Anorganické povlaky

Anorganické povlaky
ANORGANICKÉ NEKOVOVÉ
POVLAKY
Princip - chrání bariérově, případně pasivací
– Povlaky vytvořené chemickou reakcí kovového
povrchu (konverzní povlaky)
– Nátěrové hmoty jejíž základem je anorganická látka
Konverzní povlaky (chemická, el.chemická
reakce kovu s prostředím)
–
–
–
–
–
–
Jako mazadla při tváření kovů
Elektroizolační vlastnosti
Ozdobná funkce
Odolnost proti otěru
Odolnost proti korozi (mezivrstva)
Barvení kovů
2
ANORGANICKÉ NEKOVOVÉ
POVLAKY
Provedení:
– Ponorový postup do roztoků kovových solí
– Postřikový postup – velké předměty
– Vyvařování vroucí roztoky kovových solí +
prášek kontaktního kovu
– Kontaktním způsobem (např. elnegativní Al, Zn)
– Redukční – kovové soli + další roztoky
5 – 10 min/50 – 60 oC
3
ANORGANICKÉ NEKOVOVÉ
POVLAKY
Fosfátové povlaky – nerozpustné fosforečnany zinku,
železa, manganu
– Jednoduchý, levný způsob
– Ochranná účinnost závisí na druhu a tloušťce povlaku
(0,1 až 10 µm)
– Účinnost krátkodobá (např. jen 10 h)
– Mokrý proces (kov + kyselina fosforečná/fosforečnany,
oplach demineralizovanou vodou)
– Plošná hmotnost 10 – 60 / 150 - 300 g·m-2
– Fosfátové vrstvy lze „impregnovat“ – vodní sklo
– Vrstvy odolné proti mořské vodě
– Kluzné vlastnosti (manganový fosfát)
4
ANORGANICKÉ NEKOVOVÉ
POVLAKY
Chemické oxidace
– Černění/Hnědění ocel/litina (oxidace ve vodních
roztocích)
– Barvení neželezných kovů (persulfát sodný, uhličitan
sodný)
– Chromátování* – pasivace povrchu, PKO, lepší
přilnavost (kyselina chromová)
Povlaky odolnější než fosfátový povlak
Tloušťka vrstvy 0,01 – 0,5 µm
Zbarvení bezbarvé/žlutozelené/zelené
Ekologicky závadná technologie (šestimocný chrom)
Pasivace povrchu (Cu/mosaz), snížení korozní aktivity kovu
– Bömitování (vytvoření Al2O3 za vyšších teplot tl. 0,5 1,5 µm)
5
ANORGANICKÉ NEKOVOVÉ
POVLAKY
Chemické oxidace
– Anodická oxidace (elektrochemický proces, rozpuštění
Al na anodě, vzniklé OH- vytváří Al(OH)3
• Eloxování v kyselině sírové (ss., st. proud)
• Eloxování v kyselině chromové (protikorozní odolnost)
–
–
–
–
–
Snížení korozního napadení Al (záleží na čistotě Al)
Utěsnění pórů
Podbarvování organickými barvivem*
Tvrdé eloxování (až 150 µm)
Odolnost proti průrazu (5 – 40 kV/20 – 40 kV)
6
ANORGANICKÉ NEKOVOVÉ
POVLAKY
Anorganické nátěrové hmoty
Pojivo má čistě anorganický charakter
• Povlaky z vodního skla
• Povlak na bázi kyseliny křemičité
• Povlaky z portlandských cementů (Antikon)
Struktura reaguje s kyselou složkou atmosféry dřív než
kov
Přednosti:
» Lze nanášet na vlhký/zkorodovaný povrch
» Lze zhotovovat při 0 – 40oC/>85%
» Působí částečně jako protipožární ochrana
» Je netoxický (nádrže na vodu)
7
ANORGANICKÉ NEKOVOVÉ
POVLAKY
Anorganické nátěrové hmoty
Nedostatky:
−Estetický vzhled
−Životnost snížená v kyselém/suchém
prostředí
−Podléhá ÚV záření
8
KERAMICKÉ POVLAKY
Nekovové anorganické povlaky vytvářející
