Mechanická a korozní degradace tepelně zpracovaného zinkového povlaku Diplomová práce

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy Mechanická a korozní degradace tepelně zpracovaného zinkového povlaku Diplomová práce Vedoucí práce: Ing. Jiří Votava, Ph.D Vypracoval: Bc. Martin Havelka Brno 2012

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Mechanická a korozní degradace tepelně zpracovaného zinkového povlaku vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. dne. podpis diplomanta.

PODĚKOVÁNÍ Děkuji Ing. Jiřímu Votavovi, Ph.D. za odborné vedení diplomové práce, poskytování cenných rad a materiálových podkladů k práci.

ABSTRAKT Tato diplomová práce je zaměřena na problematiku mechanické a korozní degradace tepelně zpracovaného zinkového povlaku a ochranu těchto materiálů za vysokých teplot pomocí nátěrových hmot. Teoretická část práce sestává z několika kapitol, zabývajících se výše zmíněnou problematikou degradace zinkového povlaku. Praktickou částí práce bylo experimentální zkoumání zinkového povlaku, konkrétně zkoumání mechanické degradace tohoto povlaku, možnosti ochrany za vysokých teplot a odolnost vůči vzniku koroze. Provedením experimentu bylo zjištěno, že zvyšující se teplota má vliv na samotný zinkovaný povrch (se zvyšující se teplotou se jeho vlastnosti zhoršují) a ochrana povrchu nátěrovými hmotami od teploty cca 400 C ztrácí význam. Oproti tomu korozní ochrana byla velmi uspokojivá, protože ani u jedné ze tří zkoumaných nátěrových hmot se po celou dobu trvání zkoušky nevyskytla rez červená (podkladový materiál nebyl napaden), ale pouze rez bílá. Klíčová slova: zinek, nátěr, nátěrová hmota, koroze, povlak, mikrotvrdost, degradace, etalon

ABSTRACT This diploma thesis is focused on mechanical and corrosion degradation of heattreated zinc coating and protection of these materials by using coating paints at high temperatures. The theoretical part consists of several chapters dealing with the abovementioned problems of degradation of the zinc coating. The practical part of work was an experimental investigation of the zinc coating, particularly enquiry into the mechanical degradation of the coating, the possibility of protection at high temperatures and the resistance to corrosion. By performing the experiment it has been found out that increasing temperature affects the zinc surface itself (its properties get worse with increasing temperature) and surface protection coating loses its meaning from temperature about 400 C. On the other hand, corrosion protection was very satisfactory, throughout the duration of the test neither with any of these three investigated coatings rust red occurred (background material was not damaged), only white rust occurred. Key words: zinc, coating, coating paints, corrosion, microhardness, degradation, measurement standard

OBSAH 1 ÚVOD... 9 2 CÍL... 10 3 KOROZE... 11 3.1 Druhy koroze dle mechanizmu korozních dějů... 11 3.1.1 Koroze chemická... 12 3.1.2 Koroze elektrochemická... 12 3.1.3 Koroze biologická... 12 3.2 Rozdělení koroze dle prostředí... 12 3.2.1 Atmosférická koroze... 13 3.2.2 Koroze v kapalinách... 13 3.2.3 Koroze půdní... 13 3.2.4 Koroze v průmyslovém prostředí... 13 3.3 Druhy koroze a její vzhled... 14 3.3.1 Rovnoměrná koroze... 14 3.3.2 Nerovnoměrné korozní poškození... 14 4 PROTIKOROZNÍ OCHRANA... 15 4.1 Technologie kovovými povlaky... 16 4.1.1 Chemické kovové povlaky... 17 4.1.2 Elektrochemické kovové povlaky... 18 4.1.3 Tepelné pokovování... 19 4.2 Technologie anorganickými nekovovými povlaky... 23 4.2.1 Konverzní vrstvy... 23 4.2.2 Smaltování... 24 4.3 Organické nekovové povlaky... 25 4.3.1 Povlaky z plastů a pryží... 25 4.3.2 Nátěry... 26 5 EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST... 34 5.1 Degradace zinku... 34 5.1.1 Tepelná degradace zinkového povlaku... 34 5.1.2 Metalografická analýza vzorků... 34 5.1.3 Měření mikrotvrdosti... 35 5.1.4 Odtrhová zkouška přilnavosti (odtrh panenky)... 37

5.1.5 Ohybová zkouška na válcovém trnu... 38 5.1.6 Zkouška hloubením podle Erichsena... 39 5.1.7 Vyhodnocení degradace zinkového povrchu... 41 5.2 Tepelná a mechanická degradace nátěrových hmot... 42 5.2.1 Úprava povrchu... 42 5.2.2 Tepelná degradace... 43 5.2.3 Odtrhová zkouška přilnavosti (odtrh panenky)... 44 5.2.4 Ohybová zkouška na válcovém trnu... 45 5.2.5 Zkouška hloubením podle Erichsena... 46 5.2.6 Vyhodnocení tepelné a mechanické degradace nátěrových hmot... 48 5.3 Korozní zkoušky v umělé atmosféře (solnou mlhou)... 49 5.3.1 Experimentální postup... 49 5.3.2 Vyhodnocení korozní zkoušky v umělé atmosféře... 53 6 DISKUZE... 54 7 ZÁVĚR... 55 LITERATURA... 56 INTERNETOVÉ ZDROJE... 56 SEZNAM NOREM... 57 SEZNAM POUŽITÝCH OBRÁZKŮ... 58 SEZNAM POUŽITÝCH TABULEK... 59 SEZNAM POUŽITÝCH GRAFŮ... 59

1 ÚVOD Povrchové úpravy jsou nedílnou součástí materiálového inženýrství. Vedle úprav zvyšujících mechanické, elektrické a estetické vlastnosti povrchu jsou významné úpravy zabezpečující ochranu výrobků proti znehodnocování korozí. (Kříž, Vávra, 1998) Vývoj povrchových úprav úzce souvisí s rostoucí schopností člověka ovládat přírodní procesy a přizpůsobovat si životní prostředí svým potřebám. Jeho počátky zasahují až do starší doby kamenné, kdy prvotní člověk, zmaten záhadami přírodních jevů, si začal vytvářet účelové umění, které sloužilo potřebám života obdobně jako primitivní nástroje a zbraně. Další vývoj povrchových úprav byl výrazně ovlivněn obdobím, kdy člověk poznal možnost získání kovů tavením rud. V současné době jsou povrchové úpravy materiálů relativně samostatným, velmi významným interdisciplinárním oborem. Využití moderních technologií účelově projektovaných povrchových úprav lze dosáhnout zcela netradičních a zcela ojedinělých vlastností povrchu klasických materiálů. (Tulka, 2005) Ve styku s okolním prostředím podléhají téměř všechny materiály více nebo méně rychlému rozrušování, toto rozrušování je způsobováno jednak chemickým vlivem prostředí na materiál, jednak vlivy fyzikálními nebo biologickými. Pod pojmem koroze materiálu shrnujeme děje vedoucí k jeho rozrušování, u nichž má působení chemických pochodů rozhodující význam. Korozi můžeme definovat jako znehodnocení materiálu způsobené chemickým nebo fyzikálně chemickým působením prostředí. (Bartoníček et al., 1966) Korozi podléhají kovy a jejich slitiny, plastické hmoty, silikátové stavební materiály, přírodní materiály, textil a jiné. (Fiala, Chrást, 1983) Nátěry jsou nejrozšířenější povrchovou ochranou proti korozi. Kromě toho plní i funkci dekorativního povlaku. Rozšíření použití nátěrů vyplývá z jejich ekonomické výhodnosti a ze snadnosti nanášení. (Fiala, Chrást, 1983) Z kvalifikovaných odhadů vyplývá, že kolem 90 % povrchu strojírenských výrobků a ocelových konstrukcí je chráněno proti vlivům přírodního prostředí pomocí nátěrů. (Kubátová et al., 2000) 9

