Uvod
Obrada metalnih površina jedna je od najvažnijih disciplina u inženjerstvu materijala, proizvodnja, i industrijski dizajn.
O metalnoj komponenti rijetko se sudi samo po svojoj bazi legure.
Njegov učinak u radu često je određen stanjem njegove površine: kako je otporan na koroziju, kako reflektuje ili apsorbuje svetlost, kako se nosi sa trenjem, kako se vezuje za premaze, kako toleriše habanje, i kako to izgleda krajnjem korisniku.
U praktičnom smislu, površinska obrada je most između sirovog metala i funkcionalnog proizvoda.
Isti čelik, aluminijum, bakar, magnezijum, ili titanijumski deo može se ponašati veoma različito u zavisnosti od toga da li je miniran, poliran, anodiziran, pozlaćen, oksidirano, prskani, obložen, ili naneseni filmom nalik keramici.
Iz tog razloga, površinski tretman nije kozmetički naknadna misao. To je ključna inženjerska odluka.
Ovaj članak predstavlja šesnaest široko korištenih površinskih tretmana metala, objašnjavajući njihove principe, logika performansi, prednosti, ograničenja, i tipične primjene.
Cilj nije samo definirati svaki proces, ali da pokaže kako se ovi procesi uklapaju u širu logiku trajnosti, ucenost, i vrijednost proizvoda.
Šta su tretmani metalnih površina
Metalni površinski tretmani odnose se na niz fizičkih, hemikalija, ili elektrohemijski procesi koji modifikuju površinu metalnih materijala radi poboljšanja njihovih performansi, funkcionalnost, ili izgled—bez mijenjanja zapreminskih svojstava osnovnog metala.
Osnovni ciljevi površinske obrade su trostruki: zaštita, poboljšanje, i prilagođavanje.
Zaštita je primarni cilj: površinski tretmani stvaraju barijeru između metalne podloge i vanjskog okruženja, sprečavanje ili usporavanje korozije (oksidacija, hrđanje), nositi, erozija, i hemijski napad.
Poboljšanje se fokusira na poboljšanje funkcionalnih svojstava metala, poput tvrdoće, mazivost, prianjanje, Električna provodljivost, ili termičku otpornost.
Prilagodba uključuje prilagođavanje izgleda površine (boja, tekstura, sjaj) kako bi zadovoljili estetske zahtjeve ili zahtjeve brenda, ili modificiranje njegove površinske energije za specijalizirane primjene (npr., adhezija za premaze, nelepljive površine).
Površinski tretmani se mogu klasifikovati u tri široke kategorije na osnovu njihovog principa rada:
- Mehanički površinski tretmani: Oslonite se na fizičku silu da biste modificirali površinsku teksturu ili morfologiju (npr., peskarenje, poliranje).
- Hemijski tretmani površine: Koristite hemijske reakcije za formiranje zaštitnog ili dekorativnog sloja na metalnoj površini (npr., pasivizacija, crnjenje, fosfatiranje).
- Elektrohemijski tretmani površine: Koristite električnu energiju za pokretanje hemijskih reakcija, formiranje uniforme, visokokvalitetni površinski slojevi (npr., elektroplata, Anodiziranje, Elektroforetski premaz).
Odabir metode površinske obrade ovisi o nekoliko faktora: vrsta osnovnog metala (npr., ferrous vs. nerezovan), Namjena aplikacija (npr., automobilski vs. vazduhoplovstvo, zatvoreni vs. vanjski),
izloženost životne sredine (npr., slana voda, hemikalije, Visoke temperature), Zahtevi za performanse (npr., Otpornost na koroziju, otpornost na habanje), i ograničenja troškova.
Svaki tretman ima svoje jedinstvene prednosti i ograničenja, zbog čega je kritično uskladiti tretman sa specifičnim potrebama aplikacije.
1. Peskarenje
Peskarenje, naziva se i abrazivno pjeskarenje, je mehanička obrada površine koja koristi komprimirani zrak ili vodu za ubrzavanje abrazivnog medija na metalnu površinu.
Udar otklanja rđu, skala, slikati, ostaci ulja, i druge kontaminacije, istovremeno stvarajući kontrolirani profil hrapavosti koji poboljšava adheziju za premaze i vezivna sredstva.
Princip rada
Proces se zasniva na udaru čestica velike brzine. Abrazivne čestice udaraju o površinu, odrezati zagađivače, i stvaraju mikrohrapavost.
Vrijednosti hrapavosti mogu se podesiti promjenom vrste abraziva, Veličina čestica, pritisak, i udaljenost mlaznica.
Za osjetljive dijelove preferiraju se mekši mediji poput staklenih perli, dok se za agresivno čišćenje koriste tvrđi abrazivi poput glinice ili silicijum karbida.
