3 Povrchová úprava hliníkových profilů 3.1 Všeobecně Hliník má, vzhledem k vysoké slučitelnosti s kyslíkem, tu vlastnost, že na svém povrchu poměrně rychle vytváří tenkou přirozeně zoxidovanou vrstvu. Na rozdíl od zoxidovaných vrstev mnoha jiných kovů tenká a nepropustná vrstva oxidu drží na hliníku velmi pevně a působí jako ochranná vrstva hlubších materiálových partií před další oxidací. Oproti jiným kovům další korozi neurychluje, naopak brzdí. Touto vlastností je dána vynikající materiálová odolnosti proti povětrnostním vlivům. Při poškození povrchu se zmíněná ochranná oxidovaná vrstva samovolně obnoví. Chemické reakce hliníku jsou vhodnou příčinou jeho stálosti proti mnohým organickým i anorganickým látkám. Pro zvýšení přirozené povrchové ochrany či pro dosažení barevných efektů jsou uplatňovány různé technologie povrchového zpracování. 3.2 Úprava podkladu 3.2.1 Mechanická úprava Mechanická povrchová úprava je buď prováděna jako předstupeň následného chemického resp. elektrolytického zpracování nebo je sama jediným a finálním technologickým stupněm při zpracování povrchového dekoru výrobku. Jejím účelem je odstranění nerovností, kazů a ostatních anomálií na povrchu materiálu a je rovněž prováděna pro dosažení povrchové dekorace. Mezi časté druhy mechanické úpravy povrchu patří opracování pomocí brusných pásů nebo kartáčů. 3.2.2 Chemická úprava Chemická povrchová úprava je přípravou buď pro následující anodickou oxidaci nebo pro úpravu tekutým nebo práškovým lakem. Chemickou povrchovou úpravou se rozumí odmaštění, moření, leptání, leštění, chromování, fosfátování a pokovení (galvanizace). 3.2.2.1 Odmaštění Před provedením zvláštních povrchových úprav, jako je např. moření, chromátování, anodizace, galvanizace, lakování či emailování je potřebné důkladné odmaštění povrchu materiálu. Zpravidla téměř vždy je toho dosaženo pomocí organických rozpouštědel, anorganických zásaditých a kyselých roztoků či pomocí elektrolytického odmašťování. 3.2.2.2 Moření Mořením v zásaditém a kyselém roztoku či ve speciálním mořidle je odstraněna přirozená ochranná oxidovaná vrstva. Moření je proto základním krokem pro chemickou nebo elektrolytickou povrchovou úpravu nebo pro nanášení kovových či nekovových povlaků. 3.2.2.3 Chromátování Touto metodou je na odmaštěném a oxidační vrstvy zbaveném materiálu vytvořena kvalitní konverzní vrstva a antikorozní úprava na bázi 6-ti mocného chromu nebo 3-mocného chromu. Chromové vrstvy zvyšují nejen odolnost materiálu proti korozi, nýbrž i jeho přilnavost pro nanesení ochranných vrstev z organických laků (práškové vypalovací barvy nebo mokré laky). Rovněž zlepšují další vlastnosti materiálu např. kluzné vlastnosti při hlubokém tažení a dávají hliníku vlastním zbarvením kovový vzhled. 3.2.2.4 Anodická oxidace V některých případech se používá jako zesílení a přeměněna struktury povrchu hliníkového kovu pro zvýšení jeho přilnavosti pro vrstvy z organických laků. www.cklop.cz 9
3.2.3 Značení způsobu mechanické nebo chemické úpravy povrchu hliníkové slitiny především pro následnou finální úpravu anodickou oxidací Tabulka č.3.1 Zkratka Způsob úpravy Úprava podkladu Finální povrchová úprava A0 bez podstatného zásahu do povrchové vrstvy anodická oxidace jako zesílení povrchu A1 broušení anodická oxidace jako zesílení povrchu A2 kartáčování anodická oxidace jako zesílení povrchu A3 leštění anodická oxidace jako zesílení povrchu A4 broušení a kartáčování anodická oxidace jako zesílení povrchu A5 broušení a leštění anodická oxidace jako zesílení povrchu A6 chemická úprava speciálními mořidly anodická oxidace jako zesílení povrchu 3.3 Anodická oxidace (eloxování) Uměle vytvořená průhledná oxidová