2 CÍL Hlavním cílem této práce bylo experimentální zkoumání žárově zinkovaného materiálu, jeho ochrana žárovými nátěrovými hmotami, zkoumaná za působení vysokých teplot a korozní odolnost tohoto materiálu opatřeného nátěrovými hmotami. Provedeno bylo též zkoumání mechanické degradace povrchu, jak samotného zinkového materiálu, tak opatřeného nátěrovými hmotami. Vedlejším cílem práce bylo obecné seznámení se s problematikou koroze, ochranou povrchu materiálu technologií kovových povlaků a v neposlední řadě ochranou tohoto povrchu nátěrovými hmotami, včetně samotné přípravy materiálu předúpravou povrchu, která s touto problematikou ochrany souvisí a nakonec aplikace zvolené ochrany. 10

3 KOROZE Kovy a slitiny jsou spolehlivým pomocníkem člověka. Vyžadují však pečlivé ošetřování, neboť stykem s korozním prostředím se rozrušují korodují. (Hluchý, Kolouch, 2002) Koroze kovů se definuje jako samovolné, postupné rozrušení kovů následkem jejich reakce s okolním prostředím. Může probíhat v atmosféře nebo jiných plynech, ve vodě a jiných kapalinách, zeminách a různých chemických látkách, které jsou s kovem ve styku. (Hluchý, Haněk, 2001) Mimo kovy znehodnocuje koroze také nekovové organické i anorganické materiály. Např. plasty jsou proti elektrochemické korozi odolné, podléhají však ostatním druhům rozrušovaní, jako chemické reakci některých jejich složek, přerušení molekulárních řetězců, bobtnání, rozpouštění aj. (Hluchý, Haněk, 2001) Koroze začíná obvykle na povrchu kovového předmětu a postupuje dovnitř materiálu. U některých kovů (např. zinku, mědi) oxiduje jen povrch, u jiných kovů (např. železo) pokračuje oxidace dále, až se všechen kov rozruší. (Hluchý, Kolouch, 2002) Prakticky nejsou kovy a slitiny, které by korozi nepodléhaly. Schopnost odolávat korozi je především určena povahou kovu nebo složením slitiny. (Hluchý, Kolouch, 2002) Korozní poškození může z technického hlediska způsobit zejména změny mechanických vlastností (pevnosti, pružnosti), změny fyzikálních vlastností (magnetických, elektrických, tepelných), změny geometrie povrchu aj. (Ščerbejová, 1993) 3.1 Druhy koroze dle mechanizmu korozních dějů Z hlediska mechanismu korozních dějů rozlišujeme korozi chemickou, mechanickou a biologickou. Koroze chemická probíhá zpravidla v plynných prostředích za vyšších teplot a v elektricky nevodivých kapalných prostředích. Elektrochemická koroze probíhá v elektricky vodivém prostředí a koroze biologická probíhá za přítomnosti bakterií, plísní a hub, které způsobují změny na povrchu kovu. (Ščerbejová, 1993) 11

3.1.1 Koroze chemická Rozrušení kovu chemickými vlivy, které nastává vzájemným působením kovu a korozního prostředí (soli, kapaliny, plyny) za vyšších teplot nebo v prostředí nevodivých kapalin. V prostředí přehřáté páry nastává oxidace kovu nebo křehnutí oceli vlivem difúze vodíku. Při ohřevu oceli se tvoří již při teplotě nad 250 C viditelná vrstva oxidů, proto se k ohřevu kovů často používá pec s ochrannou atmosférou, tj. směsi plynů bez obsahu kyslíku, které zabraňují korozi. (Hluchý, Haněk, 2001) 3.1.2 Koroze elektrochemická Definuje se jako rozrušování kovů s různým elektrickým potenciálem za vzniku elektrického proudu měnícího se v teplo za přítomnosti elektricky vodivého prostředí, elektrolytu a skládá se ze dvou dílčích dějů, anodového a katodového. (Hluchý, Haněk, 2001) 3.1.3 Koroze biologická Koroze kovů může být přímo či nepřímo ovlivněna nebo způsobena mikrobiologickou činností jako důsledek metabolické činnosti mikroorganismů, které mohou mít vliv na rychlost katodické nebo anodické reakce, mohou měnit odolnost kovu a vytvářet korozní prostředí tvorbou bariéry při svém růstu a množení, čímž vznikají koncentrační články na povrchu kovu. (Ščerbejová, 1993) Největší význam mají bakterie redukující sírany. Žijí v anaerobních podmínkách, bahně, vodním prostředí. Napadají především ocel, litinu, ale i bronz, zinek a hliník. (Ščerbejová, 1993) Další organismy, jako je řada hub a řas, podporují korozi tvorbou celých vrstev na povrchu kovů. (Ščerbejová, 1993) 3.2 Rozdělení koroze dle prostředí Ovzduší, kapaliny a zeminy jsou obvyklá prostředí, která obklopují strojní součásti a zařízení. (Hluchý, Haněk, 2001). Podle toho rozlišujeme koroze atmosférické, v kapalinách, půdní koroze a koroze v prostředí průmyslových hnojiv, chemikálií, živočišné výroby a spalovacích motorů. 12

3.2.1 Atmosférická koroze Atmosférická koroze je jedním z nejrozšířenějších druhů koroze, která způsobuje přibližně 60 % všech korozí. (Ščerbejová, 1993) První z vlivů, které spolupůsobí při korozi, jsou klimatické podmínky dané vlhkostí a teplotou vzduchu a jeho znečištěním a v neposlední řadě biologičtí činitelé. Koroze probíhá při relativní vlhkosti nad 60 %, kdy dochází ke kondenzaci vodních par nasycených rozpustnými složkami atmosféry (oxidy, aerosoly aj.) a vzniká tenká vrstvička elektrolytu, pod kterou probíhá korozní děj. 3.2.2 Koroze v kapalinách Největší význam z těchto má koroze ve vodách. Přírodní voda je zředěný roztok elektrolytu a její korozní agresivita závisí na chemickém složení, přítomnosti rozpuštěných plynů, hlavně kyslíku a teplotě a proudění. Zásadní význam pro korozi ve vodách má přítomnost kyslíku, který se uplatňuje jako depolarizátor. (Ščerbejová, 1993) Do styku s vodou přicházejí vodní stroje, stroje a zařízení na výrobu páry, chladicí systémy, rozvodná potrubí, armatury aj. (Hluchý, Haněk, 2001) 3.2.3 Koroze půdní Ve své podstatě je to koroze ve vodách různého složení. Půda se skládá z plynné, kapalné a tuhé složky. Vlastním korozním prostředím je kapalná složka půdy, která jí dává elektrickou vodivost. Z plynné složky se uplatňuje opět kyslík jako depolarizátor. (Hluchý, Haněk, 2001) Koroze je tedy ovlivněna elektrolytem (vodou a solemi), přítomností depolarizátoru, ph, půdními bakteriemi a druhem půdy (písčitá, hlinitá, jílovitá). 3.2.4 Koroze v průmyslovém prostředí Koroze v prostředí průmyslových hnojiv je svým charakterem elektrochemická, kterou ovlivňuje přítomnost solí z hnojiv. Prášková hnojiva způsobují navíc abrazivní opotřebení, čímž vzniká korozně-mechanické opotřebení. (Ščerbejová, 1993) Prostředí živočišné výroby je z hlediska korozní agresivity silně agresivní, zejména v prostředí stájovém, silážních věží a jam. Koroze je podpořena vysokou vlhkostí a koncentrací plynů, především čpavku z výkalů a oxidu uhličitého jakožto produktu pochodů živých organismů. (Ščerbejová, 1993) 13

