TEP POVRCHOVÝCH OCHRAN A ÚPRAV

- význam a účel povrchových ochran a úprav

- technologie a druhy ochran a úprav

- koroze a možnosti ochrany proti korozi

- TEP tvorby organických vrstev z KF

- TEP tvorby organických vrstev z PF

význam a uplatnění povrchových ochran a úprav - všechna průmyslová odvětví ( elektrotechnika, strojírenství…) zvýšení kvality součástek a dílců, cca 10 % výrob. nákladů - povrchové ochrany a úpravy - užitná hodnota, úspora materiálu - ekologie, hygiena práce ( pozornost )

účel - ochrana proti vnějším vlivům - agresivní látky, klimatické vlivy - koroze

- zlepšení nebo změna funkce základního materiálu - tvrdost, tření, el. izolace, reflexe - absorpce záření, el. vodivost, tepelná odolnost, renovace povrchu, biokompatibilita ….

- estetické vlastnosti - design výrobku , prodejnost , konkurenceschopnost

technologický proces - postupně :

- příprava povrchu základního substrátu očištění, odmaštění ( adheze ) mechanicky - broušení, kartáčování, otryskání, leštění, zdrsnění …. chemicky - odmaštění, odrezení, leptání (moření) …. někdy + ultrazvuk - vytvoření povrchové úpravy - tvorba funkční vrstvy

FUNKČNÍ VRSTVY jako : - přídavné ( povlaky ) - rozměry, hmotnost - v praxi velmi často

- konverzní ( úprava základního materiálu ) - beze změn rozměrů a hmotnosti

- fyzikálně ( difúze, iontová implantace …. ) povrchové legování ( Zn,Cr,Al…) - chemicky ( oxidy, fosfáty, nitridy …. ) u kovových součástí vznik chemické sloučeniny na povrchu ( např. Al2O3 )

PŘÍDAVNÉ VRSTVY - dle materiálu vrstvy : kovové ( cca 20 % všech přídavných vrstev ) - různé TEP tvorby

- chemicky (bezproudově), galvanochemicky - cca 60 % - ( PCB, kontakty … ) - ponorem do roztavené lázně - cca 22 % - ( Zn - ocel, Sn - vodiče … ) - žárový nástřik (šopování) - cca 16 % - (ochrana ocel. konstrukcí, renovace…) - vakuové ( PVD, CVD ) - cca 2 % - ( Au, Al, Ag, Cu - elektronické prvky …)

Zařízení pro chemické nebo galvanochemické vytváření vrstev - Cu,Ni,Zn,Ag,elox …

nekovové - anorganické ( smalty – zprac. z KF, PF ), slinování T , tloušťka , spec. součásti (vysoké teploty, agresivní atmosféry…) - organické ( synt. polymery – v praxi nejčastěji ( cca 80 % ), tj. plasty ) pro různé účely nátěrové hmoty (laky) - zpracování z KF prášky - zpracování z PF

KOROZE ( kovy ) – degradační děj, fyz.chemická povaha , kinetika závisí :

- prostředí ( korozní agresivita ) teplota (změny), H2O - vlhkost (orosení), nečistoty

v atmosféře (plyny - SO2 , NOx , O3, NH3 , CH4

a prach - částice PF )

- korozní odolnost součásti čistota materiálu, kombinace materiálů (slitiny - gal.čl.),

pnutí (svary), tvarové uspoř. (hrany, štěrbiny …),

povrchová úprava – ochranná vrstva nejčastější

způsob zvýšení korozní odolnosti součásti

OCHRANA PROTI KOROZI VRSTVAMI - podle působení:

- pasivní vrstvy - oddělují chráněný povrch od koroz. prostředí , různé druhy

požadavek – kompaktnost, vysoká korozní odolnost ( Ni, Cr,

polymery, smalty…)

- aktivní vrstvy - kovové , během korozního děje - galvanochem. proces, rozdílné

elektrochem. potenciály katodická ochrana (i poškozená vrstva)

např. dvojice Fe Zn - chráněný povrch (ocel +),

přednostní rozpouštění katody (chránicí vrstva Zn -)

dlouhodobá ochrana ( až 50 let, např. zemnicí dráty, pasy )

