10.12 Obróbka powierzchni

Anodowanie

Anodowanie jest jedną z najczęściej stosowanych metod obróbki elektrochemicznej powierzchni alumi- nium. Proces ten polega na powiększaniu naturalnej warstwy tlenkowej wytwarzanej podczas kąpieli elektrolitycznej. Warstwa ta zmienia się w stabilny związek chemiczny Al₂O₃. Dostosowując odpowiednie pa- rametry procesu można uzyskać grubość powłoki od 5 do 25 μm oraz kolory organiczne, nieorganiczne, elektrolityczne. Proces ten przeprowadza się w wannie z elektrolitem, w której element poddawany obróbce jest anodą, a kwas siarkowy lub chromowy pełni rolę katody. Podczas elektrolizy, po przyłożeniu do elektrod napięcia stałego, wydziela się tlen, który reagując z metalem, tworzy twardą powłokę tlenku. Anodowanie stosuje się zazwyczaj do aluminiowych elementów w celu podwyższenia ich odporności na korozję. Za pomocą odpowiednich barwników warstwa Al₂O₃, która całkowicie pokrywa dany detal, może zmienić kolor, co jest często wykorzystywane jako rodzaj estetycznego wykończenia powierzchni np. na kolor czerwony.

Cynkowanie

To określenie odpowiada za różnego rodzaju procesy mające na celu naniesienie warstwy czystego cynku na stal. Celem każdego z typów cynkowania jest zabezpieczenie podłoża przed korozją na tak długo, jak tylko to możliwe. Cynkowanie galwaniczne jest metodą najczęściej wykorzystywaną przez ELESA+GANTER i polega ona na kąpieli w wannie wypełnionej elektrolitem, gdzie pokrywany detal pełni rolę katody, a element z czystego cynku funkcję anody. W zależności od parametrów procesu, grubość naniesionej warstwy cynku mieści się w przedziale od 2,5 do 25 μm. Cynkowanie galwaniczne jest procesem znormalizowanym i zawiera się w normie DIN 50979, stosuje się je głównie w celu zabezpieczenia przed korozją elementów o małych gabarytach. Warstwa cynku znajdująca się na powierzchni, w odpowiednich warunkach otoczenia, może również ulegać korozji, której skutkiem jest kolejna pasywacja (biała rdza) chroniąca cynk przed dalszą korozją. Dodatkowo, stosuje się procesy wolne od chromu (VI) tworzące zabezpieczenie w postaci warstwy chromu, która znacznie polepsza własności antykorozyjne cynkowej powłoki. W procesie tym możliwe jest również dodanie różnego rodzaju barwników.

Chromowanie

Powłoki chromowe o grubości od 8 do 10 μm są stosowane w celach dekoracyjnych i w firmie Elesa+Ganter są dostępne jako błyszczące lub matowe. Chromowanie jest jednym z procesów galwa- nicznych. Jony chromu są dostarczane z roztworów na bazie kwasu chromowego. W celu uzyskania optymalnego efektu, przeważnie stosuje się kombinację warstw, gdzie chromowanie jest zawsze warstwą wierzchnią. Dla przykładu, Elesa+Ganter stosuje chromowanie dwuwarstwowe, w którym pierwsza warstwa jest na bazie niklu, a druga (na górze) na bazie chromu. Czasami przeprowadza się proces trójwarstwowy, podczas którego pierwsza warstwa to miedź, druga nikiel, a warstwa wierzchnia jest chromowa. Chromowanie w porównaniu do innych powłok elektrolitycznych jest dość kosztowne. Dodatkowo wymaga zaangażowania znacznych środków w bezpieczeństwo oraz ochronę środowiska, ponieważ elektrolit jest na bazie chromu (VI). Rozwiązania alternatywne w postaci elektrolitu na bazie nietoksycznego chromu (III) są ciągle w fazie testów.

Czernienie (oksydowanie)

Proces ten powoduje powstanie warstwy w kolorze czarno-brązowym, która w podstawowym stopniu zapobiega przed korozją. Z tego powodu, czernienie jest stosowane zazwyczaj w celu poprawienia estetyki lub ułatwieniu procesu magazynowania. W momencie zanurzenia elementu we wrzącym roztworze konkretnych wodorotlenków, reakcja chemiczna tworzy na powierzchni warstwę tlenków (oksyda), będącą mieszaniną FeO oraz Fe₂O₃ o maksymalnej grubości 1,5 μm. W wyniku reakcji jest utleniana powierzchnia metalu, a nie nakładana dodatkowa powłoka, co sprawia że wymiary elementu nie ulegają zmianie. Powstała podczas tego procesu warstwa jest odporna na temperaturę do 300 °C, dodatkowo wykazuje odporność na ścieranie i zginanie, jednakże ze względu na swoją porowatość nie jest w stanie zapewnić adekwatnej ochrony przed korozją. Ochrona ta, może zostać uzyskana poprzez inne powłoki, dla których warstwa oksydowana jest podkładem. Proces czernienia jest zestandaryzowany i opisany przez normę DIN 50938.

Czernienie (oksydowanie) parą wodną

Ten proces jest stosowany między innymi jako dodatkowa obróbka po procesie hartowania elementów spiekanych, dla których czernienie z wykorzystaniem roztworów soli nie jest możliwe. Podczas tego procesu, element wykonany ze spieku stali jest poddany działaniu pary wodnej o temperaturze przekraczającej 350°C. Rezultatem czego jest jednorodna cienka warstwa tlenku o grubo- ści około 1 μm. Czernienie stali parą wodną zabezpiecza powierzchnię przed korozją jedynie w niezna- cznym stopniu.

