Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy
SLITINOVÉ POVLAKY NA BÁZI MIKROLAMEL ZN Bakalářská práce
Vedoucí diplomové práce:
Vypracoval:
Doc. Ing. Michal Černý, CSc. Brno 2007
Jan Pliska
2
3
Prohlášení: Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma „Slitinové povlaky na bázi mikrolamel Zn“ vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které uvádím v přiloženém seznamu literatury. Souhlasím, aby práce byla uložena v knihovně Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně a zpřístupněna ke studijním účelům.
V Brně, dne…….…..
Podpis diplomanta………………
4
Poděkování: Děkuji panu Doc. Ing. Michalu Černému, CSc. za odborné vedení, pomoc a cenné rady, poskytnuté při zpracování bakalářské práce.
5
ABSTRACT PLISKA, J., Alloy coating containing the microlamellas of zinc. Bachelor thesis. Brno, 2007 The aim of this bachelor thesis is to collect available information relating to a corrosion and corrosion protection. The thesis is divided into several sections. The first part describes the corrosion itself and the major factors inducing a creation of corrosion. The following parts describe the possibilities of corrosion protection and most used methods nowadays. The thesis is especially aimed at corrosion protection concerned with an organics coating containing the microlamellas of zinc. As the member of the European Union the Czech republic must switch to using methods that are not harmful to environment, which this method fulfils. The thesis describes the possible technologies of spreading this kind of coating and the usage of this manner protected components. The thesis is a theoretical basis for a research project that will be solved in my diploma. Key words: corrosion, protective coating, paint system, microlamellas of zinc.
ABSTRAKT PLISKA, J., Slitinové povlaky na bázi mikrolamel Zn. Bakalářská práce. Brno, 2007 Cílem této bakalářské práce je shromáždit dostupné informace týkající se koroze a ochrany proti korozi. Práce je rozdělena do několika částí. První část popisuje korozi obecně a hlavní faktory způsobující vznik koroze. Další části popisují možnosti ochrany proti korozi a nejčastěji užívané způsoby v současnosti. Práce je zaměřena zejména na ochranu proti korozi prostřednictvím organických povlaků obsahujících mikrolamely zinku. Jako člen Evropské unie musí Česká republika postupně přejít na používání postupů, které nejsou škodlivé životnímu prostředí, což tato metoda splňuje. Práce popisuje možné technologie nanášení tohoto druhu povlaků a užití tímto způsobem chráněných součástí. Práce je teoretickým podkladem pro výzkumný projekt, kterým se budu zabývat ve své diplomové práci. Klíčová slova: koroze, nátěrové systémy, ochranné povlaky, mikrolamely zinku.
6
OBSAH 1.
ÚVOD....................................................................................................................... 9
2.
CÍL PRÁCE ............................................................................................................ 10
3.
KOROZE ................................................................................................................ 11 3.1 Dělení koroze :...................................................................................................... 12 3.1.1 Mechanismy koroze....................................................................................... 12 3.1.2 Koroze rovnoměrná a nerovnoměrná ............................................................ 13 3.1.3 Korozní činitele.............................................................................................. 13
4.
OCHRANA PROTI KOROZI ................................................................................ 15 4.1 Volba konstrukčního materiálu............................................................................. 15 4.2 Vlastní úprava korozního prostředí....................................................................... 16 4.3 Konstrukční řešení ................................................................................................ 17 4.4 Použití elektrochemické ochrany.......................................................................... 18 4.5 Použití ochranného povlaku.................................................................................. 18 4.5.1 Oxidické povlaky........................................................................................... 19 4.5.2 Kovové povlaky............................................................................................. 19 4.5.2.1 Chemické pokovování ............................................................................. 19 4.5.2.2 Elektrochemické (galvanické) pokovování ............................................. 19 4.5.2.3 Tepelné pokovování ................................................................................ 20 4.5.3 Organické povlaky......................................................................................... 22 4.5.3.1 Nátěrové hmoty ....................................................................................... 22 4.5.3.2 Plasty ...................................................................................................... 24 4.6 Povrchové úpravy před aplikací protikorozní ochrany......................................... 25
5.
SLITINOVÉ POVLAKY NA BÁZI MIKROLAMEL Zn..................................... 27 5.1 Způsoby aplikace Zn povlaků............................................................................... 28 5.2 Princip ochrany ..................................................................................................... 29 5.3 Vývoj povlaků s mikrolamelami zinku................................................................. 30
6.
ÚČINNOST A POROVNÁNÍ ZINKOVÝCH POVLAKŮ................................... 33 6.1 Porovnání účinností .............................................................................................. 33 6.1.1 Produkty DACROMET® .............................................................................. 33 6.1.2 Produkty DELTA-MKS® (Mikroschicht-Korrosionschutz-System)............ 34 6.1.3 Produkty Zintek a Techseal ........................................................................... 36
7
6.2 Využití povlaků s mikrolamelami zinku............................................................... 37 7. ZÁVĚR ....................................................................................................................... 38 Literatura......................................................................................................................... 39
8
1.
ÚVOD Ve styku s okolním prostředím podléhají téměř všechny materiály, které člověk
používá, korozi. V České republice se roční ztráty způsobené korozí kovů odhadují na desítky miliard korun. Udává se, že koroze zničí přibližně 2% celkové produkce oceli a náklady na korozní ochranu dosahují až 10% ceny výrobku. Všechny stroje, zařízení, stavby, konstrukce, mobilní zemědělské i dopravní prostředky jsou vystaveny působení různorodého prostředí, jehož účinek se projeví degradací materiálů a zhoršením jejich funkčních, mechanických a estetických vlastností. Kvalitní protikorozní ochrana zvyšuje životnost materiálů strojů a zařízení. V praxi to znamená určité snížení ekologických a ekonomických dopadů na jejich likvidaci a to hlavně v případě, že takto poškozené součásti nejsou nadále schopny plnit svou funkci a nejsou schopny bezpečného provozu. Dnes je vývoj v oboru nátěrových hmot a jejich aplikací silně ovlivněn požadavky na ekologickou nezávadnost. Kladení důrazu na snižování obsahu těkavých látek a odklon od toxických antikorozních pigmentů na bázi olova a chrómu a právní omezení uložená na jejich aplikaci odstartovala rozsáhlý výzkum netoxických antikorozních pigmentů. Mezi významné antikorozní složky patří například zinek, u kterého je využíván bariérový a elektrochemický mechanismus antikorozní ochrany. Zinek vytváří na svém povrchu dočasně nerozpustnou vrstvu bílo-šedých korozních zplodin již po několika hodinách vystavení ve vlhké atmosféře a tím tak chrání podkladový kov před znehodnocením.
9
2.
CÍL PRÁCE Cílem bakalářské práce je shromáždění informací z oblasti koroze, její rozdělení,
způsoby projevu a ovlivňování. Práce nastíní možné způsoby ochrany proti některým druhům koroze. Dalším bodem je zaměření na slitinové povlaky na bázi mikrolamel Zn, jejich formy, způsoby nanášení a možnosti využití.
10
3.