Tipičan proces
Prvo, dio je odmašćen i očišćen kako bi se uklonilo ulje i ostatke. Sljedeći, odgovarajući abraziv se bira na osnovu podloge i profila ciljne površine.
Zatim se vrši miniranje, obično pri pritiscima u rasponu od 20-100 psi, sa mlaznicom koja se drži otprilike 6–12 inča od površine.
Konačno, zaostali mediji se uklanjaju čišćenjem zrakom ili usisavačem, a površina se osuši kako bi se spriječilo naglo rđe.
Prednosti
Peskarenje je brzo, efikasan, i široko primjenjiv.
Može očistiti i hrapaviti površinu u jednoj operaciji, što ga čini idealnim za naknadno farbanje, praškasti premaz, ili lepljenje.
Pogodan je i za nepravilne geometrije kao što su cijevi, nosači, Kućišta, i livenih delova. U proizvodnim postavkama, znatno je brži od ručnog brušenja ili žičanog četkanja.
Ograničenja
Proces stvara prašinu, buka, i povratne čestice, pa su ventilacija i LZO obavezni. Pretjerano pjeskarenje može izobličiti tanki lim ili oštetiti precizne površine.
Pored toga, loše uklanjanje medija može dovesti do oštećenja premaza ili lokalizirane korozije.
Uobičajene aplikacije
Pjeskarenje se koristi prije farbanja ili oblaganja karoserije automobila, Industrijska oprema, i konstrukcioni čelik.
Također se koristi za uklanjanje rđe na trupovima brodova, članovi mosta, i cjevovodi, kao i za dekorativne teksture na arhitektonskim metalnim pločama.
2. Poliranje
Poliranje je proces mehaničke završne obrade koji zaglađuje metalnu površinu postupnim uklanjanjem mikroskopskih nepravilnosti.
Za razliku od miniranja, što povećava hrapavost, poliranje smanjuje hrapavost površine i poboljšava refleksiju, čistoća, i vizuelni kvalitet.
Princip rada
Abrazivne čestice ili smjese za poliranje uklanjaju male količine materijala s površine.
Operacija se obično izvodi u fazama, počevši od grubih abraziva i završavajući sa vrlo finim smjesama.
Ovo postepeno smanjenje površinskih nedostataka proizvodi progresivno glatkiju završnu obradu.
Tipičan proces
Površina se prvo čisti, zatim se koriste grubi abrazivi za uklanjanje tragova obrade i većih nedostataka.
Srednjim poliranjem uklanjaju se ogrebotine nastale u prvoj fazi, a završno poliranje koristi fina jedinjenja kao što je dijamantska pasta, cerij oksid, ili rumenilo za stvaranje svijetle, Reflektivni završetak.
Proces se završava temeljnim čišćenjem kako bi se uklonili ostaci.
Tipovi
Mehaničko poliranje koristi jastučiće, točkovi, pojasevi, ili automatizovane mašine za poliranje.
Hemijsko poliranje koristi selektivno hemijsko otapanje za izravnavanje površine.
Elektropoštovanje, naprednija elektrohemijska metoda, uklanja površinski materijal na kontroliran način i široko se koristi za komponente od nehrđajućeg čelika koje zahtijevaju glatkoću, sanitarna površina.
Prednosti
Poliranje značajno poboljšava izgled i smanjuje trenje. Posebno je vrijedan tamo gdje je čistoća, reflektivnost, ili mali otpor je važan.
Također pomaže u smanjenju mjesta na kojima se kontaminanti mogu akumulirati, što indirektno poboljšava otpornost na koroziju.
Ograničenja
Visokokvalitetno poliranje je radno intenzivan i dugotrajan, posebno na velikim ili složenim dijelovima. Prekomjerno poliranje može smanjiti točnost dimenzija ili debljinu zida.
Završne obrade ogledala također se lako grebu i često zahtijevaju stalno održavanje.
Uobičajene aplikacije
Polirane površine se široko koriste u nakitu, Arhitektonska obloga, medicinskih uređaja, oprema za preradu hrane, Optičke komponente, i mehaničke dijelove kao što su ležajevi i zupčanici.
3. Anodiziranje
Anodiziranje je elektrohemijski tretman koji se koristi uglavnom na aluminijumu i njegovim legurama.
Stvara kontrolirani oksidni sloj na površini, obično aluminijum oksid, što poboljšava otpor korozije, površinska tvrdoća, i izgled.
Princip rada
Aluminijski dio se stavlja u elektrolitičku kupku i koristi se kao anoda. Kada struja prolazi kroz elektrolit, kiseonik se kombinuje sa aluminijumskom površinom i formira porozni oksidni sloj.
Ovaj sloj je integralni sa podlogom, a ne odvojenim filmom, što mu daje jako prianjanje i dobru izdržljivost.
Debljina premaza se obično kreće od oko 5 do 250 μm ovisno o vrsti procesa.