V prostředí spalovacích motorů probíhá chemická koroze pod vlivem horkých plynných spalin a elektrochemická koroze pod vlivem kondenzátu během prostoje motoru. (Ščerbejová, 1993) Chemická koroze je převažující a závisí na složení spalin, proto vhodnou ochranou jsou příměsi do paliva (organické sloučeniny vápníku, křemíku a jiných kovů). (Ščerbejová, 1993) V chladící soustavě probíhá elektrochemická reakce vlivem elektrolytu (soli, teplota a proudění) a přítomností různých kovů. Jako možnou ochranu lze použít speciální směsi vyrobené z glykolu s inhibitory. (Ščerbejová, 1993) 3.3 Druhy koroze a její vzhled Koroze se projevují různým vzhledem (napadením). Nejspolehlivějším hodnocením korozního napadení je hodnocení metalografické (strukturní), které určuje norma. Hlavním druhem napadení je rovnoměrná koroze a nerovnoměrná koroze (skvrnitá, bodová koroze, koroze selektivní, mezikrystalická, transkrystalová a korozní trhliny a lomy). (Hluchý, Haněk, 2001) Obr. 1 Druhy koroze podle vzhledu a jejich metalografické hodnocení (Hluchý, Haněk, 2001) 3.3.1 Rovnoměrná koroze Vzniká při styku kovu s korozním prostředím. Děj začíná probíhat na zvláště aktivních místech, ta se postupně zvětšují, takže povrch kovu je rovnoměrně napadán a děj probíhá na celé ploše. (Ščerbejová, 1993) 3.3.2 Nerovnoměrné korozní poškození a prostředím. Skvrnité poškození je způsobené různou aktivitou mezi kovem, elektrolytem 14

Bodová koroze je hloubkové poškození, způsobené místním zvýšením aktivity kovového povrchu nebo korozních zplodin. Selektivní koroze je poškození, které napadá jen vybrané části kovu nebo slitiny. U slitin napadá některou ze struktur, u kovů s jednofázovou strukturou místa mechanického porušení. Mezikrystalové poškození je poškození na hranicích zrn, přičemž povrch kovu zůstává zdánlivě neporušený, ale projeví se změnou mechanických vlastností. Zjišťuje se metalograficky. Transkrystalová koroze ve tvaru trhlinek napříč zrn vzniká při současném působení elektromechanických vlivů a mechanického namáhání vnějšího či vnitřního. Projevuje se změnou mechanických vlastností, zjišťuje se metalograficky. Podobá se mezikrystalové korozi. Korozní trhliny a lomy mají několik forem podle druhu mechanického namáhání. Mohou probíhat na povrchu či hloubkově, mezikrystalicky i transkrystalově. (Ščerbejová, 1993) 4 PROTIKOROZNÍ OCHRANA Rychlost koroze výrobků či zařízení lze omezit několika způsoby již při jejich navrhování, v širším slova smyslu tedy do ochrany proti korozi zahrnujeme volbu konstrukčního materiálu, úpravu korozního prostředí, konstrukční řešení a vlastní ochranu povlaky. Volba konstrukčního materiálu musí být provedena nejen s ohledem na schopnost materiálu plnit funkční požadavky, ale i na korozní stálost, protože různé kovové materiály korodují za stejných podmínek různou rychlostí. Využívá se specifických vlastností kovů a jejich slitin a v úvahu přicházejí i plasty. Také zvážení všech ekonomických aspektů hraje při volbě materiálu velkou roli. Konstrukční a technologické úpravy mohou ovlivnit rychlost rozvoje koroze omezením chyb, jako jsou místní přehřívání materiálu, vytváření korozních makročlánků, omezení ploch a míst, kde se zachycuje kapalina a nečistoty z prostředí, nevhodné tvary a provedení svarů a nevhodná kombinace korozních a mechanických namáhání. (Hluchý, Haněk, 2001) 15

Úpravou korozního prostředí přizpůsobením korozním vlastnostem lze dosáhnout zvýšení korozní odolnosti kovů. Upravují se tak kapalná i plynná prostředí, a to snížením koncentrace korozně aktivních látek, jejich odstraněním nebo přidáním inhibitorů, které snižují rychlost koroze. Oba způsoby jsou svým mechanismem dosti složité a vyžadují hlubší znalosti chemie. (Hluchý, Haněk, 2001) Obr. 2 Izolační spoj dvou různých materiálů v korozním prostředí (makročlánek) (Hluchý, Haněk, 2001) Vlastní, nejrozšířenější způsob ochrany proti korozi jsou povlaky, kam zahrnujeme povlaky chemické nebo elektrochemické (kovové povlaky) a ochranné povlaky nekovové. Kromě ochrany proti korozi má povrchová úprava také účel dekorativní, tj. dávat výrobkům estetický vzhled daný barevností, hladkostí, leskem apod. Například povrchová úprava automobilu představuje u nás asi 1/5 jeho vlastních nákladů. (Hluchý, Kolouch, 2002) 4.1 Technologie kovovými povlaky Kovové povlaky jsou velmi rozšířeným prostředkem úpravy povrchu. Jejich funkce je jak estetická, tak ochranná a může dodávat povrchu i jiné požadované vlastnosti, jako frikční, dále odolnost proti oděru, odrazivost světla, elektrickou vodivost apod. (Bartoníček, 1980) Pro ochranu materiálu je rozhodující tloušťka povlaku a jeho pórovitost. S tloušťkou povlaku roste jeho životnost, protože se současně snižuje počet korozně významných pórů. Optimální podmínky jsou tedy tehdy, když je povlak bez pórů. (Hluchý, Haněk, 2001) Vlastnosti povlaku jsou závislé na druhu povlakového kovu a podkladového materiálu, na způsobu vytváření vrstvy a již zmíněné tloušťce. To umožňuje použít pro daný účel jak vhodný povlakový materiál, tak i vhodnou technologii nanášení. Tato volba je však omezena povahou chráněného materiálu, velikostí předmětu, členitostí jeho povrchu i přípustnými změnami mechanických vlastností. (Bartoníček, 1980) 16

