Zavedenie
Povrchová úprava kovov je jednou z najdôležitejších disciplín v materiálovom inžinierstve, výroba, a priemyselný dizajn.
Kovový komponent sa len zriedka posudzuje podľa jeho základnej zliatiny.
Jeho výkon v prevádzke je často určený stavom jeho povrchu: ako odoláva korózii, ako odráža alebo pohlcuje svetlo, ako zvláda trenie, ako sa spája s nátermi, ako znáša opotrebovanie, a ako to vyzerá pre koncového užívateľa.
Prakticky, povrchová úprava je mostom medzi surovým kovom a funkčným produktom.
Tá istá oceľ, hliník, meď, horčík, alebo titánová časť sa môže správať veľmi odlišne v závislosti od toho, či je otryskaná, leštený, eloxovaný, pokrčený, oxidované, striekaný, potiahnutý, alebo nanesené s filmom podobným keramike.
Z toho dôvodu, povrchová úprava nie je kozmetický dodatok. Je to kľúčové inžinierske rozhodnutie.
Tento článok predstavuje šestnásť široko používaných povrchových úprav kovov, vysvetlenie ich princípov, výkonová logika, výhody, obmedzenia, a typické aplikácie.
Cieľom nie je len definovať každý proces, ale ukázať, ako tieto procesy zapadajú do širšej logiky trvanlivosti, výroba, a hodnotu produktu.
Čo sú povrchové úpravy kovov
Kov povrchové ošetrenia odkazujú na rad fyzických, chemický, alebo elektrochemické procesy, ktoré upravujú povrch kovových materiálov na zlepšenie ich výkonu, funkčnosť, alebo vzhľad – bez zmeny objemových vlastností základného kovu.
Hlavné ciele povrchových úprav sú trojaké: ochrana, vylepšenie, a prispôsobenie.
Ochrana je prvoradým cieľom: povrchové úpravy tvoria bariéru medzi kovovým podkladom a vonkajším prostredím, zabránenie alebo spomalenie korózie (oxidácia, hrdzavenie), obliecť sa, erózia, a chemickým útokom.
Vylepšenie sa zameriava na zlepšenie funkčných vlastností kovu, ako tvrdosť, klzkosť, priľnavosť, elektrická vodivosť, alebo tepelný odpor.
Prispôsobenie zahŕňa prispôsobenie vzhľadu povrchu (farba, textúra, lesk) aby spĺňali estetické požiadavky alebo požiadavky na značku, alebo modifikáciou jeho povrchovej energie pre špecializované aplikácie (Napr., priľnavosť pre nátery, nepriľnavé povrchy).
Povrchové úpravy možno rozdeliť do troch širokých kategórií na základe ich pracovného princípu:
- Mechanické povrchové úpravy: Pri úprave textúry alebo morfológie povrchu sa spoliehajte na fyzickú silu (Napr., pieskovisko, leštenie).
- Chemické povrchové úpravy: Na vytvorenie ochrannej alebo dekoratívnej vrstvy na kovovom povrchu použite chemické reakcie (Napr., pasivácia, sčernanie, fosfátovanie).
- Elektrochemické povrchové úpravy: Využite elektrickú energiu na riadenie chemických reakcií, formovanie uniformy, vysokokvalitné povrchové vrstvy (Napr., elektrotechnický, Anodizujúci, elektroforetický náter).
Výber spôsobu povrchovej úpravy závisí od viacerých faktorov: typ základného kovu (Napr., železný vs. nežerský), zamýšľaná aplikácia (Napr., automobilový vs. kozmonautika, vnútorné vs. vonkajší),
environmentálna expozícia (Napr., slaná voda, chemikálie, vysoká teplota), požiadavky na výkonnosť (Napr., odpor, odpor), a nákladové obmedzenia.
Každá liečba má svoje jedinečné výhody a obmedzenia, takže je dôležité prispôsobiť liečbu špecifickým potrebám aplikácie.
1. Pieskovisko
Pieskovisko, nazývané aj abrazívne tryskanie, je mechanická povrchová úprava, ktorá využíva stlačený vzduch alebo vodu na urýchlenie abrazívneho média na kovový povrch.
Náraz odstráni hrdzu, mierka, maľba, zvyšky oleja, a inú kontamináciu, a zároveň vytvára kontrolovaný profil drsnosti, ktorý zlepšuje priľnavosť náterov a spojív.
Pracovný princíp
Proces je založený na náraze častíc s vysokou rýchlosťou. Abrazívne častice narážajú na povrch, odrezať kontaminanty, a vytvárajú mikrodrsnosť.
Hodnoty drsnosti je možné upraviť zmenou typu brusiva, veľkosť častíc, tlak, a vzdialenosť trysky.
Pre jemné časti sa uprednostňujú mäkšie médiá, ako sú sklenené guľôčky, zatiaľ čo na agresívne čistenie sa používajú tvrdšie abrazíva ako oxid hlinitý alebo karbid kremíka.
Typický proces
Prvé, časť je odmastená a vyčistená, aby sa odstránil olej a uvoľnené nečistoty. Najbližší, vhodné brúsivo sa vyberie na základe profilu substrátu a cieľového povrchu.