KOROZE Převážná většina kovů není vůči vnějšímu prostředí stálá. Vzájemným chemickým
působením prostředí a kovu dochází k jeho rozrušování a znehodnocování. Toto znehodnocení, ať je způsobeno jakýmkoli vnějším chemickým vlivem, se nazývá souborně koroze. Koroznímu znehodnocení jsou vystaveny ve větší nebo menší míře kromě kovů i plastické hmoty, dřevo, textil, kůže a stavební hmoty (beton apod.). Vlivy, které tuto korozi způsobují, jsou však v každém případě jiné, rovněž rychlost, jakou ke koroznímu znehodnocení dochází, je rozličná. Koroze má značný vliv na použitelnost materiálu pro výrobky. Při jejím působení může dojít ke ztrátě mechanické pevnosti součástí, ke změně význačných vlastností povrchu (elektrická vodivost, hladkost) i k nežádoucím změnám barvy, lesku apod. Pro většinu technických oborů je dosud největším problémem koroze kovů, které tvoří nejrozsáhlejší skupinu konstrukčních materiálů. Často je to právě odolnost kovového materiálu proti korozi, která rozhoduje o jeho použití pro danou konstrukci nebo její součást. Proto jsou také dosud nejhlouběji prostudovány děje vznikající při korozi kovů a je známá i řada zákonitostí, které vysvětlují průběh i rychlost některých typů koroze. Příčinou koroze kovů je jejich termodynamická nestálost v mnoha prostředích. Tato vlastnost je snadno pochopitelná, uvědomíme-li si, že většina kovů se v přírodě nachází v podobě svých sloučenin – rud. Z nich se kovy získávají různými hutnickými pochody pomocí přivedené energie. Znehodnocení kovů korozí není vlastně ničím jiným než přechod do jejich stálejších forem. Při tomto pochodu se energie opět uvolňuje. Existuje jen velmi málo kovů, u kterých se tento termodynamický sklon ke korozi neprojevuje. Jsou to známé kovy, jako zlato, platina a kovy skupiny platiny, např. rhodium, iridium, ruthenium apod., které se nalézají v přírodě v ryzí formě. Ostatní kovy se však časem znehodnocují, proto je boj proti korozi z ekonomického hlediska velmi důležitý. Zmenší-li se rychlost průběhu koroze nebo zabrání-li se jejímu působení, prodlužuje se životnost výrobků a zařízení. (Kalendová, 2003) Z technického hlediska může korozní poškození způsobit zejména: • změny mechanických vlastností (pevnost, pružnost), • změny fyzikálních vlastností (magnetických, elektrických, tepelných), • změny geometrie povrchu.
11
3.1 Dělení koroze : • Podle mechanismu – koroze chemická (cca 27%), elektrochemická (cca 70%), mikrobiologická (cca 3%). • Podle vzhledu – koroze rovnoměrná a nerovnoměrná. • Podle rozhodujícího korozního činitele – materiál, konstrukce apod. • Podle prostředí – atmosférická, ve vodě, v plynech, v půdě apod. 3.1.1 Mechanismy koroze Jedná se o destruktivní působení na kov chemickou, elektrochemickou nebo mikrobiologickou reakcí. Chemickou reakcí se rozumí rozrušování kovových materiálů vlivem chemického působení. Nastává převážně v plynných prostředích za vyšších teplot nebo v prostředí nevodivých kapalin. U elektrochemické koroze se předpokládá, že na povrchu kovu je vodivá kapalina a že vznik korozního článku umožňuje tok elektrického proudu. Koroze může vznikat i při velmi tenké vrstvě vlhkosti, srážející se na povrchu kovu při dostatečné vlhkosti ovzduší. Má-li vzniknout korozní článek, je potřeba, aby proud procházel vodivým roztokem mezi dvěma místy kovu, které mají rozdílný potenciál (napětí). Během krátké doby se koroze díky polarizaci zpomaluje, nastává snížení potenciálního rozdílu mezi anodou a katodou. Příčinou polarizace na katodě jsou hlavně vodíkové ionty, pokrývající povrch a bránící dalším iontům v přístupu na katodu. Opačným dějem je depolarizace, která ruší polarizaci a umožňuje podporu koroze. Depolarizací může být stálý přísun kyslíku v oxidickém prostředí nebo přísun vodíkových iontů v kyselém prostředí. Ve většině případů elektrochemické koroze je elektrolytem přírodní voda. Rychlost koroze je závislé hlavně na rychlosti slučování vodíku s kyslíkem rozpuštěným v elektrolytu. Kyslík obsažený v přírodní vodě se blízko kovového povlaku brzy spotřebuje. Další depolarizace bude závislá na množství kyslíku přemístěného za časovou jednotku z hladiny vody na kovový povrch. Přemisťování kyslíku probíhá jednak difuzí a jednak konvekcí.
12
V souvislosti s elektrochemickou korozí je důležité zmínit pasivaci kovů, což je schopnost některých kovů vytvářet pasivní vrstvu oxidů, která zastaví nebo zpomalí korozi kovů. Této schopnosti se využívá u anodické ochrany kovů. 3.1.2 Koroze rovnoměrná a nerovnoměrná Rovnoměrná koroze (obr. 1) působí rovnoměrně po celém povrchu materiálu.
Obr. 1 Rovnoměrná koroze (Mohyla, M.)
Nerovnoměrná koroze (obr. 2) probíhá na různých místech materiálu. Proniká do rozdílné hloubky a šířky. Některá místa materiálu mohou zůstat zcela bez napadení. Příkladem nerovnoměrné koroze je koroze důlková, bodová, povrchová, selektivní, mezikrystalická a transkrystalická.
Obr. 2 Nerovnoměrná koroze (Mohyla, M.)
3.1.3 Korozní činitele Na vznik a průběh koroze působí řada vlivů. Tyto činitele lze řadit do následujících tří skupin: •
vlivy dané stavem materiálu,
•
vlivy dané stavem korozního prostředí,
•
vlivy spojené s konstrukcí výrobku či zařazení.
Stav materiálu K hlavním příčinám, které rozhodují o stavu materiálu patří nečistoty kovového materiálu, struktura materiálu a stav jeho povrchu. Za nečistoty se dají považovat všechny složky, které nelze při výrobě materiálu zcela odstranit a proto se s nimi musí počítat. Příkladem je síra v oceli, železo ve slitinách apod. Dalším typem nečistot jsou látky, které se dostávají do povrchových 13
vrstev materiálu až při jeho zpracování nebo použití. Příkladem těchto nečistot jsou zaválcované okuje, zbytky pomocných prostředků po svařování apod. Nečistoty v materiálu mohou být škodlivé i z hlediska požadavků na následující povrchovou úpravu. Dalším z významných vlivů je struktura materiálu, která vzniká změnou charakteru a chemického složení fází na hranicích jednotlivých zrn. K těmto změnám dochází zejména při tepelném zpracování a to buď hned při výrobě materiálů, nebo při jejich zpracování (svařování apod.). Stav povrchu je kromě nečistot ovlivňován drsností povrchu. Drsné povrchy podléhají korozi snáze než povrchy hladké. Je to způsobeno tím, že na drsném povrchu jsou větší aktivní plochy a jsou příznivější pro vytvoření vrstvy vlhkosti, která se na drsnějším povrchu udržuje déle než na povrchu hladkém. Hladké povrchy korozi nezabrání, ale mohou její začátek významně zpomalit. Stav korozního prostředí Korozní prostředí se uplatňuje nejen svým chemickým složením, ale i teplotou, tlakem a relativním pohybem ve vztahu k povrchu kovového materiálu. Ve většině případů má zvýšení teploty za následek rychlejší průběh koroze. Jsou však případy kdy zvýšení teploty zpomaluje působení koroze. (např. při depolarizaci kyslíku). Působení tlaku je významné především v plynné fázi nad elektrolytem, kde vede ke zvýšení koroze. V případě kapalného korozního prostředí se projevuje mechanickým účinkem a tím může urychlit korozi. V případě pohybu korozního prostředí většinou platí, že jeho urychlení má za následek urychlení koroze. Konstrukce výrobku K nejčastějším vlivům této skupiny patří kontakt s jiným materiálem, konstrukční uspořádání některé části zařízení a mechanické namáhání, jakému je jistá část výrobku vystavena.
14
4.