Kovové povlaky získáváme buď namáčením v roztavených kovech, galvanickým pokovováním nebo stříkáním (tzv. metalizace). (Hluchý, Kolouch, 2002) Nanášení kovových i nekovových povlaků předpokládá správnou předúpravu povrchu, která s vhodným výběrem povlakového systému vytváří konečný efekt povrchové úpravy. Správná předúprava musí zaručovat dokonalou čistotu povrchu, určitou drsnost povrchu a podmínky pro vyhovující přilnavost ochranných povlaků. (Hluchý, Haněk, 2001) 4.1.1 Chemické kovové povlaky Podstatou je vytvoření tenké vrstvy chemické sloučeniny se základním kovem, která zvětšuje odolnost povrchu výrobku proti korozi a přilnavost nátěrových nebo keramických hmot ke kovu. (Hluchý, Haněk, 2001) Podmínkou dobré chemické úpravy povrchu je dokonale čistý povrch, bez zbytků rzi, okují nebo jiných korozních produktů. (Hluchý, Haněk, 2001) Při chemickém pokovování se vylučují chemické kovové povlaky bez účinku vnějšího zdroje elektrického proudu. Proud se tvoří přímo v lázni rozdílem potenciálů mezi základním kovem a roztokem soli povlakovaného kovu. (Hluchý, Haněk, 2001) Druhou možností je vyredukování kovu z roztoku nějakým redukčním činidlem, v takovém případě je možné pokovovat i nekovy (sklo, plasty, př. stříbření zrcadel). (Ščerbejová, 1993) Technicky důležité jsou povlaky cínové, měděné a niklové, jako ozdobné povlaky stříbra a zlata. Nejdůležitější je niklování. (Hluchý, Haněk, 2001) Niklování se provádí ponořením předmětu (Fe, Cu, Al) do lázně, která obsahuje soli chloridu nikelnatého, síranu nikelnatého a redukčních přísad. Vyloučený povlak je pololesklý, nepórovitý, korozně odolnější než povlak elektrochemický, má dobrou přilnavost (Ščerbejová, 1993) a stejnoměrně pokrývá libovolné tvary, např. dutiny, závity apod. Povlaky lze pro dosažení větší tvrdosti i tepelně zpracovávat. Je to velmi účinná ochrana proti korozi a opotřebení strojních součástí v agresivních prostředích. S vývojem nových lázní se tato technologie začíná rozšiřovat i pro pokovování předmětů z hliníku nebo plastů. (Hluchý, Haněk, 2001) Mědění se provádí ponořením železného předmětu do roztoku modré skalice při normální teplotě. Dochází k výměně iontů Fe a Cu. Používá se pro zušlechtění povrchu a jako základní povlak před niklováním a chromováním. (Ščerbejová, 1993) 17

Chromování je prováděno ponořením předmětu do roztoku, který obsahuje chlorid chromitý, fluorid chromitý a redukční přísady. Povlak je tvrdý, odolný a esteticky výhodný. (Ščerbejová, 1993) 4.1.2 Elektrochemické kovové povlaky Podstatou elektrochemického (galvanického) pokovování je elektrolýza. Elektrolýza je vylučování iontů z elektrolytu účinkem vnějšího zdroje elektrického proudu prostřednictvím dvou elektrod. Elektrická vodivost elektrolytu je způsobena tím, že se elektrolyt štěpí na kladné ionty (kationty) a na záporné ionty (anionty). Záporná katoda dodává elektrony kationtům, které se tím redukují (získávají elektrony), kladná anoda naopak odebírá elektrony aniontům, které oxidují (ztrácejí elektrony). (Hluchý, Haněk, 2001) Jako katody se zavěšují předměty, které mají být pokoveny. Anody jsou obvykle z kovu, kterým má být pokovováno, a probíhají na ní vedlejší reakce. Elektrolyt mimo látek, kterými se pokovuje, ještě obsahuje látky zvyšující elektrickou vodivost roztoku, látky udržující ph a látky ovlivňující velikost krystalů jemnost povlaku. Elektrolyt může být zásaditý, nebo kyselý. Galvanizace se provádí ve vanách, které bývají ocelové, vyložené plastickou hmotou nebo olovem. Zdrojem stejnosměrného proudu je dynamo nebo usměrňovač o nízkém napětí 2-10 V a proudové intenzitě až 10000 A. (Ščerbejová, 1993) Pokovovat můžeme prakticky všechny běžné konstrukční materiály (Tab. 1). Pro dekorativní účely se pokovují i některé plasty. (Hluchý, Haněk, 2001) Tab. 1 Přehled základních způsobů vytváření kovových povlaků (Hluchý, Haněk, 2001) Povlakový kov chemicky elektrochemicky (galvanicky) Způsob vytváření povlaku ponořením do taveniny žárovým povlakového stříkáním kovu termodifuzně fyzikálním povlakováním zinek - většina kovů, obvykle ocel ocel ocel ocel - hliník - Fe, Cu, Mg, Ni, Zn ocel ocel Fe, Zn, plasty chrom - většina kovů - - ocel kovy a plasty cín ocel, Cu, většina kovů většina CuSn, ocel, Cu obvykle ocel, Cu kovů CuZn - - olovo (resp. jeho slitiny) nikl měď - většina kovů a plasty ocel, CuZn, Al, plasty většina kovů obvykle ocel, Cu ocel, Cu většina kovů - většina kovů většina kovů - - ocel většina kovů a plasty většina kovů - ocel - - 18

Ve strojírenství se používá mědění, niklování, chromování, zinkování, kadmiování a cínování. Aby se konstruktérovi usnadnila volba druhu a tloušťky povlaku pro různé provozní podmínky, jsou k dispozici normy, které udávají i způsob předepisování v technických podkladech. (Hluchý, Haněk, 2001) Niklování je nejstarší způsob pokovování. Niklových povlaků se používá jako konečných do lehkých korozních podmínek, nebo jako mezivrstev při kombinovaném pokovování s chromem a mědí. Při pokovování samotným niklem je výhodné postupné nanesení dvou až tří vrstev. První vrstva vyrovná povrch a zabezpečuje korozní odolnost. Nikl bývá hlavní složkou ozdobně-ochranných povlaků. (Ščerbejová, 1993) Chrom má vynikající korozní odolnost, lesk, tvrdost a odolnost proti opotřebení. Z těchto vlastností vyplývá i jeho význam při pokovování, používá se pro ozdobněochranné pokovování a pro tzv. tvrdé chromování ke snížení opotřebení a zvýšení životnosti strojních součástí. (Ščerbejová, 1993) Měděné povlaky jsou tenké, pórovité, na vzduchu nestálé a vzhledem k železu se chovají katodicky, urychlují korozi v pórech, proto se měděné povlaky používají hlavně jako mezivrstvy při pokovování Cu, Ni a Cr. (Ščerbejová, 1993) Cínování je zdravotně nezávadné a jeho největší uplatnění je při výrobě tzv. bílého plechu pro konzervárenské účely. Cínování se provádí asi z 80 % galvanicky a z 20 % žárově, máčením v roztaveném kovu. (Ščerbejová, 1993) Zinek má ve vztahu k železu velmi dobré korozně-ochranné vlastnosti, chrání anodicky a sám se pasivuje vrstvou oxidu. Proto má velké uplatnění při pozinkování drátů, plechů a trub. Tloušťka povlaku je přímo úměrná korozní agresivitě prostředí. Tato metoda se používá k tzv. lesklému pozinkování (pokovení bruslí, automobilových součástek, trubkového nábytku. (Ščerbejová, 1993) Kadmiování má obdobné korozní vlastnosti jako zinkování. Chrání proti atmosférické korozi i v agresivních podmínkách přímořské oblasti. Kadmium dobře chrání i měď a její slitiny, ale je drahé a deficitní. (Ščerbejová, 1993) 4.1.3 Tepelné pokovování Pokovování v roztavených kovech je jednoduchý a rychlý způsob vhodný pro kovy s nízkou teplotou tavení (Sn, Pb, Zn, Al). Podstatou této metody je ponoření předmětu do roztaveného povlakového kovu a jejich vzájemná reakce mezi povrchem předmětu a taveninou. (Hluchý, Haněk, 2001) 19

