Uvod
Obrada površine metala jedna je od najvažnijih disciplina u inženjerstvu materijala, proizvodnja, i industrijski dizajn.
Metalna komponenta se rijetko ocjenjuje samo po svojoj osnovnoj leguri.
Njegov radni učinak često je određen stanjem njegove površine: kako se odupire koroziji, kako reflektira ili upija svjetlost, kako se nosi s trenjem, kako se veže za premaze, kako podnosi habanje, i kako to izgleda krajnjem korisniku.
Praktično, površinska obrada je most između sirovog metala i funkcionalnog proizvoda.
Isti čelik, aluminij, bakar, magnezij, ili dio od titana može se ponašati vrlo različito ovisno o tome je li pjeskaren, poliran, anodiziran, pozlaćen, oksidirano, prskan, obložen, ili odložen filmom sličnim keramici.
Iz tog razloga, površinska obrada nije kozmetička naknadna misao. To je temeljna inženjerska odluka.
Ovaj članak predstavlja šesnaest naširoko korištenih obrada metalnih površina, objašnjavajući njihove principe, logika izvedbe, prednosti, ograničenja, i tipične primjene.
Cilj nije samo definirati svaki proces, već pokazati kako se ti procesi uklapaju u širu logiku trajnosti, proizvodnja, i vrijednost proizvoda.
Što su obrade metalnih površina
Metal površinski tretmani odnose se na niz fizičkih, kemijski, ili elektrokemijski procesi koji modificiraju površinu metalnih materijala kako bi se poboljšala njihova izvedba, funkcionalnost, ili izgled—bez mijenjanja obimnih svojstava osnovnog metala.
Temeljni ciljevi površinskih obrada su trostruki: zaštita, poboljšanje, i prilagođavanje.
Zaštita je primarni cilj: površinske obrade stvaraju barijeru između metalne podloge i vanjskog okoliša, sprječavanje ili usporavanje korozije (oksidacija, hrđanje), nositi, erozija, i kemijski napad.
Poboljšanje je usmjereno na poboljšanje funkcionalnih svojstava metala, poput tvrdoće, mazivost, prianjanje, električna vodljivost, ili toplinski otpor.
Prilagodba uključuje prilagođavanje izgleda površine (boja, tekstura, sjaj) zadovoljiti estetske zahtjeve ili zahtjeve brendiranja, ili modificiranje svoje površinske energije za specijalizirane primjene (Npr., adhezija za premaze, neljepljive površine).
Površinske obrade mogu se klasificirati u tri široke kategorije na temelju njihovog principa rada:
- Mehaničke površinske obrade: Oslonite se na fizičku silu za izmjenu površinske teksture ili morfologije (Npr., pjeskarstvo, poliranje).
- Kemijski površinski tretmani: Koristite kemijske reakcije za stvaranje zaštitnog ili ukrasnog sloja na metalnoj površini (Npr., pasivacija, crnjenje, fosfatiranje).
- Elektrokemijske površinske obrade: Iskoristite električnu energiju za pokretanje kemijskih reakcija, formiranje uniforme, visokokvalitetni površinski slojevi (Npr., melediranje, Anodirajući, elektroforetski premaz).
Odabir metode površinske obrade ovisi o nekoliko čimbenika: vrsta osnovnog metala (Npr., željezni vs. neozlođen), namjeravana prijava (Npr., automobilizam vs. zrakoplovstvo, zatvoreni vs. vanjski),
izloženost okoliša (Npr., slana voda, kemikalije, visoke temperature), Zahtjevi za izvedbu (Npr., otpor korozije, nositi otpor), i ograničenja troškova.
Svaki tretman ima svoje jedinstvene prednosti i ograničenja, zbog čega je kritično prilagoditi tretman specifičnim potrebama aplikacije.
1. Pjeskarstvo
Pjeskarstvo, naziva se i abrazivnim pjeskarenjem, je mehanička obrada površine koja koristi komprimirani zrak ili vodu za ubrzavanje abrazivnih medija na metalnu površinu.
Udar uklanja hrđu, ljestvica, boja, uljni ostatak, i druge kontaminacije, dok također stvara kontrolirani profil hrapavosti koji poboljšava prianjanje za premaze i vezivna sredstva.
Princip rada
Proces se temelji na udaru čestica velike brzine. Abrazivne čestice udaraju o površinu, odrezati zagađivače, i stvaraju mikro-hrapavost.
Vrijednosti hrapavosti mogu se prilagoditi promjenom vrste abraziva, veličina čestica, pritisak, i udaljenost mlaznice.