OCHRANA PROTI KOROZI Zabezpečuje delší a trvalejší odolnost materiálu proti účinkům korozního
prostředí. Vychází ze základních poznatků o mechanismech a kinetice korozních dějů. Tyto poznatky dovolují posoudit způsoby, kterými je možno korozi téměř zastavit nebo zpomalit její účinky. Cílem ochrany proti korozi je proto snížení jejího účinku na technické vlastnosti kovu a tím zvýšit jakost výrobků, užitné vlastnosti a prodloužit životnost chráněného materiálu. Metody ochrany proti korozi (vychází z 3.1.3): • Volba konstrukčního materiálu. • Vlastní úprava korozního prostředí. • Konstrukční řešení. • Použití elektrochemické ochrany. • Použití ochranného povlaku.
4.1 Volba konstrukčního materiálu Různé kovové materiály korodují jinou rychlostí nebo vykazují různou náchylnost k jednotlivým formám koroze. Volba konstrukčního materiálu a jeho korozní odolnosti musí být provedena s ohledem na konkrétní funkci technického výrobku a jeho použití (tedy i vymezené podmínky korozního prostředí). Musí být vymezeny zakázané projevy znehodnocení, které ovlivňují provozní spolehlivost a bezpečnost provozu výrobku v technicky významné míře. Nejvýznamnější znaky znehodnocení a jejich technický význam u kovových výrobků je možno vidět v tabulce 1. Materiál, jehož odolnost je pro daný konkrétní korozní systém dostatečná, se používá jako protikorozní tam, kde: • není jiné řešení protikorozní ochrany než použití odolného materiálu, • toto řešení je technicky a ekonomicky výhodnější než jiný způsob ochrany proti korozi, • tvar výrobku a další činitele korozního systému činí jeho vhodnou povrchovou úpravu velmi obtížnou nebo vůbec neproveditelnou.
15
Při volbě nedostatečně odolného materiálu je nezbytné z hlediska protikorozní ochrany přihlédnout k nárokům, které na materiál klade příslušná protikorozní ochrana. Tab. 1 Vybrané znaky znehodnocení a jejich technický význam (Mohyla M.)
Znaky znehodnocení
Technický význam
Změna lesku Změna barevného odstínu Nerovnoměrnost vzhledu Hmotnostní úbytek korozí Průnik korozí Plošné rozdělení koroze Změna pevnosti Změna meze kluzu Plošné rozdělení koroze Změna vodivosti Změna přechodového odporu Změna součinitele přestupu tepla Změna odrazivosti světla Změna hystereze
Estetická funkce Optická funkce Mechanické vlastnosti Estetická funkce Mechanické vlastnosti Elektrické vlastnosti Přenos tepla Optické vlastnosti Estetická funkce Magnetické vlastnosti
4.2 Vlastní úprava korozního prostředí Tento způsob ochrany je dosažen pomocí odstranění korozně aktivní složky z korozního prostředí. Příkladem může být odstraňování zbytkového množství kyslíku z napájecích vod. Jeho přítomnost způsobuje důlkovou korozi. Druhým způsobem je přidání látek do korozního prostředí, které zřetelně zpomalí průběh koroze. Látky které takto brzdí korozní děj se nazývají inhibitory. K použití vhodné protikorozní ochrany slouží norma ČSN ISO 9223 pro vhodné určování korozního prostředí (tab. 2). Tab. 2 Stupně agresivity prostředí (ČSN ISO 9223)
Stupeň agresivity
Korozní agresivita
C1
Velmi nízká
C2
Nízká
C3
Střední
C4 C5
Vysoká Velmi vysoká
Příklad výskytu Uzavřené vnitřní prostory s řízenou klimatizací Uzavřené prostory, nevytápěné výrobní a zemědělské haly Vnější znečistění atmosféry s plným působením všech vlivů, vnitřní klima s častou kondenzací Městská a průmyslová atmosféra Podmínky extrémního znečištění
16
4.3 Konstrukční řešení Správné navržení konstrukce výrobku je základem všech opatření k zajištění jeho odolnosti proti korozi a klimatickým vlivům a pro optimalizaci ochrany. Konstrukční řešení výrobku musí napomoci splnění požadovaného druhu klimatického provedení jeho jednotlivých částí. Označení druhu klimatického provedení výrobku vyjadřuje schopnost výrobku plnit funkce v daných klimatických podmínkách jako celku. Z tohoto pohledu musí konstrukční řešení výrobku splňovat tyto požadavky: •
Pro výrobek se volí materiály dostatečně odolné proti vnějším vlivům ve všech případech, kde se nepředpokládá využití k ochraně ještě některých dalších možností.
•
Při použití povrchové úpravy k ochraně nedostatečně odolných součástí se volí takový druh a jakost úpravy, aby byly splněny funkční požadavky na chráněné části po celou dobu stanovené životnosti ochrany za podmínek předpokládaného klimatického a provozního namáhání.
•
Tvarové řešení jednotlivých částí výrobku a sled operací v jeho kompletaci musí umožňovat provedení navržené povrchové úpravy v požadované kvalitě a pokud možno běžnými technologickými postupy.
•
Při použití jiného systému ochrany musí konstrukční řešení dovolovat provedení potřebných úprav a umožnit jejich správnou funkci.
•
Předpokládá-li se v době technického života výrobku oprava nebo obnova systému ochrany určitých jeho částí, popř. jejich výměna, musí konstrukční řešení zajistit jejich přístupnost a snadnou demontáž.
•
Konstrukční řešení nesmí zhoršovat mikroklima výrobku z hlediska možného urychlení znehodnocování materiálu nebo ohrožení funkce či udržování provozních parametrů výrobku. Pro splnění dalších požadavků na konstrukční řešení výrobků při zajišťování
jejich korozní a klimatické odolnosti musí být postupováno podle těchto zásad: •
Pro části výrobku volit pokud možno jednoduché tvary s málo členitým povrchem. Pokud se při kompletaci výrobku stanou některé části obtížně přístupné, musí být povrchová úprava dílčích částí provedena ještě před montáží nebo musí být předepsána jiná ochranná opatření (např. vysoušení).
•
Konstrukčním řešením výrobku omezit přímý účinek vnějších agresivních vlivů na jeho citlivé nebo funkčně významné části. 17
•
Konstrukce výrobku nesmí vytvářet podmínky pro zvyšování agresivity jeho vnitřního mikroklimatu.
4.4 Použití elektrochemické ochrany Jedná se o záměrnou změnu potenciálu kovu vůči danému elektrolytu. To je způsobeno ovlivňováním velikosti proudu na rozhraní kov-elektrolyt. Způsoby elektrochemické ochrany: 1) Katodická – chráněný kov je v důsledku katodické polarizace převeden do stavu imunity. Katodická ochrana se provádí: • vnějším zdrojem proudu, tj. připojením chráněného kovu na záporný pól, • obětovanou anodou (protektorováním), tj. vytvořením umělého korozního makročlánku spojením chráněného kovu s kovem méně ušlechtilým. Koroze se převede na tzv. obětovanou anodu. Tato ochrana se využívá u dálkových zemních potrubích, na zařízeních které jsou ovlivňovány účinky mořské vody a zařízení na horkou vodu. 2) Anodická – chráněný kov je v důsledku anodické polarizace převeden do pasivního stavu. Tato metoda se používá jen málo. Převážně při ochraně nerezových ocelí v kyselině sírové za vyšších teplot a koncentrací.
