ODBORNÝ VÝCVIK VE 3. TISÍCILETÍ. Nové trendy v povrchových úpravách materiálů chromování, komaxitování

Transkript

1 Projekt: ODBORNÝ VÝCVIK VE 3. TISÍCILETÍ Téma: Nové trendy v povrchových úpravách materiálů chromování, komaxitování Obor: Nástrojař Ročník: 1. Zpracoval(a): Pavel Rožek Střední průmyslová škola Uherský Brod, 2010

2 Obsah Povrchové úpravy 3 Povrchové úpravy nátěrovými hmotami a plastem 3 Příprava povrchu a lakování 4 Údajový list výrobku- katalogový list 5 Práškové lakování- komaxitování 7 Lakování a pokrývání vrstvou plastu 8 Fosfátování a chromátování 8 Pokovování 9 Chemické niklování 10 Tvrdé chromování 11 Eloxování 12 Cínování 13 Zinkování 14 Literatura 14

3 1. POVRCHOVÉ ÚPRAVY Mnoho strojírenských výrobků vyžaduje po tvarovém dokončení ještě povrchové úpravy, spočívající v sycení povrchu nebo pokrývání povrchu vrstvou materiálu. Cílem povrchových úprav může být zlepšení funkčních vlastností, trvanlivosti nebo vzhledu. Před povrchovými úpravami je potřeba povrch ošetřit (očistit a odmastit) nebo krátkodobě konzervovat proti korozi. Povlakování spočívá většinou v nanesení tenké a pevně ulpívající vrstvy plastu, kovu, u nebo keramického smaltu na povrchu součásti. 1.1 POVRCHOVÉ ÚPRAVY NÁTĚROVÝMI HMOTAMI A PLASTEM Nanesené vrstvy laku, u nebo plastu slouží kromě úpravy vzhledu především jako antikorozní ochrana. V mnoha případech zlepší povrchová úprava třecí vlastnosti. Laky jsou zpravidla transparentní a y netransparentní. Každá povrchová úprava vyžaduje určitou technologii přípravy (ošetření) povrchu součástí a dodržení postupu nanesení povrchové vrstvy, například laku, u nebo plastu. Povrchová úprava probíhá v těchto krocích: Očištění povrchu součástí od nečistot, tuků a vody umytím a osušením. Vytvoření přilnavé vrstvy, a to fosfátováním ocelových dílů a chromátováním hliníkových dílů. Pokrytím povrchu dílů jednou nebo více vrstvami laku, u nebo plastu. Obr. 1: Vzorník barev RAL

4 1.1.1 PŘÍPRAVA POVRCHU A LAKOVÁNÍ Podklad U ocelí musí být známy výchozí podmínky a následně vzato v úvahu : stupeň zrezivění (ve vztahu k přípravě povrchu a prostředí), vady oceli (vměstky, laminace), možná potřeba úpravy, opracování hrubých nebo ostrých hran, svárů, swvarového rozstřiku a začouzení po svařování, apod., u natřených povrchů musí být zachována kompaktibilita (přilnavost) se zvoleným systémem

5 ÚDAJOVÝ LIST VÝROBKU - KATALOGOVÝ LIST Název V názvu výrobku je obsaženo souborné označení skupiny a druhového typu, ke kterému přísluší. Charakteristika Krátký popis výrobku s důrazem na druhový typ, pigmentaci a základní vlastnosti. Oblast použití Účely pro které je výrobek navrhnut nebo je obzvlášť dobře vyhovující. Výrobek však může být specifikován v nátěrových systémech i pro jiná použití navržená pro konkrétní účely. Barevný odstín Viz číselník barevných odstínů jednotlivých barev. Příklady: u základních barev je dán barevný odstín nejčastěji čtyřmístným číslem, začínajícím nulou, odstíny nejsou standardní. Např bílý, šedý, 0199-černý a 0840 červenohnědý. vrchní y bývají nejčastěji označeny odstínem ČSN (např.1000-bílá), dle stupnice RAL ( např signální bílá ) nebo dle dalších odstínových stupnic např. NCS, Eurotrend, Pantone apod. Stupeň lesku Stupeň lesku zaschnuté barvy je udáván nejčastěji dle ČSN v pěti stupních: Stupeň 1 lesk zrcadlový, vysoký. Obraz předmětu na nátěru je dokonale ostrý jako v zrcadle Stupeň 2 nátěr je lesklý. Obraz předmětu je ostrý, nedosahuje však brilance předchozího stupně. Stupeň 3 nátěr je pololesklý ( hedvábný lesk ), obraz na nátěru je patrný, okraje jsou však neostré. Stupeň 4 nátěr je polomatný. Obraz předmětu není na nátěru patrný. Stupeň 5 nátěr je matný. Obraz předmětu není ani v hrubých rysech na nátěru patrný. Dle normy ISO stupeň lesku udáván ve stupnici vysoce lesklý lesklý pololesklý 8-40 polomatný 0-8 matný Skutečně vytvořený lesk po nanesení barvy však závisí vždy na podmínkách během nanášení a zasychání/vytvrzování. Nejvíce bývá ovlivněn kvalitou povrchu podkladu, jeho odstínu, způsobem nanesení jednotlivých vrstev nátěrového systému, podmínkami aplikace a tloušťkami vrstev. Tvrdost nátěru Stanovuje se kyvadlovým přístrojem dle ČSN Je stanovena v %. Ohyb Touto zkouškou se zjišťuje vláčnost nátěrového filmu a jeho přilnavost k podkladu ohýbáním přes trn různého průměru, dle ČSN Jednotkou je průměr trnu v mm.