Standardní potenciály kovů [ V ] proti neutrální H2 elektrodě

Mg - 2,37 Cu + 0,34

Al - 1,66 H2 Ag + 0,88

Ti - 1,63 Au + 1,36

Zn - 0,76 chrání Fe

Fe - 0,44 nechrání Fe

Sn - 0,13

ocel

Znporucha vrstvy

TEP ORGANICKÝCH VRSTEV ( polymery např. EP, PUR, UPS , PA, deriváty celulózy …)

- v praxi nejrozšířenější, různý účel ( koroze, funkce, design ) – mnohostranné využití, vlastnosti , cena - vazba na substrát - adhezní ( většinou ) - fyzikálně chemická ( silnější )

- výchozí zpracovatelský stav polymeru ( KF,PF ) určující pro způsoby depozice

1. KF ( KAPALINA ) – nátěrové hmoty :

rozpustidlové ( roztoky, disperze ) - sušina (cca 50 % polymer – syntet., přírod., pigment, plnivo - těkavá složka (ředidlo, rozpouštědlo) funkční stav vrstvy ( KF PF ) - ztráta těkavé složky vysušením kvalita, cena

bezrospustidlové ( bez těk. složky - 100 % sušiny ) – monomerní stav látky, nízká viskozita funkční stav vrstvy ( KF PF ) - změna M kvalita, cena

TVORBA VRSTEV (depozice) – mater. substrátu, druh výrobku, rozměry, účel …

- ruční - štětec, válec, tampon, sítotisk – kvalita, produktivita ( 10 m2 / 8 hod )

- stříkání pistolí – ruční, automatické – pneumatické, mechanické systémy

- strojní nástřik v elektrostatickém poli – mechanický, pneumatický rozstřikovač, kvalita

nízké ztráty plastu

Ruční pneumatická stříkací pistole Nástřik v elstat. poli VN – mechanický rozstřikovač

-

-

- máčení - vany ( větší ), uzavřené bubny ( malé ) součásti - jednorázově

- polévání - tryska - nižší ztráty laku ( vrstvové, hmotové rezistory )

- kontinuální protahování lázní - dlouhé substráty ( lakované dráty pro vinutí )

- elektroforetické nanášení - hygienicky nezávadný TEP (H2O disperze), adheze vrstvy ,

kompaktnost, malá tloušťka ( 30 µm )

kovový substrát – elektroforetická vana s disperzí – el. pole vznik

elektroforézy – směrovaný pohyb pevných částic v kap. prostředí k elektrodě

částice plastu ( PF ) + dispergovadlo ( H2O ) koloidní roztok disperze (KF)

0,001 až 0,1µm (polymer, monomer) unipolární nabití stabilita disperze

těkavé ( H2O, trichloretylen… nezůstanou součástí vrstvy )

dispergovadlo

polymerovatelné ( součástí vrstvy – elektropolymerace )

Uspořádání - kataforéza , anoforéza

Př. Anoforéza

katoda - H2O disperze v kovové vaně (nebo elektroda v nekovové)

anoda - kovové substráty na závěsech - pohyb lázní ( t řád. minuty )

transport nabitých částic k povrchu růst vrstvy, dokonalé pokrytí (kompaktní vrstva ,

hrany, dutiny…) – růst ukončen (el. izolace povrchu)

přednostní tvorba vysoká E ( hrany, okraje… ) – odtud růst vrstvy – největší tloušťka

(výhoda)

Uss = 10 ÷ 550 V , j = 10 ÷ 100 A.m-2 , režim při konst. U (častěji), resp. I

kontinuální ( malé substráty )

uspořádání procesu

cyklické ( velké předměty – ponor do vany )