Tipičan proces
Dio je očišćen i urezan kako bi se uklonila ulja i kontaminacija prirodnim oksidom.
Zatim se uranja u kiseli elektrolit, najčešće sumporna kiselina, i tretirani na kontrolisanom naponu i temperaturi.
Nakon anodiziranja, pore se zatvaraju toplom vodom, pare, ili hemijskih zaptivača. Opciono bojenje se može izvesti prije brtvljenja kako bi se dobile boje kao što je crna, plavi, bronza, ili zlato.
Tipovi
Anodizacija sumpornom kiselinom je najčešći industrijski proces. Eloksiranje hromnom kiselinom stvara tanji film i često se koristi u svemirskim aplikacijama.
Tvrda anodizacija stvara mnogo deblji i tvrđi sloj, često dostižu vrijednosti tvrdoće oko 600–1000 HV, što ga čini pogodnim za teške uslove habanja.
Prednosti
Anodiziranje pruža jaku otpornost na koroziju, dobre performanse habanja, i odlična dekorativna fleksibilnost. Zato što se sloj formira od samog osnovnog metala, neće se ljuštiti kao boja.
Takođe se naširoko smatra čistim i ekološki prihvatljivim procesom u poređenju sa nekim sistemima premaza od teških metala.
Ograničenja
Prvenstveno je ograničen na aluminijum i njegove legure. Sloj oksida je porozan dok se ne zatvori, i može se oštetiti visokim temperaturama ili abrazivnim habanjem.
U poređenju sa čelikom, anodizirani aluminij i dalje ostaje relativno mekan.
Uobičajene aplikacije
Anodizirani aluminij se koristi u kućištima elektronike, Automobilska oprema, toplotni sudoperi, Arhitektonski paneli, Komponente aviona, i morski hardver.
4. Postavljanje elektrone
Postavljanje elektrone, poznat i kao hemijska obrada, nanosi metal na površinu bez vanjske električne struje.
Taloženje je vođeno samoodrživom reakcijom hemijske redukcije, što čini premaz posebno ujednačenim, čak i na unutrašnjim šupljinama i složenim geometrijama.
Princip rada
Kupka za oplatu sadrži ione metala, redukciono sredstvo, te razni stabilizatori i akceleratori.
Kada se površina aktivira, redukciono sredstvo pretvara ione metala u metalne atome, koji se ravnomerno nanose na deo.
Naneseni sloj tada katalizira dalju reakciju, tako da se proces nastavlja sve dok se održavaju uslovi za kupanje.
Tipičan proces
Nakon čišćenja i aktivacije, dio je uronjen u zagrijanu kupku za oplatu, često oko 80-95°C za sisteme nikla bez elektronike.
Vrijeme taloženja određuje debljinu, koji obično pada u rasponu od 5-50 μm. Nakon oblaganja, dio se ispere, osušeni, i, U nekim slučajevima, termički obrađen za poboljšanje tvrdoće i prianjanja.
Zajedničke varijante
Bezelektrično niklovanje je najvažniji industrijski oblik i cijenjen je zbog tvrdoće, Otpornost na koroziju, i otpornost na habanje.
Electroless bakar se koristi za provodne slojeve i kao podloga za dalje polaganje. Zlato bez elektronike koristi se u elektronici i dekorativnim aplikacijama gdje su vodljivost i otpornost na oksidaciju kritične.
Prednosti
Ovaj proces daje vrlo ujednačenu debljinu na složenim oblicima, uključujući slijepe rupe i udubljene elemente.
Ne zahtijevaju elektrode niti jednosmjernu struju, što pojednostavljuje određene proizvodne postavke. Takođe dobro prijanja i na metalne i na neke nemetalne podloge kada se pravilno aktivira.
Ograničenja
Brzina oblaganja je sporija od galvanizacije, a hemija za kupanje je osjetljivija na kontaminaciju i temperaturne promjene.
Život u kupatilu je ograničen, a operativni troškovi mogu biti relativno visoki zbog potrošnje kemikalija i zahtjeva kontrole procesa.
Uobičajene aplikacije
Bezelektrična obrada ima široku primjenu u svemirskoj industriji, elektronika, Industrijske mašine, senzori, plastičnih komponenti, i precizni sklopovi.
5. Pasivizacija
Pasivacija je hemijski tretman koji se koristi uglavnom na nehrđajućem čeliku za poboljšanje otpornosti na koroziju uklanjanjem slobodnog željeza i poticanjem stvaranja stabilnog oksidnog filma bogatog kromom..
Princip rada
Nehrđajući čelik prirodno formira sloj pasivnog oksida, ali mašinska obrada, zavarivanje, ili ga kontaminacija može oštetiti.