4.5 Použití ochranného povlaku Ochrana
kovů
proti
korozi
ochrannými
povlaky
je
nejdůležitějším
a nejpoužívanějším způsobem ochrany. Povlaky mohou změnit chemické nebo elektrochemické vlastnosti kovu a tím zvýšit jeho korozní odolnost nebo zamezit přístupu korozního prostředí k povrchu kovu a chránit ho bariérově. Často se vyžívá kombinace obou účinků. Ochranné povlaky můžeme rozdělit na (Ščerbejová, 1993): • Oxidické povlaky vzniklé: o chemickou oxidací, o elektrochemickou oxidací. • Kovové povlaky nanášené: o chemicky, o elektrochemicky, o tepelně.
18
• Organické povlaky: o nátěrové hmoty, o plasty. • Smalty. 4.5.1 Oxidické povlaky Tyto povlaky zvyšují korozní odolnost vytvořením pasivační vrstvy. Používají se buď jako samotné povlaky, ale častěji jako mezivrstvy pod nátěry (zvyšují přilnavost). Jestliže se nátěr nanáší přímo na kov pokrytý oxidační vrstvou, může dobře přilnout. Jestliže dojde k poškození vrstvy, nastává rychlá koroze, která se může šířit na jiná místa pod nátěrem. Nejběžnějším kovem, který se tímto způsobem využívá je hliník, hořčík a jejich slitiny. 4.5.2 Kovové povlaky Kovové povlaky se vytváří třemi základními způsoby: chemickým pokovováním, elektrochemickým (galvanickým) pokovováním a tepelným pokovováním. 4.5.2.1 Chemické pokovování Kovový povlak se může vyloučit buď výměnou iontů mezi kovovým předmětem a roztaveným kovem, nebo vyredukováním kovu z roztoků redukčním činidlem. Příkladem chemického pokovování je mědění, niklování, stříbření a chromování. Výhodou tohoto pokovování je jednoduchost zařízení a technologického postupu. Nevýhodou je poměrně malá tloušťka povlaku za stejný čas v porovnání s elektrochemickým pokovováním. Často bývá tato metoda využívána při tvorbě mezivrstev pro galvanické pokovování hliníku a jeho slitin. 4.5.2.2 Elektrochemické (galvanické) pokovování Při elektrochemickém pokovování se kovový povlak vylučuje průchodem stejnosměrného proudu z elektrolytu na záporné elektrodě – katodě. Jako katody zavěšujeme předměty, které chceme pokovovat. Na anodě probíhají vedlejší reakce. Anody jsou obvykle z kovu, kterým chceme pokovovat. (Ščerbejová, 1993) Galvanické pokovování pomocí zinku probíhá tak, že čistý zinek ve formě desek nebo tyčí je zapojen jako anoda. Elektrolyt bývá kyselý, zásaditý nebo alkalický (to je dáno použitím zinečnaté soli). Jakmile se přivede do lázně stejnosměrný elektrický proud, zinek se začne ukládat na pokovovaný materiál. Vyloučený povlak má velmi jemnou krystalickou strukturu a jeho přilnavost k ocelovému povrchu má pouze 19
mechanický charakter. Povrch zinkovaného povlaku je velmi hladký stříbřitý a kovově lesklý. Přidáním chloridů a síranů do kyselých lázní se dosáhne tzv. lesklého pozinkování, které vytlačuje drahé niklování a chromování. Další způsoby elektrochemického pokovování můžou být niklování (nejstarší způsob pokovování), chromování, mědění a cínování. 4.5.2.3 Tepelné pokovování Tepelné pokovování využívá k nanášení povlaku tyto technologie: •
Pokovování v roztavených kovech.
•
Difuzní pokovování.
•
Žárové stříkání.
•
Vakuové pokovování.
a) Pokovování v roztavených kovech Při tomto procesu se na povrchu kovů vytváří ochranný kovový povlak za pomoci přímého účinku tepla. Technologie je vhodná pro kovy s nízkou teplotou tání (Sn, Pb, Zn, Al). Jde o poměrně jednoduchý technologický proces pomocí kterého dostaneme silnější a méně vzhledný povlak. Samotný proces se skládá ze tří operací: • Moření. • Působení tavidel. • Vlastní pokovení. Během pokovení vznikají mezi oběma kovy difuzní mezivrstvy. Tyto vrstvy sice příznivě ovlivňují přilnavost, ale zvyšují zároveň křehkost, proto by měly být co nejtenčí. Př.: Pokovování ponorem pomocí zinku Ponorové zinkování je jeden z nejrozšířenějších způsobů povrchové ochrany. Zejména v hutních provozech slouží na úpravu povrchu plechů, pásů, trubek, drátů apod. Takto pozinkované povlaky mohou vydržet i několik desítek let. Tato hodnota zaleží na tloušťce která se pohybuje mezi 30 - 50 [µm]. Zinkuje se při teplotách 425 – 470 [Cº]. Technologii zinkování dělíme podle způsobu použití tavidel na: • suché zinkování – výrobky se ponoří do lázně s tavidlem, osuší a pak se ponoří do lázně s kovem,
20
• mokré zinkování – výrobky se ponoří přímo do lázně s kovem na jejímž povrchu plave vrstva tavidla. b) Difuzní pokovování Ochranný povlak vznikne difundováním ochranného materiálu do povrchové vrstvy součásti. Při difuzním zinkovaní a difuzním chromováním je používáno buď přímého styku částic kovu nebo par s povrchem základního materiálu. U ostatních metod je difuze zajišťována chemickou reakcí vhodné sloučeniny se základním materiálem. Př.: Difuzní pokovování pomocí zinku (šerardování) Proces probíhá ve vyhřívaném válci kam se vloží součást se zinkovým prachem a přísadami proti spékaní zinku (jemný křemičitý písek). Buben se otáčí a je zahřátý na teplotu 250-450 [Cº]. Výsledná ochranná vrstva je tvrdá, křehká a citlivá na ohyb. Při této metodě se výrazně nezvětšují rozměry výrobku, což se využívá u šroubových závitů a na tvarově složité součásti. Další metody difuzního pokovování je hliníkování, chromování – inchromování a křemíkování. c) Žárové stříkání (metalizace) Metalizace je tepelně mechanický proces, při kterém se roztavený kov nanáší proudem stlačeného vzduchu na připravený povrch. Přilnavost stříkaného povlaku je menší než u galvanických povlaků nebo u povlaků získaných ponorem do roztaveného kovu. Při stříkání se na sebe vrství kapičky kovu, které jsou během letu zoxidovány. Tím je výsledný povlak poměrně křehký a pórovitý. Další nevýhodou je menší přilnavost k povrchu. Výhodou je možnost kombinování metalizace s nátěrovými hmotami. Nanášet se mohou i nekovové materiály. Z kovů můžeme jmenovat především zinek a hliník. d) Vakuové pokovování Podstatou vakuového pokovování je zahřívání povlakového kovu na teplotu odpařování ve vzduchoprázdném prostoru. Vakuovým pokovením vytvořené vrstvy jsou většinou rovnoměrné, souvislé a tenké povlaky s vysokým leskem. Tímto způsobem lze nanášet povlaky z většiny kovů na kovové i nekovové povrchy. Suroviny pro odpařování musí být naprosto čisté. Touto technologií se většinou nanáší stříbro, hliník, platina apod.