vrstva, která vzniká v kyselé lázni za působení elektrického proudu, má ve srovnání s přirozeně zoxidovanou povrchovou vrstvou větší tloušťku a tím i vyšší odolnost. Proto zaručuje nejen větší povrchovou ochranu, ale vzhledem ke svým vlastnostem dodává dlouhodobě povrchu kovový vzhled. Předpokladem pro získání dekorativního vzhledu je použití hliníkových slitin v jakosti pro eloxování či anodickou oxidaci. Pro výrobu okenních a fasádních stavebních výrobků jsou nejpoužívanějšími slitinami Al-Mg- Si 0,5 pro hliníkové profily a Al-Mg-Si 1 pro plechy. Technické podmínky pro dodávky přesných profilů ze slitiny Al-Mg-Si 0,5 jsou uvedeny v příslušných normách. Výhodou zušlechtění povrchu hliníkové slitiny anodickou oxidací je zachování kovového charakteru výrobku. Nevýhodou jsou obtížné opravy mechanického poškození povrchové vrstvy a optické změny povrchu způsobené jeho chemickou reakcí při potřísnění maltami a cementy. Doporučuje se proto osazovat výrobky, které jsou povrchově upraveny metodou anodické oxidace, pokud možno až po mokrých procesech. Žádoucí je ochrana povrchu výrobku při výrobě, montáži a během stavebních procesů ochrannými snímatelnými fóliemi apod. 3.3.1 Minimální tloušťky oxidové vrstvy Tabulka č.3.2 Třída Umístění materiálu a typ prostředí Minimální tloušťka vrstvy [μm] 1) 10 vnitřní, suché 10 20 vnitřní, vlhké, vnější 20 2) 1) Je třeba uvážit, že u tvarovaných profilů může být v místech jejich drážkování tloušťka oxidové vrstvy menší, a to vzhledem k danému tvaru profilu i k vlastnostem lázně pro anodickou oxidaci. 2) Při úpravě pomocí barevné anodické oxidace může být stanovena podle požadovaného zbarvení potřebná tloušťka oxidové vrstvy od 20 do 40 μm. Při anodické oxidaci prováděné stejnosměrným proudem v kyselině sírové (typ GS) nebo stejnosměrným proudem v kyselině sírové a šťavelové (typ GSX) může v odůvodněných případech - např. do agresivního prostředí - být požadována minimální tloušťka oxidační vrstvy 25 μm; tato tloušťka by však v zásadě neměla překročit hodnotu 30 μm. 10 Vydáno 11/2008
3.3.2 Metoda běžné bezbarvé oxidace Jednotlivé metody anodické oxidace se navzájem odlišují jednak podle použitého elektrolytu - např. kyselina sírová, kyselina šťavelová - dále podle druhu elektrického proudu (stejnosměrný, střídavý) a jeho hustoty a podle vlastností upravovaných vrstev. Profily a plechy, případně výrobky, na nichž má být bezbarvá povrchová úprava provedena, jsou v elektrolytické lázni připojeny k elektrickému zdroji na kladnou elektrodu (k pólu +, na tzv. anodu; proto název anodická oxidace) a jsou vystaveny účinkům příslušného elektrického proudu. Při toku elektrického proudu dochází k přemísťování aniontů nesoucích částice kyslíku z katody na anodu. K anodě je kyslík vázán a dochází zde k reakci hliníku na kysličník hlinitý. 3.3.2.1 Technologie GS Úprava s použitím stejnosměrného proudu a kyseliny sírové - označována jako technologie GS - patří vzhledem k nízké energetické náročnosti i k příznivé ceně elektrolytu (kyseliny sírové) k nejběžněji používaným metodám povrchové úpravy. Vznikají při ní na povrchu v tloušťce až 30 μm bezbarvé a čiré vysokopevnostní vrstvy kysličníků, které materiál s vyšším obsahem křemíku zbarvují šedě. 3.3.2.2 Technologie GSX Rozdíl od výše uvedené technologie GS spočívá v dodatečném přidání kyseliny šťavelové do elektrolytu. Povrchové vrstvy tím vykazují větší tvrdost i hustotu; je však obtížnější jejich barvení. 3.3.3 Technologie barevné oxidace Na rozdíl od jiných povrchových úprav nedochází u vrstev vzniklých technologií barevné anodické oxidace ke snížení barevné jakosti například otěrem či vyblednutím. 