ANORGANICKÉ NEKOVOVÉ POVLAKY

Transkript

1 Anorganické povlaky

2 ANORGANICKÉ NEKOVOVÉ POVLAKY Princip - chrání bariérově, případně pasivací Povlaky vytvořené chemickou reakcí kovového povrchu (konverzní povlaky) Nátěrové hmoty jejíž základem je anorganická látka Konverzní povlaky (chemická, el.chemická reakce kovu s prostředím) Jako mazadla při tváření kovů Elektroizolační vlastnosti Ozdobná funkce Odolnost proti otěru Odolnost proti korozi (mezivrstva) Barvení kovů 2

3 ANORGANICKÉ NEKOVOVÉ POVLAKY Provedení: Ponorový postup do roztoků kovových solí Postřikový postup velké předměty Vyvařování vroucí roztoky kovových solí + prášek kontaktního kovu Kontaktním způsobem (např. elnegativní Al, Zn) Redukční kovové soli + další roztoky 5 10 min/50 60 o C 3

4 ANORGANICKÉ NEKOVOVÉ POVLAKY Fosfátové povlaky nerozpustné fosforečnany zinku, železa, manganu Jednoduchý, levný způsob Ochranná účinnost závisí na druhu a tloušťce povlaku (0,1 až 10 µm) Účinnost krátkodobá (např. jen 10 h) Mokrý proces (kov + kyselina fosforečná/fosforečnany, oplach demineralizovanou vodou) Plošná hmotnost / g m -2 Fosfátové vrstvy lze impregnovat vodní sklo Vrstvy odolné proti mořské vodě Kluzné vlastnosti (manganový fosfát) 4

5 ANORGANICKÉ NEKOVOVÉ POVLAKY Chemické oxidace Černění/Hnědění ocel/litina (oxidace ve vodních roztocích) Barvení neželezných kovů (persulfát sodný, uhličitan sodný) Chromátování* pasivace povrchu, PKO, lepší přilnavost (kyselina chromová) Povlaky odolnější než fosfátový povlak Tloušťka vrstvy 0,01 0,5 µm Zbarvení bezbarvé/žlutozelené/zelené Ekologicky závadná technologie (šestimocný chrom) Pasivace povrchu (Cu/mosaz), snížení korozní aktivity kovu Bömitování (vytvoření Al 2 O 3 za vyšších teplot tl. 0,5-1,5 µm) 5

6 ANORGANICKÉ NEKOVOVÉ Chemické oxidace POVLAKY Anodická oxidace (elektrochemický proces, rozpuštění Al na anodě, vzniklé OH - vytváří Al(OH) 3 Eloxování v kyselině sírové (ss., st. proud) Eloxování v kyselině chromové (protikorozní odolnost) Snížení korozního napadení Al (záleží na čistotě Al) Utěsnění pórů Podbarvování organickými barvivem* Tvrdé eloxování (až 150 µm) Odolnost proti průrazu (5 40 kv/20 40 kv) 6

7 ANORGANICKÉ NEKOVOVÉ POVLAKY Anorganické nátěrové hmoty Pojivo má čistě anorganický charakter Povlaky z vodního skla Povlak na bázi kyseliny křemičité Povlaky z portlandských cementů (Antikon) Struktura reaguje s kyselou složkou atmosféry dřív než kov Přednosti:» Lze nanášet na vlhký/zkorodovaný povrch» Lze zhotovovat při 0 40 o C/>85%» Působí částečně jako protipožární ochrana» Je netoxický (nádrže na vodu) 7

8 ANORGANICKÉ NEKOVOVÉ POVLAKY Anorganické nátěrové hmoty Nedostatky: Estetický vzhled Životnost snížená v kyselém/suchém prostředí Podléhá ÚV záření 8

9 KERAMICKÉ POVLAKY Nekovové anorganické povlaky vytvářející celistvé natavené vrstvy na podkladovém kovu (bariérový efekt) Smaltové povlaky* zaručují PKO v prostředí: Organických, anorganických kyselin Vody, horké páry kondenzátů, min. vod Alkalických roztoků Kondenzátů H 2 SO 4 (nízkoteplotní koroze) Plynných halogenů 9

10 KERAMICKÉ POVLAKY Vlastnosti pozitivní Chemická a barevná stálost Odolnost proti nízkým (- 50 o C) a vysokým (90 o C) Odolnost proti změnám teplot Hygienická nezávadnost Odolnost proti abrazi Vysoká pevnost v tlaku ( N.mm -2 ) Vysoká tvrdost 10

11 KERAMICKÉ POVLAKY Vlastnosti negativní Křehkost Neopracovatelnost (svařování) Neopravitelnost (poškození úderem) Rozdělení smaltů Základní (mezivrstva mezi kovem a vrchním povlakem) Krycí (vykazuje příslušné vlastnosti) Zakalené (lze barvit na pastelové odstíny) Transparentní 11