Za osjetljive dijelove poželjni su mekši mediji poput staklenih perli, dok se tvrđi abrazivi poput glinice ili silicij karbida koriste za agresivno čišćenje.
Tipičan proces
Prvi, dio se odmašćuje i čisti kako bi se uklonilo ulje i labavi ostaci. Sljedeći, odgovarajući abraziv odabire se na temelju profila podloge i ciljane površine.
Zatim se izvodi miniranje, obično pri pritiscima u rasponu od 20–100 psi, s mlaznicom koju držite otprilike 6–12 inča od površine.
Konačno, zaostali medij se uklanja zračnim ili vakuumskim čišćenjem, a površina se suši kako bi se spriječilo brzo hrđanje.
Prednosti
Pjeskarenje je brzo, učinkovit, i široko primjenjiv.
Može očistiti i ohrapaviti površinu u jednom postupku, što ga čini idealnim za naknadno bojanje, praškasti premaz, ili lijepljenje ljepilom.
Također je prikladan za nepravilne geometrije kao što su cijevi, zagrada, kućište, i lijevani dijelovi. U proizvodnim postavkama, značajno je brže od ručnog brušenja ili žičane četke.
Ograničenja
Proces stvara prašinu, buka, i povratne čestice, pa su ventilacija i OZO obvezni. Pretjerano pjeskarenje može iskriviti tanki metalni lim ili oštetiti precizne površine.
Uz to, loše uklanjanje medija može dovesti do oštećenja premaza ili lokalne korozije.
Uobičajene primjene
Pjeskarenje se koristi prije bojanja ili oblaganja karoserije automobila, industrijska oprema, i konstrukcijski čelik.
Također se koristi za uklanjanje hrđe na brodskim trupovima, članovi mosta, i cjevovodi, kao i za dekorativno teksturiranje na arhitektonskim metalnim pločama.
2. Poliranje
Poliranje je mehanički postupak 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 vizualna kvaliteta.
Princip rada
Abrazivne čestice ili smjese za poliranje uklanjaju male količine materijala s površine.
Operacija se obično izvodi u fazama, počevši s grubim abrazivima i završavajući s vrlo finim spojevima.
Ovo postupno smanjenje površinskih nedostataka proizvodi progresivno glatkiju završnu obradu.
Tipičan proces
Površina se prvo čisti, tada se koriste grubi abrazivi za uklanjanje tragova obrade i većih nedostataka.
Srednje poliranje uklanja ogrebotine koje je ostavila prva faza, a završno poliranje koristi fine spojeve poput dijamantne paste, cerijev oksid, ili rumenilo za stvaranje svijetle boje, reflektirajući završetak.
Proces završava temeljitim čišćenjem kako bi se uklonili ostaci.
Tipovi
Mehaničko poliranje koristi jastučiće, kotači, pojasevi, ili automatizirani strojevi za poliranje.
Kemijsko poliranje koristi selektivno kemijsko otapanje za izravnavanje površine.
Elektropopoliranje, naprednija elektrokemijska metoda, uklanja površinski materijal na kontroliran način i naširoko 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 niskog otpora.
Također pomaže smanjiti mjesta na kojima se mogu akumulirati zagađivači, što neizravno poboljšava otpornost na koroziju.
Ograničenja
Visokokvalitetno poliranje je naporno i dugotrajno, posebno na velikim ili složenim dijelovima. Pretjerano poliranje može smanjiti točnost dimenzija ili debljinu stijenke.
Završne obrade zrcala također se lako ogrebu i često zahtijevaju kontinuirano održavanje.
Uobičajene primjene
Polirane površine naširoko se koriste u nakitu, arhitektonski, medicinski uređaji, oprema za obradu hrane, optičke komponente, i mehanički dijelovi kao što su ležajevi i zupčanici.
3. Anodiziranje
Anodiziranje je elektrokemijska obrada koja se uglavnom koristi na aluminiju i njegovim legurama.
Stvara kontrolirani oksidni sloj na površini, tipično aluminijev oksid, što poboljšava otpor korozije, površinska tvrdoća, i izgled.
Princip rada
Aluminijski dio se stavlja u elektrolitičku kupelj i koristi kao anoda. Pri prolasku struje kroz elektrolit, kisik se spaja s aluminijskom površinom i stvara porozni oksidni sloj.
Ovaj sloj je sastavni dio supstrata, a ne zasebni film, što mu daje jako prianjanje i dobru trajnost.
Debljina premaza obično se kreće od oko 5 do 250 μm ovisno o vrsti procesa.
Tipičan proces
Dio je očišćen i ugraviran kako bi se uklonila ulja i izvorna oksidna kontaminacija.