3.3.3.1 Ponorné barvení (absorpční probarvení) Kysličníkovou povrchovou vrstvu lze zbarvit ihned po jejím vytvoření metodou anodické oxidace GS nebo GSX ponořením do vhodného barevného roztoku. Při barvícím procesu je barvivo absorbováno do svrchních partií povrchových vrstev, kde je též částečně chemicky vázáno. Absorpčním barvením s použitím vhodných organických barviv lze na povrchu dosáhnout jeho jak lesklého tak i matného vzhledu v odstínech červené, modré, zlaté nebo černé barvy či v dalších odstínech vzniklých kombinací těchto barev. Takovým příkladem je odstín dodávaný pod výrobním názvem Sandalor. 3.3.3.2 Elektrolytické dvojstupňové barvení Při této metodě je v návaznosti na zprvu provedenou anodickou oxidaci typu GS či GSX (stejnosměrný proud) realizován druhý technologický stupeň. Při něm vzniká - za působení střídavého proudu, v elektrolytu s obsahem kovů a solí - neprůsvitné probarvení povrchové kysličníkové vrstvy. Během tohoto druhého stupně prováděné povrchové úpravy dochází k usazování barevných částic kysličníků kovu do pórů vytvořené povrchové vrstvy. Paleta barev, odolných proti vlivům světla a klimatu, zahrnuje od světle bronzové přes měděnou, červenohnědou, tmavě bronzovou a šedou až do černé, a to v závislosti na složení elektrolytické lázně, hustotě proudu, elektrickém napětí či době barvícího procesu. V současné době jsou zhotovovány úpravy povrchů s výrobními názvy např.: Anolok, Carmiol, Colinal, Colorox, Elektrocolor, Eurocolor, Korundalor, Metachemcolor, Metalox, Metoxal, Oxicolor nebo Varicolor. 3.3.3.3 Barevná jednostupňová anodizace Touto technologií lze, na rozdíl od anodické oxidace typu GS, provést zbarvení vlastního materiálu se silnější a tvrdší kysličníkovou povrchovou vrstvou. Zbarvení, kterého je dosaženo speciálními elektrolyty, je možné docílit jak ve světlých odstínech - od alpaky po světlý bronz - tak i v odstínech tmavých - od šedé po temně černou. www.cklop.cz 11
U dále uvedených patentovaných technologií musí být zohledněno to, že je lze provádět pouze na vybraných slitinách, vhodných pro daný účel povrchové úpravy: Alcanodox, Colodur, Duranodis, Kalcolor, Permanodic, Veroxal. 3.3.3.4 Kombinované adsorpční a elektrolytické barvení (třístupňové) Po elektrolytickém zbarvení je - ve třetím technologickém stupni - provedeno přebarvení povrchu výrobku. 3.3.4 Standardní barvy podle Evropského sdružení dodavatelů povrchové úpravy hliníku anodickou oxidací (Euras) Tabulka č.3.3 Označení C 0 C 31-34 C 35 C 36-38 Barva přírodní světle až tmavě bronzová černá světle až tmavě šedá S ohledem na rozdílné technologie povrchové úpravy a na tolerance v chemickém složení se mohou barevné odstíny se shodným označením mírně odlišovat. 3.3.5 Zhuštění povrchu anodicky provedené oxidační vrstvy (Sealing) Nově vytvořenou povrchovou vrstvu kysličníku je třeba vzhledem v jejímu vysokému obsahu jemných pórů dodatečně zhustit. Pouze dokonale zhuštěné kysličníkové vrstvy jsou odolné vůči mechanickému kontaktu a vykazují optimální stálost proti povětrnostním vlivům i odolnost proti chemické agresivitě. Zhuštění je třeba provádět v demineralizované vroucí vodě při teplotách od 96 do 100 C nebo ve vodní páře. 3.4 Povrchová úprava práškovou vypalovací barvou a tekutými laky Nanášení povrchových vrstev na hliník je prováděno z důvodů protikorozní ochrany a pro povrchovou dekoraci. Vybrat lze přitom z celé řady barev stejnorodého vzhledu. Povrchové vrstvy z organických materiálů relativně dobře odolávají běžnému stavebnímu znečištění, nepříznivým povětrnostním vlivům a jsou odolné vůči slabým kyselinám a louhům. Lakovaný povrch hliníkové slitiny skryje kovový charakter výrobku. Z tohoto důvodu jsou často pro povrchovou úpravu voleny