Témata
Reklama

Budoucnost povrchové úpravy ocelových pásů

Povrchové úpravy tenkých plechů pro elektrotechniku, stavebnictví a automobilový průmysl prováděné už v huti jsou strategií oceláren budoucnosti. Podle informace koncernu Thyssen Krupp Stahl AG (TKS) dosáhl v huti podíl povrchově upravené, za studena válcované oceli na finálním produktu již 75 % a v nejbližší době má dosáhnout více než 80 %.

Strategie se začíná realizovat a čísla z TKS to potvrzují. Výroba tenkých plechů zinkovaných ponorem se zde za uplynulých 10 let zdvojnásobila, měsíční výroba galvanicky zinkovaných plechů vzrostla z 87 000 tun na 134 000 tun a výroba plechů s organickými povlaky stoupla o 24 %. Na podzim 2001 se uvádí v Dortmundu do provozu nový závod pro žárové zinkování s kapacitou 350 000 tun ročně. Nezůstává jen při tom.
Reklama
Reklama
Reklama

Krok do budoucnosti

První krok učinil TKS otevřením největšího evropského výzkumného centra pro povrchové úpravy plechu Dortmunder OberflächenCentrum v Dortmundu. Od prosince 2000 se zde ověřují inovativní technologie čištění oceli, vylučování vrstev z plynné fáze ve vakuu, plazmové technologie, nanotechnologie, nanášení organických a anorganicko-organických hybridních povlaků a jejich vytvrzování v kontinuálním procesu na ocelový pás. Při vývoji bylo využito poznatků základního výzkumu a nejmodernějších vakuových procesů povrchového inženýrství, jako jsou modifikace procesů PVD a CVD, jejichž zavedení do hutě představuje technologický skok.
V projektu se uvažovalo i s povrchovými úpravami, které by nejen chránily proti korozi, ale nesly i multifunkční vrstvy s fotovoltaickými vlastnostmi jako zdroje energie. To se mezitím stalo skutečností v závodě Thyssen Bausysteme GmbH v Dinslakenu, kde se již kontinuálně vyrábí střešní a stěnové systémy Thyssen-Solartec s třemi fotovoltaickými vrstvami.
Cílem inovací je nejen zvýšení korozní ochrany ocelového plechu, ale i výrazné snížení tloušťky povrchové úpravy a zvýšení její technologičnosti při tváření a spojování, snížení hmotnosti plechu a ve vztahu k automobilu nižší náklady, nižší hmotnost karoserie spojená s nižší spotřebou paliva. Zřejmě největší přínos inovace se projeví v ochraně životního prostředí snížením emisí z povrchových úprav, v recyklaci, v nižší spotřebě paliva a v oběhu toxických kovů i v úpravě odpadních vod.
Při neustálém snižování tloušťky plechu se i koncepce korozní ochrany soustřeďuje do stále tenčí povrchové vrstvy. Dnes špičkové povrchové úpravy v tloušťce vrstvy 100 µm představují do budoucna značnou zátěž na zdroje a problémy v recyklaci.
Vizí v automobilovém průmyslu je výroba automobilu z povrchově upraveného plechu s přesunem povrchových úprav k výrobci plechu do válcovny kontinuálním procesem podle hesla: "Finish first - fabricate later" neboli "nejprve uprav - zpracuj později".
Inovativní technologie vychází ze studia rozhraní kov/polymer v rozměrech řádově nanometrů (10-9 m), elektrochemických procesů na tomto rozhraní, na rozhraní ocel/zinek/polymer a ze studia procesu vylučování tenkých (0,1 - 0,5 µm) a ultratenkých (10 - 20 nm) kovových a polymerních vrstev. Pro úpravu povrchů s galvanicky vyloučeným povlakem zinku tloušťky do 5 µm s lepší adhezí polymerních vrstev v kontinuální povlakovací lince bylo vyvinuto 7 procesů, z nichž 4 procesy představují v úpravě ocelového pásu zásadní inovace:
  • vysokotlaké čištění s nízkým podílem odpadních vod a ultrazvukové čištění;
  • koronové odmašťování a čištění;
  • plazmové čištění;
  • PVD povlakování;
  • plazmová polymerace;
  • proces Combustion CVD;
  • procesy Chem-Coating, Roll-Coating a vytvrzování UV zářením.
  • V centru o ploše 4500 m2 kontinuální linka, postavená v součinnosti s firmami SMS-Demag AG, Düsseldorf, a Von Ardenne Anlagentechnik GmbH, Drážďany, jednostranně povlakuje ocelový pás šíře 300 mm a tloušťky 0,7 mm rychlostí 60 m.min-1. S pilotní pásovou válcovnou dosahuje linka délky 80 m. Celý proces je řešen modulárně, aby umožnil rozšíření do průmyslové velikosti.