Pasivacija koristi otopine dušične kiseline ili limunske kiseline za otapanje zagađivača i vraćanje čistoće, jednoliki pasivni film.
Dobijeni oksidni sloj je izuzetno tanak, obično se mjeri u nanometrima, ali veoma efikasan.
Tipičan proces
Prvo se očisti površina, zatim uronjen u kupku za pasiviranje tokom kontrolisanog perioda.
Dušična kiselina je tradicionalna metoda, dok se limunska kiselina sve više preferira iz ekoloških i sigurnosnih razloga.
Nakon tretmana, dio se mora temeljito isprati i osušiti kako bi se izbjegla korozija uzrokovana ostacima.
Prednosti
Pasivacija vraća otpornost na koroziju nehrđajućeg čelika bez promjene njegovih dimenzija ili izgleda.
To je relativno jednostavno, niska cijena, i veoma efikasan za precizne komponente. Citric sistemi takođe nude čistiju alternativu za hranu i medicinska okruženja.
Ograničenja
To nije proces popravke dubokih ogrebotina ili teških površinskih oštećenja.
Također se odnosi uglavnom na metale koji sadrže krom i ne može nadoknaditi loš odabir legure ili nepravilnu proizvodnju.
Uobičajene aplikacije
Pasivacija je standardna oprema za hranu, farmaceutski alat, Hirurški instrumenti, Marine pričvršćivači, hemijske mašine, i cevovodne sisteme od nerđajućeg čelika.
6. Crnjenje
Crnjenje je tretman kemijske konverzije koji se koristi uglavnom na čeliku i željezu za formiranje tankog filma crnog oksida, tipično magnetit, na površini.
Pruža kontroliranu tamnu završnu obradu i umjerenu otpornost na koroziju, posebno kada slijedi impregnacija uljem ili zaptivanje voskom.
Princip rada
Metal reaguje sa alkalnom ili kiselom oksidacionom kupkom pod toplotom, obično oko 80-100°C, formirajući sloj oksida debljine otprilike 0,5-1,5 μm.
Zato što je sloj tanak i porozan, često je zapečaćen uljem ili voskom kako bi se poboljšala zaštita.
Tipičan proces
Nakon odmašćivanja i kiseljenja, dio se uranja u kupku za crnjenje dok se ne razvije ujednačena tamna završna obrada.
Zatim se ispere, osušeni, i zapečaćeno. Pravilno brtvljenje je bitno jer sam neobrađeni crni oksid ima ograničenu otpornost na koroziju.
Tipovi
Alkalno crnjenje je najčešće i pogodno je za ugljični čelik i niskolegirani čelik.
Kiselo zacrnjenje se koristi za specijalizovanije legure i može proizvesti dublji ton, iako je manje uobičajen u općoj proizvodnji.
Prednosti
Crnjenje je jeftino, brz, i dimenzionalno stabilan. Posebno je koristan za mali hardver i komponente koje moraju održavati bliske tolerancije.
Takođe pruža atraktivan mat crni izgled bez farbanja.
Ograničenja
Njegove zaštitne karakteristike su ograničene u poređenju sa premazima ili pocinčavanjem. Pogodan je uglavnom za crne metale, a završni sloj se može istrošiti ili izblijediti u teškim okruženjima.
Uobičajene aplikacije
Uobičajene upotrebe uključuju zatvarače, Ručni alati, zupčanici, dijelovi kočnice, komponente mašine, i ukrasni hardver.
7. Fosfativ
Fosfatiranje je proces konverzijskog premaza koji stvara kristalni fosfatni sloj na metalnim površinama.
Široko se koristi kao predtretman jer značajno poboljšava prionjivost boje i pruža umjerenu otpornost na koroziju.
Princip rada
U kupki sa fosfornom kiselinom, površina reaguje s otopljenim metalnim fosfatima kako bi se stvorio prianjajući sloj kristala fosfata.
U zavisnosti od formulacije, premaz može biti cink fosfat, gvožđe fosfat, ili mangan fosfat, svaki služi drugoj svrsi.
Tipičan proces
Dio se prvo očisti, zatim uronjen u kupku za fosfatiranje na nekoliko minuta, obično na 20-60°C.
Nakon ispiranja, površina može biti zapečaćena ili direktno premazana bojom ili prahom. Debljina premaza se uglavnom kreće od oko 1 do 10 μm.
Tipovi
Fosfatiranje cinka se najčešće koristi za čelične i automobilske karoserije. Fosfatiranje gvožđa se često koristi za laku prethodnu obradu.
Fosfatiranje mangana je cijenjeno zbog otpornosti na habanje i zadržavanja ulja u pokretnim dijelovima.
Prednosti
Fosfatiranje stvara površinu koja mehanički učvršćuje boje i premaze.
Poboljšava otpornost na koroziju, podržava masovnu proizvodnju, i radi na nekoliko vrsta metala. U mnogim industrijskim linijama, to je jedna od najisplativijih metoda predtretmana.
