NAI-Povrchove upravy materialu

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
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
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, emailu nebo
keramického smaltu na povrchu součásti.
1.1 POVRCHOVÉ ÚPRAVY NÁTĚROVÝMI HMOTAMI A PLASTEM
Nanesené vrstvy laku, emailu nebo plastu slouží kromě úpravy vzhledu především jako antikorozní
ochrana. V mnoha případech zlepší povrchová úprava třecí vlastnosti. Laky jsou zpravidla
transparentní a emaily netransparentní.
Každá povrchová úprava vyžaduje určitou technologii přípravy (ošetření) povrchu součástí a
dodržení postupu nanesení povrchové vrstvy, například laku, emailu 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, emailu nebo plastu.
Obr. 1: Vzorník barev RAL
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
1.1.2. 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. 0100- bílý, 0110- šedý,
– 0199-černý a 0840 červenohnědý.
– vrchní emaily bývají nejčastěji označeny odstínem ČSN (např.1000-bílá),
– dle stupnice RAL ( např. 9003-signální bílá ) nebo dle dalších odstínových
– stupnic např. NCS, Eurotrend, Pantone apod.
Stupeň lesku
Stupeň lesku zaschnuté barvy je udáván nejčastěji dle ČSN 673063 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 0-100
90-100
– vysoce lesklý
70-90
– lesklý
40-70
– 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 67 30 76. Je stanovena v %.
Ohyb
Touto zkouškou se zjišťuje vláčnost nátěrového filmu a jeho přilnavost k podkladu ohýbáním přes
trn různého průměru, dle ČSN 67 30 79. Jednotkou je průměr trnu v mm.
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.
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
1.2.1 LAKOVÁNÍ A POKRÝVÁNÍ VRSTVOU PLASTU
Lak nebo email 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 emailu 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
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
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 450-600 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
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: 850-1100 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
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.
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.
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, 2006
3. Internet: www.bomex.cz
Internet: www.atotech.cz
Internet: www.kolovratek.com