Post on 13-Feb-2016
description
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