Potom sa vykoná tryskanie, bežne pri tlakoch v rozsahu 20–100 psi, s tryskou držanou približne 6 až 12 palcov od povrchu.
Konečne, zvyškové médium sa odstráni vzduchom alebo vysávaním, a povrch je vysušený, aby sa zabránilo bleskovej hrdzaveniu.
Výhody
Pieskovanie je rýchle, efektívny, a široko použiteľné.
Dokáže vyčistiť a zdrsniť povrch v jednej operácii, vďaka čomu je ideálny pre následné lakovanie, prášok, alebo lepením.
Je vhodný aj pre nepravidelné geometrie, ako sú rúry, zátvorky, puzdro, a liate diely. Vo výrobných nastaveniach, je výrazne rýchlejšie ako ručné brúsenie alebo drôtené kefovanie.
Obmedzenia
Proces vytvára prach, hluk, a odrazené častice, takže vetranie a OOP sú povinné. Nadmerné otryskávanie môže zdeformovať tenký plech alebo poškodiť presné povrchy.
Navyše, zlé odstránenie média môže viesť k defektom povlaku alebo lokalizovanej korózii.
Bežné aplikácie
Pieskovanie sa používa pred lakovaním alebo pokovovaním karosérií automobilov, priemyselné vybavenie, a konštrukčná oceľ.
Používa sa tiež na odstraňovanie hrdze na trupoch lodí, členov mosta, a potrubia, ako aj na dekoratívne textúrovanie na architektonických kovových paneloch.
2. Leštenie
Leštenie je mechanický dokončovací proces, ktorý vyhladzuje kovový povrch postupným odstraňovaním mikroskopických nerovností.
Na rozdiel od odstrelu, čo zvyšuje drsnosť, leštenie znižuje drsnosť povrchu a zlepšuje odrazivosť, čistota, a vizuálna kvalita.
Pracovný princíp
Abrazívne častice alebo leštiace zmesi odstraňujú malé množstvo materiálu z povrchu.
Operácia sa zvyčajne vykonáva v etapách, počnúc hrubými abrazívami a končiac veľmi jemnými zlúčeninami.
Toto postupné znižovanie povrchových defektov vytvára postupne hladší povrch.
Typický proces
Povrch sa najskôr očistí, potom sa na odstránenie stôp po obrábaní a väčších defektov používajú hrubé brúsivá.
Medzileštenie odstraňuje škrabance zanechané prvým stupňom, a konečné leštenie používa jemné zlúčeniny, ako je diamantová pasta, oxid céru, alebo rouge vytvoriť svetlé, reflexný povrch.
Proces končí dôkladným čistením na odstránenie zvyškov.
Typy
Mechanické leštenie využíva podložky, kolesá, pásy, alebo automatizované leštiace stroje.
Chemické leštenie využíva selektívne chemické rozpúšťanie na vyrovnanie povrchu.
Elektropooling, pokročilejšia elektrochemická metóda, odstraňuje povrchový materiál kontrolovaným spôsobom a je široko používaný pre komponenty z nehrdzavejúcej ocele, ktoré vyžadujú hladký povrch, sanitárny povrch.
Výhody
Leštenie výrazne zlepšuje vzhľad a znižuje trenie. Cenné je najmä tam, kde je čistota, odrazivosť, alebo záleží na nízkom odporu vzduchu.
Pomáha tiež redukovať miesta, kde sa môžu hromadiť nečistoty, čo nepriamo zlepšuje odolnosť proti korózii.
Obmedzenia
Vysokokvalitné leštenie je náročné na prácu a čas, najmä na veľkých alebo zložitých častiach. Prílišné leštenie môže znížiť rozmerovú presnosť alebo hrúbku steny.
Zrkadlové povrchy sa tiež ľahko poškriabu a často vyžadujú neustálu údržbu.
Bežné aplikácie
Leštené povrchy sú široko používané v šperkoch, architektonický lem, zdravotnícke pomôcky, vybavenie na spracovanie potravín, optické komponenty, a mechanické časti, ako sú ložiská a prevody.
3. Eloxovanie
Eloxovanie je elektrochemická úprava používaná najmä na hliník a jeho zliatiny.
Na povrchu vytvára kontrolovanú vrstvu oxidu, typicky oxid hlinitý, čo zlepšuje odolnosť proti korózii, tvrdosť, a vzhľad.
Pracovný princíp
Hliníková časť sa umiestni do elektrolytického kúpeľa a použije sa ako anóda. Keď prúd prechádza cez elektrolyt, kyslík sa spája s hliníkovým povrchom a vytvára poréznu oxidovú vrstvu.
Táto vrstva je integrálnou súčasťou substrátu a nie samostatnou fóliou, čo mu dáva silnú priľnavosť a dobrú trvanlivosť.
Hrúbka povlaku sa bežne pohybuje od cca 5 do 250 μm v závislosti od typu procesu.
Typický proces
Diel je vyčistený a vyleptaný, aby sa odstránili oleje a kontaminácia prírodnými oxidmi.