Ograničenja
Fosfatni sloj je porozan i obično zahtijeva završni premaz ili zaptivač za dugotrajnu zaštitu. Proces također proizvodi mulj, kojima se mora pažljivo upravljati.
Uobičajene aplikacije
Fosfatiranje je uobičajeno u automobilskim karoserijama, kućišta mašina, Pričvršćivači, i pokretne komponente kao što su zupčanici i ležajevi.
8. Hemijska oksidacija
Hemijska oksidacija formira tanki oksidni film na obojenim metalima čistom hemijskom reakcijom, bez električne struje.
Jednostavnije je i jeftinije od anodizacije, iako je rezultirajući film tanji i manje izdržljiv.
Princip rada
Metalna površina reagira s oksidirajućom otopinom i formira zaštitni sloj kao što je aluminijev oksid ili bakrov oksid.
Tipična debljina filma je samo oko 0,1-1 μm, tako da je postupak najprikladniji za dekorativnu ili laku zaštitu.
Tipičan proces
Dio je očišćen, tretirati u oksidacionoj kupki na sobnoj temperaturi ili blago povišenoj temperaturi, isprano, i opciono zapečaćena voskom ili prozirnim premazom.
Tipovi
Hemijska oksidacija aluminijuma se koristi za laku dekorativnu zaštitu ili kao adhezioni sloj.
Oksidacija bakra može stvoriti smeđu boju, crn, ili efekte zelene patine. Oksidacija cinka poboljšava stabilnost površine na pocinkovanim dijelovima.
Prednosti
Proces je jednostavan, brz, i ekonomičan. Također je korisno za male ili složene dijelove koji ne opravdavaju složenije elektrohemijske procese.
Ograničenja
Oksidni film je tanak, pa je zaštita ograničena. Proces se prvenstveno odnosi na obojene metale i manje je izdržljiv od eloksiranja ili oblaganja.
Uobičajene aplikacije
Koristi se za dekorativne aluminijske dijelove, bakrene arhitektonske karakteristike, pocinkovani hardver, i predtretman prije farbanja ili lijepljenja.
9. Elektroplata
Elektroplata nanosi metalni sloj na vodljivu podlogu koristeći električnu struju. To je jedna od najsvestranijih i najrasprostranjenijih metoda površinske obrade u proizvodnji.
Princip rada
Radni predmet djeluje kao katoda, dok se metal za oblaganje dovodi ili preko anode ili elektrolita.
Kada struja teče, metalni joni se redukuju i talože kao tanak sloj na podlozi. Debljina se kontroliše gustinom struje, vrijeme, i hemija u kupatilu.
Tipičan proces
Radni komad je očišćen, aktiviran, i uronjen u rezervoar za oblaganje. Taloženje se obično dešava u rasponu od 1-10 A/dm².
Nakon oblaganja, dio se ispere, osušeni, a ponekad i termički obrađeni radi poboljšanja prianjanja ili tvrdoće. Tipična debljina je često 5-50 μm, Ovisno o aplikaciji.
Zajednički tipovi
Kromiranje daje tvrdoću i svijetlu dekorativnu površinu. Niklovanje se široko koristi za zaštitu od korozije i izgled.
Bakarna obrada poboljšava provodljivost i služi kao donji sloj. Pozlaćenje se koristi u električnim kontaktima i luksuznim završnim obradama. Pocinkovanje se u velikoj meri koristi za čelične pričvršćivače i opštu zaštitu od korozije.
Prednosti
Galvanizacija je fleksibilna, relativno brzo, i kompatibilan sa širokim spektrom metala i završnih obrada.
Poboljšava provodljivost, otpornost na habanje, Otpornost na koroziju, i izgled, sve u okviru iste porodice procesa.
Ograničenja
Raspodjela struje može proizvesti neujednačenu debljinu na složenim geometrijama.
Proces zahtijeva pažljivu predtretman i, U nekim slučajevima, stroga kontrola životne sredine zbog opasnih hemikalija u kupatilu.
Uobičajene aplikacije
Galvanizacija se koristi u oblogama automobila, konektori za elektroniku, nakit, alati, Pričvršćivači, potrepštine za domaćinstvo, i precizni hardver.
10. Hot-Dip Plating
Toplo potapanje, posebno vruće pocinčavanje, stvara debeli zaštitni premaz uranjanjem čelika u rastopljeni metal. Dobijeni sloj je metalurški vezan i vrlo izdržljiv.
Princip rada
Očišćeni čelik je uronjen u rastopljeni cink, aluminijum, ili lim. Tokom potapanja, sloj legure formira se između čelika i metala prevlake, nakon čega slijedi vanjski sloj samog rastaljenog premaza.