    Koronové odmašťování a plazmové čištění

    Standardní mokré odmašťování běžně dostačuje pro elektrolytické nebo chemické procesy jako např. fosfátování. U vakuových procesů CVD a PVD, aplikovaných přímo na zinkový povrch, vadí přítomnost zbytků organických látek, jako jsou olejové filmy a alkylsulfonáty z odmašťování tenzidy. Koronový výboj na vzduchu, nebo lépe v kyslíku, spolehlivě odstraňuje organické kontaminanty. Zařízení firmy SOFTAL electronic Erik Blumenfeld GmbH, Hamburg, využívá vysokonapětového výboje v kyslíku mezi elektrodami a povrchem plechu k odstranění olejového filmu tloušťky až 60 nm. Pro zvýšení účinnosti se koronové čištění ještě doplňuje plazmovým čištěním ve vakuové části zařízení.

    Povlakování PAPVD

    Na upravený povrch se nanášejí vrstvy 1 µm z par kovů, nejčastěji titanu, odpařených elektronovým dělem za asistence vysokonapěťového pulzního plazmového oblouku zařízením HCA (High Current Pulsed Arc Evaporator), při němž dochází k vytvoření slitin Me-Zn se zinkem s lepší korozní odolností než čistý zinek, jako mají již osvědčené slitiny Ti-Zn. Následným krátkodobým žíháním lze vytvořit buď strukturu s vhodným gradientem koncentrace Me-Zn slitiny nebo vrstvu slitiny Me-Zn. Případně se vytváří kompozitní vrstvy s nitridem titanu TiN. Proces plazmově aktivovaného PVD (PAPVD), vyvinutý drážďanským ústavem Fraunhofer-Institut Werkstoff- und Strahltechnik (IWS), probíhá kontinuálně optimální rychlostí vyhovující všem procesům.

    Plazmová polymerace

    V nové technologii povrchové úpravy přebírá dřívější funkci chromátování nebo fosfátování proces plazmové polymerace, kdy se aktivací plazmy mezi substrátem a dutou katodou na povrchu Me-Zn slitiny vytvoří tenký film s hustým polymerním síťovím z procesního plynu, kterým je tetrametylsilan (CH3)4Si v argonu. Za dobu 10 s při rychlosti pohybu pásu 60 m.min-1 se vytvoří vrstva tloušťky 65 nm.

    Proces Combustion CVD

    Proces CCVD SiliCoater, vyvinutý pro linku spoluprací výzkumu TKS s firmou SurA GmbH, Jena, a známý též jako Pyrosil, původně vznikl jako metoda předúpravy kovů pro nanášení organických povlaků v dentální oblasti. Spočívá ve vytvoření ultratenkých povlaků (50 - 100 nm) na povrchu kovu (i na skle nebo keramice) z vrstvy nanočástic SiO2 o průměru asi 30 nm a z vrstvy aktivátorů adheze organických povlaků ve formě řetězců - Si - CH2 - O - C(=O) - SiO2. Tento atmosférický pyrolýzní proces probíhá spalováním tetrametylsilanu dávkovaného do hořáku ve směsi propanu se vzduchem a usazováním reakčních produktů na povrchu substrátu.