21
4.5.3 Organické povlaky 4.5.3.1 Nátěrové hmoty Ochrana pomocí nátěrů je nejrozšířenější a nejstarší způsob povrchové úpravy a to nejen z důvodu ochrany proti korozi, ale i z estetických důvodů. Jejich ochranné vlastnosti spočívají především v izolaci kovového předmětu od vnějšího prostředí a v inhibičním působení protikorozních pigmentů. Při vytváření nátěrů je velmi důležitý způsob, jakým je nátěrová hmota nanášena na povrch výrobku. Souhrn těchto způsobů je nazýván nanášecí technikou. Počátky nanášecích technik lze hledat už 2000 let před n.l. na asijském kontinentu, kdy se objevují nejjednodušší způsoby vytváření nátěrů. Už tehdy závisel způsob nanášení nejen na technických možnostech, ale především na charakteru nanášené hmoty. Dalším důležitým faktorem pro účinnost ochrany je kvalitní příprava povrchu. Podle účelu rozeznáváme nátěr ochranný, dekorativní, signální, maskovací nebo speciální. Složení nátěrových hmot: a) Pojiva Udělují nátěrové hmotě charakteristické vlastnosti a skládají se z filmotvorných látek a rozpouštědel. Filmotvorné látky tvoří po zaschnutí souvislý film, který chrání kov od okolního prostředí. Jsou to vysychavé oleje, pryskyřice přírodní a umělé, deriváty celulózy a asfalty. Mezi rozpouštědla patří látky jako lehký benzín, alkoholy, toluen a xylen. Jsou to látky v nichž jsou filmotvorné látky rozpouštěny a které umožňují nanášení nátěrových hmot. Tyto látky mají negativní dopad na životní prostředí proto se snažíme jejich používání co nejvíc omezit. b) Pigmenty Jsou to organické nebo anorganické částečky, které jsou rozptýleny v pojivu. Dávají nátěrům barevný odstín, krycí schopnost, tvrdost, snižují stárnutí nátěrů, zvyšují jeho tepelnou a korozní odolnost. Pigmenty mohou obsahovat šestimocný chrom či olovo a tím jsou častou příčinou zdravotní závadnosti. c) Plnidla Jsou to jemně rozemleté minerální látky (těživec, mastek, křída), které jsou nerozpustné v pojivech. Tyto látky upravují technologické vlastnosti nátěrového povlaku například tím, že zabrání smrštění filmu po uschnutí. c) Aditiva Jsou přísady jako sušidla, emulgátory, stabilizátory a zvláčňovadla.
22
Nanášení nátěrových hmot Mezi důležité faktory ovlivňující jakost a celkovou účinnost nátěrů je správná volba technologie nanášení. Při volbě správného způsobu nanášení je nutno přihlížet především k povaze nátěrové hmoty, k povaze natíraného materiálu, schopnostem natěrače a dalším podmínkám, za nichž se nátěr zhotovuje. Hlediska pro volbu technologie nanášení: •
Velikost, tvar a množství upravovaných předmětů.
•
Požadované finální vlastnosti zhotovovaného nátěru.
•
Kvalita povrchu materiálu.
•
Vlastnosti použitých nátěrových hmot.
•
Pracnost a ekonomie jednotlivých technologií nanášení.
Způsoby nanášení nátěrových hmot: a) Štětcem nebo válečkem Nejstarší způsob nanášení, který je vhodný pro pomalu schnoucí nátěrové hmoty. Výhodou jsou malé ztráty při nanášení, dobré přilnutí do pórů materiálu. Nevýhodou je značná pracnost. b) Stříkáním Nejrozšířenější způsob nanášení vhodný pro rychleschnoucí nátěrové hmoty. Používaný je především na velké plochy, kde se dosahuje velmi hladkého a rovnoměrného povrchu. Nedostatkem je značné rozprašování nátěrové hmoty do vzduchu a ztráty rozpouštědla. Nanášení probíhá pomocí stříkací pistole v níž je nátěrová hmota unášena proudícím stlačeným vzduchem tak, že tvoří kužel jemných kapek, které dopadají na stříkaný předmět a slévají se v souvislý povlak. c) Elektrostaticky Pro tento způsob se používají práškové nátěrové hmoty. Nátěrová hmota je rozprašována do uměle vytvořeného elektrického pole, zde získává el. náboj a pohybuje se na elektrodu opačné polarity. d) Máčení Předmět se ponoří do nádrže s nátěrovou hmotou a potom se rovnoměrnou rychlostí vynořuje. Tato metoda je vhodná pro velkosériové výrobky.
23
e) Elektroforézou Ponorný proces za současného působení stejnosměrného proudu. Je vhodný pro automatické provozy k povrchové ochraně členitých výrobků. Dnes se tato metoda už téměř nepoužívá. Podmínky pro aplikaci Z důvodu
zajištění
požadované
ochranné
účinnosti
nátěrů
musí
být
vyhodnocovány podmínky v místě provádění nátěrů tak, aby bylo zajištěno splnění požadavků daných podmínkami výrobce pro každou nátěrovou hmotu. To samé platí i pro dobu zasychání, vytvrzovaní a dobu přetíratelnosti. Během provádění protikorozní ochrany musí být pečlivě dbáno na to, aby žádný vnější vliv nemohl způsobit snížení jakosti povlaku. Natěračské práce musí být prováděny v oddělených prostorách, nebo musí být chráněny před vlivy ostatních prací (otryskávání, svařování apod.). Jestliže jsou během aplikace zjištěny nepříznivé povětrnostní podmínky, musí být práce zastaveny a čerstvě natřené povrchy dle možnosti chráněny. Nejnižší a nejvyšší přístupné teploty natíraného povrchu a okolního vzduchu musí odpovídat údajům technických podmínek výrobce. Nátěrové hmoty nesmí být aplikovány při nižších teplotách povrchu než jsou 3°C nad rosným bodem. Vlhký povrch může být opatřován pouze nátěry, které toto dovolují v jejich technických podmínkách, nebo jsou pro tento účel odsouhlaseny výrobcem. V případě, že natřené díly budou následně svařovány, musí být maskovány na všech plochách, které budou přehřáté a svařované. V případě vícevrstvých nátěrových systémů musí být jednotlivé vrstvy odstupňovány. 4.5.3.2 Plasty Plastické hmoty mají výborné antikorozní vlastnosti a dobré izolační schopnosti. Obvykle se používají termoplasty, např. polyetylen, polyamid, teflon, alkylád nebo také přírodní a syntetické kaučuky. Životnost povlaků je ovlivňována difuzí korozního prostředí do povlaku, ale také technologií nanášení. Způsoby nanášení plastických hmot: •
Žárové stříkání.
•
Vířivé nanášení (fluidní nanášení).
•
Nanášení v el. poli vysokého napětí.
•
Plátování.
24
4.5.4 Smalty Jedná se o tepelnou povrchovou úpravu, při které se vytváří sklovitá vrstva na kovovém podkladu. Povlaky jsou tepelně i chemicky odolné pro silně agresivní prostředí, nevýhodou však zůstává křehkost. Smaltované povlaky mají dobrou odolnost vůči otěru. Smaltování je z technologického hlediska velice složitý výrobní proces. Vytváření sklovité vrstvy – smaltu na podkladovém materiálu probíhá za vysokých teplot (780 – 840 [ºC]), při kterých obě fáze, tj. podkladový kov a roztavená vrstva smaltu, jsou v reaktivním stavu, který je provázený mnohými chemickými a fyzikálními procesy. Nejčastěji se smaltují domácí potřeby, především nádobí, dále ledničky, pračky, vany, elektrické spotřebiče téměř všeho druhu jako vařiče, elektrické trouby, sporáky, boilery atd.
Vzrůstá také množství
smaltovaných
zařízení
v potravinářském
a chemickém průmyslu. Jsou to uskladňovací a transportní nádrže, kvasné a fermentační nádoby, varné a reakční nádoby, odpařovací mísy a další součásti chemických zařízení, včetně potrubí a spojovacích dílů.