Ova veza pruža daleko bolju izdržljivost od obične nanesene folije.
Tipičan proces
Čelični dijelovi se prvo čiste, kiselo, i fluksirano. Zatim se zagrijavaju i uranjaju u rastopljenu kupku, često oko 450°C za cink sisteme.
Nakon uklanjanja, dio je ohlađen i gotov. Prevlake cinka obično padaju u rasponu od 50-150 μm, koji je znatno deblji od većine galvaniziranih slojeva.
Tipovi
Toplo cinkovanje je najčešće i koristi se za otpornost na koroziju na otvorenom.
Hot-dip aluminizacija nudi odlične performanse pri visokim temperaturama.
Konzerviranje vrućim potapanjem važno je u pakiranju hrane i određenim električnim primjenama.
Prednosti
Premaz je debeo, izdržljiv, i snažno vezan za podlogu.
Za vanjski konstrukcijski čelik, vijek trajanja može biti veoma dug kada su dizajn i okruženje povoljni. Proces je također ekonomičan za velike čelične komponente.
Ograničenja
Proces zahtijeva visoke temperature i ograničen je uglavnom na željezne podloge. Površinska obrada nije tako glatka ili dekorativna kao neki alternativni tretmani.
Uobičajene aplikacije
Tipična upotreba uključuje mostove, tornjevi, stubovi, cjevovodi, ograde, čelične grede, Pričvršćivači, i limenke.
11. Termičko prskanje
Termičko raspršivanje nanosi premaz topljenjem ili omekšavanjem materijala za premazivanje i projiciranjem na pripremljenu površinu velikom brzinom. Široko se koristi kada su potrebni debeli zaštitni ili funkcionalni premazi.
Princip rada
Izvor toplote kao što je plamen, plazma, ili električni luk topi materijal premaza, koji se može isporučiti kao prah, žica, ili štap.
Čestice velikom brzinom udaraju u podlogu, izravnati, i stvrdnuti u slojevite naslage. Debljina premaza može varirati od otprilike 50 μm do nekoliko milimetara.
Tipičan proces
Podloga se obično prvo peskare kako bi se osiguralo mehaničko spajanje. Materijal za premazivanje se zatim prska pomoću odgovarajućeg sistema termičkog raspršivanja.
Naknadna obrada može uključivati zaptivanje, toplotni tretman, ili brušenje radi poboljšanja gustoće i završne obrade površine.
Tipovi
Raspršivanje plamenom je ekonomično i široko se koristi za zaštitu od korozije.
Plazma raspršivanje je sposobno za obradu keramike visokih performansi i drugih naprednih materijala. Lukno prskanje je efikasno za taloženje metala velikih razmjera.
Prednosti
Termičkim raspršivanjem može se primijeniti širok raspon materijala na različite podloge. Posebno je koristan za velike dijelove, radovi na popravci, i okruženja visokog habanja.
Takođe omogućava inženjeru da prilagodi debljinu i sastav prema poslu.
Ograničenja
Oprema je specijalizovana, operativni troškovi su značajni, a poroznost premaza se mora upravljati. Zaostala naprezanja mogu se pojaviti ako proces nije pravilno kontroliran.
Uobičajene aplikacije
Termičko raspršivanje se koristi u vazduhoplovstvu, Generacija energije, Morski sistemi, kotlovi, Komponente motora, i teška industrijska oprema.
12. Prskanje / Premaz
Prskanje ili premazivanje se odnosi na nanošenje tečne boje, u prahu, ili materijala na bazi polimera na metalnu površinu radi poboljšanja zaštite i izgleda. To je jedna od najčešćih metoda završne obrade u industriji.
Princip rada
Premaz se atomizira ili elektrostatički nanosi na površinu, zatim se osuši ili osuši kako bi se formirao kontinuirani film.
U zavisnosti od formulacije, premaz može biti dizajniran za otpornost na koroziju, UV stabilnost, Kemijska otpornost, ili dekoracija.
Tipičan proces
Površina se prvo čisti ili prethodno obrađuje pjeskarenjem, fosfatiranje, ili hemijsko pranje. Sljedeći, materijal za oblaganje se raspršuje ili nanosi elektrostatički.
Nakon toga, premaz se stvrdnjava sušenjem na zraku ili grijanjem u pećnici. Završna završna obrada može uključivati poliranje ili inspekciju.
Tipovi
Tečna boja se široko koristi za završnu obradu opće namjene. Praškasti premaz nudi bolju izdržljivost i nisku emisiju VOC.
Polimerni premazi kao što su fluoropolimeri ili poliuretanski premazi se biraju zbog hemijske otpornosti, nelepljivo ponašanje, ili teške usluge.
Prednosti
Metoda je fleksibilna, isplativ, i kompatibilan sa širokim spektrom podloga. Također nudi mnoge opcije boja i tekstura, od mat do završne obrade visokog sjaja i teksture.