Anoforéza v kontinuálním uspořádání Průběh tvorby povlaku

požadavek - udržování složení a homogenizace (míchání) lázně -

5 až 15 % částice, zbytek deionizovaná H2O, pH lázně 7 (neutrální)

dokončení TEP (po vyjmutí z lázně) – oplach, vysušení (vytvrzení) teplem

10

20

U

I

μm

2 4 6 min

10

20

Elektroforetická tvorba vrstev - hodnocení

výhody - nízké ztráty plastu, rovnoměrné pokrytí (hrany, nestéká), regulace tloušťky ( j, t ),

nezávadnost (H2O), automatizace TEP

nevýhody - pouze 1 vrstva (mech. poškození) , nároky na kontrolu lázně

užití - elektotechnika ( konstrukční díly - koroze, izol. vodičů - lze nanášet i minerály … )

- strojírenství ( automobilový průmysl …)

Elektropolymerace ( méně často )

- lázeň (emulze H2O + částice plastu jako monomer) , nabití částic - polymerace během

usazování na povrchu, velmi tenké kompaktní vrstvy 0,5 ÷ 30 µm , delší čas tvorby

2. PF ( PEVNÁ FÁZE ) – vrstvy z jemných plastových prachů

- termoplasty, reaktoplasty – částice 50 až 80 µm ( práškové nátěrové hmoty PU, EP .. )

- tloušťka vrstev 0,1 až 1 mm

- 100 % sušiny (plast, plnivo, pigment - bez těkavé složky)

- nízké ztráty, ekolog. nezávadné TEP, kvalita vrstev, možnosti pigmentace

ohřáté substráty – fluidní nanášení

depozice ionizační

studené substráty – nástřik v elstat. poli VN

elektrokinetické

fluidní nanášení

- fluidizační vana, vznos prachu (ztekucení) v proudu plynu (vzduch, N2 …),

vložení předehřátých substrátů (130°), záchyt částic ( t ), vyjmutí, termické dokončení

vrstvy při T (180° až 200°) slinutí prachové vrstvy ( Tf , někdy změna M )

- na menší součásti, např. pouzdření el. součástek, HIO, drážková izolace …

Postup při fluidním nanášení

před přivedením

tlakového plynu

zdvih

po přivedení

tlakového plynu

hustota prachu

ohřev substrátů

přilnutí vrstvy

prachu na substrát

Linka pro fluidní nanášení práškových barev – předehřívání, fluidizační vana, dokončení ( T ) , závěsný dopravník ( taktovaný )

nástřik prachu v elstat. poli VN

- silové účinky el. pole, směrovaný pohyb částic na studený substrát vodivý (nevodivý)

ionizační ( zdroj Uss cca 60 kV, koróna kolem katody )

- nabíjení plastových částic

elektrokinetické ( třením, bez zdroje VN, souč. trend )

Nástřik prachu při ionizačním nabíjení VN

-

- tlakový plyn

Elektrokinetický rozprašovač

tření – triboelektrický efekt, Helmholtzovy

dvojvrstvy – el. náboj (+ - )

- nabíjení prachu (kombinace mechanizmů)

ionizace plynu (vzduch) v okolí influenční el.

- triboelektrická řada plastů ( příklad – 18 materiálů )

+ PPO, PU, EP, PMMA, PC, ………… PVC, PTFE -

Nástřik prachu při elektrokinetickém nabíjení

často

trubice PTFE

prach EP

Elektrokinetická stříkací pistole s vrchním plněním práškového plastu

KFnejkvalitnější povlaky – kombinace elektroforéza + nástřik v EP (zesílení)

PF

1 zavěšování dílců na dopravník

2 úprava povrchu

3 sušení vzduchem

4 elektroforéza

5 oplach vodou

6 sušení vzduchem

7 schnutí (vytvrzení) vrstvy

8 chladnutí

9 nástřik (zesílení) hran

10 nástřik v EP - prach, kapalina

11 evaporace

12 schnutí (vytvrzení) IČ zářením

13 chladnutí

14 snímání z dopravníku

Schéma uspořádání kombinované povlakovací linky ( elektroforéza – nástřik v EP )

Velká linka pro nanášení práškových barev – systém TRIBO, výkon až 100 m2/ hod

Kostra asynchronního motoru po vyjmutí z lakovací linky

Ukázka zařízení ruční práškové lakovny

Ukázka zařízení ruční práškové lakovny

Ukázka zařízení ruční práškové lakovny

Části rozváděčů po provedení ochranné vrstvy v ruční práškové lakovně