Potom sa ponorí do kyslého elektrolytu, najčastejšie kyselina sírová, a spracované pri kontrolovanom napätí a teplote.
Po eloxovaní, póry sú uzavreté horúcou vodou, pary, alebo chemické tmely. Voliteľné farbenie sa môže vykonať pred zatavením, aby sa vytvorili farebné povrchové úpravy, ako je čierna, modrý, bronz, alebo zlato.
Typy
Eloxovanie kyselinou sírovou je najbežnejším priemyselným procesom. Eloxovanie kyselinou chrómovou vytvára tenší film a často sa používa v leteckých aplikáciách.
Tvrdá anodizácia vytvára oveľa hrubšiu a tvrdšiu vrstvu, často dosahujú hodnoty tvrdosti okolo 600–1000 HV, vďaka čomu je vhodný do náročných podmienok opotrebovania.
Výhody
Eloxovanie poskytuje silnú odolnosť proti korózii, dobrý výkon pri opotrebovaní, a vynikajúca dekoratívna flexibilita. Pretože vrstva je vytvorená zo samotného základného kovu, nebude sa lúpať ako farba.
V porovnaní s niektorými náterovými systémami na ťažké kovy je tiež všeobecne považovaný za čistý a ekologicky zvládnuteľný proces.
Obmedzenia
Primárne sa obmedzuje na hliník a jeho zliatiny. Vrstva oxidu je porézna až do utesnenia, a môže sa poškodiť vysokými teplotami alebo abrazívnym opotrebovaním.
V porovnaní s oceľou, eloxovaný hliník zostáva stále relatívne mäkký.
Bežné aplikácie
Eloxovaný hliník sa používa v krytoch elektroniky, automobilový lem, chladič, architektonické panely, komponenty lietadla, a námorný hardvér.
4. Pakating bez elektrotechniky
Pakating bez elektrotechniky, tiež známy ako chemické pokovovanie, ukladá kov na povrch bez vonkajšieho elektrického prúdu.
Depozícia je riadená samoudržujúcou chemickou redukčnou reakciou, vďaka čomu je povlak obzvlášť jednotný, aj na vnútorných dutinách a zložitých geometriách.
Pracovný princíp
Pokovovací kúpeľ obsahuje kovové ióny, redukčné činidlo, a rôzne stabilizátory a urýchľovače.
Akonáhle je povrch aktivovaný, redukčné činidlo premieňa ióny kovov na atómy kovov, ktoré sa ukladajú rovnomerne na diel.
Nanesená vrstva potom katalyzuje ďalšiu reakciu, takže proces pokračuje tak dlho, kým sú udržiavané podmienky kúpeľa.
Typický proces
Po vyčistení a aktivácii, diel sa ponorí do vyhrievaného pokovovacieho kúpeľa, často okolo 80–95 °C pre bezprúdové niklové systémy.
Čas nanášania určuje hrúbku, ktorý bežne spadá do rozsahu 5–50 μm. Po pokovovaní, časť sa opláchne, sušené, a, v niektorých prípadoch, tepelne spracované na zlepšenie tvrdosti a priľnavosti.
Spoločné varianty
Bezprúdové niklovanie je najdôležitejšou priemyselnou formou a je cenené pre tvrdosť, odpor, a odolnosť proti opotrebeniu.
Bezproudová meď sa používa na vodivé vrstvy a ako základ pre ďalšie pokovovanie. Bezprúdové zlato sa používa v elektronike a dekoratívnych aplikáciách, kde je kritická vodivosť a odolnosť proti oxidácii.
Výhody
Tento proces poskytuje vysoko rovnomernú hrúbku na zložitých tvaroch, vrátane slepých otvorov a zapustených prvkov.
Nevyžaduje elektródy ani jednosmerný prúd, čo zjednodušuje určité výrobné nastavenia. Pri správnej aktivácii tiež dobre priľne na kovové aj niektoré nekovové podklady.
Obmedzenia
Rýchlosť pokovovania je pomalšia ako pri elektrolytickom pokovovaní, a chémia kúpeľa je citlivejšia na kontamináciu a teplotný posun.
Životnosť kúpeľa je obmedzená, a prevádzkové náklady môžu byť relatívne vysoké v dôsledku spotreby chemikálií a požiadaviek na riadenie procesu.
Bežné aplikácie
Bezprúdové pokovovanie je široko používané v letectve, elektronika, priemyselné stroje, senzory, plastové komponenty, a presné zostavy.
5. Pasivácia
Pasivácia je chemická úprava používaná hlavne na nehrdzavejúcej oceli na zvýšenie odolnosti proti korózii odstránením voľného železa a podporou tvorby stabilného oxidového filmu bohatého na chróm.
Pracovný princíp
Nerezová oceľ prirodzene tvorí pasívnu oxidovú vrstvu, ale obrábanie, zváranie, alebo ho môže poškodiť kontaminácia.
Pasivácia využíva kyselinu dusičnú alebo roztoky kyseliny citrónovej na rozpustenie kontaminantov a obnovenie čistoty, jednotný pasívny film.