4.6 Povrchové úpravy před aplikací protikorozní ochrany Povrchovými úpravami rozumíme úpravy povrchu a mikrogeometrie povrchu. Povrch kovu je nutno před aplikací povrchových úprav zbavit nečistot, zejména mastnot a solí. Toho dosahujeme buď mechanickou cestou, nebo chemickou cestou. 4.6.1 Mechanické úpravy: Mechanické úpravy provádíme kvůli odstraňování okují z výkovků, čištění odlitků od rzi. Dále vytváří lepší podmínky pro zakotvení povlaku (kotvící profil) a zlepší mechanické vlastnosti (pevnost, mez únavy). Mezi nejčastěji používané způsoby patří: •
otryskávání,
•
omílání,
•
broušení, leštění, kartáčování,
•
povrchové zpevňování.
25
4.6.2 Chemické úpravy Při chemických úpravách reagují chemická činidla s nečistotami povrchu materiálu. Pomocí následujících úprav očišťujeme nejčastěji mastnoty, prach a jiné: •
odmašťování,
•
moření,
•
leštění,
•
leptání.
4.6.3 Oplachování Účelem oplachování je postupné odstraňování kapalinového filmu, který je vynášen na předmětech z předcházející lázně a jeho postupné nahrazování filmem s nižší koncentrací oplachované látky. Povrch předmětu lze oplachovat dvojím způsobem: a)
Sprchový oplach – je nejúčelnější. Voda, která stéká z povrchu předmětu, s sebou odnáší nečistoty a je plynule nahrazována čistou vodou. Zároveň zde působí značný tlak vody, který pomáhá odplavovat závažnější nečistoty. Sprchový oplach se hodí pouze pro poměrně jednoduché předměty, u nichž voda zasáhne celý povrch. U profilovaných předmětů hrozí, že některá místa zůstanou nedostatečně opláchnuta.
b)
Oplach ponořením – předmět se oplachuje v jedné nebo několika vanách
26
5.
SLITINOVÉ POVLAKY NA BÁZI MIKROLAMEL Zn Zinek
je
kov
s velmi
dobrými
antikorozními
vlastnostmi
ve
většině
atmosférických prostředí a ve vodě. Je proto často vyhledávaným materiálem v protikorozní ochraně, kde je v rozhodující míře aplikován jako povlak. Samotné užití zinkových slitin je omezené. (Černý, 1984) Systémy povrchové úpravy založené na lamelových zinkovaných povlacích byly vyvinuty v polovině sedmdesátých let dvacátého století především s cílem vyhovět požadavkům automobilového průmyslu a jeho dodavatelů. Tyto požadavky vycházejí ze snahy nabízet zákazníkům výrobky s delší životností a zárukou a tedy i kvalitnější protikorozní ochranu za současné redukce potřebné údržby. Z dalších požadavků je možno jmenovat např. •
Uzavírání motorového prostoru z důvodu snižování vnější hlučnosti a používání výkonnějšího agregátů a katalyzátorové techniky, v důsledku čehož může teplotní zatížení v motorovém prostoru dosáhnout až 140 °C.
•
Snižování hmotnosti použitím hliníkových a hořčíkových slitin.
•
Sjednocení, respektive redukce rozmanitosti druhů povrchových úprav.
•
Snaha dosáhnout opticky zlepšeného designu zejména u dílů umístěných v prostoru opticky přístupném pro zákazníka.
•
Snižování celkových nákladů. Povlaky jsou velice často používány k povrchové úpravě šroubů, svorníků, vrutů,
matic, podložek, některých druhů nýtů, pružin, spon, svorek (obr. 3).
27
Obr. 3 Zn povlaky (Holoubek, V.)
5.1 Způsoby aplikace Zn povlaků Povrch se musí před aplikací vhodně připravit. K tomu slouží metody odmašťování, tryskání nebo Zn fosfátování. Základní metody nanášení Zn povlaků jsou: •
Dip-spin coating (máčení-odstředění) – technologie vhodná zejména pro drobné součásti, které se nasypou do koše, který se ponoří do povlakového materiálu. Po jeho vyzvednutí se přebytečný materiál odstředí. Povlakování dílů složitějšího tvaru (např. šrouby s inbusovým šestihranem nebo křížovým zápichem) je možné realizovat pomocí odstředivek, které umožňují dvojí rotaci (double spin) koše opačnými směry a planetových (výkyvných) odstředivek, které navíc umožňují rotaci koše jak v horizontální poloze tak i při různých úhlech naklonění. Pomocí planetových odstředivek lze povlakovat i závitové spojovací součásti s velmi malými rozměry (např. matice < M4). Při technologii dip-spin coating se musí nanesení povlaku opakovat, aby se zakryla dotyková místa na dílech.
•
Máčení – technologie vhodná především pro duté díly (např. trubky, nápravy). Díly se ponoří do lázně a vytáhnou určitou definovanou rychlostí. Povlakový materiál musí mít speciálně upravenou viskozitu
•
Spin coating – technologie vhodná pro větší díly. Díly se uchytí na otočný závěs, ponoří do povlakového materiálu a po vynoření se přebytečný materiál odstředí. 28
Touto metodou je možno povlakovat i geometricky velmi komplikované díly (např. smontované zámky), přebytečný povlakový materiál musí mít však možnost kudy unikat. •
Stříkání – technologie vhodná pro větší díly. Je možné i stříkání pneumatické (bez elektrostatiky), doporučováno je však stříkání elektrostatické. V povlaku naneseném elektrostatickým stříkáním jsou lamely rovnoměrně uspořádané a více zhuštěné než např. v povlaku naneseném technologií dip-spin. Z tohoto důvodu má např. povlak nanesený elektrostatickým stříkáním o tloušťce 5-6 µm srovnatelnou korozní odolnost jako povlak o tloušťce 10 µm nanesený technologií dip-spin. Při aplikaci elektrostatickým stříkáním většinou stačí nanést 1 vrstvu. Po nanesení následuje vysušení a vytvrzení povlaku např. v komorové peci
s cirkulací
sušícího
vzduchu
nebo
průjezdní
peci
s pásovým
dopravníkem.
(Holoubek, 2002)
5.2 Princip ochrany Ochrana poskytovaná zinkovými nátěry přináší efekt ve více rovinách. Je-li ocelový povrch opatřen nátěrem s vysokým obsahem zinku, spočívá základní ochrana ve vzniku galvanického článku, v němž se ocel a zinek stávají elektrodami. Zinek, protože je méně ušlechtilý než ocel, vystupuje v roli obětující se anody a koroduje místo oceli. V tomto procesu chrání galvanicky. V následující fázi zinek reaguje s kyslíkem, oxidem uhličitým a vlhkostí v atmosféře a vytváří zinkové korozní produkty. Ty způsobují, že nátěr je neprostupný a vytváří bariérovou ochranu. Mechanismus galvanické ochrany vstupuje „do hry“ tehdy, je-li nátěr poškozen. V případě malého poškození může nátěr tato místa „zahojit“. Jestliže je poškozena plocha větší, zinek zamezuje růstu podkorodování ochranné vrstvy. Zinek je na ocelový povrch nanášen ve formě nátěrové hmoty, proto podle typu pojiva rozlišujeme dvě skupiny: a) Anorganické zink-silikáty Alkyl(etyl)silikáty a alkalické kovové silikáty jsou dva nejrozšířenější typy pojidel.
Alkylsilikát
je
rozpustný
v
organickém
rozpouštědle,
proto
patří
k rozpouštědlovým typům. Alkalické kovové silikáty jsou používány v anorganických zinkových nátěrech na vodní bázi.