celistvé natavené vrstvy na podkladovém
kovu (bariérový efekt)
Smaltové povlaky* zaručují PKO v prostředí:
– Organických, anorganických kyselin
– Vody, horké páry kondenzátů, min. vod
– Alkalických roztoků
– Kondenzátů H2SO4 (nízkoteplotní koroze)
– Plynných halogenů
9
KERAMICKÉ POVLAKY
Vlastnosti pozitivní
– Chemická a barevná stálost
– Odolnost proti nízkým (- 50oC) a vysokým
(90 oC)
– Odolnost proti změnám teplot
– Hygienická nezávadnost
– Odolnost proti abrazi
– Vysoká pevnost v tlaku (500-800 N.mm-2)
– Vysoká tvrdost
10
KERAMICKÉ POVLAKY
Vlastnosti negativní
– Křehkost
– Neopracovatelnost (svařování)
– Neopravitelnost (poškození úderem)
Rozdělení smaltů
– Základní (mezivrstva mezi kovem a vrchním
povlakem)
– Krycí (vykazuje příslušné vlastnosti)
• Zakalené (lze barvit na pastelové odstíny)
• Transparentní
11
KERAMICKÉ POVLAKY
Rozdělení smaltů
– Jednovrstvé
• Ekonomicky výhodnější
• Slabší vrstva (menší vnitřní pnutí)
– Vícevrstvé (základní + krycí)
Technologie smaltování
– Předběžná úprava povrchu (odmašťování,
žíhání, tryskání)
– Příprava frity
Frita – rozemletá, zhomogenizovaná sklovina s
přísadami (jíl, křemen, barvítko)
12
KERAMICKÉ POVLAKY
Technologie smaltování
– Nanášení smaltu
• Mokrý proces (máčení, stříkání, polévání)
• Suchý proces (aplikace smaltového pudru 0,6 –
0,8 mm)
• V elektrostatickém poli
– Sušení smaltu (nanesený mokrým
způsobem)
• Komorové/tunelové sušárny
• Sušící teplota 60 – 100 oC
13
KERAMICKÉ POVLAKY
Technologie smaltování
– Vypalování smaltu
Převedení pórovitého biskvitu do sklovitého povlaku
V tunelových pecích
– Základní smalty (850 – 860 oC)
– Chemicky odolné smalty (až 900 oC)
Úspěšnost smaltování
–
–
–
–
–
–
Povrch hladký, bez pórů a trhlinek
Vhodné pro vyduté a rovné plochy
Sváry dokonale přivařeny
Tepelné stíny, zdvojený materiál
Zaoblené hrany (odpraskávání smaltu)
Konstrukce z jednoho kusu (dostatečná tuhost)
14
TERMODIFUZNÍ POKOVOVÁNÍ
Princip
Pronikání atomu cizího prvku do krystalické
struktury kovu
15
TERMODIFUZNÍ POKOVOVÁNÍ
Uplatnění difúzních jevů
– Z tuhé fáze do tuhé fáze
• Plátování válcováním za tepla
• Difúzní spojování mědi s ocelí
• Slinování metalizovaného povlaku
– Z tekuté fáze do tuhé fáze
• Ponorové (pozinkování, pohliníkování,
pocínování)
• Zatavování galvanických povlaků (odstranění
pórů u cínových povlaků)
• Plátování obléváním tekutým kovem
• Alumetování
16
TERMODIFUZNÍ POKOVOVÁNÍ
Uplatnění difúzních jevů
– Z plynné fáze do tuhé fáze
Úprava železa difúzí Zn, Al, Si, Ti, Mo, Cr Q
Difúzní chromování
– Ochrana proti korozi/oxidaci
– Ochrana proti opotřebení
» Předběžná povrchová úprava
» Fluidní vrstva ferochromu
» Převálcování (zpevnění vrstvy)
» Žíhání při teplotě 900 oC
» Množství vyloučeného Cr (až 20 – 30%)
17
TERMODIFUZNÍ POKOVOVÁNÍ
Uplatnění difúzních jevů
– Z plynné fáze do tuhé fáze
Difúzní chromování
ochrana proti korozi, oxidaci, opotřebení
kvalitu procesu ovlivňuje