Ograničenja
Loša predtretman može dovesti do ljuštenja ili ljuštenja. Neki sistemi zahtevaju termičko očvršćavanje, koji možda ne odgovaraju komponentama osjetljivim na toplinu.
Uobičajene aplikacije
Prskanje i premazivanje se široko koriste u automobilskim karoserijama, namještaj, Aparati, građevinski paneli, industrijski rezervoari, i potrošački proizvodi.
13. Elektroforetski premaz
Elektroforetski premaz, često se naziva E-premaz ili elektropremaz, je elektrohemijski proces koji ravnomerno taloži čestice boje na provodljivu podlogu.
Posebno je važan u automobilskoj proizvodnji zbog odlične pokrivenosti i zaštite od korozije.
Princip rada
Radni komad se stavlja u kadu koja sadrži nabijene čestice boje. Kada se primeni napon, čestice migriraju prema suprotno nabijenoj podlozi i formiraju koherentan film.
Nakon taloge, premaz se stvrdnjava kako bi se stvorila gusta, Zaštitni sloj.
Tipičan proces
Dio je očišćen, fosfatirani, i potopljen u kupku za premazivanje. Tipični napon se kreće od oko 100-500 V, a taloženje često traje samo nekoliko minuta.
Premaz se zatim ispere i peče na oko 160-200°C da se očvrsne. Konačna debljina je općenito oko 10-30 μm.
Tipovi
Kationski E-premaz je najčešći i široko se koristi za zaštitu automobila od korozije.
Postoje i anjonski sistemi, iako su manje uobičajene i često se koriste za dekorativne ili posebne namjene.
Prednosti
E-premaz daje izuzetno ujednačenu pokrivenost, čak i na oštrim ivicama, udubljenja, i unutrašnje šupljine.
Takođe pruža snažnu otpornost na koroziju, kompatibilnost automatizirane proizvodnje, i niske emisije VOC.
Ograničenja
Zahtijeva provodne podloge i specijaliziranu opremu. Dostupni raspon boja je ograničen osim ako ga prati završni premaz.
Uobičajene aplikacije
E-premaz se široko koristi za karoserije i dijelove vozila, metalni okviri, Aparati, Pričvršćivači, i industrijska oprema.
14. Emajliranje
Emajliranje, poznato i kao staklasto emajliranje, nanosi premaz nalik staklu na metal i topi ga na visokoj temperaturi.
Rezultat je težak, gladak, neporozna površina sa jakom otpornošću na koroziju i mrlje.
Princip rada
Na podlogu se nanosi staklena frita u prahu, koji se zatim peče u peći na oko 700–900°C. Emajl se topi i vezuje za metalnu površinu, formirajući izdržljiv staklasti sloj.
Tipičan proces
Metal je očišćen i, U nekim slučajevima, obrađen temeljnim premazom radi poboljšanja prianjanja.
Emajl se zatim nanosi prskanjem, dipping, ili četkanje. Nakon pucanja, premaz se hladi u tvrdo, sjajna površina.
Tipovi
Porculanski emajl se koristi za kućne i dekorativne proizvode. Industrijski emajl je formulisan za hemijsku otpornost i dugotrajnu trajnost.
Emajliranje od livenog gvožđa oslanja se na specijalizirani temeljni premaz kako bi se osiguralo vezivanje.
Prednosti
Premaz je izuzetno otporan na koroziju, toplovati, i bojenje. Takođe je higijenski, lako čišćenje, i dostupan u mnogim bojama i završnim obradama.
Ograničenja
Proces zahtijeva vrlo visoke temperature i specijaliziranu opremu. Sloj cakline je tvrd, ali lomljiv, pa udar može uzrokovati lomljenje.
Uobičajene aplikacije
Emajliranje se koristi u posuđu, sudoperi, pećnice, kade, Cisterne za hemikalije, Aparati, znakovi, i dekorativni arhitektonski paneli.
15. PVD (Tjelesni taloženje pare)
PVD je proces nanošenja premaza zasnovan na vakuumu koji se taloži, filmove visokih performansi na metalne ili nemetalne podloge.
Cenjen je zbog otpornosti na habanje, nisko trenje, precizan izgled, i jaka adhezija.
Princip rada
U vakuumskoj komori, materijal za oblaganje isparava se isparavanjem, prskanje, ili jonsko prevlačenje.
Para se zatim kondenzuje na podlozi, formirajući tanak film obično debljine oko 0,1-5 μm. Zato što se proces odvija u vakuumu, kontaminacija je minimalna, a kvalitet filma visok.
Tipičan proces
Dijelovi se prvo čiste ultrazvučnim ili plazma metodama. Zatim se ubacuju u vakuumsku komoru, koji se evakuiše na veoma nizak pritisak.