29
b) Organická pojiva Mezi organická pojiva se řadí epoxidy (rozpouštědlové i na vodní bázi), uretany (dvousložkové nebo jednosložkové vytvrzované vzdušnou vlhkostí), popřípadě další typy organických pojiv. Mechanismus při vytvrzování probíhá u anorganických zinkových nátěrů reakcí pojiva se zinkem k vytvoření funkční vrstvy, u organických zinkem bohatých nátěrů jsou zinkové částice dostatečně uzavírány pojivem k vytvoření funkční vrstvy a zajištění přilnavosti k podkladu. Tak jako je při tvorbě zinkem bohatých nátěrů věnována pozornost typům pojiv, je možné obrátit zájem i na typ (tvar) kovového zinku, který se používá. (Kalenda, 2003)
5.3 Vývoj povlaků s mikrolamelami zinku Vývoj povlaků na bázi mikrolamel zinku začal v 70. letech 20. století. Do té doby byl zinek používán ve formě zinkového prachu, tedy ve své globulární podobě. (obr. 4). Tato struktura s sebou však nese řadu nevýhod, mezi něž se řadí především malé množství pojiva ve výsledném ochranném povlaku, což ovlivňuje fyzikální i aplikační vlastnosti vytvrzené vrstvy.
Obr. 4 Globulární zinek - Zinkový prach (Růžička, Z.)
Východiskem bylo použití lamelárních zinkových částic (obr. 5). Díky destičkovité struktuře mají lamely větší povrchovou výměru než zinkový prach, který má kulatý tvar. Při použití zinkových lamel zvyšujeme obsah vázací pryskyřice, což vede k tvorbě nátěrové hmoty s příznivějšími aplikačními vlastnostmi, které jsou navíc šetrnější k životnímu prostředí.
30
Hlavní výhody lamelárního zinku v porovnání se zinkem v globulární struktuře: • vyšší antikorozní účinky, • lepší fyzikálně-mechanické vlastnosti, zejména vyšší tvrdost, • nižší propustnost vodní páry, • lepší barierová funkce nátěru, • ekonomické úspory.
Obr. 5 Lamelární zinek (Růžička, Z.)
Vývoj povlaků na bázi mikrolamel je od začátku určován automobilovým průmyslem a tento trend přetrvává i dodnes. Je to dáno mimo jiné tím, že na spojovacích součástech závisí funkce celých zařízení. Proto se dají požadavky kladené automobilovým průmyslem považovat za stěžejní v určování vývoje zinkových povlaků. Dalším prvkem který ovlivňuje vývoj zinkových povlaků je např. legislativa EU (ta se zasadila o omezení šestimocného chrómu a nestálých organických směsí). Mezi požadavky kladené automobilovým průmyslem patří: • Vysoká korozní odolnost při nízké tloušťce. • Odolnost zvýšeným teplotám. • Odolnost organickým provozním kapalinám. • Dodržení předepsaných tolerancí. • Ekologická nezávadnost a bezpečnost. • Zachování estetického vzhledu po dlouhou dobu i v agresivním prostředí. • Nižší cena. • Recyklovatelnost. • Variabilita barev. 31
Za účelem splnění poměrně obsáhlého spektra požadavků byly vyvinuty povlakové systémy složené z anorganického základního povlaku na bázi zinkových mikrolamel – basecoat (antikorozní efekt) a organických krycích vrstev – topcoat (vizuální a uživatelský efekt).
32
6.
ÚČINNOST A POROVNÁNÍ ZINKOVÝCH POVLAKŮ
6.1 Porovnání účinností Vzhledem k tomu, že se tato práce nezakládá na výsledcích vlastních zkoušek, bude porovnávání účinnosti zinkových povlaků založeno na skutečných produktech zvolených firem. Uvedené hodnoty charakteristik jednotlivých produktů byly čerpány z oficiálních zdrojů uvedených společností. 6.1.1 Produkty DACROMET® Jako první byly porovnávány produkty s ochranným systémem DACROMET® 500LC stupeň A a DACROMET® 500LC stupeň B, které v České republice distribuuje firma Fabory – CZ, s.r.o. a technologickou licenci má firma Dacral S.A. Tato technologie využívá anorganické pojivo a částice zinku a hliníku. Tyto částice jsou navíc pasivované, čímž je zabráněno úniku šestimocného chrómu. Povrchová úprava byla podrobena zkoušce v solné mlze dle DIN 59021. Výsledky jsou zobrazeny v tabulce 3. (Vrinds, 1997) Tab. 3: Doba účinnosti ochrany jednotlivých druhů povrchových úprav (Vrinds, J.)
Povrchová úprava Elektrolytické zinkovaní Elektrolytické zinkovaní Žárové zinkování DACROMET® 500LC - A DACROMET® 500LC - B
Tloušťka povlaku [µm] 5 8 40 5-7 8-10
Doba do vzniku červené koroze [h] 48[h] 120[h] 400[h] 500[h] 1000[h]
Na základě výsledků zobrazených v tabulce 3 je patrné, že antikorozní ochrana na bázi mikrolamel zinku podléhá korozi při srovnatelné tloušťce ochranného materiálu mnohonásobně pomaleji. Mikrolamely zinku jsou výhodnější i při porovnání s žárovým zinkováním, kde dosahují mnohem příznivějších výsledků i při menší tloušťce ochranné vrstvy a umožňují tak širší využitelnost (závity) Vzhledem k obsahu šestimocného chrómu v ochranných vrstvách DACROMET® je však technologie nevyhovující směrnicím EU.
33
6.1.2 Produkty DELTA-MKS® (Mikroschicht-Korrosionschutz-System) Produkty využívající technologie DELTA-MKS® patří v oblasti protikorozní ochrany na bázi mikrolamel zinku k nejčastěji používaným v Evropě. Hlavním provozovatelem licence technologie je v České republice společnost SVUM-CZ s.r.o. Tyto povlaky jsou tvořeny postupným nanášením jednotlivých vrstev. Výsledná tloušťka povlaku se pohybuje v rozmezí 8–12 [µm]. Porovnávány byly následující produkty (Kreibich, 2006): •
DELTA-TONE 9000 (basecoat) Jedná se o ochrannou vrstvu obsahující mikrolamely hliníku a zinku, které jsou
nanášeny v tenkých vrstvách. Tvoří katodickou ochranu, obsahující vysoký obsah zinku s převážně anorganickým pojivem. •
DELTA-SEAL (topcoat) Jedná
se
o
organický
povlak
z epoxy-epoxyfenolityckých
pryskyřic
s elektroizolačními vlastnostmi bez katodické ochrany. Je určen na podklady z DELTATONE 9000, ale také na hliník a nerez oceli. Tento povlak slouží ke změnám barevného odstínu, zlepšuje stálost vůči chemikáliím a splňuje fyziologickou nezávadnost vůči potravinám a pitné vodě. •
DELTA-PROTEKT KL 100 Je nástupcem povlakového materiálu DELTA-TONE 9000, který je tak postupně
nahrazován. Stejně jako jeho předchůdce má katodickou ochrannou účinnost, ale vylepšenou o 25-30%, zejména vůči tvorbě bílé koroze. •
DELTA-PROTEKT VH 300 a DELTA-PROTEKT VH 301 GZ Jedná se o anorganické povlakové materiály na bázi silikon-lithium-oxidového
polymeru (DELTA-PROTEKT VH 300) nebo o mikrojemný PTFE (DELTAPROTEKT VH 301 GZ) v případě požadavků na nízký součinitel tření. Jsou vodou ředitelné a tloušťka jedné vrstvy se pohybuje v rozmezí 2–3 [µm]. Výsledné povlaky, které jsou tvořeny několika postupně nanášenými vrstvami mají zvýšenou odolnost vůči difuzi, odolávají i silně kyselým prostředkům po dobu 5–10 minut. Tyto produkty jsou uvedeny v tabulce 4 a porovnány s galvanickým zinkováním.