Výsledná vrstva oxidu je extrémne tenká, zvyčajne sa meria v nanometroch, ale vysoko efektívne.
Typický proces
Povrch sa najskôr vyčistí, potom ponorený do pasivačného kúpeľa na kontrolovanú dobu.
Kyselina dusičná je tradičná metóda, zatiaľ čo kyselina citrónová je stále viac preferovaná z dôvodov ochrany životného prostredia a bezpečnosti na pracovisku.
Po ošetrení, diel musí byť dôkladne opláchnutý a vysušený, aby sa zabránilo korózii spôsobenej zvyškami.
Výhody
Pasivácia obnovuje odolnosť nehrdzavejúcej ocele proti korózii bez zmeny jej rozmerov alebo vzhľadu.
Je to pomerne jednoduché, nízka cena, a vysoko efektívne pre presné komponenty. Citrónové systémy tiež ponúkajú čistejšiu alternatívu pre potravinárske a medicínske prostredie.
Obmedzenia
Nejde o proces opravy hlbokých škrabancov alebo vážneho poškodenia povrchu.
Platí to hlavne pre kovy obsahujúce chróm a nemôže kompenzovať zlý výber zliatiny alebo nesprávnu výrobu.
Bežné aplikácie
Pasivácia je štandardom pre potravinárske vybavenie, farmaceutické nástroje, chirurgické nástroje, morské upevňovacie prvky, chemické stroje, a potrubné systémy z nehrdzavejúcej ocele.
6. Černenie
Černenie je chemická konverzná úprava používaná hlavne na oceli a železe na vytvorenie tenkého čierneho oxidového filmu, typicky magnetit, na povrchu.
Poskytuje kontrolovaný tmavý povrch a miernu odolnosť proti korózii, najmä ak nasleduje olejová impregnácia alebo voskovanie.
Pracovný princíp
Kov za tepla reaguje s alkalickým alebo kyslým oxidačným kúpeľom, zvyčajne okolo 80-100°C, vytvára vrstvu oxidu s hrúbkou približne 0,5 až 1,5 μm.
Pretože vrstva je tenká a pórovitá, často sa zapečatí olejom alebo voskom na zlepšenie ochrany.
Typický proces
Po odmastení a morení, diel sa ponorí do černiacieho kúpeľa, kým nevznikne jednotný tmavý povrch.
Potom sa opláchne, sušené, a zapečatené. Správne utesnenie je nevyhnutné, pretože samotný neupravený čierny oxid má obmedzenú odolnosť proti korózii.
Typy
Alkalické sčernenie je najbežnejšie a je vhodné pre uhlíkovú oceľ a nízkolegovanú oceľ.
Kyslé sčernenie sa používa pre špecializovanejšie zliatiny a môže produkovať hlbší tón, aj keď vo všeobecnej produkcii je to menej bežné.
Výhody
Černenie je lacné, rýchlo, a rozmerne stabilný. Je to užitočné najmä pre malý hardvér a komponenty, ktoré musia dodržiavať úzke tolerancie.
Poskytuje tiež atraktívny matný čierny vzhľad bez lakovania.
Obmedzenia
Jeho ochranný výkon je obmedzený v porovnaní s nátermi alebo galvanizáciou. Je vhodný hlavne na železné kovy, a povrchová úprava sa môže opotrebovať alebo vyblednúť v náročných podmienkach.
Bežné aplikácie
Bežné použitie zahŕňa spojovacie prvky, ručné náradie, výstroj, brzdové diely, súčasti stroja, a dekoratívny hardvér.
7. Fosfátovanie
Fosfátovanie je proces konverzného poťahovania, ktorý vytvára kryštalickú fosfátovú vrstvu na kovových povrchoch.
Je široko používaný ako predúprava, pretože výrazne zlepšuje priľnavosť farby a poskytuje strednú odolnosť proti korózii.
Pracovný princíp
V kúpeli s kyselinou fosforečnou, povrch reaguje s rozpustenými kovovými fosfátmi za vzniku priľnavej vrstvy kryštálov fosfátu.
V závislosti od formulácie, povlakom môže byť fosforečnan zinočnatý, fosforečnan železa, alebo fosforečnan mangánu, každá slúži na iný účel.
Typický proces
Časť sa najskôr vyčistí, potom sa ponorí na niekoľko minút do fosfátovacieho kúpeľa, zvyčajne pri 20-60°C.
Po opláchnutí, povrch môže byť zapečatený alebo priamo potiahnutý farbou alebo práškom. Hrúbka povlaku sa všeobecne pohybuje od cca 1 do 10 μm.
Typy
Zinkové fosfátovanie je najpoužívanejšie pre oceľ a karosérie automobilov. Na nenáročnú predúpravu sa často používa fosfátovanie železa.
Mangánové fosfátovanie je cenené pre odolnosť proti opotrebovaniu a zadržiavanie oleja v pohyblivých častiach.
Výhody
Fosfátovaním sa vytvorí povrch, ktorý mechanicky ukotví farby a nátery.
Zlepšuje odolnosť proti korózii, podporuje hromadnú výrobu, a pracuje s niekoľkými druhmi kovov. V mnohých priemyselných odvetviach, je to jedna z nákladovo najefektívnejších metód predúpravy.