metalické laky. Výhodou proti úpravám anodickou oxidací jsou snazší opravy mechanického poškození povrchové vrstvy opravnými laky a menší citlivost lakovaného povrchu při potřísnění maltami a cementy a stavebnímu znečištění, jak je popsáno výše. I přesto je žádoucí ochrana lakovaného povrchu při výrobě, montáži a během stavebních procesů ochrannými snímatelnými fóliemi apod. 3.4.1 Chemická úprava podkladu Před započetím každé povrchové úpravy hliníku je nutné provést chemickou předpravu. Podle druhu jakosti a požadované funkce je v současné době k dispozici mnoho různých metod. Chemická povrchová úprava má dva nejdůležitější úkoly: vytvoření odpovídající konverzní vrstvy (transformační vrstvy), která zaručuje přilnavost mezi povrchem a následnou vrstvou, vytvoření optimální protikorozní vrstvy základního materiálu. 12 Vydáno 11/2008
Vhodnými chemickými reakcemi se většinou základní materiál připraví pro úpravu povrchu (vytvoření vrstvy) tak, že se dosáhne účinného přilnavého povrchu. Těchto vlastností lze dosáhnout pouze pomocí vhodných metod předúpravy. Během chemické předúpravy se vytvoří slabá konverzní vrstva na kovovém povrchu, která poskytuje ve spojení s následným lakováním optimální protikorozní ochranu. Cílem této předúpravy je zajistit přilnavost mezi základním materiálem a vrstvou a současně zvýšit odolnost proti korozi systému - základní materiál/vrstva. Chemická předúprava (hliníku) je komplexní proces, který se rozděluje v principu do tří fází: Odmaštění odstranění olejů, mastnoty a nečistot (většinou anorganické) Dezoxidace odstranění vnějších, nehomogenních oxidických a hydroxidových vrstev Konverzní úprava vytvoření konverzní vrstvy Standardy chemické předúpravy povrchů lakovaných materiálů jsou kontrolovány společnostmi pro stanovení kvality jako např. GSB International, Qualicoat apod. Předúprava hliníkových povrchů na bázi chromátování se provádí již po dlouhou dobu a patří mezi tzv. klasické metody. Výrazná ochrana proti korozi spojená se skvělou přilnavostí vytvářejících se chromátových vrstev řadí tyto metody ke standardním a referenčním metodám. K předúpravě hliníkových materiálů lze využit i bezchromové systémy. Bezchrómová, konverzní vrstva se vytváří po čištění a dezoxidaci hliníkového povrchu - dle obdobných kroků předúpravy jako u konvenčního chromátování. Poté se vytváří bezchrómová konverzní vrstva ve speciálních lázních (např. metoda No-Rinse, Titan-zinkorium, Envirox S, Envirox NR, ceratování, E-CLPS). V principu se dá do bezchrómové předúpravy zařadit i anodická oxidace (nesmí to však být uzavřená anodická vrstva). Na rozdíl od moderních bezchromových metod používaných pro vytvoření konverzních vrstev se nedá zcela začlenit do stávajícího zařízení vytváření vrstev. Tím se omezuje použití předanodizační úpravy jen ve specifických oblastech nasazení. 3.4.2 Práškové lakování Prášková barva je prášek získaný roztavením a rozemletím směsi základních surovin: pryskyřice různého chemického složení dle účelu použití, pigmentů, plniv, tvrdidel a aditiv. Prášková barva v dodaném stavu se nanáší na výrobek třemi základními metodami, a to naprašováním elektrostatickými nebo elektrokinetickými pistolemi nebo na předehřáté výrobky ve fluidní vaně. Povrchová úprava získává svoje finální vlastnosti po roztavení a vytvrzení povlaku za výrobcem předepsaných podmínek ve vytvrzovací peci. www.cklop.cz 13
