Quali sono i trattamenti superficiali per le parti in acciaio inossidabile?

L'acciaio inossidabile è ampiamente utilizzato nella nostra vita quotidiana. Con così tanti metodi di trattamento superficiale dei metalli disponibili sul mercato, quali sono adatti all'acciaio inossidabile? Il primo passo è identificare l'obiettivo principale: migliorare l'aspetto e la consistenza, migliorare la resistenza alla corrosione, ottimizzare le proprietà funzionali (come la resistenza all'usura e le proprietà antistatiche) o soddisfare gli standard del settore (come quelli per l'industria alimentare e medica)? In base allo scopo del trattamento e ai principi del processo, i trattamenti superficiali per l'acciaio inossidabile possono essere suddivisi in quattro tipi principali: lisciatura superficiale, trattamento di conversione chimica, trattamento di rivestimento/placcatura e modifica funzionale della superficie.

I difetti superficiali (come bave, graffi e scaglie di ossido) vengono rimossi tramite mezzi fisici o meccanici per ottimizzare la rugosità superficiale (Ra). Questo trattamento è diviso in due direzioni principali: "opaco/spazzolato" e "finitura a specchio", ed è il metodo più basilare e ampiamente applicato.

Un film di ossido denso/film di passivazione viene generato sulla superficie dell'acciaio inossidabile attraverso reazioni chimiche. Questo migliora la resistenza alla corrosione senza la necessità di un rivestimento aggiuntivo e senza modificare le dimensioni della parte (lo spessore del film è tipicamente 0,1-1μm), rendendolo adatto a parti di precisione.

• Trattamento di passivazione (il trattamento chimico principale)

L'acciaio inossidabile viene immerso in una soluzione di acido nitrico (o acido citrico, soluzione di cromato, che sono ecologici) per ossidare l'elemento Cr sulla superficie e formare un film di passivazione Cr₂O₃ (spessore di circa 2-5 nm). Questo film impedisce al materiale di base di entrare in contatto con l'aria e l'umidità, migliorando significativamente la resistenza alla corrosione.

• Passivazione tradizionale: utilizzo di una soluzione di acido nitrico al 65%-85%, adatta per i gradi comuni di acciaio inossidabile (come 304, 316), ma le acque reflue contenenti cromo devono essere trattate.
• Passivazione ecologica: utilizzo di soluzioni prive di cromo come acido citrico e acido fosforico, conformi agli standard RoHS e per uso alimentare (come FDA), e ampiamente utilizzate nelle industrie mediche e alimentari.

• Trattamento di colorazione

Un film di ossido colorato viene generato sulla base del film di passivazione attraverso l'ossidazione chimica (come la soluzione di ossidazione alcalina) o l'ossidazione elettrochimica. Il colore del film è determinato dal suo spessore (blu, viola, rosso, verde, ecc.), offrendo proprietà sia decorative che resistenti alla corrosione (spessore del film 5-20μm).

Quando la resistenza alla corrosione e all'usura intrinseche dell'acciaio inossidabile sono insufficienti, vengono aggiunti strati funzionali tramite metodi di "rivestimento" o "deposizione" per soddisfare le esigenze di ambienti estremi (come alte temperature, acidi forti e forte usura).

• Deposizione fisica da vapore (PVD Plating)

In un ambiente sottovuoto, i materiali target metallici (come Ti, Cr, Zr) vengono depositati sulla superficie dell'acciaio inossidabile attraverso evaporazione, sputtering o ionizzazione per formare film duri (come TiN nitruro di titanio, CrN nitruro di cromo).

• Applicazioni: utensili da taglio (coltelli chirurgici, coltelli artigianali), stampi, casse di orologi e parti decorative automobilistiche.

• Deposizione chimica da vapore (CVD Plating)

Film ceramici come il carburo di silicio (SiC) e il nitruro di alluminio (AlN) vengono generati attraverso la reazione di reagenti gassosi con la superficie dell'acciaio inossidabile ad alte temperature (800-1200℃), con uno spessore del film di 5-20μm.

• Applicazioni: componenti resistenti alla corrosione nell'industria chimica, parti all'interno di forni ad alta temperatura e portatori di wafer semiconduttori.

• Rivestimenti organici (spruzzatura/deposizione elettroforetica)

Resine organiche (come resina epossidica, politetrafluoroetilene PTFE, vernice fluorocarbonica) vengono applicate sulla superficie tramite spruzzatura o deposizione elettroforetica per formare strati isolanti, resistenti agli agenti atmosferici o antiaderenti.

• Rivestimento in resina epossidica: buone proprietà di resistenza ai solventi e di isolamento, utilizzato per involucri di apparecchiature elettriche e supporti per circuiti stampati.
• Rivestimento in PTFE (Teflon): antiaderente e resistente alla temperatura (-200℃ a 260℃), utilizzato per padelle antiaderenti e stampi per alimenti.
• Vernice fluorocarbonica: resistente ai raggi UV e all'invecchiamento all'aperto (durata superiore a 15 anni), utilizzata per facciate e cartelloni pubblicitari in acciaio inossidabile per esterni.

• Rivestimento nanoceramico composito al grafene

Questo rivestimento utilizza un processo di nano-deposizione che combina la deposizione in fase liquida e in fase vapore, con conseguente densità a livello ionico. Migliora significativamente la conducibilità termica e la dissipazione del calore, è adatto per un uso a lungo termine tra -120°C e 300°C e ha uno spessore stabile e controllabile di ±1 micron. Previene la condensa e la brina a bassa temperatura, è antistatico e resistente alla corrosione.

• Applicazioni: prodotti digitali 3C, apparecchiature meccaniche, data center, biomedicina, elettrodomestici intelligenti, trasporti e dispositivi di precisione.

Per soddisfare esigenze speciali (come proprietà antibatteriche, conduttive o idrofobiche), la microstruttura o la composizione della superficie viene alterata tramite mezzi fisici o chimici per ottenere la "personalizzazione funzionale."

• Trattamento antibatterico

Ioni d'argento (Ag⁺), ioni di rame (Cu²⁺) vengono depositati o drogati sulla superficie, oppure vengono applicate resine antibatteriche (come resina epossidica caricata con argento). Questi ioni metallici interrompono le membrane cellulari batteriche, inibendo la crescita di E. coli e Staphylococcus aureus.

• Applicazioni: apparecchiature mediche (ringhiere dei letti, supporti per infusione), strutture pubbliche (pulsanti degli ascensori, corrimano) e stoviglie per bambini.

• Trattamento idrofobico/superidrofobico

Strutture concave-convesse microscopiche vengono create sulla superficie attraverso l'incisione laser o l'applicazione di materiali a bassa energia superficiale (come il polidimetilsilossano PDMS). Ciò si traduce in un angolo di contatto maggiore di 150°, facendo sì che l'acqua formi goccioline e rotoli via, ottenendo un effetto "autopulente".

• Applicazioni: involucri di telecamere di sorveglianza per esterni, pannelli fotovoltaici solari (telai in acciaio inossidabile) e specchietti retrovisori per auto (bordi in acciaio inossidabile).

• Trattamento conduttivo/magnetico

Rame, nichel, argento (per la conducibilità) o Permalloy (per il magnetismo) vengono elettroplaccati sulla superficie dell'acciaio inossidabile per compensare le sue proprietà conduttive/magnetiche intrinsecamente scarse.

• Applicazioni: connettori elettronici (materiale di base in acciaio inossidabile + placcatura in argento), coperture di schermatura elettromagnetica (acciaio inossidabile + placcatura in nichel).