12 KERAMICKÉ POVLAKY Rozdělení smaltů Jednovrstvé Ekonomicky výhodnější Slabší vrstva (menší vnitřní pnutí) Vícevrstvé (základní + krycí) Technologie smaltování Předběžná úprava povrchu (odmašťování, žíhání, tryskání) Příprava frity Frita rozemletá, zhomogenizovaná sklovina s přísadami (jíl, křemen, barvítko) 12

13 KERAMICKÉ POVLAKY Technologie smaltování Nanášení smaltu Mokrý proces (máčení, stříkání, polévání) Suchý proces (aplikace smaltového pudru 0,6 0,8 mm) V elektrostatickém poli Sušení smaltu (nanesený mokrým způsobem) Komorové/tunelové sušárny Sušící teplota o C 13

14 KERAMICKÉ POVLAKY Technologie smaltování Vypalování smaltu Převedení pórovitého biskvitu do sklovitého povlaku V tunelových pecích Základní smalty ( o C) Chemicky odolné smalty (až 900 o C) Úspěšnost smaltování Povrch hladký, bez pórů a trhlinek Vhodné pro vyduté a rovné plochy Sváry dokonale přivařeny Tepelné stíny, zdvojený materiál Zaoblené hrany (odpraskávání smaltu) Konstrukce z jednoho kusu (dostatečná tuhost) 14

15 TERMODIFUZNÍ POKOVOVÁNÍ Princip Pronikání atomu cizího prvku do krystalické struktury kovu 15

16 TERMODIFUZNÍ POKOVOVÁNÍ Uplatnění difúzních jevů Z tuhé fáze do tuhé fáze Plátování válcováním za tepla Difúzní spojování mědi s ocelí Slinování metalizovaného povlaku Z tekuté fáze do tuhé fáze Ponorové (pozinkování, pohliníkování, pocínování) Zatavování galvanických povlaků (odstranění pórů u cínových povlaků) Plátování obléváním tekutým kovem Alumetování 16

17 TERMODIFUZNÍ POKOVOVÁNÍ Uplatnění difúzních jevů Z plynné fáze do tuhé fáze Úprava železa difúzí Zn, Al, Si, Ti, Mo, Cr Difúzní chromování Ochrana proti korozi/oxidaci Ochrana proti opotřebení» Předběžná povrchová úprava» Fluidní vrstva ferochromu» Převálcování (zpevnění vrstvy)» Žíhání při teplotě 900 o C» Množství vyloučeného Cr (až 20 30%) 17

18 TERMODIFUZNÍ POKOVOVÁNÍ Uplatnění difúzních jevů Z plynné fáze do tuhé fáze Difúzní chromování ochrana proti korozi, oxidaci, opotřebení kvalitu procesu ovlivňuje Čistota výchozích surovin Legující přísady oceli Difúzní boridování vysoká povrchová tvrdost (diamant) Sycení povrchu v plynném stavu Sycení povrchu v pevném skupenství» Zásyp amorfním borem (B 4 C + aktivační složka NH 4 Cl)» Teplota 900 o C» Nárůst povrchové vrstvy µm (obtížné opracování 18

19 TERMODIFUZNÍ POKOVOVÁNÍ Uplatnění difúzních jevů Z plynné fáze do tuhé fáze Difúzní titanování (chlorid titanu) Ochrana proti korozi v chemickém průmyslu Difúzní beryliování (působením chlorovodíku na součásti zasypané feroberyliem) Ochrana proti korozi Difúzní křemíkování (3 % Si) Protikorozní ochrana, speciální aplikace Difúzní zinkování Protikorozní ochrana Malý nárůst tloušťky Nezalévání dutin Povrch bez pórů 19

20 TERMODIFUZNÍ POKOVOVÁNÍ Uplatnění difúzních jevů Z plynné fáze do tuhé fáze Difúzní zinkování Difúzní zinkování z práškové směsy (sherardování) Otočný buben s práškovým Zn + SiO 2 Zahřátí na teplotu o C/ 0,5 2 h Difúzní zinkování z par Zn V uzavřených nádobách při teplotě 870 o C Difúzní hliníkování Povrch odolný proti vysokým teplotám Kalorizace Zásyp práškovým Al s urychlovačem zahřátí na teplotu 900 o C 20

21 TERMODIFUZNÍ POKOVOVÁNÍ Uplatnění difúzních jevů Z plynné fáze do tuhé fáze Difúzní hliníkování Alitace Zásyp feroaluminiem (50 60 % Al) Alumetace» Metalická vrstva Al (0,3 0,5 mm)» Vrstva vodního skla (ochrana Al před spálením)» Tepelné zpracování o C» Po zchladnutí oprýskání vodního skla 21

22 CHEMICKO-TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ Princip Difúzní sycení povrchu kovy/nekovy a tepelné zpracování s cílem dosáhnout rozdílné vlastnosti povrch jádro Mechanizmus disociace, adsorpce, difúze jako aktivní prostředek látky plynné, kapalné a tuhé (sypké) 22