Obmedzenia
Fosfátová vrstva je porézna a zvyčajne vyžaduje vrchný náter alebo tmel pre dlhodobú ochranu. Proces tiež produkuje kal, s ktorými sa musí zaobchádzať opatrne.
Bežné aplikácie
Fosfátovanie je bežné v karosériách automobilov, kryty strojov, ochranca, a pohyblivé komponenty, ako sú ozubené kolesá a ložiská.
8. Chemická oxidácia
Chemická oxidácia vytvára tenký oxidový film na neželezných kovoch prostredníctvom čisto chemickej reakcie, bez elektrického prúdu.
Je to jednoduchšie a lacnejšie ako eloxovanie, aj keď výsledný film je tenší a menej odolný.
Pracovný princíp
Kovový povrch reaguje s oxidačným roztokom za vzniku ochrannej vrstvy, ako je oxid hlinitý alebo oxid medi.
Typická hrúbka filmu je len okolo 0,1–1 μm, takže tento proces je najvhodnejší na dekoratívnu alebo nenáročnú ochranu.
Typický proces
Časť je vyčistená, spracovávané v oxidačnom kúpeli pri teplote miestnosti alebo mierne zvýšenej teplote, opláchnuté, a voliteľne zapečatené voskom alebo čírym náterom.
Typy
Chemická oxidácia hliníka sa používa na ľahkú dekoratívnu ochranu alebo ako adhézna vrstva.
Oxidáciou medi môže vzniknúť hnedá farba, čierny, alebo efekty zelenej patiny. Oxidácia zinku zlepšuje stabilitu povrchu na pozinkovaných častiach.
Výhody
Postup je jednoduchý, rýchlo, a ekonomický. Je tiež užitočný pre malé alebo zložité diely, ktoré neoprávňujú na komplikovanejšie elektrochemické procesy.
Obmedzenia
Oxidový film je tenký, takže ochrana je obmedzená. Proces je primárne určený pre neželezné kovy a je menej odolný ako eloxovanie alebo pokovovanie.
Bežné aplikácie
Používa sa na ozdobné hliníkové diely, medené architektonické prvky, pozinkovaný hardvér, a predbežná úprava pred lakovaním alebo lepením.
9. Galvanické pokovovanie
Galvanické pokovovanie nanáša kovovú vrstvu na vodivý substrát pomocou elektrického prúdu. Je to jedna z najuniverzálnejších a najpoužívanejších metód povrchovej úpravy vo výrobe.
Pracovný princíp
Obrobok pôsobí ako katóda, pričom pokovovací kov je dodávaný buď cez anódu alebo elektrolyt.
Keď tečie prúd, kovové ióny sa redukujú a ukladajú ako tenká vrstva na substráte. Hrúbka je riadená hustotou prúdu, čas, a kúpeľová chémia.
Typický proces
Obrobok je vyčistený, aktivovaný, a ponorený do pokovovacej nádrže. Depozícia sa zvyčajne vyskytuje v rozsahu 1–10 A/dm².
Po pokovovaní, časť sa opláchne, sušené, a niekedy tepelne spracované na zlepšenie priľnavosti alebo tvrdosti. Typická hrúbka je často 5-50 μm, v závislosti od aplikácie.
Bežné typy
Chrómovanie poskytuje tvrdosť a žiarivý dekoratívny povrch. Niklovanie sa široko používa na ochranu proti korózii a vzhľad.
Medené pokovovanie zlepšuje vodivosť a slúži ako podkladová vrstva. Pozlátenie sa používa v elektrických kontaktoch a luxusných povrchových úpravách. Zinkové pokovovanie sa vo veľkej miere používa na oceľové spojovacie prvky a všeobecnú ochranu proti korózii.
Výhody
Galvanizácia je flexibilná, pomerne rýchlo, a je kompatibilný so širokou škálou kovov a povrchových úprav.
Zlepšuje vodivosť, odpor, odpor, a vzhľad, všetko v rámci tej istej rodiny procesov.
Obmedzenia
Rozloženie prúdu môže spôsobiť nerovnomernú hrúbku na zložitých geometriách.
Proces si vyžaduje starostlivé predbežné ošetrenie a, v niektorých prípadoch, prísna kontrola životného prostredia z dôvodu nebezpečných chemických látok v kúpeli.
Bežné aplikácie
Galvanické pokovovanie sa používa v automobilovom obložení, konektory elektroniky, šperky, náradie, ochranca, domáce potreby, a presný hardvér.
10. Pokovovanie horúcim ponorom
Žiarové pokovovanie, najmä žiarové zinkovanie, vytvára hrubý ochranný povlak ponorením ocele do roztaveného kovu. Výsledná vrstva je metalurgicky spojená a vysoko odolná.
Pracovný princíp
Očistená oceľ sa ponorí do roztaveného zinku, hliník, alebo cín. Počas ponorenia, medzi oceľou a povlakovým kovom sa vytvorí zliatinová vrstva, nasleduje vonkajšia vrstva samotného roztaveného povlaku.