Zatim se uroni u kiseli elektrolit, najčešće sumporna kiselina, i obrađen na kontroliranom naponu i temperaturi.
Nakon anodizacije, pore se zatvaraju vrućom vodom, pari, ili kemijska brtvila. Opcijsko bojanje se može izvršiti prije brtvljenja kako bi se proizveli završni slojevi u boji kao što je crna, plavi, bronca, ili zlato.
Tipovi
Anodizacija sumpornom kiselinom je najčešći industrijski proces. Anodizacija s kromnom kiselinom stvara tanji film i često se koristi u zrakoplovnim primjenama.
Čvrsta anodizacija stvara mnogo deblji i tvrđi sloj, često dostižući vrijednosti tvrdoće oko 600–1000 HV, što ga čini prikladnim za teške uvjete trošenja.
Prednosti
Anodizacija pruža jaku otpornost na koroziju, dobre performanse trošenja, i izvrsnu dekorativnu fleksibilnost. Budući da je sloj formiran od samog osnovnog metala, neće se ljuštiti kao boja.
Također se naširoko smatra čistim i ekološki prihvatljivim procesom u usporedbi s nekim sustavima premaza od teških metala.
Ograničenja
Prvenstveno je ograničen na aluminij i njegove legure. Oksidni sloj je porozan dok se ne zatvori, a može se oštetiti visokim temperaturama ili abrazivnim trošenjem.
U usporedbi s čelikom, anodizirani aluminij i dalje ostaje relativno mekan.
Uobičajene primjene
Anodizirani aluminij koristi se u kućištima elektronike, Automobilska obloga, topline sudone, arhitektonski paneli, Komponente zrakoplova, i morski hardver.
4. Bez elektrolema
Bez elektrolema, također poznat kao kemijsko oplata, taloži metal na površinu bez vanjske električne struje.
Taloženje je potaknuto samoodrživom reakcijom kemijske redukcije, što premaz čini posebno ujednačenim, čak i na unutarnjim šupljinama i složenim geometrijama.
Princip rada
Kupka za presvlačenje sadrži metalne ione, redukcijsko sredstvo, te razni stabilizatori i akceleratori.
Nakon što je površina aktivirana, redukcijsko sredstvo pretvara metalne ione u metalne atome, koji se ravnomjerno talože na dijelu.
Nataloženi sloj zatim katalizira daljnju reakciju, tako da se proces nastavlja sve dok se održavaju uvjeti kupanja.
Tipičan proces
Nakon čišćenja i aktivacije, dio se uranja u zagrijanu kupelj za nanošenje galvanizacije, često oko 80–95°C za sustave bez elektrolita nikla.
Vrijeme taloženja određuje debljinu, koji obično pada u raspon od 5-50 μm. Nakon pozlaćivanja, dio se ispere, osušen, i, U nekim slučajevima, toplinski obrađen radi poboljšanja tvrdoće i prianjanja.
Uobičajene varijante
Bezelektrično poniklavanje je najvažniji industrijski oblik i cijenjen je zbog tvrdoće, otpor korozije, I nositi otpor.
Electroless bakar se koristi za vodljive slojeve i kao podloga za daljnje oplata. Neelektričko zlato se koristi u elektronici i dekorativnim primjenama gdje su vodljivost i otpornost na oksidaciju ključni.
Prednosti
Ovaj proces osigurava vrlo ujednačenu debljinu na složenim oblicima, uključujući slijepe rupe i udubljene elemente.
Ne zahtijeva elektrode niti istosmjernu struju, što pojednostavljuje određene proizvodne postavke. Također dobro prianja na metalne i neke nemetalne podloge kada se pravilno aktivira.
Ograničenja
Brzina galvanizacije je sporija od galvanizacije, a kemijski sastav kupke je osjetljiviji na kontaminaciju i pomicanje temperature.
Vijek trajanja kupke je ograničen, a operativni troškovi mogu biti relativno visoki zbog potrošnje kemikalija i zahtjeva kontrole procesa.
Uobičajene primjene
Bezelektrično oplata se široko koristi u zrakoplovstvu, elektronika, industrijski stroj, senzori, plastične komponente, i precizni sklopovi.
5. Pasivacija
Pasivacija je kemijski tretman koji se uglavnom koristi na nehrđajućem čeliku za povećanje otpornosti na koroziju uklanjanjem slobodnog željeza i poticanjem stvaranja stabilnog oksidnog filma bogatog kromom.
Princip rada
Nehrđajući čelik prirodno stvara sloj pasivnog oksida, ali strojna obrada, zavarivanje, ili ga kontaminacija može oštetiti.
