevole, resistente all'abrasione, di lunga durata, conveniente, ecologica ed è un eccellente isolante elettrico. Allo stesso modo, l'anodizzazione elimina le scrostature e le scheggiature e offre un'eccellente protezione dalla corrosione e resistenza allo sbiadimento del colore.

I principali materiali utilizzati per l'anodizzazione sono: acido cromico, acido solforico e placcatura anodica dura.

Il processo di anodizzazione basato sull'acido cromico è noto anche come anodizzazione di Tipo I. Questo è anche il più antico processo di anodizzazione che utilizza l'acido cromico. L'acido cromico produce pellicole opache sottili, da 0,5 a 18 μm, morbide, duttili e in qualche misura autorigeneranti. Sono più difficili da tingere e possono essere applicate come pretrattamento prima della verniciatura.

Il processo di anodizzazione a base di acido solforico è la soluzione più diffusa, nota come anodizzazione di tipo II. Con l'acido solforico si ottengono in genere rivestimenti di spessore moderato, da 18 a 25 μm.

Il processo di anodizzazione basato sull'aumento dello spessore è noto come anodizzazione di tipo III. L'anodizzazione dura è tipicamente applicata a parti industriali soggette a forte usura e destinate ad applicazioni aggressive o altamente corrosive. Lo spessore può essere compreso tra 25 e 150 μm. Lo spessore dell'anodizzazione aumenta la resistenza all'usura, la resistenza alla corrosione, la capacità di trattenere lubrificanti e rivestimenti in PTFE e l'isolamento elettrico e termico.

Il rivestimento per immersione è un processo per immersione in cui un substrato viene rivestito con una polvere immergendolo in una soluzione di materiale di rivestimento a velocità costante. Questo processo industriale è adatto alla produzione di prodotti in grandi volumi, come tessuti spalmati o profilattici e rivestimenti specializzati nel settore biomedico. Numerosi processi di ricerca nel campo dell'ingegneria chimica e dei nanomateriali sono utilizzati nella ricerca accademica per studiare l'uso del Dip Coating per creare rivestimenti a film sottile. Con la tecnica del Dip Coating è possibile ottenere un film uniforme e di alta qualità anche su forme ingombranti e complesse.

I principali materiali utilizzati per il Dip Coating sono la vernice gommosa e il rivestimento in silicone.

La vernice gommosa è una vernice a base d'acqua con un legante in lattice.

Le pellicole di rivestimento in silicone possono essere applicate a substrati a base di silice, come il vetro, per formare un rivestimento idrofobico a legame covalente. Molti tessuti possono essere rivestiti o impregnati di silicone per formare un composito resistente e impermeabile come il silnylon.

Elettrodeposizione: adottata da un'ampia varietà di industrie, è un processo di finitura che ricopre gli oggetti metallici con un sottile strato di un metallo diverso per ottenere le proprietà desiderate che mancano al pezzo originale. Il processo è chiamato elettrodeposizione. L'elettrodeposizione ha lo scopo di modificare le proprietà superficiali di un oggetto, come la resistenza all'abrasione, all'usura o alla corrosione, la lubrificazione o le qualità estetiche. Inoltre, la elettrodeposizione viene talvolta eseguita per aumentare lo spessore dei pezzi sottodimensionati o per formare oggetti con l'elettroformatura.

I principali materiali utilizzati per la elettrodeposizione sono la cadmiatura, la cromatura, la ramatura, la doratura, la cromatura dura, la nichelatura, la rodiatura, l'argentatura, la stagnatura, la stagnatura al piombo, la zincatura e la zincatura al ferro.

La elettrodeposizione del cadmio offre un rivestimento metallico robusto e versatile. Il cadmio è un metallo bianco morbido che si corrode prima del materiale di supporto quando viene placcato su acciaio, ghisa, ferro malleabile, rame e metallo in polvere. La cadmioplaccatura offre anche un'eccezionale superficie di adesione per gli adesivi, rendendola ideale per l'uso nella produzione di aeromobili e in ambienti con acqua salata.

La cromatura distribuisce un sottile strato di cromo su un oggetto metallico a scopo decorativo o per ottenere resistenza alla corrosione, facilità di pulizia o maggiore durezza superficiale.

La ramatura utilizza l'elettrolisi per depositare un sottile strato metallico solido di rame sulla superficie di un oggetto.

La doratura distribuisce un sottile strato d'oro sulla superficie di un altro metallo, spesso rame o argento (per ottenere l'argento dorato), mediante placcatura chimica o elettrochimica.

La cromatura dura, nota anche come cromatura industriale o cromatura ingegnerizzata, viene eseguita per ridurre l'attrito e migliorare la durata attraverso la tolleranza all'abrasione e la resistenza all'usura in generale. Inoltre, si impegna a ridurre al minimo l'attrito o il grippaggio dei pezzi, ad ampliare l'inerzia chimica a una serie più ampia di condizioni (in particolare la resistenza all'ossidazione), e a ridurre al minimo il materiale delle parti usurate per ripristinare le dimensioni originali.