Toto spojenie poskytuje oveľa lepšiu trvanlivosť ako jednoduchý nanesený film.
Typický proces
Oceľové časti sa najskôr očistia, nakladaný, a tavené. Potom sa zahrejú a ponoria do roztaveného kúpeľa, často okolo 450 °C pre zinkové systémy.
Po odstránení, časť sa ochladí a dokončí. Zinkové povlaky bežne spadajú do rozsahu 50–150 μm, ktorý je podstatne hrubší ako väčšina galvanicky pokovovaných vrstiev.
Typy
Žiarové zinkovanie je najbežnejšie a používa sa na vonkajšiu odolnosť proti korózii.
Žiarové hliníkovanie ponúka vynikajúci výkon pri vysokých teplotách.
Pocínovanie za tepla je dôležité pri balení potravín a niektorých elektrických aplikáciách.
Výhody
Povlak je hustý, odolný, a pevne spojené s podkladom.
Pre vonkajšiu konštrukčnú oceľ, životnosť môže byť veľmi dlhá, ak je dizajn a prostredie priaznivé. Proces je tiež ekonomický pre veľké oceľové komponenty.
Obmedzenia
Proces vyžaduje vysoké teploty a je obmedzený hlavne na železné substráty. Povrchová úprava nie je taká hladká alebo dekoratívna ako niektoré alternatívne úpravy.
Bežné aplikácie
Medzi typické použitia patria mostíky, veže, palice, potrubia, ploty, oceľové nosníky, ochranca, a plechové dózy.
11. Tepelné postrekovanie
Tepelné striekanie nanáša povlak roztavením alebo zmäkčením povlakového materiálu a jeho vrhaním na pripravený povrch vysokou rýchlosťou. Je široko používaný, keď sú potrebné hrubé ochranné alebo funkčné nátery.
Pracovný princíp
Zdroj tepla, ako je plameň, plazma, alebo elektrický oblúk roztaví poťahový materiál, ktorý môže byť dodávaný ako prášok, drôt, alebo tyč.
Častice narážajú na substrát vysokou rýchlosťou, sploštiť, a stuhnúť do vrstevnatých nánosov. Hrúbka povlaku sa môže pohybovať od približne 50 μm až niekoľko milimetrov.
Typický proces
Podklad sa zvyčajne najskôr opieskuje, aby sa zabezpečilo mechanické spojenie. Náterový materiál sa potom nastrieka pomocou vhodného systému tepelného nástreku.
Následná úprava môže zahŕňať utesnenie, tepelné spracovanie, alebo brúsenie na zlepšenie hustoty a povrchovej úpravy.
Typy
Striekanie plameňom je ekonomické a široko používané na ochranu proti korózii.
Plazmové striekanie je schopné spracovať vysokovýkonnú keramiku a iné pokročilé materiály. Oblúkové striekanie je účinné pri nanášaní kovov vo veľkom meradle.
Výhody
Tepelné striekanie môže aplikovať širokú škálu materiálov na rôzne podklady. Je to užitočné najmä pre veľké diely, opravárenské práce, a prostrediach s vysokým opotrebovaním.
Umožňuje tiež technikovi prispôsobiť hrúbku a zloženie úlohe.
Obmedzenia
Vybavenie je špecializované, prevádzkové náklady sú značné, a pórovitosť povlaku musí byť riadená. Ak proces nie je riadne kontrolovaný, môžu sa objaviť zvyškové napätia.
Bežné aplikácie
Tepelné striekanie sa používa v letectve, generovanie energie, morské systémy, kotly, komponenty motora, a ťažkých priemyselných zariadení.
12. Striekanie / Poťahovanie
Striekanie alebo náter sa vzťahuje na nanášanie tekutej farby, prášok, alebo materiály na báze polymérov na kovový povrch na zlepšenie ochrany a vzhľadu. Je to jedna z najbežnejších metód dokončovania v priemysle.
Pracovný princíp
Povlak sa atomizuje alebo elektrostaticky nanáša na povrch, potom sa vytvrdzuje alebo suší, aby sa vytvoril súvislý film.
V závislosti od formulácie, povlak môže byť navrhnutý tak, aby bol odolný voči korózii, UV stabilita, chemický odpor, alebo dekorácia.
Typický proces
Povrch sa najskôr očistí alebo predupraví otryskaním, fosfátovanie, alebo chemické umývanie. Najbližší, náterový materiál sa strieka alebo nanáša elektrostaticky.
Po tom, povlak sa vytvrdzuje sušením na vzduchu alebo ohrevom v peci. Konečná úprava môže zahŕňať leštenie alebo kontrolu.
Typy
Tekutá farba je široko používaná na povrchovú úpravu na všeobecné účely. Práškové lakovanie ponúka lepšiu odolnosť a nízke emisie VOC.
Polymérne povlaky, ako sú fluórpolyméry alebo polyuretánové povlaky, sa vyberajú pre chemickú odolnosť, nepriľnavé správanie, alebo ťažký servis.
Výhody
Metóda je flexibilná, nákladovo efektívny, a je kompatibilný so širokou škálou substrátov. Ponúka tiež veľa možností farieb a textúr, od matných až po vysoký lesk a textúrované povrchy.