Pasivacija koristi dušičnu kiselinu ili otopine limunske kiseline za otapanje onečišćenja i vraćanje čistoće, uniformni pasivni film.
Dobiveni oksidni sloj je izuzetno tanak, obično se mjeri u nanometrima, ali vrlo učinkovit.
Tipičan proces
Površina se prvo čisti, zatim uronjen u kupelj za pasiviranje na kontrolirani period.
Dušična kiselina je tradicionalna metoda, dok se limunska kiselina sve više preferira zbog okoliša i sigurnosnih razloga na radnom mjestu.
Nakon tretmana, dio se mora temeljito isprati i osušiti kako bi se izbjegla korozija povezana s ostacima.
Prednosti
Pasivacija vraća otpornost nehrđajućeg čelika na koroziju bez promjene njegovih dimenzija ili izgleda.
Relativno je jednostavan, nisko trošak, i vrlo učinkovit za precizne komponente. Citric sustavi također nude čišću alternativu za prehrambena i medicinska okruženja.
Ograničenja
To nije postupak popravka dubokih ogrebotina ili teških površinskih oštećenja.
Također se uglavnom odnosi na metale koji sadrže krom i ne može nadoknaditi loš odabir legure ili nepravilnu izradu.
Uobičajene primjene
Pasivacija je standardna za prehrambenu opremu, farmaceutski alat, kirurški instrumenti, morski pričvršćivači, kemijski strojevi, i sustave cijevi od nehrđajućeg čelika.
6. Crnjenje
Crnjenje je kemijski pretvorbeni tretman koji se uglavnom koristi na čeliku i željezu za stvaranje tankog crnog oksidnog filma, tipično magnetit, na površini.
Pruža kontroliranu tamnu završnicu i skromnu otpornost na koroziju, posebno kada slijedi impregnacija uljem ili voskom.
Princip rada
Metal reagira s alkalnom ili kiselom oksidirajućom kupkom pod toplinom, obično oko 80-100°C, stvarajući oksidni sloj debljine otprilike 0,5–1,5 μm.
Budući da je sloj tanak i porozan, često je zapečaćen uljem ili voskom radi poboljšanja zaštite.
Tipičan proces
Nakon odmašćivanja i dekapiranje, dio se uranja u kupku za crnjenje dok se ne razvije jednolika tamna završnica.
Zatim se ispere, osušen, i zapečaćena. Pravilno brtvljenje je bitno jer sam neobrađeni crni oksid ima ograničenu otpornost na koroziju.
Tipovi
Alkalno crnjenje je najčešće i prikladno za ugljični čelik i niskolegirani čelik.
Kiselo zacrnjivanje koristi se za specijaliziranije legure i može proizvesti dublji ton, iako je rjeđi u općoj proizvodnji.
Prednosti
Crnjenje je jeftino, brzo, i dimenzionalno stabilan. Posebno je koristan za mali hardver i komponente koji moraju održavati niske tolerancije.
Također pruža atraktivan mat crni izgled bez lakiranja.
Ograničenja
Njegova zaštitna učinkovitost je ograničena u usporedbi s premazima ili pocinčavanjem. Prikladan je uglavnom za željezne metale, a završna obrada se može istrošiti ili izblijediti u teškim uvjetima.
Uobičajene primjene
Uobičajena upotreba uključuje pričvršćivače, ručni alati, zupčanici, dijelovi kočnica, komponente stroja, i ukrasni hardver.
7. Fosfatiranje
Fosfatiranje je proces pretvorbenog premazivanja koji stvara sloj kristalnog fosfata na metalnim površinama.
Naširoko se koristi kao predtretman jer značajno poboljšava prianjanje boje i pruža umjerenu otpornost na koroziju.
Princip rada
U kupelji fosforne kiseline, površina reagira s otopljenim metalnim fosfatima kako bi proizvela prianjajući kristalni sloj fosfata.
Ovisno o formulaciji, premaz može biti cink fosfat, željezni fosfat, ili manganov fosfat, svaki služi različitoj svrsi.
Tipičan proces
Dio se prvo čisti, zatim uronjen u kupku za fosfatiranje nekoliko minuta, obično na 20–60°C.
Nakon ispiranja, površina može biti zapečaćena ili izravno premazana bojom ili prahom. Debljina premaza općenito se kreće od oko 1 do 10 µm.
Tipovi
Fosfatiranje cinkom najčešće se koristi za čelične i karoserije automobila. Fosfatiranje željeza često se koristi za laku predobradu.
Fosfatiranje manganom je cijenjeno zbog otpornosti na trošenje i zadržavanja ulja u pokretnim dijelovima.