23 CHEMICKO-TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ Cementování Vysoká tvrdost povrchu proti opotřebení houževnaté jádro Vhodný materiál ocel s 0,1 0,3% C Cementování v sypkém prostředí Mleté dřevěné uhlí + 7 až 20 % uhličitanu barnatého, teplota o C Cementování v plynném prostředí Směs plynů CO, CO 2, CH 4, H 2, H 2 O Cementování v kapalném prostředí Roztavené chloridové sole s přísadami kyanidů 23

24 CHEMICKO-TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ Cementování Hloubka cementové vrstvy 0,5 1,5 µm 1 lázeň 2 plyn 3 - prášek 24

25 CHEMICKO-TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ Nitridování Nasycení povrchu oceli N (velmi tvrdá vrstva) bez následného tepelného zpracování Koncentrace dusíku 12 % (zdroj čpavek) Teplota nitridace 500 o C Tloušťka nitridové vrstvy 0,2 0,6 µm 25

26 CHEMICKO-TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ Nitrocementování/karbonitridování Sycení povrchu oceli C a N (uhlovodík, čpavek) Převaha C nitrocementace teplota o C tloušťka 0,3 0,4 µm N - karbonizace teplota o C tloušťka 0,05 µm 26

27 CHEMICKO-TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ 1 nitridování 3 - nitrocementování 2 karbonitridování 4 - cementování 27

28 IONTOVÁ NITRIDACE Důvody Zvýšení tvrdosti povrchu proti oděru Částečně jako PKO Nitridační vrstva: Vrchní vrstva (bílá vrstva) Difúzní vrstva Specifické vlastnosti povrchu 28

29 IONTOVÁ NITRIDACE 29

30 IONTOVÁ NITRIDACE Volbou parametrů lze docílit: Povrchy odolné proti otěru Povrchy s mechanickými vlastnostmi (únava) Protikorozní povrchy Vlastnosti určuje složení bílé povrchové vrstvy 30

31 POVLAKOVÁNÍ VE VAKUU Důvody Tenké funkční vrstvy (0,3 2 µm) Tvrdé vrstvy odolné proti abrazi (1,5-5 µm) Protikorozní vrstvy (5 20 µm ) Základní technologie: PVD Physical Vapour Deposition CVD Chemical Vapour Deposition Vlastnosti povlaků mohou být při shodném složení stejné 31

32 POVLAKOVÁNÍ VE VAKUU Chemické povlakování z plynné fáze (CVD) Chemická reakce na rozhraní mezi plynnou fází a pevnou podložkou Hlavní použití zušlechtění rychlořezných, korozivzdorných ocelí 32

33 POVLAKOVÁNÍ VE VAKUU Chemické povlakování z plynné fáze (CVD) Výhoda povlaky se vytváří i v dutinách Nevýhoda další speciální úprava (např. ocel žíhání ve vakuu ) 33

34 POVLAKOVÁNÍ VE VAKUU Fyzikální povlakování (PVD) 34

35 POVLAKOVÁNÍ VE VAKUU Fyzikální povlakování (PVD) Převedení kovu do plynné fáze, následná kondenzace kovu Používané technologie Napařování ve vakuu (odpařování odporový ohřev, oblouk) 35

36 POVLAKOVÁNÍ VE VAKUU Fyzikální povlakování (PVD) Používané technologie Iontové povlakování (předmět katoda, zvýšená kinetická energie pozitivních iontů 36

37 POVLAKOVÁNÍ VE VAKUU Fyzikální povlakování (PVD) Používané technologie Iontové plátování (kov odpařován elektronovou tryskou 37

38 POVLAKOVÁNÍ VE VAKUU Fyzikální povlakování (PVD) Iontová implantace (zavádění materiálů ve formě urychlených iontů (100 kev) do hloubky 100 nm Výhody: Ovlivnit vlastnosti materiálu (opotřebení, tření, PKO) Libovolný prvek do libovolného materiálu Technologie bez vysokých teplot Nenastávají rozměrové změny Technologie bez dodatečných úprav Bez dopadů na životní prostředí 38

39 POVLAKOVÁNÍ VE VAKUU Fyzikální povlakování (PVD) Nevýhody: Modifikovaná vrstva je velmi tenká Paprsková technologie Vysoká cena implantátu 39

40 JINÉ TECHNOLOGIE Vytváření povlaku pomoci laserova paprsku Postupy: Roztavení přídavného materiálu na povrchu, vznik slabé vrstvičky Kromě přídavného materiálu se nataví i do značné hloubky i základní materiál Výhody: Možnost vytvářet povlaky z nejrůznějších slitin Povlaky na přesně definovaných (funkčních) plochách Dokonalá přilnavost Snadná automatizace procesu Ekologicky nezávadný proces 40

41 Nevýhody: JINÉ TECHNOLOGIE Nutnost mechanické úpravy povrchu Vysoká zbytková pnutí v povlacích, případně přilehlých vrstvách Vysoké pořizovací náklady 41