Obmedzenia
Nedostatočná predbežná úprava môže viesť k odlupovaniu alebo odlupovaniu. Niektoré systémy vyžadujú tepelné vytvrdzovanie, ktoré nemusia vyhovovať komponentom citlivým na teplo.
Bežné aplikácie
Striekanie a nátery sú široko používané v karosériách automobilov, nábytok, spotrebiče, stavebné panely, priemyselné nádrže, a spotrebné výrobky.
13. Elektroforetický povlak
Elektroforetický povlak, často nazývané E-povlak alebo elektropovlak, je elektrochemický proces, ktorý nanáša častice farby rovnomerne na vodivý substrát.
Je obzvlášť dôležitý pri výrobe automobilov, pretože má vynikajúce pokrytie a ochranu proti korózii.
Pracovný princíp
Obrobok sa umiestni do kúpeľa obsahujúceho nabité častice farby. Pri použití napätia, častice migrujú smerom k opačne nabitému substrátu a vytvárajú koherentný film.
Po uložení, povlak sa vytvrdzuje, aby sa vytvoril hustý, ochranná vrstva.
Typický proces
Časť je vyčistená, fosfátované, a ponorený do poťahovacieho kúpeľa. Typické napätie sa pohybuje od 100 do 500 V, a uloženie často trvá len niekoľko minút.
Náter sa potom opláchne a vypečie pri teplote približne 160–200 °C, aby vytvrdil. Konečná hrúbka je zvyčajne asi 10-30 μm.
Typy
Katiónový E-povlak je najbežnejší a široko používaný na ochranu automobilov proti korózii.
Existujú tiež aniónové systémy, aj keď sú menej bežné a často sa používajú na dekoratívne alebo špeciálne účely.
Výhody
E-coating vytvára mimoriadne rovnomerné pokrytie, aj na ostrých hranách, výklenok, a vnútorné dutiny.
Poskytuje tiež silnú odolnosť proti korózii, kompatibilita automatizovanej výroby, a nízke emisie VOC.
Obmedzenia
Vyžaduje si to vodivé substráty a špeciálne vybavenie. Dostupný rozsah farieb je obmedzený, pokiaľ nenasleduje vrchný náter.
Bežné aplikácie
E-coating je široko používaný pre karosérie a diely vozidiel, kovové rámy, spotrebiče, ochranca, a priemyselné vybavenie.
14. Smaltovanie
Smaltovanie, tiež známy ako sklovitá sklovina, nanáša na kov povlak podobný sklu a spája ho pri vysokej teplote.
Výsledok je ťažký, vyhladiť, neporézny povrch so silnou odolnosťou proti korózii a zafarbeniu.
Pracovný princíp
Na substrát sa nanesie prášková sklenená frita, ktorý sa potom vypáli v peci pri teplote asi 700 – 900 °C. Smalt sa roztaví a spojí sa s kovovým povrchom, vytvára odolnú sklovitú vrstvu.
Typický proces
Kov je vyčistený a, v niektorých prípadoch, ošetrené základným náterom na zlepšenie priľnavosti.
Smalt sa potom nanáša striekaním, namáčanie, alebo kefovaním. Po vystrelení, povlak vychladne do tvrda, lesklý povrch.
Typy
Porcelánový smalt sa používa na domáce a dekoratívne výrobky. Priemyselný smalt je vyvinutý pre chemickú odolnosť a dlhodobú životnosť.
Liatinové smaltovanie sa spolieha na špeciálny základný náter, aby sa zabezpečilo spojenie.
Výhody
Povlak je mimoriadne odolný voči korózii, zahrievať, a zafarbenie. Je to aj hygienické, Ľahko čistiteľné, a dostupné v mnohých farbách a povrchových úpravách.
Obmedzenia
Proces si vyžaduje veľmi vysoké teploty a špeciálne vybavenie. Vrstva smaltu je tvrdá, ale krehká, takže náraz môže spôsobiť odštiepenie.
Bežné aplikácie
Smaltovanie sa používa v riadoch, pokles, rúry, vane, chemické nádrže, spotrebiče, znamenia, a dekoratívne architektonické panely.
15. PVD (Ukladanie fyzickej pary)
PVD je proces nanášania na báze vákua, ktorý nanáša tenké vrstvy, vysokovýkonné filmy na kovové alebo nekovové substráty.
Je cenený pre odolnosť proti opotrebovaniu, nízky trenie, precízny vzhľad, a silnú priľnavosť.
Pracovný princíp
Vo vákuovej komore, náterový materiál sa odparuje odparovaním, prskanie, alebo iónové pokovovanie.
Para potom kondenzuje na podklade, vytvára tenký film s hrúbkou približne 0,1–5 μm. Pretože proces prebieha vo vákuu, kontaminácia je minimálna a kvalita filmu je vysoká.
Typický proces
Časti sa najskôr vyčistia pomocou ultrazvukových alebo plazmových metód. Potom sa vložia do vákuovej komory, ktorý je evakuovaný na veľmi nízky tlak.