Pokovovací lázeň obsahuje kromě povlakového kovu legovací přísady, kterými se upravuje přilnavost a mechanické vlastnosti a povlaku dávají potřebný vzhled. (Hluchý, Haněk, 2001) Ponorové zinkování je nejrozšířenější způsob ochrany proti vlivům atmosféry. Zinkují se plechy, pásy, dráty, trubky, fitinky, pletivo, řetězy, různé konstrukce a odlitky. 39 (Hluchý, Haněk, 2001) Např. zinkované plechy vydrží ve venkovní atmosféře podle tloušťky povlaku až 60 let. (Ščerbejová, 1993) Cínováním se vyrábí tzv. bílý plech, který je výborným materiálem k výrobě konzervových krabic a kuchyňského náčiní. Chrání před organickými kyselinami v potravinářství, odolává atmosférické korozi a vodě. (Hluchý, Haněk, 2001) Hliníkování se uplatňuje místo cínování a zinkování při výrobě pásů a drátů. Protože hliníkové lázně rychle oxidují a oxid brání dobré přilnavosti povlaku, musí pokovování probíhat v řízené a velmi čisté interní atmosféře. (Hluchý, Haněk, 2001) Poolovování je nejlepší způsob ochrany proti korozi v chemickém průmyslu. (Hluchý, Haněk, 2001) I když je olovo jedovaté, jeho povlaky jsou odolné agresivnímu prostředí chemikálií. (Ščerbejová, 1993) Pokovování žárovým stříkáním (metalizace) spočívá v tom, že jemné částečky natavených nebo roztavených kovů nebo jejich slitin jsou nanášeny na předem připravený, zdrsněný povrch předmětu pomocí proudu stlačeného vzduchu speciálními stříkacími (metalizačními) pistolemi. Nanášený materiál může být buď tavenina, nebo v prášku, nejčastěji však v podobě drátu. Stříkací pistole jsou plynové, elektrické nebo plasmové. (Hluchý, Haněk, 2001) Nevýhodou této technologie je menší přilnavost kovu k povrchu, větší obsah oxidů a poréznost nastříkané vrstvy. (Ščerbejová, 1993) Přilnavost kovu na povrchu předmětu závisí na drsnosti povrchu (stříkané částečky se zachycují na výčnělcích zdrsněného povrchu), který musí být zároveň dokonale suchý, čistý a nemastný. (Hluchý, Haněk, 2001) K žárovému stříkání kovů se nejčastěji používá jako povlakový kov hlavně olovo, zinek, hliník a dále měď a její slitiny, nikl aj. (Hluchý, Haněk, 2001) Nástřikem zinku nebo hliníku se chrání proti korozi ocelové stožáry elektrického vedení, mosty, opotřebená strojní součásti jako hřídele, ložiskové pánve, čepy atd. (Ščerbejová, 1993) Žárové stříkání kovů se uplatňuje jako ochrana proti atmosférické korozi a korozi v kapalinách, ochrana proti vysokým teplotám (do 950 C), jako povrchová 20

úprava nekovových materiálů, při renovaci strojních součástek, opravách vadných odlitků a tam, kde není omezeno rozměry chráněného zařízení (stavební zařízení, mosty ). (Hluchý, Haněk, 2001) Obr. 3 Schéma stříkací (metalizační) pistole (Hluchý, Haněk, 2001) a) plynové b) elektrické 1 drát 2 stlačený vzduch 3 kyslík a acetylen 4 tavení drátu 5 rozprášený roztavený kov v proudu stlačeného vzduchu Termodifuzní povlaky a jejich podstata je známa z metalografie. Hranici mezi základním materiálem a povlakem nelze přesně určit, protože při difuzním pokovování se ochranný povlak vytváří difuzí kovu do kovu základního. Difuzní procesy jsou možné jedině tehdy, tvoří-li oba materiály tuhé roztoky. Z termodifuzních technologií jsou pro povrchovou úpravu nejdůležitější zinkování (šerardování), hliníkování (alumetování) a chromování (inchromování). Začíná se také uplatňovat difuzní titanování, křemíkování a bórování. Účelem je dosažení vrstev s vysokou tvrdostí a odolností proti opotřebení. Pro velkou energetickou náročnost je ovšem používání těchto metod omezeno pouze na speciální účely. (Hluchý, Haněk, 2001) 21

Povlakování ve vakuu Podstatou pokovování ve vakuu je odpařování vhodného povlakového materiálu ve vakuu s následnou kondenzací jeho kovových par na povlakovaném předmětu. Povlakový materiál je zahříván při velmi nízkém tlaku (asi 5 10-1 Pa) na odpařovací teplotu 1300-1500 C. Vzniklé páry dopadají na povlakovaný předmět, který má nižší teplotu než je kondenzační teplota par povlakového materiálu. Páry se na povrchu předmětu srážejí (kondenzují) jako jemný povlak (Obr. 4) (Hluchý, Haněk, 2001) 1 zvon 2 pracovní komora 3 odpařovací těleso 4 povlakový materiál 5 odpařování povlakového kovu 6 povlakované předměty 7 odsávání (k vývěvě) Obr. 4 Princip fyzikálního povlakování (Hluchý, Haněk, 2001) Předností tohoto způsobu pokovování je rovnoměrná a velmi malá tloušťka povlaku (0,1 až 1μm) a možnost nanášet kovové i nekovové povlaky na jakýkoliv materiál. Předměty mohou mít i složité tvary s dutinami. Přilnavost povlakových vrstev je závislá především na čistotě materiálu, na teplotě povlakování a rychlosti odpařovaných částic dopadajících na povrch předmětu. (Hluchý, Haněk, 2001) Nejpoužívanějším povlakovým kovem je hliník, jehož povlaky jsou velmi lesklé a mají dobrou odrazivost. Využití je v optice při povlakování zrcadel a automobilových reflektorů, v elektronice při výrobě obvodů kontaktů odporů, supravodivých vrstev, polovodičů, kondenzátorů aj. Další využití je v oblasti bižuterie a v povlakování nástrojů z rychlořezných ocelí a slinutých karbidů. (Hluchý, Haněk, 2001) 22

4.2 Technologie anorganickými nekovovými povlaky 4.2.1 Konverzní vrstvy Jsou to uměle vytvořené povlaky (vrstvy) oxidů, fosforečnanů a chromanů kovů. Jejich podstatou je vytvoření tenké vrstvy z povrchu vlastního (základního) kovu nebo povlaku v příslušné lázni chemickou, popř. elektrochemickou reakcí. Zvyšuje se tím odolnost povrchu předmětu proti korozi, přilnavost nátěrových nebo konzervačních hmot k základnímu kovu a využívá se k dekoračním úpravám povrchu předmětu. (Hluchý, Haněk, 2001) Oxidické vrstvy na nelegovaných ocelích se vytváří chemickou oxidací nebo oxidací za zvýšené teploty (v podstatě jde o vytváření popouštěcích barev na povrchu ocelí). Zlepšuje se vzhled výrobku, ale ochranný účinek proti korozi je malý. (Hluchý, Haněk, 2001) Oxidické vrstvy na mědi a jejich slitinách vytváříme zahřátím předmětů v dusitanové atmosféře. Dosahují žlutočerného až černého zbarvení. (Hluchý, Haněk, 2001) Patinování (umělé vytvoření měděnky) je vytvoření vrstvy zásaditých uhličitanů na povrchu předmětu. (Hluchý, Haněk, 2001) Oxidické vrstvy na hliníku vytváříme nejčastěji elektrolytickou oxidací aluminia (eloxal). Vytvořená vrstva je velmi tenká, tvrdá, odolná mechanickému opotřebení, nevodivá a nekoroduje. Je pórovitá, dá se dobře barvit a vytváří efektní barevný povrch. Využití je zejména v elektrotechnice. (Hluchý, Haněk, 2001) Fosfátové vrstvy vznikají chemickou reakcí základního kovu (zejména oceli a zinku) s fosforečnany, při které vznikají povlaky krystalických fosforečnanů. Výhodou fosfátování je nízká cena. Vytvořený povlak je pórovitý, běžně se používá pod nátěry, které v povlaku dobře zakotví a zvýší odolnost proti korozi, hlavně atmosférické. Má dobré elektroizolační vlastnosti, které se využívají k vytváření izolačních povlaků u transformátorových plechů. Fosfátování je nezbytnou úpravou polotovarů pro protlačování za studena a hluboké tažení, kde spolu s mýdlovou vodou snižují tření mezi nástrojem a výliskem a prodlužují tak životnost nástrojů. (Hluchý, Haněk, 2001) Chromátové vrstvy se vytváří v lázních, které obsahují kyselinu chromitou. Tloušťka vrstvy bývá 0,1 0,5 μm. Rozšířené je chromátování pozinkovaných výrobků, kdy se v podstatě zvyšuje odolnost kovových povlaků proti atmosférické korozi 23

