Trattamenti superficiali e termici

Il trattamento superficiale del metallo permette di conferire al prodotto l’aspetto desiderato. L’aspetto ancora più importante è che allunga la vita del metallo. La levigatura della superficie e la successiva verniciatura proteggono il metallo dai fattori ambientali.

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Rivestimenti superficiali

Verniciatura a polvere

Metodo ampiamente utilizzato per la verniciatura di componenti metallici, la verniciatura a polvere offre un’ampia gamma di colori. Durante il processo, una polvere secca viene applicata elettrostaticamente sul pezzo in metallo

La fase successiva prevede la cottura in forno dei componenti. Il processo di polimerizzazione assicura che la polvere aderisca stabilmente al pezzo. Il rivestimento così ottenuto protegge i componenti dalla corrosione e conferisce un eccellente impatto estetico.

Verniciatura a liquido

Rappresenta il metodo tradizionale per la verniciatura dei componenti tramite l’applicazione di vernice liquida. È il trattamento superficiale ideale per i metalli che non possono essere sottoposti alle temperature di cottura richieste dalla verniciatura a polvere.

Le vernici tradizionali offrono una gamma di colori ancora più estesa e consentono l’applicazione di uno strato di rivestimento più spesso. Inoltre, garantiscono una maggiore durata in specifiche condizioni in cui la verniciatura a polvere non risulta efficace.

Zincatura

La zincatura consiste nel rivestire il ferro e l’acciaio con uno strato di zinco per garantire una protezione superiore contro la corrosione. Lo zinco funge da barriera protettiva che scherma la superficie sottostante dagli agenti corrosivi e ne prolunga la durata nel tempo. Il processo di zincatura è economicamente vantaggioso e offre un rivestimento altamente durevole.

I due metodi più comuni per la zincatura sono la zincatura a caldo e la zincatura elettrolitica. Nel processo a caldo, il pezzo viene immerso in un bagno di zinco fuso; nella zincatura elettrolitica, invece, il processo è guidato dall’elettricità fino al raggiungimento di uno spessore adeguato dello strato di zinco.

La zincatura viene comunemente utilizzata in contesti in cui il metallo deve resistere ad ambienti aggressivi o in applicazioni strutturali in cui deve mantenere la propria resistenza per molti decenni. Il rivestimento protettivo garantisce che il metallo di base sopporti condizioni gravose senza compromettere le sue proprietà critiche, come la resistenza alla trazione, l’elasticità e la durevolezza. L’ampio utilizzo dell’acciaio zincato è riscontrabile nella costruzione di ponti, guardrail e apparecchiature in acciaio negli impianti chimici.

Anodizzazione

L’alluminio non trattato presenta una bassa resistenza all’usura e, una volta esposto all’ambiente, forma naturalmente un sottile strato di ossido di alluminio che lo protegge dalla corrosione. Tuttavia, questo film di ossido naturale può deteriorarsi a causa della reazione con altri elementi presenti nell’ambiente. Per ottenere una protezione superiore si ricorre all’anodizzazione.

L’anodizzazione è un processo elettrochimico che crea un rivestimento di ossido sulla superficie del componente. Questo trattamento protegge il prodotto dall’usura e ne migliora al tempo stesso l’aspetto estetico. Durante il processo, il componente da trattare funge da anodo all’interno di una cella elettrolitica, da cui deriva il nome del processo.

Sebbene l’anodizzazione sia principalmente associata all’alluminio, anche molti altri metalli possono essere sottoposti a questo trattamento. Tra questi figurano magnesio, titanio, zirconio, niobio, zinco, afnio e tantalio, anche se per finalità diverse.

Rispetto alla placcatura e alla verniciatura a polvere, l’anodizzazione rappresenta una finitura di qualità superiore e consente di ottenere un’ampia varietà di effetti estetici, fedeli all’aspetto del materiale che si desidera riprodurre.