    Organické povlakování Chem-Coating a Roll-Coating

    Pod těmito názvy se skrývají modifikace procesu coil-coating (povlakování svitků) pro finální úpravy vícevrstvým organickým povlakem na bezrozpouštědlové bázi v požadovaném vybarvení s tenkou vrchní vrstvou čirého topcoatu o tloušťce asi 1 µm a vytvrzované UV zářením. Vlastnosti jsou formulovány tak, aby umožňovaly následující tváření a spojování bez poškození optiky dílu. Tyto funkční charakteristiky spolu s vakuovými předúpravami jsou již dnes velmi atraktivní pro povrchové úpravy pásů a svitků technologií coil-coating na kuchyňské zboží a "bílou techniku" a začínají se užívat i v automobilovém průmyslu.
    Od technologie povrchových úprav budoucnosti označované jako "tailored coating systems" s vysokými funkčními vlastnostmi, zpracovatelností a ekologickým přínosem se očekává snížení celkové tloušťky povlaku ze současných špičkových asi 95 - 100 µm na 55 µm i méně, a to při zlepšené odolnosti vůči korozi a abrazi. Technologie si také vyžádá průmyslové nasazení zcela nových metod kontroly jakosti tenkých vrstev přístrojovou technikou analýzy povrchu metodami povrchové spektroskopie, které dnes nejsou běžné ani ve výzkumu. Vývoj také ukázal, že ani inovativní technologie se zatím neobejdou bez konvenčních procesů, jako jsou např. galvanické zinkování a zinkování v roztaveném zinku, ale také. že synergií ve vývoji lze inovace a konvenční procesy vhodně skloubit a řídit ve směru procesů "na míru".
    Reklama
    Vydání #9
    Kód článku: 10902
    Datum: 05. 09. 2001
    Rubrika: Výroba / Povrchové úpravy
    Autor:
    Firmy
    Související články
    Lehké konstrukce automobilů - Specifické povlaky hlubokotažných ocelí

    Na konstrukční materiály používané při stavbě automobilové karoserie jsou kladeny mimořádné požadavky. Specifické podmínky musejí splnit zejména vnější povrchové díly karoserie, které jsou nositeli designu vozu a které tím i do značné míry rozhodují o prodejnosti a úspěšnosti daného modelu. Kromě základních mechanických podmínek musejí povrchové díly splnit perfektní lakovatelnost, mimořádnou korozní odolnost, ale také musejí mít schopnost bezproblémového zpracování – ať už lisováním, nebo rozmanitými technologiemi spojování, jako je laserové pájení a lepení.

    Plzeňské setkání strojařů

    Katedra technologie obrábění Fakulty strojní Západočeské univerzity v Plzni letos uspořádala již devátý ročník mezinárodní konference Strojírenská technologie Plzeň. V porovnání s minulým ročníkem zaznamenala podstatně větší návštěvnost – čítala téměř dvě stě účastníků a uskutečnilo se bezmála šedesát prezentací. Náš časopis na konferenci figuroval jako mediální partner akce.

    Související články
    Téma: technologie pro výrobu forem

    Díly, součásti či výrobky, které spatřily světlo světa díky tomu, že byly vylisovány, odlity či vykovány ve formě, jsou doslova všude kolem nás. Forma je zařízení často velmi složité a komplexní a k její výrobě je potřeba řada špičkových technologií. Následující článek představuje některé z nich.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    Laserová i optická řešení a mnohem více

    Pravidelné podzimní dny otevřených dveří uspořádala pro své současné i potenciální zákazníky koncem září společnost Lascam systems. Po tři dny mohli zájemci o laserové technologie navštěvovat showroom dceřiné společnosti Elya Solutions v Horních Počernicích, kde bylo v provozu více než sedm různých aplikací dceřiných i zastupujících společností. Jednotlivá stanoviště prezentovala široké portfolio aplikací a služeb, jež integrátorská společnost Lascam nabízí.

    Prostor pro laserovou automatizace je stále obrovský

    Česká společnost Lascam systems se zabývá zejména dodávkami laserových zařízení pro obrábění kovů a plastů. Byla včas u rozvoje moderních laserových technologií a dnes pomáhá firmám s integrací laserových aplikací do výrobních procesů. Podle slov obchodního ředitele společnosti Karola Flimela se považují spíše za dodavatele řešení než distributora jednotlivých zařízení a za největší výzvu považují složité inovativní projekty, které přinášejí nový způsob výroby.