Ciljni materijal se isparava i nanosi na površinu pod kontroliranim uvjetima. Proces može proizvesti visoko dekorativne završne obrade ili vrlo funkcionalne premaze alata.
Uobičajeni premazi
Titanijum nitrid daje zlatnu boju, površina otporna na habanje. Krom nitrid nudi odličnu otpornost na koroziju i habanje.
Ugljik sličan dijamantu pruža nisko trenje i snažno ponašanje protiv habanja. Zlatni premazi se koriste za provodljivost i vrhunske dekorativne aplikacije.
Prednosti
PVD filmovi su gusti, pristalica, teško, i dovoljno tanak da sačuva precizne dimenzije.
Pogodni su i za vrhunske dekorativne završne obrade i imaju povoljan ekološki profil jer obično izbjegavaju toksični otpad od vlažne hemije.
Ograničenja
Ulaganje u opremu je veliko, taloženje je relativno sporo, a debljina filma je ograničena. Čistoća i kvaliteta usisavača su kritični za performanse.
Uobičajene aplikacije
PVD se koristi za rezne alate, Medicinski instrumenti, Automobilska oprema, elektronika, kućišta za satove, Aerospace komponente, i preciznih mehaničkih dijelova.
16. CVD (Kemijska taložna pare)
CVD je napredni proces nanošenja premaza u kojem plinoviti prekursori reagiraju u zagrijanoj sredini kako bi formirali čvrsti film na podlozi.
Široko se koristi tamo gdje je visoka čistoća, otpornost na visoke temperature, a potreban je izuzetan kvalitet filma.
Princip rada
Reaktivni gasovi se unose u komoru koja sadrži supstrat.
Pod kontrolisanom temperaturom i pritiskom, ovi plinovi se razgrađuju ili reagiraju na površini i formiraju čvrsti premaz kao što je silicijum karbid, titanijum karbida, Alumina, ili dijamantski filmovi.
Debljina premaza može varirati od frakcija mikrometra do desetina mikrometara, Ovisno o aplikaciji.
Tipičan proces
Podloga je očišćena, utovaren u komoru, i zagrijati na potrebnu temperaturu obrade. Zatim se uvode gasoviti prekursori i gasovi nosači.
Reakcija se nastavlja određeno vrijeme dok se ne postigne ciljna debljina. Nakon taloge, dio je ohlađen i može dobiti daljnju završnu obradu.
Tipovi
CVD niskog pritiska se široko koristi u elektronici i preciznim premazima. CVD pod atmosferskim pritiskom je koristan za veće industrijske taloženje.
CVD poboljšan plazmom snižava potrebnu temperaturu i pogodan je za podloge osjetljivije na toplinu. Diamond CVD se koristi za sečenje i aplikacije za habanje koje zahtevaju ekstremnu tvrdoću.
Prednosti
CVD proizvodi guste, ujednačen, premazi visoke čistoće sa odličnim prianjanjem.
Može formirati napredne keramičke i dijamantske filmove sa izvanrednom toplotom, hemikalija, i mehaničke performanse.
Ograničenja
Proces često zahtijeva visoke temperature, sofisticirana oprema, i stroge kontrole rukovanja gasom. Neki prekursori su opasni, a procesni prozori su uski.
Uobičajene aplikacije
CVD se koristi u proizvodnji poluprovodnika, Aerospace komponente, Alati za rezanje, Nosite dijelove, Hemijska oprema, i napredni sistemi termalnih barijera.
Zaključak
Obrada metalne površine nije naknadna kozmetička misao; to je osnovna inženjerska disciplina koja određuje koliko pouzdano komponenta radi u službi.
Od jeftinog mehaničkog čišćenja do naprednog vakuumskog taloženja, svaki proces rješava drugačiji problem.
Neki poboljšavaju prianjanje, neki povećavaju otpornost na koroziju, neki povećavaju tvrdoću, a drugi pružaju estetsku vrijednost ili funkcionalnu preciznost.
U praksi, najbolji tretman je onaj koji odgovara podlozi, geometrija, operativno okruženje, i cilj učinka.
Spremnik za hranu od nehrđajućeg čelika možda će trebati pasivizirati i elektropolirati. Konstrukcijska čelična greda može zahtijevati vruće pocinčavanje. Aluminijski dio zrakoplova može zahtijevati eloksiranje.
Alat za rezanje može zahtijevati PVD ili CVD. Dekorativni potrošački proizvod može imati koristi od oblaganja, premaz, ili emajliranje.
Kako proizvodni standardi i dalje rastu, površinski inženjering će ostati centralni za kvalitet proizvoda, pouzdanost, i kontrolu troškova životnog ciklusa.
Mogućnost odabira, kombinovati, i optimizacija površinske obrade je stoga jedna od najvažnijih mogućnosti u modernom inženjerstvu materijala.