Deposizione elettrolitica

Durante la deposizione elettrolitica, un sottile strato di atomi metallici viene depositato su un altro materiale mediante elettrolisi. L’applicazione di uno strato di un metallo diverso consente di migliorare diverse proprietà fisiche, meccaniche e chimiche del componente.

Oltre ad aumentare la resistenza alla corrosione e all’usura, la deposizione elettrolitica viene spesso utilizzata anche per migliorare l’aspetto estetico del prodotto, ad esempio mediante nichelatura.

Ossidazione nera

L’ossidazione nera è un trattamento di conversione che migliora la resistenza alla corrosione e l’aspetto dei componenti metallici formando uno strato protettivo sulla superficie. Viene eseguita principalmente sui metalli ferrosi, ma il processo può essere applicato anche ad acciaio inox, rame, alluminio e zinco.

Il trattamento consiste nell’immergere il metallo in un bagno chimico che reagisce con la superficie formando una sottile finitura nera. L’intensità dell’annerimento dipende dalla durata dell’immersione.

Questo trattamento è particolarmente efficace per ridurre i riflessi della luce e conferire ai componenti un elegante aspetto opaco. È comunemente impiegato per utensili e componenti automobilistici, offrendo una protezione moderata dalla corrosione senza alterare le dimensioni dei componenti di precisione.

Trattamenti superficiali

Sbavatura

La sbavatura è un processo di finitura che elimina le piccole bave residue lasciate sui componenti metallici dopo operazioni di lavorazione o taglio. Sebbene il taglio laser produca generalmente bordi puliti sulle lamiere più sottili, altri processi di taglio possono lasciare finiture meno accurate. Queste bave possono compromettere la funzionalità e la sicurezza del componente, rendendo la sbavatura fondamentale per ottenere bordi lisci e lavorazioni di precisione. Inoltre, migliora l’aspetto del pezzo, riduce attrito e usura e minimizza il rischio di lesioni.

La sbavatura può essere eseguita per via meccanica, chimica o termica, a seconda della complessità del pezzo. Il metodo meccanico è il più comune per le applicazioni generiche: i pezzi vengono posizionati sul nastro trasportatore di una sbavatrice, che attraversa una serie di spazzole in grado di garantire una finitura di qualità. I nastri sono sufficientemente larghi da consentire la lavorazione anche di pezzi di grandi dimensioni.

Sabbiatura, pallinatura e microsabbiatura

La sabbiatura e la pallinatura sono processi di pulizia abrasiva che utilizzano particelle proiettate ad alta velocità per pulire, levigare o irruvidire le superfici metalliche. Nella sabbiatura il materiale abrasivo viene proiettato mediante aria compressa, mentre nella pallinatura viene accelerato da una turbina centrifuga.

La pallinatura è generalmente un processo più aggressivo, anche se il risultato dipende dal tipo di abrasivo utilizzato e dai parametri di lavorazione. Entrambi i metodi preparano le superfici per i rivestimenti, migliorando l’adesione e la resistenza alla corrosione.

La microsabbiatura è simile alla pallinatura, ma utilizza microsfere di vetro o altri abrasivi più delicati per ottenere una finitura più liscia. È quindi particolarmente indicata per applicazioni che richiedono un trattamento superficiale meno aggressivo, come la lucidatura o la realizzazione di una finitura satinata sui metalli.

Elettrolucidatura

L’elettrolucidatura, nota anche come lucidatura anodica, è un processo elettrochimico che utilizza la corrente elettrica per rimuovere un sottile strato superficiale dai metalli elettricamente conduttivi, rendendone la superficie più liscia. A differenza della lucidatura meccanica, l’elettrolucidatura agisce a livello microscopico, eliminando asperità e difetti superficiali per ottenere una finitura pulita e brillante. Tuttavia, viene spesso utilizzata come trattamento complementare alla lucidatura meccanica.