Cieľový materiál sa odparuje a ukladá na povrch za kontrolovaných podmienok. Tento proces môže produkovať vysoko dekoratívne povrchové úpravy alebo veľmi funkčné povlaky nástrojov.
Bežné nátery
Nitrid titánu vytvára zlatú farbu, povrch odolný voči opotrebovaniu. Nitrid chrómu ponúka vynikajúcu odolnosť proti korózii a oderu.
Uhlík podobný diamantu poskytuje nízke trenie a silné vlastnosti proti opotrebeniu. Zlaté povlaky sa používajú na vodivosť a prémiové dekoratívne aplikácie.
Výhody
PVD fólie sú husté, priľnavý, ťažko, a dostatočne tenké na zachovanie presných rozmerov.
Sú vhodné aj pre špičkové dekoratívne povrchové úpravy a majú priaznivý environmentálny profil, pretože zvyčajne zabraňujú toxickému odpadu z mokrej chémie.
Obmedzenia
Investícia do vybavenia je vysoká, ukladanie je relatívne pomalé, a hrúbka filmu je obmedzená. Čistota a kvalita vysávania sú rozhodujúce pre výkon.
Bežné aplikácie
PVD sa používa na rezné nástroje, lekárske nástroje, automobilový lem, elektronika, puzdrá na hodinky, letectvo, a presné mechanické diely.
16. CVD (Chemické usadzovanie)
CVD je pokročilý proces poťahovania, pri ktorom plynné prekurzory reagujú vo vyhrievanom prostredí za vzniku pevného filmu na substráte.
Je široko používaný tam, kde je vysoká čistota, odolnosť voči vysokej teplote, a vyžaduje sa výnimočná kvalita filmu.
Pracovný princíp
Reaktívne plyny sa zavádzajú do komory obsahujúcej substrát.
Pri kontrolovanej teplote a tlaku, tieto plyny sa rozkladajú alebo reagujú na povrchu za vzniku pevného povlaku, ako je karbid kremíka, karbid titánu, alumina, alebo diamantom podobné filmy.
Hrúbka povlaku sa môže meniť od zlomkov mikrometrov až po desiatky mikrometrov, v závislosti od aplikácie.
Typický proces
Podklad sa vyčistí, naložené do komory, a zahreje sa na potrebnú teplotu spracovania. Potom sa zavádzajú plynné prekurzory a nosné plyny.
Reakcia prebieha definovaný čas, kým sa nedosiahne cieľová hrúbka. Po uložení, diel je ochladený a môže sa ďalej dokončovať.
Typy
Nízkotlakové CVD sa široko používa v elektronike a presných povlakoch. Atmosférický tlak CVD je užitočný pre priemyselné nanášanie vo veľkom meradle.
Plazmou vylepšené CVD znižuje požadovanú teplotu a je vhodné pre substráty citlivejšie na teplo. Diamantové CVD sa používa na rezanie a opotrebenie vyžadujúce extrémnu tvrdosť.
Výhody
CVD produkuje hustotu, jednotný, vysoko čisté nátery s vynikajúcou priľnavosťou.
Dokáže vytvárať pokročilé keramické a diamantové filmy s vynikajúcou tepelnou odolnosťou, chemický, a mechanický výkon.
Obmedzenia
Proces často vyžaduje vysoké teploty, sofistikované vybavenie, a prísne kontroly nakladania s plynom. Niektoré prekurzory sú nebezpečné, a procesné okná sú úzke.
Bežné aplikácie
CVD sa používa pri výrobe polovodičov, letectvo, nástroje, nosiť, chemické vybavenie, a pokročilé systémy tepelnej bariéry.
Záver
Povrchová úprava kovov nie je kozmetický nápad; je to základná inžinierska disciplína, ktorá určuje, ako spoľahlivo komponent funguje v prevádzke.
Od lacného mechanického čistenia až po pokročilé vákuové nanášanie, každý proces rieši iný problém.
Niektoré zlepšujú priľnavosť, niektoré zvyšujú odolnosť proti korózii, niektoré zvyšujú tvrdosť, a iné poskytujú estetickú hodnotu alebo funkčnú presnosť.
V praxi, najlepšia úprava je taká, ktorá zodpovedá podkladu, geometria, prevádzkové prostredie, a výkonnostný cieľ.
Nádrž na potraviny z nehrdzavejúcej ocele môže vyžadovať pasiváciu a elektrolytické leštenie. Konštrukčný oceľový nosník môže vyžadovať žiarové zinkovanie. Hliníková letecká časť môže vyžadovať eloxovanie.
Rezný nástroj môže vyžadovať PVD alebo CVD. Ozdobný spotrebný výrobok môže mať prospech z pokovovania, poťahovanie, alebo smaltovanie.
Ako výrobné štandardy neustále rastú, povrchové inžinierstvo zostane ústredným prvkom kvality produktov, spoľahlivosť, a kontrola nákladov počas životného cyklu.
Schopnosť vybrať si, kombinovať, a optimalizácia povrchových úprav je preto jednou z najdôležitejších schopností moderného materiálového inžinierstva.