Elektropolerowanie

Ten elektrochemiczny proces obróbki zmniejsza chropowatość powierzchni oraz usuwa niejednorodność, mikro pęknięcia i inne defekty w skali mikrostrukturalnej obrabianego elementu ze stali nierdzewnej. Elektropolerowany przedmiot zanurzony jest w wannie zawierającej specjalny elektrolit i pełni on funkcję anody. Po przyłożeniu odpowiedniego napięcia następuje rozpuszczanie metalu, czyli wygładzenie powierzchni. Specyfika procesu elekropolerowania polega na tym, że rozpuszczeniu w elektrolicie podlegają wyłącznie te fragmenty powierzchni wyrobu, które są wyniesione ponad średnią w skali mikroskopowej. Elektropolerowanie nie zmienia struktury makroskopowej powierzchni. Zachowaniu ulegają, nawet bardzo subtelne części detalu, natomiast powierzchnia zostaje wygładzona i nabiera połysku. Poza dekoracynymi zastosowaniami, proces ten jest wykorzystywany w stosunku do elementów z branży chemicznej, medycznej, przemysłu spożywczego oraz opakowań.

Malowanie proszkowe

Malowanie proszkowe jest głównie stosowane w odmianie elektrostatycznej. W metodzie tej, proszek zawierający zabarwiony termoplastyczny polimer lub żywice epoksydowe, poliestrowe, akrylowe zawiera- jące specjalny czynnik wiążący jest nanoszony na powierzchnie elementu malowanego. Wewnątrz dyszy rozpylającej, proszek ładuje się elektrostatycznie ładunkiem negatywnym, a następnie natryskiwany jest na element malowany. Dzięki uziemieniu lakierowanego elementu, proszek przyczepia się do powierzchni detalu nawet w jego tylnej części. Ładunek elektrostatyczny redukuje możliwość nałożenia zbyt grubej warstwy oraz zapewnia trzymanie do powierzchni, aż do momentu terminczego związania. Powstała po wygrzaniu w piecu warstwa ochronna jest szczelna i jednorodna, a jej grubość wynosi od 100 do 200 μm. W zależności od rodzaju proszku, powłoka jest wysoce wytrzymała, sprężysta, wodoodporna i odporna na korozję. W metodzie tej możliwe jest stosowanie różnego rodzaju kolorów. Malowanie pro- szkowe jest bardzo popularne ze względu na łatwość automatyzacji tego procesu oraz ze względu na niskie koszty.

Nano-pasywacja

Ten proces dedykowany jest dla odlewów z cynku i zapewnia wyjątkowo dobre własności ochrony przed korozją, przy jednoczesnym zachowaniu minimalnej grubości warstwy ochronnej. Grubość warstwy pasywacji mieści się w granicach od 0,3 do 0,5 μm, przez co nie wpływa ona ona na dokładność wymiarową. ELESA+GANTER zawzyczaj stosuje nano-pasywację w kolorze antracytu. Pasywacja składa się z warstwy chromu (III) oraz z przykrywającej ją warstwy zawierającej cząsteczki SiO₂, które w nanoskali mają właściwości samoregeneracji. Jeżeli warstwa ochronna zostanie uszkodzona ukazując metalowe podłoże, to dzięki różnicy potencjałów, cząsteczki SiO₂ migrują do miejsca nieosłoniętego i dążą do zasklepienia warstwy. Nano-pasywację wykonuje się szybko i ekonomicznie, ponieważ nanoszona jest w postaci spreju lub kąpieli. Ten proces jest również dobrym podkładem pod dalsze nakładanie warstw jak np. malowanie proszkowe.

Niklowanie

To wyrażenie jest wspólne dla różnych procesów mających na celu naniesienie warstwy niklu na metalowe podłoże. Niklowanie można podzielić na dwa główne typy: galwaniczne oraz chemiczne. Podczas niklowania galwanicznego zgodnie z normą DIN EN ISO 1456, jony niklu są przenoszone z elektrolitu na powlekaną powierzchnię po przyłożeniu odpowiedniego napięcia elektrycznego. Warstwa wytworzona podczas tego procesu jest w kolorze srebrnym z lekkim żółtym odcieniem. Jest ona odporna na wodę oraz rozcieńczone kwasy, zasady, lecz może ulec zmatowieniu. Odporność na korozję jest zapewniona jedynie w ograniczonym zakresie, ponieważ grubość warstwy wynosi mniej niż 25 μm, a jej struktura jest porowata, co czyni ją podatną na uszkodzenia. Powłoki wielowarstwowe z chromem jako warstwą zewnętrzą są bardziej odporne w tym zakresie. Natomiast niklowanie chemiczne w odróżnieniu od galwanicznego nie zalicza się do procesów elektrochemicznych. Polega ono na chemicznej reakcji redukcji powierzchni elementu poddanego kąpieli w specjalnym elektrolicie. Podczas tego procesu zostaje utworzona warstwa niklu o strukturze nieporowatej. W rezultacie czego otrzymuje się bardzo dobre zabepieczenie przed korozją, dobrą odporność na ścieranie oraz wysoką twardość - również dla części o skomplikowanych kształtach przestrzeni wewnętrzych. Warstwa niklu powstała podczas tego procesu jest spawalna oraz ma właściwości niemagnetyczne.