a používá se i tehdy, kdy byl doposud na zinkový povlak nanášen organický nátěr. (Hluchý, Haněk, 2001) 4.2.2 Smaltování Smaltování je způsob ochrany povrchu, při kterém je nanášen na povrchy skelný povlak, tzv. smalt. Smalty jsou sklovité látky, jejichž chemické a fyzikální vlastnosti jsou upraveny tak, aby byly schopny po natavení přilnout k povrchu kovů a vytvořit tak dobrou korozní odolnost. (Hluchý, Haněk, 2001) Vrstva smaltu se na povrch nanáší poléváním, máčením nebo stříkáním, u litinových předmětů i poprášením. Nanáší se buď vícevrstvý smalt (vrstva základní a několik krycích vrstev) nebo jednovrstvý smalt (spojuje vlastnosti základních a krycích smaltů) a vytváří se tak povrchová protikorozní vrstva, která může být i vrstvou dekorační. Způsob nanášení je buď suchý, nebo mokrý. (Hluchý, Haněk, 2001) Při suchém způsobu se nanáší základní smalt v mokrém stavu poléváním nebo stříkáním pistolemi na suchý předmět. Poté se předmět vypaluje v peci a na rozžhavený předmět se sype krycí smalt. (Hluchý, Haněk, 2001) Při suchém způsobu se předmět ošetří základním smaltem jako za sucha a po vypálení se nechá vychladnout. Poté se poléváním nebo stříkáním nanáší mokrý krycí smalt, který se znovu vypaluje. Teplota vyplování je 800 950 C podle druhu smaltu. (Hluchý, Haněk, 2001) Krycí smalty mohou být zakalené, které lze barvit na pastelové odstíny nebo transparentní, které jsou většinou univerzálně barvitelné. (Hluchý, Haněk, 2001) Výhodou smaltování je dobrá chemická stálost proti kyselinám, nesnáší však nárazy a rychlé změny teplot. Hodí se pro instalační, kuchyňská a potravinářská zařízení. (Hluchý, Haněk, 2001) Vysokotlaké smaltování se využívá při vysokých nárocích na odolnost proti požáru, kyselinám a roztaveným kovům, velkou tvrdost a malý součinitel tepelné a elektrické vodivosti. Tyto povlaky se nanáší žárovým stříkáním pomocí kyslíkoacetylénových nebo plasmových pistolí. Tloušťka povlaku bývá 0,05 0,5 mm, podle účelu použití. Použití je především pro ochranu namáhaných strojních součástí, které pracují za vysokých teplot. (Hluchý, Haněk, 2001) 24

4.3 Organické nekovové povlaky Organické povlaky jsou nejrozšířenější způsoby povrchových úprav a ochran kovových, dřevěných a jiných výrobků. Výhodou je široký sortiment druhů, kvality a barevných odstínů, možnost jejich přesného namíchání a poměrně jednoduchá technologie zpracování. (Hluchý, Haněk, 2001) Některé materiály mají ještě specifické vlastnosti, např. fungicidní, baktericidní, svítící, matovací, elektrovodivé aj. Výzkum a vývoj této technologie má velký význam, zaměřující se na prodloužení životnosti povlaků, ekonomie, úspory energie a zejména ekologie (náhrada toxických látek novými materiály). (Hluchý, Haněk, 2001) 4.3.1 Povlaky z plastů a pryží Povlaky z plastů a pryží mají lepší mechanické vlastnosti dané především charakterem použitého plastu. Povlaky jsou vytvářeny z řady polymerů, jako např. polyvinylchloridu, polyetylenu, akrylátů, teflonu, celulózy a různých směsí z přírodních a syntetických kaučuků. (Hluchý, Haněk, 2001) Způsoby nanášení jsou nejčastěji žárovým stříkáním a ve fluidním poli. (Hluchý, Haněk, 2001) Princip žárového stříkání spočívá v tom, že plastické hmoty granulované na prášek se plamenem v trysce pistole natavují a jsou nanášeny na předem upravený a předehřátý povrch předmětu. Vzniklý povlak se uhladí plamenem nebo horkým vzduchem. (Hluchý, Haněk, 2001) Nanášení se provádí ve fluidním loži. Fluidní lože je otevřená nádrž, do které se přivádí porézní deskou, umístěnou nad dnem nádrže, ventilátorem vzduch, ten rozviřuje práškové částice plastu umístěné v nádrži. Předehřátý předmět ponoříme do nádrže, kde se na jeho povrchu částice plastu natavují a vytvářejí povlak. Tloušťka povlaku je závislá na teplotě předmětu a době ponoru. (Hluchý, Haněk, 2001) Nanášení ve fluidním elektrostatickém poli (Obr. 5) je obdobné předcházejícímu způsobu. Používá se opět fluidního lože, v němž jsou nabíjecí elektrody, na které se přivádí velmi vysoké napětí (až 120 kv). Plastové částice se v nádrži nabíjí záporně a jsou odpuzovány vzhůru na fluidní lože. Upevněný předmět není předehříván, ale je uzemněn, takže přitahuje nabité částice a zachycuje je na svém povrchu. (Hluchý, Haněk, 2001) 25

Obr. 5 Schéma nanášení plastů (Hluchý, Haněk, 2001) 1 nádrž (fluidní lože) 2 porézní deska 3 přívod vzduchu 4 - ventilátor 5 přívod velmi vysokého napětí 6 práškové částice 7 vzduch 8 nabíjecí elektrody 9 závěs 10 povlakovaný předmět Plastové povlaky se osvědčily jako náhrada za nerezové oceli různých nádob kvasného průmyslu, proti kyselinám a alkalickým výparům. Dále jako izolační povlaky elektrických vodičů a jako ochrana proti korozi vodních turbin. Jsou ekonomicky výhodnější než nátěry. (Hluchý, Haněk, 2001) 4.3.2 Nátěry Nátěrové hmoty jsou nejstarším a nejužívanějším prostředkem k povrchové ochraně proti korozi a tvoří asi 90 % všech povlaků. (Ščerbejová, 1993) Nátěr je hotový, souvislý povlak požadovaných vlastností, vzniklý nanesením a zaschnutím jedné nebo několika nátěrových vrstev na předmět. (Hluchý, Haněk, 2001) Pojem nátěrové hmoty je souhrnný název pro všechny hmoty, které se vhodnou technikou nanášejí na podklad v různém stavu a které vytvoří nátěrový film mající ochranné, dekorativní nebo specifické vlastnosti. (Kubátová et al., 2000) Dle charakteristických vlastností se nátěrové hmoty dělí na: Laky transparentní, které na podkladu vytvářejí průhledný film mající ochranné, dekorativní nebo specifické vlastnosti. Pigmentové nátěrové hmoty, které tvoří neprůhledný film (emaily, barvy, tmely). (Kubátová et al., 2000) 26