Oltre a ridurre la rugosità superficiale, questo processo migliora la resistenza alla corrosione e pulisce i componenti, rendendolo ideale per la produzione di componenti destinati ad applicazioni nei settori ad alta precisione come quello farmaceutico, alimentare ed elettronico. Inoltre, l’elettrolucidatura contribuisce a prevenire la proliferazione batterica, rappresentando quindi una soluzione ideale per numerose applicazioni che richiedono elevati standard igienici.

Passivazione

La passivazione è un trattamento successivo alla lavorazione che rende un materiale passivo, ovvero meno soggetto alle reazioni chimiche. Questo processo aumenta la resistenza alla corrosione dell’acciaio inox creando sulla superficie uno strato passivo di ossido. Tale film protettivo previene la formazione della ruggine isolando il metallo dagli agenti atmosferici, come umidità e aria.

Il processo consiste nell’immergere il metallo in un bagno di acido a bassa concentrazione per rimuovere le impurità e favorire la formazione dello strato di ossido. La passivazione è ampiamente utilizzata nei settori in cui durata nel tempo e pulizia sono fondamentali, come quello dei dispositivi medicali, dell’industria alimentare e dell’aerospazio.

Decapaggio

Il decapaggio è un trattamento chimico utilizzato per rimuovere impurità superficiali come ruggine, calamina e ossidi da metalli quali acciaio, acciaio inox, alluminio e altri materiali. Il componente viene immerso in una soluzione acida, nota come bagno di decapaggio, che elimina tali contaminanti lasciando una superficie pulita e opaca.

Il decapaggio viene spesso eseguito prima di processi come zincatura, placcatura o rivestimento, al fine di garantire un’adesione ottimale e prestazioni durature. È un trattamento essenziale per assicurare la longevità e la resistenza alla corrosione dei componenti destinati ad ambienti particolarmente gravosi.

Trattamenti termici

Ricottura

La ricottura viene utilizzata per ridurre la durezza e aumentare la duttilità e la tenacità di diversi tipi di acciaio, ghisa, alluminio e di numerose leghe. Il processo consiste nel riscaldare il componente oltre la temperatura di ricristallizzazione.

La ricottura viene generalmente eseguita dopo lavorazioni meccaniche come piegatura, formatura, laminazione, rettifica o trafilatura, che possono rendere il metallo più duro e fragile. In queste condizioni il materiale risulta più difficile da lavorare ulteriormente ed è maggiormente soggetto alla formazione di cricche. Per questo motivo, la ricottura viene spesso utilizzata per riportare il metallo a uno stato più idoneo alle lavorazioni successive.

Il processo viene inoltre impiegato come trattamento termico finale per eliminare le tensioni interne, migliorare la durata in esercizio del componente e ottimizzarne le prestazioni. La ricottura può anche ammorbidire le zone solidificate delle saldature e migliorare la conducibilità elettrica.

Normalizzazione

La normalizzazione è una particolare tipologia di ricottura nella quale il raffreddamento del materiale avviene in aria, a temperatura ambiente, anziché lentamente all’interno del forno. Per questo motivo, i benefici e gli ambiti di applicazione della normalizzazione sono molto simili a quelli della ricottura: maggiore duttilità e tenacità, accompagnate da una riduzione della durezza.

Quando sono richieste queste proprietà, la normalizzazione rappresenta una soluzione relativamente rapida ed economica, poiché richiede tempi inferiori di permanenza nel forno. Nella maggior parte delle applicazioni è sufficiente, purché i componenti non siano destinati a sopportare carichi particolarmente elevati.

Per gli acciai dolci e gli acciai bassolegati, il miglioramento delle proprietà meccaniche ottenuto mediante normalizzazione è pressoché equivalente a quello ottenuto con la ricottura.

Rinvenimento

Il rinvenimento è un trattamento termico durante il quale i componenti vengono riscaldati e mantenuti a una temperatura prestabilita, inferiore al punto critico, per un determinato periodo di tempo. Successivamente vengono raffreddati fino a temperatura ambiente in aria calma.