La nichelatura distribuisce un sottile strato di nichel su un oggetto metallico a scopo decorativo, per ottenere resistenza alla corrosione, all'usura o per ingombrare parti usurate o sottodimensionate a scopo di recupero.

La rodiatura viene occasionalmente utilizzata su oro bianco, argento, rame e sue leghe. Per prima cosa, viene solitamente depositato uno strato barriera di nichel per evitare la contaminazione del bagno di rodio, che scioglie leggermente i metalli sopra citati a causa dell'acido solforico presente nella composizione del bagno.

L'argentatura distribuisce un sottile strato di argento su un oggetto come alternativa economica all'uso dell'argento massiccio. Esempi popolari di argentatura sono gli strumenti musicali, le posate, vari recipienti e i candelabri.

La stagnatura viene adottata principalmente per proteggere superfici ferrose e non ferrose. È particolarmente utile nell'industria alimentare per le sue proprietà non tossiche, duttili e resistenti alla corrosione.

La stagnatura è adottata principalmente per la protezione dalla corrosione e come base per la saldatura. Il piombo-stagno non si ossida rapidamente all'aria, è morbido e molto duttile. Il suo colore può variare dal grigio opaco al grigio molto brillante.

La zincatura distribuisce un sottile strato di zinco sugli oggetti metallici per prevenire l'ossidazione formando una barriera. Questa barriera funge da anodo sacrificale se viene danneggiata.

La zincatura con ferro offre una migliore protezione dalla corrosione rispetto al solo zinco. Inoltre, presenta una distribuzione uniforme del deposito e una lubrificazione, una duttilità e una durezza superiori.

L'elettrolucidatura è spesso definita come il processo opposto alla galvanoplastica, in quanto il materiale viene rimosso da un pezzo metallico anziché aggiunto. Chiamato anche lucidatura elettrochimica, anodica o elettrolitica, questo processo viene utilizzato per lucidare, passivare e sbavare i pezzi metallici. L'elettrolucidatura applica un metodo scientifico in cui il materiale viene rimosso utilizzando correnti elettriche, ossidazione ed elettroliti.

L'elettrolucidatura è particolarmente vantaggiosa per l'acciaio inossidabile, poiché rimuove il ferro dalla superficie, migliorando il contenuto di cromo/nichel per ottenere uno stato di passivazione superiore. Inoltre, fornisce una superficie pulita e liscia che facilita la sterilizzazione e un aspetto esteticamente gradevole. Inoltre, può ridurre le dimensioni dei pezzi quando necessario.

I principali materiali utilizzati per l'elettrolucidatura sono solitamente miscele concentrate di acido solforico e acido fosforico, adottate principalmente per la loro elevata viscosità. Tuttavia, sono stati riportati anche perclorati con anidride acetica e soluzioni metanoliche di acido solforico. Queste miscele sono note anche come soluzioni elettrolitiche.

L'acido solforico è un acido minerale con formula molecolare H2SO4. È un liquido colloso incolore e inodore, solubile in acqua. La sua natura di solido acido lo rende altamente corrosivo. È anche igroscopico, cioè assorbe facilmente il vapore acqueo dall'aria. Anche a concentrazioni moderate, l'acido solforico è molto pericoloso a contatto diretto con la pelle.

L'anidride acetica, o anidride etanoica, è il composto chimico (CH3CO)2O. Comunemente abbreviato in Ac2O, è la più semplice anidride isolabile di un acido carbossilico ed è ampiamente utilizzata come reagente nella sintesi organica. È un liquido incolore che ha un forte odore di acido acetico, formato dalla reazione con l'umidità dell'aria.

L'acido fosforico (noto anche come acido ortofosforico o acido fosforico(V)) è un acido minerale (inorganico) e debole con formula chimica H3PO4. L'acido ortofosforico si riferisce all'acido fosforico, il nome IUPAC di questo composto. Il prefisso orto- viene utilizzato per distinguere l'acido dagli acidi fosforici correlati, chiamati acidi polifosforici. L'acido ortofosforico è un acido non tossico, solido a temperatura e pressione ambiente quando è puro. Oltre a essere un reagente chimico, l'acido fosforico ha un'ampia varietà di usi, tra cui convertitore di ruggine, additivo alimentare, mordenzante dentale e ortopedico, elettrolita, fondente per saldatura, agente disperdente, mordenzante industriale, materia prima per fertilizzanti e componente di prodotti per la pulizia della casa.

La placcatura elettrolitica è un processo puramente chimico che ha lo scopo di irrobustire un componente, migliorarne l'aspetto e migliorare la resistenza all'attrito e alla corrosione. È nota anche come placcatura autocatalitica e, come suggerisce il nome, in questo processo di placcatura non viene utilizzata l'elettricità. La placcatura elettrolitica è particolarmente vantaggiosa per le industrie che desiderano un rivestimento del metallo semplificato ed economico. Le parti di forme complesse e intricate o soggette a forti fattori corrosivi sono i candidati principali per la placcatura elettrolitica.

I principali materiali utilizzati per la placcatura elettrolitica sono la ramatura elettrolitica, la nichelatura PTFE e la nichelatura elettrolitica al fosforo.

La ramatura elettrolitica deposita chimicamente uno strato di rame sul segmento desiderato di un pezzo o su un segmento di un pezzo.

La nichelatura elettrolitica-PTFE (politetrafluoroetilene fosforoso) riveste le superfici metalliche mediante una reazione chimica autocatalitica per ottenere un rivestimento ripetibile di spessore uniforme. Questo processo consente di rivestire parti con spigoli vivi, rientranze profonde, cuciture, filettature e geometrie complesse.

Esistono tre tipi di nichelatura elettrolitica al fosforo: bassa, media e alta. Il trattamento a basso fosforo viene applicato per depositi di durezza fino a 60 Rockwell C. Il nichel elettrolitico a medio fosforo (MPEN) si riferisce alla lega di nichel-fosforo depositata con il processo elettrolitico. La lega risultante è composta da livelli medi di fosforo. I livelli medi variano in percentuale di peso tra il 4-10%. Il nichel elettrolitico ad alto tenore di fosforo (HPEN) è ideale per gli standard industriali che richiedono una protezione da ambienti acidi altamente corrosivi, come la perforazione petrolifera e l'estrazione del carbone, grazie alla sua elevata resistenza alla corrosione.

La verniciatura a polvere riveste i pezzi da lavorare con una polvere asciutta e scorrevole per creare una finitura più dura e resistente rispetto alla vernice convenzionale. La più comunemente applicata ai metalli, è utilizzata per rivestire elettrodomestici, estrusioni di alluminio, ferramenta per fusti e parti di automobili e biciclette. Di solito, i polimeri termoplastici o termoindurenti vengono applicati con un processo elettrostatico, seguito da un processo di indurimento a caldo. Il tempo di polimerizzazione della verniciatura in polvere è notevolmente più rapido rispetto a quello della verniciatura liquida. Inoltre, il suo stato di polvere elimina gli svantaggi dello scorrimento e del cedimento.

I principali materiali utilizzati per la verniciatura in polvere sono il primer in polvere e il rivestimento in polvere.

I primer in polvere aggiungono una maggiore resistenza alla corrosione e una superficie migliore per un aspetto estetico migliore. Tra i vari primer vi sono Eposeal, Epoxy Polyester NZP, Epozinc 1000, Epozinc ZL e molti altri.

I materiali di rivestimento in polvere possono essere suddivisi in due categorie principali: termoindurenti e termoplastici. I primer termoindurenti incorporano un reticolante che reagisce con altri gruppi chimici durante la cottura, migliorando le proprietà prestazionali finali. I primer termoplastici non subiscono ulteriori azioni durante il processo di cottura, che completa il rivestimento finale.

I polimeri più comuni sono il poliestere, il poliuretano, l'epossidico-poliestere (noto come ibrido), l'epossidico puro (epossidico legato per fusione) e l'acrilico.

La spruzzatura è una tecnica che prevede l'applicazione a spruzzo di colori, inchiostri, vernici o altri materiali per ottenere le proprietà di finitura desiderate di un pezzo. Solitamente abbinata all'aria compressa, la spruzzatura impiega aerografi o pistole a spruzzo che possono essere rispettivamente portatili o automatizzate. Gli aerografi sono utilizzati soprattutto per i pezzi che richiedono maggiori dettagli, mentre le pistole a spruzzo sono più adatte a coprire grandi superfici con uno strato liquido uniforme.

I principali materiali utilizzati per la spruzzatura sono:

Il rivestimento conduttivo permette a una corrente elettrica di scorrere sulla superficie di un materiale non conduttivo.

I primer liquidi forniscono uno strato liscio su cui i materiali di rivestimento successivi miglioreranno l'aderenza.

La vernice di finitura liquida fornisce uno strato di finitura di qualità superiore su una superficie primerizzata e offre un'eccellente resistenza alla corrosione e agli agenti chimici.

La vernice simil-gomma è una vernice a base d'acqua con un legante in lattice.

I film di rivestimento al silicone possono essere applicati su substrati a base di silice, come il vetro, per formare un rivestimento idrofobico a legame covalente. Molti tessuti possono essere rivestiti o impregnati di silicone per formare un composito resistente e impermeabile come il silnylon.

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