34
Tab. 4: Doba účinnosti ochrany povlaků DELTA® a galvanického zinkování (Kreibich, V)
Povlak Delta-Tone Delta-Tone Delta-Seal Delta-Tone+ Delta-Seal Delta-Tone+ Delta-Seal Delta-Protekt KL 100 Delta-Protekt KL 100 + DeltaProtekt VH 300 Delta-Protekt KL 100 +DeltaProtekt VH 301 GZ Galvanické zinkování
Tloušťka povlaku [µm]
ISO 9227 solná mlha [h]
DIM 50017 kondenzační komora [h]
8 12 8 8+6 10+8 10
do 240 do 500 do 120 do 500 do 1000 Min. 600
do 300 do 600 do 120 do 600 do 1000 -
10+2
do 1000
-
8+2 10
do 1000 do 72
do 200
Z tabulky vyplývá, že povlaky na bázi mikrolamel zinku dosahují vyšší životnosti v porovnání s galvanickým zinkováním. Navíc povlaky DELTA® neobsahují šestimocný chróm ani jiné karcinogenní nebo mutagenní látky, takže tato progresivní technologie vyhovuje požadavkům evropské legislativy. Ochranné povlaky DELTA® se převážně aplikují ve více vrstvách. V grafu 1 je uvedeno několik příkladů možné aplikace. Znázorňuje dobu do vzniku koroze jednotlivých druhů použitých povlaků v závislosti na působení různorodého okolního prostředí. Ochranné povlaky byly podrobeny následujícím zkouškám: • zkouška v kondenzační komoře dle ČSN 038131, • oxidem siřičitým s povšechnou kondenzací vlhkosti dle ČSN ISO 6988, • zkouška solnou mlhou dle ČSN ISO 9227.
35
Graf.1 povlaky Delta ® (Kreibich, V)
Výsledky korozních zkoušek prokázaly odlišné korozní chování povlaků v různých prostředích díky rozdílnému projevu koroze zinkového povlaku. V případě čisté kondenzace a solné mlhy dojde ke vzniku objemných produktů zinku, které postupně uzavřou póry a prostory mezi mikrolamelami. Tím nedojde k průniku koroze na podkladový kov. V případě zkoušky s povšechnou kondenzací nevznikají objemné korozní produkty zinku a korozní prostředí rychle proniká póry a nespojitostmi povlaku k podkladovému kovu. 6.1.3 Produkty Zintek a Techseal Další firmou která v České republice distribuuje povlaky s obsahem zinkových vloček je firma Aquacomp Hard s.r.o. Ledeč nad Sázavou. Mezi její produkty patří Zintek a Techseal. Výsledky zkoušek dle ISO 9227 prokázaly, že odolnost povlaku je 600 [h] při použití dvou vrstev ZINTEKu a jedné vrstvy TECHSEALu. Jejich celková tloušťka přitom nepřesáhne 10 [µm].
36
6.2 Využití povlaků s mikrolamelami zinku Využití zinkových organických povlaků je poměrně široké. Je to dáno tím, že dosaženými antikorozními vlastnostmi přímo konkuruje hojně využívanému galvanickému zinkování. Jedna z oblastí, kde se slitinové povlaky na bázi mikrolamel zinku stále více používají, je již několikrát zmiňovaný automobilový průmysl. Na obrázku 6 jsou zobrazeny součásti, u kterých je možné využít technologii antikorozní ochrany založenou na mikrolamelách zinku.
Obr. 6 Využití Zn povlaků v automobilovém průmyslu (Kreibich, V)
Podle způsobu nanášení lze povlaky využívat k ochraně následujících součástí: •
Dip-spin – je možné povlakovat šrouby s metrickým závitem menším než M5. Dále se jedná o kolíčky, příchytky, tahové a tlakové pružiny, torzní pružiny, lisované díly, kolíky, malé lité díly.
•
Stříkání – je vhodné pro velké součásti jako jsou výlisky, lisovací díly, velké pružiny, řetězy, automatická závěsná zařízení, velké díly brzdných zařízení, součásti spodku automobilů, dopravní zařízení.
•
Máčení – metoda vhodná pro duté díly jako jsou osy, trubky, nosiče atd.
•
Spin coating – lisované díly, upevňovací desky, tvarovky atd.
37
7. ZÁVĚR Předložená bakalářská práce na téma: Slitinové povlaky na bázi mikrolamel Zn je zaměřena na soustředění odborných a uživatelských poznatků z oblasti uplatnění zinku v lamelárním tvaru v antikorozívních vrstvách. S ohledem na finální pojednání o kvalitě povlaků je práce rozdělena do částí, které postupně lemují stavební kameny pro účelnost aplikace slitinových povlaků, Z toho důvodu je tato práce rozčleněna na kapitoly, které přinášejí informace týkající se: • Korozní degradace materiálu vzhledem k jejímu mechanismu, způsobu rozvoje a způsobu ovlivnění korozní aktivity. • Možnosti snížení korozní rychlosti, resp. dočasného zastavení poškození materiálu při jeho přechodu na jeho stálejší formu vlivem úpravy chemického složení materiálu, konstrukčního návrhu a změny prostředí, nebo řešení aktivní ochrany fyzikálního či chemického charakteru. • Oblasti realizace ochrany konstrukčního materiálu vytvořením protikorozní vrstvy. • Rozdělení úprav chráněných ploch před nanášením povlaků z hlediska zbytkových obsahů solí, mastnot a prachu po aplikaci mořicí, odmašťovací a tryskací technologie. • Vývoje ochranných slitinových povlaků s obsahem Zn ve dvou základních geometrických konfiguracích – globulární a lamelarní Zn. • Možnosti využití slitinových povlaků a jejich porovnání s klasickými povlaky z čistého zinku při elektrochemické depolarizaci. Práce tvoří teoretickou část výzkumného projektu z oblasti slitinových Zn povlaků, který bude řešen v rámci diplomové práce.
38
Literatura ČERNÝ, M., a kolektiv: Korozní vlastnosti kovových konstrukčních materiálu, SNTL Praha, 1984, s. 264. DT 620.193:669.018. CHMELA, J.: Koroze a ochrana materiálů (kovů), SNTL Praha, 1979, s. 24 KALENDA, P., VESELÝ D., ANTOŠ, P.: Koroze a protikorozní ochrana kovových materiálů, Univerzita Pardubice, 2003, s. 309. ISBN 80-7194-600-1. KALENDOVÁ, A.: Technologie nátěrových hmot I., Univerzita Pardubice, 2003, s. 424. ISBN 80-7194-576-5. KALENDOVÁ, A.: Technologie nátěrových hmot II., Univerzita Pardubice, 2003, s. 379. ISBN 80-7194-555-2. MOHYLA, M.: Koroze a povrchové úpravy kovů ve strojírenství, 1981, s. 214 ŠČERBEJOVÁ, M.: Strojírenská technologie, MZLU v Brně, 1993, s. 132. ISBN 807157-083-4. VRINDS, J., Spojovací materiál – vlastnosti a použití, Fabory, 1997, s. 34 Internetové zdroje: HOLOUBEK, V., Lamelové zinkové povlaky bez šestimocného chrómu vhodné zejména pro spojovací a upevňovací součásti v automobilovém průmyslu. [online] [aktualizováno 15/06/2002]. Dostupné z: http://www.aquahard.cz/souboryeditor/21cz.doc KREIBICH, V., KUDLÁČEK, J., Ekologické příčny nevhodných povrchových úprav. [online].
[aktualizováno
23/11/2006].
Dostupné
z:
http://www.povrchovauprava.cz/pu_pdf/PU_zari06.pdf RŮŽIČKA, Z., Základní nátěrové hmoty plněné lamelárním zinkem. [online]. [aktualizováno 1/11/2006]. Dostupné z: http://www.konstrukce.cz/clanek/785-zakladninaterove-hmoty-plnene-lamelarnim-zinkem/
39