6 Skladovatelnost Je doba, po kterou si výrobek udrží deklarované vlastnosti, je-li skladován v originálních obalech, při teplotě od +5 do +30 C. Interval přetíratelnosti Někdy bývá uváděna minimální a maximální doba přetíratelnosti. Jsou to doby nutné pro docílení takového stavu proschnutí a vytvrzení podkladového nátěru, kdy je zabezpečena požadovaná úroveň adheze následných vrstev ( zejména u maximální ) a celkový vzhled natřeného povrchu ( zejména u minimální ). Vytvrzování a poměr tužení U dvousložkových nátěrových hmot bývá uváděn název tužidla a jeho tužící poměr v hmotnostních procentech ( popř. v objemových ). Přidává se tužidlo do barvy ( základní hmoty ), po jeho přidání se směs důkladně promíchá a pokud se nejedná o barvu s velmi krátkou dobou zpracovatelnosti, ponechá se natužená směs krátce předreagovat ( cca 20 min. ) Doba zpracovatelnosti Doba zpracovatelnosti natužené směsi je doba, za kterou musí být natužená směs aplikována, při konkrétní teplotě ( obvykle při 20 C ). Při překročení této doby začíná nevratná chemická reakce - proces zesíťování. Ředěním nemůže být proto doba zpracovatelnosti prodloužena. Teplota ji výrazně ovlivňuje. Ředění Jestliže je nátěrová hmota příliš hustá, např. při chladném počasí nebo bude aplikována jiným způsobem ( např. vzduchovým stříkáním, máčením apod. ), bude nutné ji naředit doporučeným ředidlem, které uvádí výrobce v údajovém listě. Předúprava povrchu Pro dosažení optimální životnosti ochranného povlakového systému je nezbytné provést kvalitní předúpravu povrchu. Nutnost odstranění mastnoty, pevných částic, předchozích nátěrů a látek znečišťujících povrch ( okuje a rez na oceli ), zinkové soli na galvanizovaných površích není možné podceňovat. Funkčnost jakéhokoliv nátěru je přímo závislá na správné a důkladné předúpravě povrchu. I nejdražší a technologicky nejvyspělejší nátěr může být nefunkční, pokud je předúprava povrchu chybná nebo nedokončená. Hlavní faktory ovlivňující funkčnost jsou: a) látky znečišťující povrch včetně solí, olejů, mastnoty, řezných chladících kapalin b) rez a okuje c) profil povrchu Odmašťování Pro odstranění látek ad a) se používá odmašťování. To může být v organických rozpouštědlech, alkalických roztocích, nebo se používá emulsní odmašťování, vysokotlaké čištění, čištění parou a opalování. Odstranění korozních produktů Provádí se chemickým odrezováním a nebo mechanickým způsobem. Mechanické čištění je buď ruční ( kartáče, škrabky, sekáčky apod.) nebo mechanické ( rotační nástroje- kotouče, jehlovky, brusiče apod.) Nejefektivnější metoda používaná v průmyslové praxi je tryskání a to zejména suché tryskání.