Prednosti
Fosfatiranjem se stvara površina koja mehanički učvršćuje boje i premaze.
Poboljšava otpornost na koroziju, podržava masovnu proizvodnju, i radi s nekoliko vrsta metala. U mnogim industrijskim linijama, to je jedna od najisplativijih metoda predtretmana.
Ograničenja
Fosfatni sloj je porozan i obično zahtijeva završni sloj ili brtvilo za dugotrajnu zaštitu. Proces također proizvodi mulj, kojima se mora pažljivo upravljati.
Uobičajene primjene
Fosfatiranje je uobičajeno kod karoserija automobila, kućišta strojeva, pričvršćivači, i pokretne komponente kao što su zupčanici i ležajevi.
8. Kemijska oksidacija
Kemijska oksidacija stvara tanki oksidni film na obojenim metalima čistom kemijskom reakcijom, bez električne struje.
Jednostavniji je i jeftiniji od eloksiranja, iako je dobiveni film tanji i manje izdržljiv.
Princip rada
Metalna površina reagira s oksidirajućom otopinom i stvara zaštitni sloj kao što je aluminijev oksid ili bakreni 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 oksidacijskoj kupki na sobnoj ili blago povišenoj temperaturi, isprati, i po izboru zapečaćen voskom ili prozirnim premazom.
Tipovi
Kemijska oksidacija aluminija koristi se za laku dekorativnu zaštitu ili kao adhezijski sloj.
Oksidacija bakra može stvoriti smeđu boju, crni, ili efekti zelene patine. Oksidacija cinka poboljšava stabilnost površine na pocinčanim dijelovima.
Prednosti
Proces je jednostavan, brzo, i ekonomičan. Također je koristan za male ili složene dijelove koji ne opravdavaju složenije elektrokemijske procese.
Ograničenja
Oksidni film je tanak, pa je zaštita ograničena. Proces je prvenstveno za obojene metale i manje je izdržljiv od anodizacije ili galvanizacije.
Uobičajene primjene
Koristi se za dekorativne aluminijske dijelove, bakrene arhitektonske značajke, okovi presvučeni cinkom, i prethodna obrada prije bojanja ili lijepljenja.
9. Galvanizacija
Galvanizacija nanosi metalni sloj na vodljivu podlogu pomoću električne struje. To je jedna od najsvestranijih i najraširenijih metoda površinske obrade u proizvodnji.
Princip rada
Radni komad djeluje kao katoda, dok se metal za oplatu dovodi ili preko anode ili elektrolita.
Kada teče struja, metalni ioni se reduciraju i talože u tankom sloju na podlozi. Debljina se kontrolira gustoćom struje, vrijeme, i kemija za kupanje.
Tipičan proces
Izradak se čisti, aktiviran, i uronjen u spremnik za oplatu. Taloženje se obično događa u rasponu od 1–10 A/dm².
Nakon pozlaćivanja, dio se ispere, osušen, a ponekad i toplinski obrađen radi poboljšanja prianjanja ili tvrdoće. Tipična debljina je često 5-50 μm, Ovisno o prijavi.
Uobičajene vrste
Kromiranje daje tvrdoću i svijetlu dekorativnu površinu. Niklanje se široko koristi za zaštitu od korozije i izgled.
Pobakrenje poboljšava vodljivost i služi kao podloga. Pozlata se koristi u električnim kontaktima i luksuznim završnim obradama. Pocinčavanje se uvelike koristi za čelične spojne elemente i opću zaštitu od korozije.
Prednosti
Galvanizacija je fleksibilna, relativno brzo, i kompatibilan sa širokim rasponom metala i završnih obrada.
Poboljšava vodljivost, nositi otpor, otpor korozije, i izgled, sve unutar iste obitelji procesa.
Ograničenja
Raspodjela struje može proizvesti nejednaku debljinu na složenim geometrijama.
Proces zahtijeva pažljivu prethodnu obradu i, U nekim slučajevima, stroga kontrola okoliša zbog opasnih kemikalija u kupatilu.
Uobičajene primjene
Galvanizacija se koristi u opremi automobila, konektori za elektroniku, nakit, alata, pričvršćivači, potrepštine za kućanstvo, i precizni hardver.
10. Pokrivanje vrućim potapanjem
Vruće potapanje, posebno vruće pocinčavanje, stvara debeli zaštitni sloj uranjanjem čelika u rastaljeni metal. Dobiveni sloj je metalurški vezan i vrlo izdržljiv.
Princip rada
Očišćeni čelik se uranja u rastaljeni cink, aluminij, ili kositra. Tijekom uranjanja, formira se sloj legure između čelika i metala za oblaganje, nakon čega slijedi vanjski sloj same rastaljene prevlake.