Podle účelu použití rozeznáváme: Vnitřní nátěry, např. na nátěry prvků uvnitř budov, nábytkové emaily, malířské barvy. Venkovní nátěry, snášejí venkovní atmosféru, jsou poměrně odolné vůči povětrnostním vlivům. Speciální nátěry, zahrnují např. nátěrové hmoty pro ochranu proti pohonným hmotám, kyselinám apod. (Kubátová et al., 2000) Podle použití a pořadí v nátěrovém systému se nátěrové hmoty dělí na: Napouštěcí, které se používají pro napouštění savých podkladů (dřevo, zdivo apod.). Základní, které se aplikují jako první nátěr podkladu. Vyrovnávací, častěji nazývané tmely, které se používají pro vyrovnání nerovnosti povrchu podkladu, k zaplnění pórů, vytvoření hladkého povrchu apod. Podkladové, používané mezi základním a vrchním nátěrem. Vrchní, dělené podle výsledného vzhledu na vrchní barvy - méně lesklé, a emaily s vysokým stupněm lesku a dekorativními vlastnostmi. Maskovací nátěrové hmoty se používají pro maskovací účely např. vojenské techniky. (Kubátová et al., 2000) V současné době se pro výrobu nátěrových hmot používá velké množství nejrůznějších surovin, jejichž počet se odhaduje kolem tisíce. Patří sem jak suroviny, které se používají v tisícitunových množstvích, tak i suroviny používané v minimálním množství. Rozhodujícím kritériem pro jejich výběr je v dnešní době ekologické hledisko. Stále větší důraz se klade na co nejnižší obsah organických rozpouštědel v nátěrových hmotách. (Kubátová et al., 2000) Toto velké množství surovin je možné podle jejich specifické funkce rozdělit do čtyř skupin, které představují základní složky nátěrové hmoty. Jsou to filmotvorné látky (pojiva, změkčovadla), pigmenty, plniva a barviva, těkavé složky (rozpouštědla, ředidla) a ostatní přísady (aditiva). (Kubátová et al., 2000) Filmotvorné látky (pojiva, změkčovadla) tvoří podstatnou část nátěrových hmot a jejich základní funkce spočívá v umožnění tvorby nátěrového filmu. Charakter filmotvorné látky má vliv na tak důležité vlastnosti nátěrového filmu, jako je především vlastní odolnost, ale také lesk, pružnost, přilnavost, ohebnost a tvrdost. Pojivo společně 27

s těkavými složkami tvoří nejčastěji roztok, tzv. základní lak, který by bez přidání pigmentů vytvořil průhledný transparentní nátěrový film. Velký význam zde mají rostlinné oleje, neboť tvoří základní surovinu pro výrobu alkydových pryskyřic, které jsou pojivem pro značnou část tzv. syntetických nátěrových hmot. Moderní nátěrové hmoty jsou dnes založeny na syntetických pryskyřicích. Velmi významné jsou pryskyřice epoxidové, polyuretanové, různé modifikace akrylátových pryskyřic, silikonové, melaminoformaldehydové a močovinoformaldehydové. (Kubátová et al., 2000) Epoxidové pryskyřice jsou pojivem pro významnou skupinu dvousložkových nátěrových hmot s vysokou chemickou odolností. Rozhodující pro konečné vlastnosti nátěrové hmoty je typ epoxidové pryskyřice a vytvrzovací složka, nátěrový film má fyzikálně-mechanické vlastnosti, jako je chemická odolnost, tvrdost a houževnatost. (Kubátová et al., 2000) Polyuretanové pryskyřice se převážně používají pro dvousložkové nátěrové hmoty vytvrzované za normální teploty. Vhodnou volbou jednotlivých pojivových složek je možné připravit širokou paletu nátěrových hmot s nejrůznějšími vlastnostmi, jako je výborná odolnost proti vodě i poměrně dobrá chemická odolnost. (Kubátová et al., 2000) Akrylátové pryskyřice patří dnes mezi nejmodernější pojiva, především pro vodou ředitelné nátěrové hmoty. Škála vyráběných kombinací je veliká. Rozpouštědlové typy akrylátových pryskyřic se používají pro vytvrzování polyuretanových nátěrových hmot. (Kubátová et al., 2000) Alkydové pryskyřice jsou polyestery různých organických kyselin kombinované s rostlinnými oleji. Nátěrových hmot není mnoho, v naprosté většině jsou to kombinace s dalšími filmotvornými složkami. Určité množství těchto pryskyřic se vyrábí i ve formě vodných disperzí pro vodou ředitelné nátěrové hmoty. (Kubátová et al., 2000) Silikonové pryskyřice jsou pojiva pro vypalovací nátěrové hmoty s vynikající odolností vůči vyšším teplotám a elektroizolačními vlastnostmi. (Kubátová et al., 2000) Pigmenty jsou barevné prášky nerozpustné v pojivech a rozpouštědlech, které dodávají nátěrovým hmotám barevný odstín a kryvost. Jsou to látky anorganického, organického nebo směsného původu. (Kubátová et al., 2000) Vlastnosti pigmentů jsou barevný odstín nátěru, který je určen pigmenty a má důležitou funkci pro jeho estetické vlastnosti, kryvost (krycí schopnost), neboli schopnost nátěru zakrýt daný podklad, světlostálost (některé pigmenty vlivem 28

ultrafialové složky slunečního světla mění své barevné vlastnosti) a s touto vlastností související odolnost vůči povětrnostním vlivům. (Kubátová et al., 2000) Pigmenty můžeme dělit do skupin podle různých kritérií, a to podle složení na pigmenty organické směsné, anorganické, antikorozní a plniva. (Kubátová et al., 2000) Z velkého množství anorganických pigmentů je důležitá titanová běloba, dnes dominující bílý pigment, jehož hlavní výhodou je abnormálně vysoká kryvost a vyjasňovací schopnost (barvivost). Nejvíce titanové běloby se ve světě spotřebuje právě na výrobu nátěrových hmot a plastů. Zinková běloba je vedle titanové nejrozšířenějším bílým pigmentem, ale z ekonomických důvodů je vytlačována titanovou bělobou, z vlastností je důležité zvýšení trvalosti lesku filmu, zpomaluje žloutnutí a hlavními spotřebiteli je gumárenský a lékařský průmysl. Lipoton je další bílý pigment, dnes určen pro speciální použití, jako jsou olejové tmely apod. Železité pigmenty mají v nátěrových hmotách rozsáhlé použití a jejich vlastností je vysoká krycí schopnost, vysoká barvivost a dobrá odolnost proti atmosférickým vlivům a alkáliím. Grafit je černý pigment dnes již s převážně speciálním použitím, používá se pro elektricky vodivé nátěry, nátěrové filmy mají i výbornou tepelnou odolnost, nevýhodou je měkkost nátěrů a černý odstín. Jako další jsou kovové bronzy, dodávají se ve formě prášků nebo pasty a vyrábí se především z různých odpadů hliníkových fólií. Použitelnost hliníkového bronzu je mnohostranná, používá se v tiskařství (papír, tapety, fólie), na nátěry lodí, průmyslové nátěry odolné žáru a nátěry odrážející sluneční světlo. Z antikorozních pigmentů je důležitý kovový zinek, nazývaný zinkový prach. Nátěry mají elektrochemický ochranný mechanismus, používají se na spodky karoserií, mostní konstrukce a povrchy vystavené působení mořské vody. Plniva tvoří kostru nátěrových hmot, používají se společně s pigmenty a jejich využití je v papírenském průmyslu, gumárenství a výrobě plastů. (Kubátová et al., 2000) Těkavé složky (rozpouštědla, ředidla) jsou obvykle definována jako kapalné organické sloučeniny, které jsou schopné rozpouštět oleje, tuky, vosky, přírodní a syntetické pryskyřice. Rozpouštěním těchto látek se mění jejich chemické vlastnosti. (Kubátová et al., 2000) Podle vlastní rozpouštěcí schopnosti jsou rozpouštědla rozdělována na pravá a nepravá, v lakařské praxi se ještě běžně vyskytuje termín ředidlo. (Kubátová et al., 2000) 29