– Čistota výchozích surovin
– Legující přísady oceli
Difúzní boridování
vysoká povrchová tvrdost (diamant)
– Sycení povrchu v plynném stavu
– Sycení povrchu v pevném skupenství
» Zásyp amorfním borem (B4C + aktivační složka NH4Cl)
» Teplota 900 oC
» Nárůst povrchové vrstvy 10 – 20 µm (obtížné opracování
18
TERMODIFUZNÍ POKOVOVÁNÍ
Uplatnění difúzních jevů
– Z plynné fáze do tuhé fáze
Difúzní titanování (chlorid titanu)
Ochrana proti korozi v chemickém průmyslu
Difúzní beryliování (působením chlorovodíku na součásti
zasypané feroberyliem)
Ochrana proti korozi
Difúzní křemíkování (3 % Si)
Protikorozní ochrana, speciální aplikace
Difúzní zinkování
Protikorozní ochrana
– Malý nárůst tloušťky
– Nezalévání dutin
– Povrch bez pórů
19
TERMODIFUZNÍ POKOVOVÁNÍ
Uplatnění difúzních jevů
– Z plynné fáze do tuhé fáze
Difúzní zinkování
– Difúzní zinkování z práškové směsy (sherardování)
Otočný buben s práškovým Zn + SiO2
Zahřátí na teplotu 360 – 400 oC/ 0,5 – 2 h
– Difúzní zinkování z par Zn
V uzavřených nádobách při teplotě 870 oC
Difúzní hliníkování
Povrch odolný proti vysokým teplotám
– Kalorizace
Zásyp práškovým Al s urychlovačem zahřátí na
teplotu 900 oC
20
TERMODIFUZNÍ POKOVOVÁNÍ
Uplatnění difúzních jevů
– Z plynné fáze do tuhé fáze
Difúzní hliníkování
– Alitace
Zásyp feroaluminiem (50 – 60 % Al)
– Alumetace
» Metalická vrstva Al (0,3 – 0,5 mm)
» Vrstva vodního skla (ochrana Al před spálením)
» Tepelné zpracování 900 – 1000 oC
» Po zchladnutí oprýskání vodního skla
21
CHEMICKO-TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ
Princip
Difúzní sycení povrchu kovy/nekovy a
tepelné zpracování s cílem dosáhnout
rozdílné vlastnosti povrch – jádro
Mechanizmus
– disociace, adsorpce, difúze
– jako aktivní prostředek – látky plynné,
kapalné a tuhé (sypké)
22
CHEMICKO-TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ
Cementování
Vysoká tvrdost povrchu proti opotřebení –
houževnaté jádro
Vhodný materiál – ocel s 0,1 – 0,3% C
– Cementování v sypkém prostředí
Mleté dřevěné uhlí + 7 až 20 % uhličitanu
barnatého, teplota 850 – 950 oC
– Cementování v plynném prostředí
Směs plynů CO, CO2, CH4, H2, H2O
– Cementování v kapalném prostředí
Roztavené chloridové sole s přísadami kyanidů
23
CHEMICKO-TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ
Cementování
Hloubka cementové vrstvy 0,5 – 1,5 µm
1 – lázeň
2 – plyn
3 - prášek
24
CHEMICKO-TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ
Nitridování
– Nasycení povrchu oceli N (velmi tvrdá
vrstva) bez následného tepelného
zpracování
– Koncentrace dusíku 12 % (zdroj čpavek)
– Teplota nitridace 500 oC
– Tloušťka nitridové vrstvy 0,2 – 0,6 µm
25
CHEMICKO-TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ
Nitrocementování/karbonitridování
Sycení povrchu oceli C a N (uhlovodík,
čpavek)
Převaha C – nitrocementace
teplota 820 – 840 oC
tloušťka 0,3 – 0,4 µm
N - karbonizace
teplota 600 – 630 oC