Ova veza pruža daleko bolju trajnost od jednostavnog nanesenog filma.
Tipičan proces
Čelični dijelovi se prvo čiste, ukiseljen, i fluksiran. Zatim se zagrijavaju i uranjaju u rastaljenu kupku, često oko 450°C za sustave s cinkom.
Nakon uklanjanja, dio se ohladi i završi. Premazi cinka obično padaju u rasponu od 50-150 μm, koji je znatno deblji od većine galvaniziranih slojeva.
Tipovi
Vruće pocinčavanje je najčešće i koristi se za otpornost na koroziju na otvorenom.
Vruće aluminiziranje nudi izvrsne performanse pri visokim temperaturama.
Vruće konzerviranje važno je za pakiranje hrane i određene električne primjene.
Prednosti
Premaz je gust, izdržljiv, i čvrsto vezani za podlogu.
Za vanjski konstrukcijski čelik, životni vijek može biti vrlo dug kada su dizajn i okoliš povoljni. Proces je također ekonomičan za velike čelične komponente.
Ograničenja
Proces zahtijeva visoke temperature i ograničen je uglavnom na željezne podloge. Završna obrada površine nije tako glatka ili dekorativna kao neki alternativni tretmani.
Uobičajene primjene
Tipične namjene uključuju mostove, kule, motke, cjevovodi, ograde, čelične grede, pričvršćivači, i limenke.
11. Toplinsko prskanje
Toplinskim raspršivanjem nanosi se premaz taljenjem ili omekšavanjem materijala premaza i projiciranjem na pripremljenu površinu velikom brzinom. Široko se koristi kada su potrebni debeli zaštitni ili funkcionalni premazi.
Princip rada
Izvor topline kao što je plamen, plazma, ili električni luk topi materijal premaza, koji se može isporučiti kao prah, žica, ili šipka.
Čestice velikom brzinom udaraju u podlogu, izravnati, i skrućuju u slojevite naslage. Debljina premaza može varirati od otprilike 50 μm do nekoliko milimetara.
Tipičan proces
Podloga se obično najprije pjeskari kako bi se osiguralo mehaničko prianjanje. Materijal za oblaganje se zatim raspršuje pomoću prikladnog sustava za termičko raspršivanje.
Naknadna obrada može uključivati brtvljenje, toplotna obrada, ili brušenje za poboljšanje gustoće i površinske obrade.
Tipovi
Prskanje plamenom je ekonomično i široko se koristi za zaštitu od korozije.
Plazma raspršivanje može obraditi keramiku visokih performansi i druge napredne materijale. Elektrolučno raspršivanje učinkovito je za taloženje metala u velikim razmjerima.
Prednosti
Toplinskim raspršivanjem može se nanijeti širok izbor materijala na različite podloge. Posebno je koristan za velike dijelove, popravci, i okruženja s visokim trošenjem.
Također omogućuje inženjeru da prilagodi debljinu i sastav poslu.
Ograničenja
Oprema je specijalizirana, operativni troškovi su značajni, a mora se upravljati poroznošću premaza. Zaostala naprezanja mogu se pojaviti ako proces nije ispravno kontroliran.
Uobičajene primjene
Termičko raspršivanje koristi se u zrakoplovstvu, stvaranje energije, morski sustavi, kotlov, Komponente motora, i teške industrijske opreme.
12. Prskanje / Premazivanje
Prskanje ili premazivanje odnosi se na nanošenje tekuće boje, puder, ili materijale na bazi polimera na metalnu površinu radi poboljšanja zaštite i izgleda. To je jedna od najčešćih metoda dorade u industriji.
Princip rada
Premaz se atomizira ili elektrostatički nanosi na površinu, zatim suši ili suši kako bi se formirao kontinuirani film.
Ovisno o formulaciji, premaz može biti dizajniran za otpornost na koroziju, UV stabilnost, kemijska otpornost, ili ukras.
Tipičan proces
Površina se prvo očisti ili prethodno obradi pjeskarenjem, fosfatiranje, ili kemijsko pranje. Sljedeći, materijal za premazivanje se raspršuje ili nanosi elektrostatski.
Nakon toga, premaz se stvrdnjava sušenjem na zraku ili zagrijavanjem u pećnici. Završna završna obrada može uključivati poliranje ili pregled.
Tipovi
Tekuća boja se široko koristi za završnu obradu opće namjene. Premaz u prahu nudi bolju trajnost i niske emisije VOC.
Polimerni premazi kao što su fluoropolimeri ili poliuretanski premazi odabrani su zbog kemijske otpornosti, neprianjajuće ponašanje, ili teške usluge.
Prednosti
Metoda je fleksibilna, isplativ, i kompatibilan sa širokim rasponom podloga. Također nudi mnoge mogućnosti boja i tekstura, od mat do visokog sjaja i teksturiranih završetaka.
Ograničenja
Loša prethodna obrada može dovesti do ljuštenja ili pucanja. Neki sustavi zahtijevaju toplinsko stvrdnjavanje, koji možda neće odgovarati komponentama osjetljivim na toplinu.
Uobičajene primjene
Prskanje i premazivanje naširoko se koriste u karoserijama automobila, namještaj, uređaji, građevinske ploče, industrijski spremnici, i potrošački proizvodi.
13. Elektroforetski premaz
Elektroforetski premaz, često se naziva E-premaz ili elektropremaz, je elektrokemijski proces koji jednoliko taloži čestice boje na vodljivu podlogu.
Posebno je važan u proizvodnji automobila zbog izvrsne pokrivnosti i zaštite od korozije.
Princip rada
Izradak se stavlja u kupku koja sadrži nabijene čestice boje. Pri dovođenju napona, čestice migriraju prema suprotno nabijenoj podlozi i tvore koherentni film.
Nakon taloženja, premaz se stvrdnjava kako bi se stvorila gusta, zaštitni sloj.
Tipičan proces
Dio je očišćen, fosfatiran, i uronjena u kupku za oblaganje. Tipični napon kreće se 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 stvrdne. Konačna debljina je općenito oko 10-30 μm.
Tipovi
Kationski E-premaz je najčešći i naširoko se koristi za zaštitu automobila od korozije.
Postoje i anionski sustavi, iako su rjeđi i često se koriste za dekorativne ili posebne namjene.
Prednosti
E-coating proizvodi izuzetno jednoliku pokrivenost, čak i na oštrim rubovima, udubljenja, i unutarnje šupljine.
Također pruža jaku otpornost na koroziju, kompatibilnost automatizirane proizvodnje, i niske emisije HOS-a.
Ograničenja
Zahtijeva vodljive podloge i specijaliziranu opremu. Raspon dostupnih boja ograničen je osim ako ga ne slijedi završni sloj.
Uobičajene primjene
E-premaz se široko koristi za karoserije i dijelove vozila, metalni okviri, uređaji, pričvršćivači, i industrijska oprema.
14. Emajliranje
Emajliranje, također poznat kao emajliranje staklastog tijela, nanosi premaz nalik staklu na metal i topi ga na visokoj temperaturi.
Rezultat je težak, gladak, neporozna površina s 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 veže za metalnu površinu, tvoreći postojan staklasti sloj.
Tipičan proces
Metal se čisti i, U nekim slučajevima, tretiran temeljnim premazom za poboljšanje prianjanja.
Zatim se prskanjem nanosi caklina, porinuće, ili četkanje. Nakon pucanja, premaz se hladi u tvrdu, sjajna površina.
Tipovi
Porculanski emajl se koristi za kućanske i dekorativne proizvode. Industrijski emajl je formuliran za kemijsku otpornost i dugotrajnu trajnost.
Emajliranje lijevanog željeza oslanja se na specijalizirani temeljni premaz kako bi se osiguralo lijepljenje.
Prednosti
Premaz je izuzetno otporan na koroziju, grijati, i mrlje. Također je higijenski, Lako za čišćenje, i dostupan u mnogim bojama i obradama.
Ograničenja
Proces zahtijeva vrlo visoke temperature i specijaliziranu opremu. Sloj cakline je tvrd, ali krt, tako da udar može uzrokovati krhotine.
Uobičajene primjene
Emajliranje se koristi u posuđu, potonuće, pećnice, kade za kupanje, kemijski spremnici, uređaji, znakovi, i ukrasne arhitektonske ploče.
15. PVD (Fizičko taloženje pare)
PVD je postupak premazivanja temeljen na vakuumu koji taloži tanke, filmove visokih performansi na metalne ili nemetalne podloge.
Cijenjen je zbog otpornosti na habanje, nisko trenje, precizan izgled, i snažno prianjanje.
Princip rada
U vakuumskoj komori, materijal za oblaganje se isparavanjem isparava, prskanje, ili ioniziranje.
Zatim se para kondenzira na podlozi, tvoreći tanki film tipično oko 0,1-5 μm debljine. Budući da se proces odvija u vakuumu, onečišćenje je minimalno, a kvaliteta filma visoka.