Pravá rozpouštědla jsou sama o sobě schopná dokonale rozpouštět pojiva nátěrových hmot. Měřítkem rozpouštěcí schopnosti pravých rozpouštědel je viskozita roztoků pojiva. (Kubátová et al., 2000) Nepravá rozpouštědla, která jsou obvykle podstatně levnější nežli pravá rozpouštědla, jsou schopná rozpouštět pojiva jen za přítomnosti pravého rozpouštědla. Vhodná nepravá rozpouštědla snižují zpravidla značně viskozitu nátěrových hmot. Měřítkem rozpouštěcí schopnosti nepravých rozpouštědel je tzv. ředitelnost. (Kubátová et al., 2000) Ředidla jsou obvykle směsí pravých i nepravých rozpouštědel, které slouží jako prostředek pro snížení viskozity (tekutosti či konzistence) nátěrových hmot, aby byla umožněna jejich aplikace zvoleným způsobem. Technicky nalézá uplatnění poměrně malá skupina rozpouštědel. (Kubátová et al., 2000) Rozpouštěcí technické benziny jsou benzinové frakce, používají se buď jako rychle těkající rozpouštědla nebo při odmašťování. (Kubátová et al., 2000) Lakový benzin je ropná frakce, směs uhlovodíků s určitým obsahem aromatických podílů. Je nejdůležitějším rozpouštědlem pro asfaltové, olejové a syntetické alkydové nátěry hmoty. (Kubátová et al., 2000) Z aromatických uhlovodíků má dosud značný význam toluen. Je velmi důležitým nepravým rozpouštědlem při výrobě nitrocelulózových nátěrových hmot a pro výrobu silikonových nátěrových hmot. Xylen je důležité rozpouštědlo pro řadu nátěrových hmot, zejména syntetických alkydových, chlorkaučukových, silikonových apod. (Kubátová et al., 2000) Ve skupině alkoholů má význam butylalkohol (butanol) jako nepravé rozpouštědlo do nitrocelulózových nátěrových hmot. (Kubátová et al., 2000) Z glykoléterů mají význam především étery propylenglykolu, jsou mísitelné s vodou a jejich hlavní využití je pro vodou ředitelné nátěrové hmoty. (Kubátová et al., 2000) Estery jsou výborná rozpouštědla pro velké množství lakařských pryskyřic podobně jako ketony. Mají příjemnou vůni, proto se často přidávají pro překrytí zápachu jiných rozpouštědel. Etylacetát je nejpoužívanějším rychle těkavým rozpouštědlem, butylacetát je nejlepším středně těkajícím rozpouštědlem pro nitrocelulózu, rozpouští dobře i řadu dalších pryskyřic. (Kubátová et al., 2000) 30

Ostatní přísady (aditiva) Vysoké požadavky, které jsou dnes kladeny na nátěrové hmoty, nejsou často splnitelné bez použití malého množství pomocných látek, aditiv. Pomocí aditiv se dosahuje lepší a rychlejší dispergace pigmentů v barvě, zabraňuje pěnění nátěrových hmot, jejich želatinizaci, omezuje se usazování pigmentů atd. (Kubátová et al., 2000) Pomocí aditiv je možno zvýšit odolnost nátěrů proti povětrnostním vlivům a proti napadení mikroorganismy. Dobrá aditiva nemají zpravidla univerzální, ale pouze specifický účinek. Současné nátěrové hmoty tedy obsahují celou řadu přísad, které lze podle jejich funkce a specifických účinků přibližně rozdělit do následujících skupin: - pomocné látky (lakařská aditiva, sušidla) - zahušťovadla (zejména u vodou ředitelných nátěrových hmot) - iniciátory, katalyzátory, urychlovače a inhibitory. (Kubátová et al., 2000) Povrch kovu musí být před zhotovením nátěru vhodným způsobem upraven. Stav povrchu kovu významně ovlivňuje životnost nátěru. Obecně se zastává názor vycházející z praktických zkušeností, že až 75 % selhání ochranného působení nátěrů je důsledkem špatné nebo nevhodné přípravy povrchu před jejich zhotovením. (Kubátová et al., 2000) Způsoby úpravy povrchu jsou: Mořením, používají se zejména roztoky kyseliny chlorovodíkové a sírové. Bezprostředně po moření musí následovat dokonalý oplach povrchu. (Kubátová et al., 2000) Otryskání umožňuje zabezpečit jeho dokonalou přípravu pod nátěr. Poskytuje nejen povrch kovově čistý, ale rovněž zdrsněný přispívá k lepšímu zakotvení nátěru. Pro otryskání se používá ocelolitinová drť, struska apod. (Kubátová et al., 2000) Pro odmašťování povrchu ve strojírenské velkovýrobě se používají převážně vodné roztoky, které odstraní mastnost a rozpustné soli. Rovněž je nutno zabezpečit dokonalý oplach povrchu po odmaštění. (Kubátová et al., 2000) Odstranění ostatních nečistot, jako jsou soli rozpustné ve vodě, prachové částice, kondenzovaná vlhkost aj. Ulpívají na povrchu a brání dostatečnému zakotvení nátěrů. (Kubátová et al., 2000) 31

Odstranění nátěrů dříve natřených. Ochranný nátěr na ocelovém povrchu ztratí po určité době svou funkci a povrch vyžaduje zhotovení údržbového nátěru. Ideálním řešením je zhotovení nátěru v době, kdy původní nátěr je dobře přilnavý a pouze nepatrně poškozen korozí. V takovém případě postačuje přebroušení povrchu. (Kubátová et al., 2000) Nanášení nátěrů je možno několika způsoby: Ruční nanášení (štětcem) je dosud velmi rozšířený, jednoduchý a poměrně univerzální způsob zhotovování povlaků z nátěrových hmot. Nevýhodou je malá produktivita práce. Při povrchové úpravě velkých ploch je účelnější použít místo štětce váleček, výkon se zvyšuje až dvojnásobně. (Hluchý, Haněk, 2001) Máčení je způsob nanášení (Obr. 6), kdy se výrobky ponořují do nátěrové hmoty. Je to jedna z nejhospodárnějších technologií, kde ztráty představují pouze odkap nátěrové hmoty po vynoření a odpar ředidel z vany. (Hluchý, Haněk, 2001) Obr. 6 Schéma nanášení nátěrových hmot máčením (Hluchý, Haněk, 2001) 1 máčecí vana 2 nátěrová hmota 3 součásti 4 dopravník 5 trolejové vedení 6 filtr 7 potrubí 8 čerpadla 9 výměník Stříkání je nejrozšířenější způsob nanášení nátěrových hmot. Uplatňuje se jednak ruční proces nanášení, jednak mechanizovaný proces s využitím dopravníkových linek. Nátěrová hmota se rozprašuje tlakem vzduchu ze stříkací pistole. Nevýhodou jsou poměrně vysoké ztráty nátěrových hmot a nevhodnost z hlediska ochrany zdraví při práci. (Hluchý, Haněk, 2001) Elektrostatické nanášení je založeno na principu přitažlivosti dvou částic s rozdílným elektrickým nábojem. Toto stříkání pistolemi se provádí ve zvláštní kabině s odsáváním, v níž je umístěna soustava elektrod, mezi nimiž se pohybují výrobky zavěšené na dopravníku, který je uzemněn. V prostoru mezi elektrodami a výrobky je 32