Služba povrchových úprav

Niekoľko bežných povrchových úprav kovov a spôsoby ich výberu

 

 

Ako materiál široko používaný v priemysle a každodennom živote bolo zlepšovanie a ochrana výkonu kovov vždy stredobodom výskumu v oblasti vedy o materiáloch. Technológia povrchovej úpravy kovov dáva kovom nové vlastnosti, ako je odolnosť proti korózii, odolnosť proti opotrebeniu a estetiku zmenou chemického zloženia alebo fyzikálnej štruktúry kovového povrchu. Nasleduje predstavenie niekoľkých bežne používaných povrchových úprav kovov pre referenciu a výber pri navrhovaní mechanickej konštrukcie.

Galvanizácia

Definícia: Pozinkovaný kov možno definovať ako kov, ktorý bol ošetrený galvanizačným procesom, aby sa na kovový povrch naniesla vrstva zinku, aby sa zabránilo hrdzi. Vo všeobecnosti je proces galvanizácie ponorený do horúceho zinku, aby sa vytvorila zinková vrstva, ktorá má chemickú väzbu s kovovým povrchom, čím sa vytvorí ochranný povlak.

 

 

Použitie: Pozinkované môžu byť mnohé kovy, ale najbežnejšie sú oceľ a železo. Železné kovy, vrátane liatiny, liatiny, temperovanej liatiny, ocele valcovanej za tepla a ocele valcovanej za studena, sú často galvanizované. Na rozdiel od toho neželezné kovy, ako je meď alebo hliník, nevytvárajú galvanizovaný povlak ako výsledok procesu galvanizácie.

Proces galvanizácie: Proces galvanizácie pozostáva z troch hlavných etáp: vrátane: prípravy povrchu, skutočného zinkovania a dodatočnej úpravy. Je dôležité správne pripraviť povrch a dodržiavať správne kroky po procese galvanizácie, aby sa zabezpečila funkčnosť a estetika náteru.

 

 

Ako to funguje: Počas procesu galvanizácie zinok interaguje so železom v kove a vytvára pevnú vrstvu zliatiny. Táto ochranná vrstva pomáha chrániť základný kov pred korozívnymi činidlami vrátane kyselín, zásad a plynov, čím sa predlžuje životnosť základného kovu. Táto ochranná zinková vrstva pôsobí aj ako obetná vrstva; ak je vystavený, bude korodovať rýchlejšie ako základný kov, čím ho ochráni pred hrdzou a koróziou. Iné úpravy, ako je chromátovanie, môžu zlepšiť ochranné vlastnosti pozinkovaného kovu, a preto je široko používaný v stavebnom, automobilovom a výrobnom priemysle.

Typy procesov galvanizácie

Žiarové zinkovanie

Žiarové zinkovanie alebo žiarové zinkovanie je proces, pri ktorom sa správne vyčistený kov ponorí do roztaveného zinku. Zinok sa spája s kovovým substrátom a vytvára metalurgickú väzbu a vytvára ochrannú vrstvu. Táto metóda je rýchla a lacná, ale výsledkom môžu byť vrstvy rôznej hrúbky.

Predgalvanizácia

Predgalvanizácia sa vykonáva počas prvej etapy výroby ocele. Plech sa vyčistí, nechá prejsť zinkovým kúpeľom a zvinie. Zatiaľ čo to vytvára jednotný povlak, môže to vytvárať exponované oblasti z iných výrobných procesov.

Elektrogalvanizácia

Elektrogalvanizácia využíva elektrolyt a elektrický prúd na prichytenie iónov zinku k oceli. Táto metóda vytvára presnú a konzistentnú vrstvu náterového materiálu, ale vo všeobecnosti je menšia ako žiarové zinkovanie.

Preto má každá metóda galvanizácie svoje výhody a nevýhody a je dôležité zvoliť najvhodnejšiu technológiu pre váš projekt.