3.4.2.1 Barvy Práškové barvy jsou vyráběny různými výrobci. Důležité kriterium pro venkovní použití je finální kvalita barvy. Z tohoto důvodu se doporučuje používat práškové barvy, které jsou pro tyto účely určeny a certifikovány. Standardy práškových barev jsou kontrolovány společnostmi pro stanovení kvality jako např. GSB International, Qualicoat apod., které certifikovaným práškovým barvám propůjčují pečeť kvality, kterou je každá schválená barva viditelně označena. 3.4.2.1.1 Klasifikace práškových barev: Hladká Jemná struktura Hrubá struktura Kladívková 3.4.2.1.2 Klasifikace lesku práškových barev Lesk více než 80 1) Pololesk 60 79 1) Polomat 35 59 1) Mat 15 34 1) Hluboký mat méně než 15 1) 1) Tyto hodnoty jsou pouze orientační a každý výrobce barev se může v hodnotách lišit. Označení polomat se někdy značí jako hedvábný mat. 14 Vydáno 11/2008
3.4.2.1.3 Klasifikace efektů práškových barev Barevný bez efektu - RAL Metalický Slídový Bezbarevný transparent Barevný transparent Fluorescent Glitter Dekoral Klasifikace druhu práškových barev dle druhu Systém Výhody Nevýhody Hybrid (epoxy/polyester) Polyester Epoxy Polyuretan Dobrý vzhled Odolnost proti přepálení Plná škála lesků Ekonomická Nízká vytvrzovací hodnota Perfektní ohebnost Perfektní venkovní odolnost Odolnost vůči přepálení Možné vyšší stupně odolnosti Plná škála lesků Široká škála vytvrzovacích podmínek Perfektní přilnavost Perfektní chemická odolnost Odolnost vůči korozi Odolnost vůči ohybu Plná škála lesků Venkovní odolnost Odolnost vůči přepálení Plná škála lesků Nízká venkovní odolnost Nízká chemická odolnost Chemická odolnost Min. vypalovací teplota od 170 C Nízká odolnost proti UV záření Křídovatění Žloutnutí vlivem tepla Cena Min. vypalovací teplota od 170 C Emise (při vytvrzování) Chemická odolnost Cena www.cklop.cz 15
3.4.2.1.4 Zkoušky práškových barev Veškeré zkoušky kvality práškových barev jsou předepsány ve standardech firem posuzujících kvalitu práškového lakování pro stavebnictví, např. GSB International, Qualicoat. Příklad standardních zkoušek dle GSB International Mřížková zkouška Lesk Vrtání Ohyb na trnu Úder kuličkou Varný test Zkouška hloubením Veškeré další zkoušky a posuzovací kriteria jsou podrobně rozebrány v jednotlivých předpisech firem posuzujících kvalitu, např. GSB International, Qualicoat atd. 3.4.3 Lakování tekutými nátěry Lakování tekutými nátěry je v oblasti lehkých obvodových plášťů výjimečné a spíše se uplatní v automobilovém průmyslu a ve speciálních odvětvích. Také v případě použití mokrých procesů je nutná předúprava hliníkového povrchu. 3.4.4 Lakování hliníkových komponentů LOP, především profilů s izolátory Použité postupy nanášení práškových i tekutých laků musí odpovídat jakostním i zkušebním ustanovením. Vzhledem k tomu, že při práškovém lakování technologií PVDF vznikají značně vysoké vypalovací teploty, musí být při každém jejím použití individuálně posouzeno, zda v místech celohliníkových systémových profilů nedojde k překročení maximální přípustné teploty 220 C. Na systémové spojované profily lze nanášet povrchové vrstvy pouze do maximální teploty 200 C; vzhledem k tomu je nanášení vrstev technologií PVDF na tyto profily nepřípustné. 3.5 Galvanické pokovení Mimo povrchovou úpravu anodickou oxidací, práškovými vypalovacími barvami a tekutými nátěry je možno upravit povrch hliníkových výrobků pokovením. Poměrně časté je galvanické nanesení vrstvy chromu na hliníkové profily. Existují případy pozlacení hliníkových profilů pravým zlatem. Většímu rozšíření galvanického pokovení jako barevné úpravy hliníkových profilů a plechů brání výrazně vyšší cena oproti metodám anodické oxidace a lakování. 3.6 Posuzování kvality povrchu Povrch hliníkových plechů, profilů a výrobků použitých v konstrukci lehkých obvodových plášťů, oken apod. se posuzuje opticky na základě metodik GSB, Qualicoat a Qualanod. Odstavec 3.6 se v současné době podrobně připravuje pro následující vydání této publikace. 16 Vydáno 11/2008