7 Stlačený vzduch v zařízení na tryskání musí být zbaven vody a oleje, použitý otryskávací prostředek nesmí obsahovat olej, mastnotu a rozpustné soli. Požadované znaky jakosti připraveného ocelového povrchu před aplikací barev jsou: čistota povrchu drsnost povrchu Neželezné kovy-zinkovaný a hliníkový povrch Povrch musí být čistý, suchý a zbavený mastnoty. Čerstvé lesklé nezoxidované pozinkované plechy ( okapy, svody apod. ) je dobré ponechat nějakou dobu bez nátěru pro umožnění oxidace povrchu a vytvoření kotvícího profilu, nebo je možné použít speciální oxidační prostředky pro umělouurychlenou oxidaci. Oxidační vrstvičky musí být odstraněny lehkým okartáčováním, obroušením nebo lehkým otryskáním, bez poškození zinkové vrstvy. Na takto připravený povrch lze použít barvy na bázi nezmydelnitelných polymerů nebo speciální reaktivní barvy. Bezpečnost Před aplikací barvy si vždy důkladně prostudujte upozornění výrobce týkající se přípravy povrchu, aplikačního vybavení a bezpečnostních pokynů k aplikaci. 1.2 PRÁŠKOVÉ LAKOVÁNÍ KOMAXITOVÁNÍ Principem práškového lakování je nanesení prášku na povrch dílce a následné vytvrzení v peci. Prášek obsahuje pryskyřice, pigment, případně tvrdidla, aditiva a vytváří tak suchou práškovou konzistenci. Pro aplikaci prášku na dílec se využívá stlačeného vzduchu, který po smísení s tímto práškem vytváří "tekutou směs". Aby prášek na dílci ulpěl (a nespadl dříve než dojde k vytvrzení v peci), je mu v aplikačním zařízení dodána elektrostatická energie (je "nabíjen"). Elektrostatická energie využívá fyzikálního jevu a to, že se opačně nabité částice přitahují. To způsobuje přitahování práškových částic ke stříkanému dílci a následné jeho ulpění na povrchu dílce. Výhody práškového lakování lakovaná vrstva je odolná vůči nárazům např. štěrku, kamení apod. dobrá odolnost proti poškrábání vynikající vnější trvanlivost vysoká chemická odolnost šetrnost vůči životnímu prostředí

8 1.2.1 LAKOVÁNÍ A POKRÝVÁNÍ VRSTVOU PLASTU Lak nebo se skládá z tekutého pojiva, jako například akrylátové, polyuretanové nebo epoxidové pryskyřice, z práškového pigmentu pro ochranu před korozí a k obarvení. Tyto základní složky slouží k přípravě nátěrové hmoty pro ruční nátěr nebo pro nástřik. Potřebná hustota se doladí přidáním rozpouštědla nebo vody. Po nanesení laku nebo u se ředidlo vypaří a vrstva laku ztvrdne. Plasty pro povrchovou ochranu jsou buď duroplasty, jako polyester, polyuretan a epoxidové pryskyřice, nebo termoplasty jako PVC nebo polyamid. Plasty se nanášejí různým způsobem v závislosti na tvaru a velikosti dílu a na požadavcích na vlastnosti povrchové vrstvy. Epoxidový nátěr je vrstva plastu. Obr. 2: Lakování 1.3. FOSFÁTOVÁNÍ A CHROMÁTOVÁNÍ Fosfátování ocelových dílů se provádí ponořením do lázně rozpustných fosforečnanů zinku nebo nástřikem. Na ocelovém dílu se přitom vytvoří pevná vrstva fosforečnanu železa, která je základem pro nanášení nátěrových hmot a zabraňuje korozi pod jejich vrstvou. Fosfátová vrstva může může být základem pro nátěr a zároveň vytváří krátkodobou antikorozní ochranu. Chromátování hliníkových dílů vytváří základní vrstvu pro nátěr nebo nástřik a také ochranu proti korozi pod vrstvou laku. Chromátování se provádí podobně jako fosfátování ponořením nebo nástřikem. Obr. 3: Fosfátování

9 2. POKOVOVÁNÍ K hlavním účelům pokovení patří zlepšení povrchové odolnosti výrobků proti otěru a proti korozi. Používá se také při renovacích k přidání materiálu pro obnovení opotřebeného povrchu, ke zlepšení vzhledu a k vytvoření kovové stínící vrstvy na plastovém krytu. K pokovení se používají hlavně tyto kovy: jako antikorozní ochrana: zinek, nikl, chrom, molybden, slitiny Cr-ni-Fe jako ochrana proti otěru: tvrdý Ni, tvrdý Cr, nikl s částečkami maziva a tvrdého materiálu. Obr. 4: Způsoby pokovování