    Plnění požadavků na čistotu ve výrobě

    Firma Rosler vyvinula pro výrobce systémů škrticích a výfukových klapek kompletní systém automatizovaného obrábění. Tento systém pokrývá operace od převzetí obrobku po třískovém obrábění přes proces surf finishingu a jemného čištění, nanesení kódu datové matice až po zabalení dílů do KLT obalů a jejich přesun do stohovacích kontejnerů.

    Moderní způsoby ochrany vysokopevných ocelí

    V posledních letech je v automobilovém průmyslu kladen stále větší důraz na snižování hmotnosti vozu, potažmo spotřeby a z ní plynoucích emisí, za současného zvýšení bezpečnosti posádky. Jednou z možností, jak splnit tyto požadavky, je nahrazení starých materiálů používaných pro výrobu určitých komponentů za nové, pevnější. Díl z pevnějšího materiálu může být tenčí a potažmo i lehčí oproti dílu původnímu, ale současně je schopen vydržet stejné, nebo i větší namáhání.

    Technologie přesného střihu

    Výrobou přesných dílců technologií přesného střihu se zabývá zlínská společnost ANC Components. V současnosti disponuje zařízeními poskytujícími maximální lisovací sílu 4000 kN (? 400 t). Problematika přesného střihu se neustále rozvíjí. Proto v rámci čtyřletého dotovaného projektu Eureka společnosti ANC Components a Comtes FHT řeší zefektivnění a zproduktivnění výrobního procesu spojením zkušeností praxe a výzkumných prostředků. Řešení projektu bylo již dříve prezentováno ve vydání MM 10/2012 a dále v Hutnických listech č. 4/2013.

    Perfektní povrchová úprava

    Ten, kdo vytváří povlaky, může dosáhnout bezvadných výsledků pouze důkladnou předpřípravou povlakovaného povrchu. Také za tímto účelem investovala firma Bot Oberflächentechnik z Kulmbachu do nového zařízení – a dosáhla tak nakonec fascinujících výsledků.

    Kompaktní řešení Zapoj a spusť

    Surffinisher je inovační metoda inline omílání vysoce kvalitních, geometricky složitých součástí během výrobního cyklu , která otevírá nové možnosti pro automatizované, vysoce přesné obrábění definovaných ploch jednotlivých součástí. Kompaktní omílací systém Zapoj a spusť lze snadno integrovat do výrobních linek.

    Automatické selektivní nebo celoplošné obrábění

    Ať se jedná o odhrotování, broušení, hlazení, zaoblování nebo leštění, dnes musejí být na kvalitu plněny velmi vysoké požadavky. Konkurenční tlak pak současně vyžaduje minimalizaci nákladů na zpracování. Tyto požadavky lze splnit inovativní technologií surf-finishing společnosti Rösler. K manipulaci s obrobky během bezdotykového, plně automatického procesu omílání jsou používány roboty. To umožňuje nejen celoplošně, nýbrž i selektivně, spolehlivě a efektivně obrábět geometricky složité součásti. Tato revoluční inovace v omílání byla poprvé prezentována na veletrhu AMB 13. až 17. září ve Stuttgartu.

    Tryskací zařízení pro zvýšení životnosti radlic

    Stroje pro úpravu půdy jsou extrémně zatěžovány. Pro zvýšení doby životnosti rychle opotřebitelných náhradních dílů, např. radlic, používá firma Andersen Steel pro jejich čištění zařízení se shot peeningem od firmy Rösler.

    Zvýšení výkonu u tribo stříkání

    Stříkání práškových barev systémem tribo je založeno na fyzikálních principech, které do značné míry určují výsledné parametry stříkacího zařízení. Výrobce stříkacích pistolí je postaven před úkol navrhnout optimální konstrukci, která bude poskytovat nejlepší možný výstup, jakým je dostatečně nabitý prášek, který vystupuje v požadovaném množství a s použitelnou rychlostí z ústí nabíjecí trubice. Jak název napovídá, nabíjení prášku tribo je založeno na principu tření.

    Reklama
    Předplatné MM

    Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

    Proč jsme nejlepší?

    • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
    • Vysoký podíl redakčního obsahu
    • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

    a mnoho dalších benefitů.

    ... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

        Předplatit