Tipičan proces
Dijelovi se prvo čiste ultrazvučnim ili plazma metodama. Zatim se stavljaju u vakuumsku komoru, koji se evakuira do vrlo niskog tlaka.
Ciljani materijal se isparava i taloži na površinu pod kontroliranim uvjetima. Postupkom se mogu proizvesti vrlo dekorativni završni slojevi ili vrlo funkcionalni premazi alata.
Uobičajeni premazi
Titan nitrid proizvodi zlatnu boju, površina otporna na habanje. Krom nitrid nudi izvrsnu otpornost na koroziju i abraziju.
Ugljik poput dijamanta osigurava nisko trenje i snažnu otpornost na trošenje. Zlatni premazi koriste se za vodljivost i vrhunske dekorativne primjene.
Prednosti
PVD filmovi su gusti, ljepljiv, tvrdoglav, i dovoljno tanak da sačuva precizne dimenzije.
Također su prikladni za vrhunske dekorativne završne obrade i imaju povoljan ekološki profil jer obično izbjegavaju toksični otpad mokre kemikalije.
Ograničenja
Ulaganje u opremu je visoko, taloženje je relativno sporo, a debljina filma je ograničena. Čistoća i kvaliteta usisavanja ključni su za rad.
Uobičajene primjene
PVD se koristi za alate za rezanje, medicinski instrumenti, Automobilska obloga, elektronika, kućišta za satove, zrakoplovne komponente, i precizne mehaničke dijelove.
16. KVB (Kemijsko taloženje)
CVD je napredni postupak presvlačenja u kojem plinoviti prekursori reagiraju u zagrijanoj okolini i stvaraju čvrsti film na podlozi.
Naširoko se koristi tamo gdje je visoka čistoća, otpornost na visoke temperature, i potrebna je izuzetna kvaliteta filma.
Princip rada
Reaktivni plinovi uvode se u komoru koja sadrži supstrat.
Pod kontroliranom temperaturom i tlakom, ti se plinovi raspadaju ili reagiraju na površini stvarajući čvrstu prevlaku kao što je silicijev karbid, titan karbid, glinica, ili filmove poput dijamanta.
Debljina premaza može varirati od frakcija mikrometra do desetaka mikrometara, Ovisno o prijavi.
Tipičan proces
Podloga se čisti, utovaren u komoru, i zagrijava do potrebne temperature obrade. Zatim se uvode plinoviti prekursori i plinovi nosioci.
Reakcija traje određeno vrijeme dok se ne postigne ciljna debljina. Nakon taloženja, dio se hladi i može se dalje dorađivati.
Tipovi
Niskotlačni CVD naširoko se koristi u elektronici i preciznim premazima. CVD pri atmosferskom tlaku koristan je za veće industrijsko taloženje.
CVD poboljšan plazmom snižava potrebnu temperaturu i prikladan je za podloge osjetljivije na toplinu. Diamond CVD koristi se za primjenu kod rezanja i habanja koje zahtijevaju ekstremnu tvrdoću.
Prednosti
CVD proizvodi guste, ujednačen, premazi visoke čistoće s izvrsnim prianjanjem.
Može oblikovati naprednu keramiku i dijamantne filmove s izvanrednom toplinom, kemijski, i mehaničke performanse.
Ograničenja
Proces često zahtijeva visoke temperature, sofisticirana oprema, i stroge kontrole rukovanja plinom. Neki prekursori su opasni, a procesni prozori su uski.
Uobičajene primjene
CVD se koristi u proizvodnji poluvodiča, zrakoplovne komponente, alati za rezanje, nositi dijelove, kemijska oprema, i napredne sustave toplinske barijere.
Zaključak
Obrada metalne površine nije kozmetička naknadna misao; to je temeljna inženjerska disciplina koja određuje koliko pouzdano neka 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, najbolja obrada je ona koja odgovara podlozi, geometrija, operativno okruženje, i cilj izvedbe.
Spremnik za hranu od nehrđajućeg čelika možda će trebati pasivizirati i elektropolirati. Konstrukcijska čelična greda može zahtijevati vruće pocinčavanje. Aluminijski zrakoplovni dio može zahtijevati eloksiranje.
Alat za rezanje može zahtijevati PVD ili CVD. Dekorativni potrošački proizvod može imati koristi od presvlačenja, premazivanje, odnosno emajliranje.
Kako standardi proizvodnje nastavljaju rasti, površinsko inženjerstvo ostat će ključno za kvalitetu proizvoda, pouzdanost, i kontrolu troškova životnog ciklusa.
Mogućnost odabira, kombinirati, i optimizirati površinske tretmane stoga je jedna od najvažnijih mogućnosti u modernom inženjerstvu materijala.