Il rinvenimento viene generalmente eseguito dopo i processi di tempra, nei quali il materiale viene riscaldato oltre la temperatura critica superiore e successivamente raffreddato rapidamente. Per ridurre la fragilità e ripristinare la duttilità, il metallo viene quindi riscaldato nuovamente, questa volta a una temperatura inferiore. In questo modo si ottiene un migliore equilibrio tra durezza e duttilità.

I metalli rinvenuti sono particolarmente indicati per applicazioni che richiedono un certo grado di flessibilità dei componenti. In teoria il rinvenimento può essere applicato a numerosi metalli, ma è soprattutto associato agli acciai al carbonio, poiché pochi altri materiali rispondono a questo trattamento nello stesso modo.

Tempra

La tempra è un processo di raffreddamento rapido utilizzato per aumentare la durezza dei metalli dopo il loro riscaldamento a una temperatura specifica, superiore al punto di ricristallizzazione ma inferiore al punto di fusione, in modo da consentire la riorganizzazione della struttura cristallina. Immergendo il metallo riscaldato in un mezzo di raffreddamento, come acqua, olio o aria, il materiale assume una struttura più dura e resistente.

Questo processo aumenta la resistenza meccanica e all’usura dei componenti, rendendolo ideale per applicazioni che richiedono elevate prestazioni. La tempra è comunemente utilizzata per componenti di macchine ed elementi strutturali. Per ottenere proprietà specifiche del materiale, la tempra viene spesso seguita da altri trattamenti termici, come il rinvenimento o la ricottura.

Indurimento per precipitazione (Invecchiamento)

L’indurimento per precipitazione, noto anche come invecchiamento, è un trattamento termico impiegato per aumentare il limite di snervamento di materiali duttili, tra cui alcune leghe di alluminio, nichel e acciaio. Generalmente viene eseguito dopo la tempra e consiste nel riscaldare il metallo a una temperatura elevata e successivamente raffreddarlo lentamente. Sebbene a prima vista possano sembrare simili, rinvenimento e invecchiamento sono processi termodinamicamente differenti, applicati a materiali diversi e in grado di conferire proprietà differenti in funzione del tempo e della temperatura di trattamento.

Durante il processo si formano all’interno della struttura del materiale minuscole particelle, dette precipitati, che ostacolano il movimento delle dislocazioni e aumentano durezza e resistenza. Questo trattamento è ideale per componenti che richiedono sia elevate caratteristiche meccaniche sia un’ottima resistenza alla fatica. In alcune leghe, l’invecchiamento migliora anche la resistenza all’ossidazione e alla corrosione.

Indurimento superficiale

La tempra superficiale permette di indurire la superficie di un componente metallico mantenendo tenace il nucleo. Questo processo consente di combinare in un unico pezzo i vantaggi di un materiale duro e di uno più tenace.

Un materiale più tenero offre una migliore resistenza agli urti grazie alla maggiore tenacità, duttilità e resistenza meccanica, ma presenta una limitata resistenza all’usura. Quest’ultima è fondamentale per ridurre il deterioramento causato da abrasione e attrito. Indurendo selettivamente lo strato superficiale è quindi possibile limitare l’usura mantenendo inalterate le altre proprietà desiderate del materiale.

Se il contenuto di carbonio è sufficiente, basta semplicemente riscaldare e temprare il pezzo. Se invece il tenore di carbonio è basso oppure è richiesta una durezza superficiale particolarmente elevata, occorre arricchire la superficie con elementi come il carbonio (cementazione) o l’azoto (nitrurazione).

Nitrurazione

La nitrurazione è una tipologia di tempra superficiale nella quale l’azoto viene diffuso nello strato superficiale del metallo, creando uno strato duro e resistente all’usura. Il processo avviene a temperature relativamente basse, garantendo un’eccellente stabilità dimensionale e riducendo al minimo le deformazioni del pezzo trattato.

La nitrurazione viene comunemente applicata a componenti in acciaio e acciaio inox che richiedono una maggiore durezza superficiale, una migliore resistenza alla fatica e una superiore resistenza alla corrosione.

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