Výber z pozinkovanej ocele a hliníka

Pozinkovaný hliník a oceľ sú široko používané v mnohých priemyselných odvetviach vďaka svojim jedinečným fyzikálnym a chemickým vlastnostiam. Pozinkovaná oceľ je známa svojou vynikajúcou trvanlivosťou a odolnosťou proti korózii a často sa používa pri výrobe automobilov, na strechách budov a stavbe plotov. Hliník zároveň vyniká nízkou hustotou a vysokou špecifickou pevnosťou, pričom hrá dôležitú úlohu v dopravných oblastiach, ako je letectvo, navigácia, železničná doprava, ako aj v stavebníctve a elektrotechnike.

Pri výrobe lopatiek ventilátorov sa síce používa pozinkovaná oceľ aj hliník, ale pre nižšiu hmotnosť sú uprednostňované pozinkované hliníkové plechy. Avšak pre potrubia systému HVAC a kryty ventilátorov sú preferovaným materiálom pozinkované oceľové plechy kvôli ich nákladovej efektívnosti a ľahkému spracovaniu.

Pokiaľ ide o ťažnosť, hliník víťazí svojou vynikajúcou ťažnosťou a možno ho ľahko tvarovať do rôznych foriem bez straty svojej vlastnej pevnosti. Na porovnanie, hoci pozinkovaná oceľ má tiež určitý stupeň ťažnosti, jej výkon je o niečo horší ako hliník, pokiaľ ide o tvarovanie a tvarovanie. Pri projektoch, ktoré vyžadujú zložité tvarovanie alebo dizajn, je hliník preferovaným materiálom vďaka svojej flexibilite. Stojí za zmienku, že oceľ môže byť po tepelnom spracovaní tvarovaná aj voľnejšie, hoci tento proces je technicky zložitejší.

 

 

Výhody:

Vrstva zinku na povrchu ocele chráni diel pred koróziou tým, že pôsobí ako obetná vrstva, ktorá koroduje skôr ako podklad.

Je pevne spojená s podkladom. Nehrozí teda odlupovanie.

Kovový zinok je relatívne lacnejší ako chróm a nikel. Preto je zinkové pokovovanie nákladovo efektívnejšie ako iné galvanické pokovovanie.

Tepelná stabilita je ďalšou výhodou zinkovania.

Zložitosť geometrie substrátu neovplyvňuje proces nanášania zinku.

Použitie zinkového povlaku na ochranu kovových častí zlepšuje pôvodnú vodivosť substrátovej časti, hlavne pre železné materiály.

Nevýhody:

Hrubšie nátery (zvyčajne > 25 µm) môžu spôsobiť krehnutie a praskanie zinkovej vrstvy.

Plynný vodík sa môže dostať do ocele počas procesu elektrolýzy a môže spôsobiť skrehnutie a riziko zlyhania.

Vizuálny vzhľad sa môže časom zhoršiť.

Obmedzuje sa na prostredie náchylné na chloridy, najmä pri porovnaní chrómovania a zinkovania.

 

 

Výhody:

Poskytuje odolnosť proti opotrebovaniu, korózii, odolnosť proti poškriabaniu, tvrdosť a nízke trenie pokovovaných častí alebo komponentov.

Vďaka krásnej lesklej a reflexnej povrchovej úprave chrómu je vhodný na zlepšenie výkonu a vzhľadu.

Chemická inertnosť chrómu voči určitým chemikáliám, rozpúšťadlám a olejom môže chrániť komponenty pod nimi pred týmito vonkajšími faktormi.

Tento typ pokovovania dokáže opraviť aj drobné nerovnosti a nedokonalosti povrchu.

Chrómovaný povrch sa ľahko čistí.

Nevýhody:

Surový chróm je drahší ako ostatné pokovované kovy, preto je táto povrchová úprava drahšia ako iné povrchové úpravy.

Použitie šesťmocného chrómu môže predstavovať zdravotné riziká. Preto sú v tomto procese potrebné prísne kontrolné systémy.

Akonáhle je náter poškodený alebo odlúpnutý, je ťažké ho opraviť.

Dosiahnutie jednotného chrómového povlaku na zložitých tvaroch môže byť náročné.

 

 

 

Výhody:

Odporúčané vlastnosti poniklovania Robí hlavný povrch odolným voči opotrebovaniu, oderu a korózii.

Môže zlepšiť elektrickú vodivosť pracovného materiálu.

Bezprúdové niklovanie zaisťuje rovnomerné pokovovanie aj pre zložité geometrie, ako sú vnútorné otvory a drážky.

Niklovanie poskytuje jasný a lesklý strieborný vzhľad.

Vďaka tepelným vlastnostiam niklu môžu poniklované časti odolávať vysokým teplotám.

Nevýhody:

Vykazuje inertnosť voči niektorým chemikáliám, ako sú alkálie, ropa, slaná voda a niektoré mäkké kyseliny. Tento galvanický kov stojí viac, čím je proces galvanizácie drahý.

Pórovitosť niklu spôsobuje, že jeho odolnosť proti korózii a opotrebovaniu je relatívne nižšia ako pri zinku a chrómovaní.

Poniklované povrchy vyžadujú pravidelné čistenie a leštenie, aby si povrch zachovali dlhodobo.

 

 

Pasivácia

Pasivácia je metóda povrchovej úpravy odolná voči hrdzi, ktorá zlepšuje odolnosť kovov proti korózii chemickou reakciou s kovovým povrchom za vzniku oxidovej vrstvy.

 

 

Rozsah pôsobnosti

Pasivácia je všeobecne použiteľná pre kovové materiály, ako je nehrdzavejúca oceľ a hliníkové zliatiny.

Charakteristiky procesu

Pasivačný proces zahŕňa kroky ako čistenie, namáčanie, úprava pasivačným prostriedkom, neutralizácia, čistenie a sušenie na vzduchu. Náklady na pasiváciu sú relatívne nízke, pretože cena pasivačného činidla je relatívne nízka a mala by byť dokončená. Na povrchu však po pasivácii môže byť malé množstvo kovových iónov, čo bude mať určitý vplyv na životné prostredie.

Princíp pasivácie nehrdzavejúcej ocele: Chróm v nehrdzavejúcej oceli reaguje so vzdušným kyslíkom za vzniku vrstvy pasivovaného oxidu chrómu s antikoróznymi vlastnosťami, zatiaľ čo voľné železo v zliatine urýchľuje koróziu. Tým sa rozpúšťa voľné železo a zlepšuje sa vrstva oxidu chrómu, vďaka čomu je kov odolnejší voči korózii.

 

Eloxovanie

Definícia: Eloxovanie je elektrolytický proces, ktorý zväčšuje veľkosť vrstvy oxidu na povrchu kovu, čím je odolnejší voči korózii. Táto metóda sa používa hlavne pre hliník.

 

 

Proces

· Príprava: Hliníková zliatina sa vyčistí a umiestni do elektrolytu kyseliny sírovej.

· Elektrolytický proces: Hliník sa používa ako anóda a materiál, ktorý nereaguje s elektrolytom, ako je nehrdzavejúca oceľ, nikel alebo uhlík, sa používa ako katóda.

·Tvorba oxidu: Anóda pri privedení napätia produkuje kyslík, ktorý reaguje s hliníkom a vytvára vrstvu oxidu hlinitého.

Druhy elektrolytov a ich účinky:

·Pri 10 stupňoch tvorí 15–25 % kyselina sírová na diele vrstvu oxidu s rýchlosťou asi 25 µm/h.

·Kyselina šťaveľová a kyselina sírová pri 30 stupňoch vytvárajú vrstvu oxidu s rýchlosťou asi 0 mm za hodinu.

·10 % kyselina chrómová pri 38–42 stupňoch vytvára vrstvu oxidu s rýchlosťou asi 15 µm/hod.

Výhody

· Trvanlivosť: Povrch sa stáva hustejším a odolnejším voči opotrebovaniu.

· Estetická príťažlivosť: Eloxovanie môže tiež vytvoriť matný povrch, ale môže byť tónované do trvalej farby.

·Vylepšená povrchová úprava: Drsné povrchy sú tiež prospešné pre maľovanie a iné formy povrchovej úpravy, pretože lepšie priľnú k štruktúrovanému povrchu.

Eloxovanie je obzvlášť vhodné pre diely, ktoré vyžadujú odolnosť proti opotrebovaniu, korózii a estetiku.

Voľba medzi eloxovaním a pasiváciou

1. Ak ide len o zabránenie hrdze alebo korózie na kovovom povrchu a zníženie nákladov je hlavným hľadiskom, potom je pasivácia dobrou voľbou. Ak potrebujete zvýšiť oxidovateľnosť, tvrdosť a odolnosť kovového povrchu a nevadí vám relatívne vysoká cena, môžete zvoliť elox.

2. Prah laserového poškodenia pasivácie a mikrooblúkovej oxidácie je vyšší, zatiaľ čo prah poškodenia chemického niklovania, eloxovaných čiernych a tvrdých eloxovaných povrchov je nižší. [Zdroj literatúry: China Laser 43 Volume 12: Vplyv procesu povrchovej úpravy na schopnosť laserového poškodenia hliníkovej zliatiny]

Čierna anodizácia

Vyrobené hliníkové diely získavajú ochranným a krásnym povrchom prostredníctvom procesu čierneho eloxovania. Poskytuje čierny matný povrch a zlepšuje odolnosť proti korózii, odolnosť proti opotrebovaniu a odolnosť proti oderu.

(Vložiť obrázok)

Čierna anodizácia začína normálnym anodizačným procesom a potom eloxovaný hliník nasiakne pigment do čierneho farbiva cez póry vytvorenej vrstvy oxidu hlinitého.

 

Chemický film

Chemický film alebo chromátový konverzný povlak je ďalší pasivačný proces používaný na hliník. Ide o ponorenie kovového povrchu do chemického roztoku a následné nastriekanie alebo nanesenie štetcom. Táto úprava nemení rozmery kovu a môže byť použitá ako základ pre iné organické nátery. Chemický film sa používa aj na opravu eloxovaných povrchov a prípravu povrchu na následnú anodizáciu. Konečná vrstva môže byť priehľadná žltá alebo svetlohnedá, čo spôsobí, že sa na upravenom kove objaví žltý odtieň.

 

Galvanické pokovovanie

Proces elektrolytického pokovovania ukladá jeden kov na povrch iného kovu prostredníctvom kyslej hydrolýzy. V tomto procese sa kov, ktorý sa má pokovovať, používa ako katóda (záporne nabitá) a obetná anóda (kladne nabitá), ako je striebro. Napríklad obetná strieborná anóda môže uložiť oceľovú alebo hliníkovú katódu. Galvanické pokovovanie je proces, ktorý pomáha zlepšiť odolnosť proti korózii a pevnosť dielu.

 

 

 

Práškové lakovanie je suchý proces, pri ktorom sa suchý prášok nanáša na substrát. Líši sa od tekutých náterov, ktoré používajú odparovacie rozpúšťadlá: proces práškového lakovania zahŕňa elektrostatické striekanie, po ktorom nasleduje vytvrdzovanie náteru teplom alebo UV svetlom. Prášky, ktoré možno použiť, môžu byť buď termoplastické alebo termosetové. Okrem toho poskytuje tvrdší, rovnomernejší povrch ako tradičné nátery, vďaka čomu je efektívnejší. Polymérne prášky sa dajú ľahko aplikovať na kovy, ako je hliník a oceľ, čím povrch získa tvrdý a atraktívny povrch.

 

 

 

Teflónový povlak (PTFE) plastový kráľ

Teflón, teflónový nástrek, hrúbka je asi 50-100um

Príklady použitia: poťahovacie nádoby, nože na rezanie za tepla, valčeky

Teplotný rozsah: dlhodobo 240-260 stupňov, krátkodobo nad 300

Charakteristiky procesu:

1. Hladký povrch. Príslušenstvo pre mobilné telefóny, časti fotoaparátu, valčeky

2. Samomazné, zvyšujú odolnosť proti opotrebovaniu. Gumové krúžky, piestne krúžky, rotory, klzné lišty, ozubené kolesá, piesty

3. Nelepivé, lepenie rukoväte. Výrobky proti lepeniu, cukor, valce na lisovanie fólií, stroje na poťahovanie

4. Odolnosť voči vysokej teplote, odolnosť proti nárazu, izolácia, žiadna krehkosť pri nízkej teplote, žiadne tavenie pri vysokej teplote

5. Odolnosť proti korózii, takmer žiadna korózia