tloušťka 0,05 µm
26
CHEMICKO-TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ
1 – nitridování
3 - nitrocementování
2 – karbonitridování 4 - cementování
27
IONTOVÁ NITRIDACE
Důvody
• Zvýšení tvrdosti povrchu proti oděru
• Částečně jako PKO
Nitridační vrstva:
– Vrchní vrstva (bílá vrstva)
– Difúzní vrstva
– Specifické vlastnosti povrchu
28
IONTOVÁ NITRIDACE
29
IONTOVÁ NITRIDACE
Volbou parametrů lze docílit:
• Povrchy odolné proti otěru
• Povrchy s mechanickými vlastnostmi
(únava)
• Protikorozní povrchy
Vlastnosti určuje složení bílé povrchové
vrstvy
30
POVLAKOVÁNÍ VE VAKUU
Důvody
• Tenké funkční vrstvy (0,3 – 2 µm)
• Tvrdé vrstvy odolné proti abrazi (1,5 - 5 µm)
• Protikorozní vrstvy (5 – 20 µm )
Základní technologie:
– PVD Physical Vapour Deposition
– CVD Chemical Vapour Deposition
Vlastnosti povlaků mohou být při shodném
složení stejné
31
POVLAKOVÁNÍ VE VAKUU
Chemické povlakování z plynné fáze (CVD)
– Chemická reakce na rozhraní mezi plynnou
fází a pevnou podložkou
– Hlavní použití – zušlechtění rychlořezných,
korozivzdorných ocelí
32
POVLAKOVÁNÍ VE VAKUU
Chemické povlakování z plynné fáze (CVD)
– Výhoda – povlaky se vytváří i v dutinách
– Nevýhoda – další speciální úprava (např. ocel
žíhání ve „vakuu“)
33
POVLAKOVÁNÍ VE VAKUU
Fyzikální povlakování (PVD)
34
POVLAKOVÁNÍ VE VAKUU
Fyzikální povlakování (PVD)
Převedení kovu do plynné fáze, následná
kondenzace kovu
Používané technologie
• Napařování ve vakuu (odpařování – odporový
ohřev, oblouk)
35
POVLAKOVÁNÍ VE VAKUU
Fyzikální povlakování (PVD)
Používané technologie
• Iontové povlakování (předmět katoda, zvýšená
kinetická energie pozitivních iontů
36
POVLAKOVÁNÍ VE VAKUU
Fyzikální povlakování (PVD)
Používané technologie
• Iontové „plátování“ (kov odpařován elektronovou
tryskou
37
POVLAKOVÁNÍ VE VAKUU
Fyzikální povlakování (PVD)
Iontová implantace (zavádění materiálů ve
formě urychlených iontů (100 keV) do hloubky
100 nm
Výhody:
• Ovlivnit vlastnosti materiálu (opotřebení, tření,
PKO)
• Libovolný prvek do libovolného materiálu
• Technologie bez vysokých teplot
• Nenastávají rozměrové změny
• Technologie bez dodatečných úprav
• Bez dopadů na životní prostředí
38
POVLAKOVÁNÍ VE VAKUU
Fyzikální povlakování (PVD)
Nevýhody:
• Modifikovaná vrstva je velmi tenká
• Paprsková technologie
• Vysoká cena implantátu
39
JINÉ TECHNOLOGIE
Vytváření povlaku pomoci laserova paprsku
Postupy:
– Roztavení přídavného materiálu na povrchu, vznik
slabé vrstvičky
– Kromě přídavného materiálu se nataví i do značné
hloubky i základní materiál
Výhody:
–
–
–
–
–
Možnost vytvářet povlaky z nejrůznějších slitin
Povlaky na přesně definovaných (funkčních) plochách
Dokonalá přilnavost
Snadná automatizace procesu
Ekologicky nezávadný proces
40
JINÉ TECHNOLOGIE
Nevýhody:
– Nutnost mechanické úpravy povrchu
– Vysoká zbytková pnutí v povlacích, případně
přilehlých vrstvách
– Vysoké pořizovací náklady
41