10 2.1 CHEMICKÉ NIKLOVÁNÍ Chemické niklování je auto-katalytická reakce, používána k nanesení slitiny niklu a fosforu na základní materiál. Na rozdíl od galvanických procesů, při chemickém niklování není potřebný elektrický proud k nanesení vrstvy. Výhodou tohoto procesu je rovnoměrná tloušťka pokovení i na dílech složitého tvaru, v mnoha případech tak není potřeba následně díly obrábět. Nanesená vrstva má vysokou korozní odolnost díky své nízké pórovitosti a může být následně tepelně vytvrzena až na 1000 HV. Chemický nikl je používán v mnoha různých aplikacích a především tam kde je potřeba vysoké tvrdosti a korozní odolnosti. Chemické niklování s vytvrzením je v některých aplikacích možné použít jako netoxickou náhradu za tvrdé chromování. Vlastnosti povrchu Rovnoměrná vrstva i na nepravidelných dílech, nevyžaduje další broušení Tvrdost po pokovení HV (45-55 HRC) Možnost vytvrzení až na 1000 HV (69 HRC) Výborná korozní odolnost daná nízkou porézností nanesené vrstvy Vysoká otěruvzdornost Vrozená kluzkost povrchu, statický součinitel tření s ocelí: 0.13 s mazivem, až 0.4 bez maziva Pololesklý až lesklý vzhled Povrch není toxický, vhodný pro zdravotnický a potravinářský průmysl Nízká absorbnost vodíku, přibližně 1/5 v porovnání s elektrolytickým niklováním a 1/10 v porovnání s tvrdým chromováním Dobrá smáčivost olejem Vrstvy 3 70 µm Základní materiály Ocel Litina Hliník a jeho slitiny Mosaz Měď Obr. 5: Niklování Použití Chemické niklování se používá v mnoha průmyslech a aplikacích díky svým vlastnostem, jako jsou korozní odolnost, tvrdost, otěruvzdornost a netoxičnost. Níže je uvedeno několik příkladů jeho použití: Strojírenský průmysl: hřídele, válce, slévárenské formy a nesčetné množství dalších částí Automobilový průmysl: brzdové písty, spony, díly do převodovky, atd. Naftový, plynový a chemický průmysl: příruby, trubky, čerpadlové komponenty, ventilová tělesa, atd. Nesčetné množství dílů do elektrotechnického, leteckého, potravinářského a dalších průmyslů

11 2.2 TVRDÉ CHROMOVÁNÍ Tvrdé chromování je elektrochemický proces, používán k nanesení vrstvy chromu na základní materiál. Tvrdé neboli průmyslové chromování se používá na částech kde je potřeba především vysoké tvrdosti a otěruvzdornosti. Díky svým vynikajícím vlastnostem se tvrdé chromování používá v mnoha různých aplikacích. Jednou z výhod tvrdého chromování je možnost nanášet silné vrstvy a proto se často používá na renovaci opotřebených částí. Tvrdé chromování není vhodné jako náhrada dekoračního chromování. Vlastnosti povrchu Vysoká tvrdost: HV (66-70 HRC) Vysoká otěruvzdornost Dobrá korozní odolnost Nízký součinitel tření: tvrdý chrom s ocelí, statický 0.19 Vrstvy 5 µm 1 mm Základní materiály Ocel Litina Některé druhy nereze Mosaz Měď Obr. 6: Tvrdé chromování Použití Díky svým vlastnostem, tvrdé chromování se používá ve velkém množství aplikací. Používá se na nových i opotřebovaných dílech především pro svou tvrdost a otěruvzdornost. Následující jsou příklady jeho použití: Strojírenský průmysl: tyče a trubky hydraulických válců, motorové hřídele, razidla, spinadla, ložiska železničních kol, držáky, atd. Automobilový průmysl: díly do motorů a hnacích ústrojí jako jsou pístní kroužky a ventily, tlumiče, vzduchové podpěry, atd. Díly pro letecký, textilní, a papírenský průmysl, formy pro gumárenský a plastikářský průmysl, a mnoho dalších aplikací

12 2.3 ELOXOVÁNÍ Eloxování neboli anodická oxidace je proces elektrolytické pasivace, který se používá ke zvýšení tloušťky a hustoty přirozené vrstvy oxidu na povrchu kovů. Anodická oxidace vyvozuje své jméno z toho, že eloxovaný díl tvoří anodovou část elektrického okruhu při tomto elektrolytickém procesu. Eloxování zvyšuje korozi odolnost a otěruvzdornost eloxovaného dílu a poskytuje lepší přilnavost pro nátěry. Při eloxování je možné díly zabarvit pomocí organických barviv do široké škály barev a dodat jim tak potřebný dekorativní vzhled. Eloxování je příznivé životnímu prostředí protože anodizační proces je posílením přirozené oxidace hliníku, takže neprodukuje těžké kovy ani jiné škodlivé a nebezpečné vedlejší produkty. Vlastnosti povrchu Trvalá odolnost Zvýšená tvrdost a otěruvzdornost Nesrovnatelná přilnavost Dobrá korozní odolnost Elektrická nevodivost Atraktivní vzhled Barevná stálost Široká škála možných zabarvení Vrstvy 5 20 µm Základní materiály Hliník a jeho slitiny Obr. 7: Eloxování Použití Eloxované výrobky a komponenty se používají v tisících komerčních, průmyslových a spotřebitelských aplikací, včetně: Spotřebitelské výrobky: součásti spotřebičů jako jsou lednice, sporáky, kávovary, televizory, mikrovlnné trouby, atd. Stavitelské výrobky: průduchy, kryty, rámy, schránky, atd. Automobilový a letecký průmysl: různé komponenty pro motorová vozidla, kontrolní panely, ozdobné části, budíky, víka, kryty, atd. Strojírenský průmysl: odlitky, tyče, mříže, obráběné hliníkové části, atd. Sportovní potřeby: různé součásti do lodí, přívěsů, kol, lyží, atd. Dále také díly pro textilní průmysl, nábytek, různé reklamní výrobky.

13 2.4 CÍNOVÁNÍ Cínování je elektrolytický proces, který má široké použití při chránění železných i neželezných kovových povrchů. Cínování zlepšuje elektrickou vodivost a pájitelnost pokovených dílů, a proto je vhodné pro elektronický průmysl. Velkou výhodou cínu je také jeho vynikající houževnatost, která umožňuje tvarování pokovených dílů do mnoha tvarů, bez poškození cínovaného povrchu. Tento proces je také vhodný pro potravinářský průmysl díky tomu, že nanesená vrstva není toxická, je korozi odolná a vysoce tvárná. Vlastnosti povrchu Houževnatý povrch, možnost tvarování pokovených dílů Dobrá vodivost, zlepšuje vodivost pokovených dílů Pájitelnost, umožňuje pájet k jinak nepájitelným kovům Netoxický povrch, vhodný ke kontaktu s potravinami Dobrá korozi odolnost pro vnitřní prostředí Matný nebo lesklý dekorativní vzhled Vrstvy 3 50 µm Základní materiály Ocel Mosaz Měď Obr. 8: Cínování Použití Elektronický průmysl: pro zvýšení pájitelnosti a vodivosti Potravinářský průmysl: potravinové nádoby, obaly, přepravníky, atd. Strojírenský průmysl: slouží jako nízko nákladový, houževnatý, dekorativní povrch se základní korozní odolností.

14 2.5 ZINKOVÁNÍ Zinkování je tradiční povlak s relativně nízkými náklady, vhodný pro množství různých aplikací. Zinkovaný povrch je měkký a houževnatý, používá se jako dekorativní povlak s dobrou korozní odolností. Následné chromátování zlepšuje korozní odolnost zinkované vrstvy a dodává jí typický stříbrný nebo zlatý vzhled. Vlastnosti povrchu Houževnatý povlak s dobrou korozní odolností Pololesklý až lesklý vzhled Chromátování zlepšuje korozní odolnost zinkované vrstvy Atraktivní stříbrný (modrý chromát) nebo zlatý (žlutý chromát) vzhled Zinková vrstva s následným chromátováním je vhodná jako základ pro organické nátěry Vrstvy Většinou 10 µm Základní materiály Ocel Litina Mosaz Měď Obr. 9: Zinkování Použití Zinkování je všestranný povlak, používá se v nesčetném množství aplikací jako relativně nenákladná povrchová úprava s dobrými antikorozními vlastnostmi a atraktivním vzhledem. Široké uplatnění nalézá především ve strojírenském a automobilovém průmyslu. POUŽITÁ LITERATURA 1. JOSEF DILLINGER A KOLEKTIV: MODERNÍ STROJÍRENSTVÍ PRO ŠKOLU A PRAXI, EUROPA SOBOTÁLES 2. Přednášky- Obsah údajového listuvysokosušinové nátěrové hmoty, Ing. František Buráň, Internet: Internet: Internet: