Témata
Reklama

Kompozitní povlaky jako možná náhrada za povlaky na bázi CrIV

Tento příspěvek se týká oblasti povrchových úprav, zejména elektrolyticky vyloučených kovových povlaků, a to způsobu vytvoření kompozitní povrchové úpravy na bázi niklu s vysokou odolností proti opotřebení. Výsledkem provedeného výzkumu je technologický postup závěsového pokovení pro nový kompozitní povlak NiP-XLS, který by mohl nahradit povlaky na bázi CrIV.

Vlastnosti jednosložkových povlaků nesplňují vždy všechny náročné požadavky kladené na vlastnosti povrchů. Navíc v rámci ekologického uvědomování sílí tlaky na omezení používání některých kovů v blízké budoucnosti, jako například chromu. Proto jeden z hlavních směrů rozvoje povrchových úprav je obecně orientován na nové vícesložkové povlaky. U kovových povlaků je vývoj směrován kromě slitinových povlaků i na povlaky kompozitní, a to jak u klasických technologií, tak i u řady nových způsobů a technologií pokovení, resp. povlaků. U nejčastěji aplikovaných technologií pokovení ve strojírenství, u galvanického pokovení, jsou tyto směry rozvíjeny u povlaků ochranných nejčastěji na bázi zinku a v oblasti funkčních povlaků na bázi niklu. Galvanické technologie jsou zatím stále pro strojírenskou výrobu nejdostupnější technicky i ekonomicky. Navíc pro svoji přesnost, resp. tolerance strojírenské praxi nejvíce vyhovují.

Reklama
Reklama

Nanomateriály používané v galvanicky vylučovaných povlacích

V současné etapě světového vývoje jsou používány materiály ve formě ultrajemných částic s rozměry menšími než 1 000 nm a převážně většími než 1 µm. Většina nanomateriálů používaných v galvanotechnice má disperzní částice výrazně menší než 100 nm.

Nejčastěji se v současné době používá korund (Al2O3) a karbid křemíku (SiC). Dále je pak dostupná řada dalších oxidů a karbidů. Jako velmi perspektivní se jeví budoucí použití chromu a jeho karbidů (Cr3C2). Nanomateriály se dodávají ve formě práškové nebo jsou přímo rozptýleny v elektrolytu. V případě elektrolytu je snadnější manipulace a vyšší bezpečnost práce. Cena nanomateriálů je poměrně vysoká, a proto je třeba maximalizovat efekt a využití lázně.
Využitím zcela nových vlastností kompozitních povlaků, respektive jejich kombinacemi a rozdílnými způsoby zhotovení i možností tepelného zpracování u slitinových povlaků vznikají široké možnosti jejich aplikací. Uplatnění funkčních povlaků je podmíněno vyhledáváním vhodných materiálů, ověřováním nových technologických postupů a sledováním vlastností povlaků.

Kompozitní povlak NiP-XLS

Nově vyvinutý kompozitní povlak NiP-XLS je povlak, jehož matricí je nikl a jako disperzní část se používá syntetický jíl XLS Laponite. Jílové nanočástečky XLS o velikosti 25 x 0,92 nm byly přidány do lázně NiP a rozptýleny pomocí ultrazvuku a mechanického míchání. V rámci výzkumu bylo nasazeno 10 g jílů na 1 litr galvanické lázně a byla pokovena řada zkušebních tablet a ty byly následně testovány.

SEM snímky povlaku NiP-XLS s viditelnými aglomeracemi zrn jílu (zvětšeno 500x).

Technologický postup nanášení kompozitního povlaku NiP-XLS

Kompozitní povlak vzniká procesem závěsového elektrolytického niklování. Při příkladném způsobu vytvoření kompozitní povrchové úpravy na povrchu materiálu se materiál vloží do niklovací lázně obsahující nikl, fosfor a disperzní částice ve formě syntetického jílu. Elektrolytické pokovení probíhá při vylučovací rychlosti 0,3 až 0,6 μm.min-1, při napětí 1 až 6 V, proudové hustotě 0,2 až 1 A.dm-2, teplotě lázně 55 °C až 65 oC a pH lázně 2,5 až 2,7.

Do niklovací lázně je možné přidávat leskutvorné přísady pro zlepšení vzhledu vyloučeného povlaku. Z ověřených výsledků vyloučených povlaků byl stanoven optimální technologický postup. V rámci výzkumu byla též navržena nová technologická linka pro výrobu kompozitního povlaku NiP-XLS.


Pro zvětšení klikněte na tabulku.

Návrh uspořádání van v technologické lince pro vylučování kompozitních povlaků NiP-XLS

Zvýšení životnosti konstrukčních dílů

Kompozitní povrchová úprava na bázi NiP s nízkým koeficientem tření splňuje zároveň obvyklé průmyslové požadavky na protikorozní odolnost a zásady ekologické šetrnosti. Tato technologie zajišťuje zvýšení životnosti konstrukčních dílů, snížení tloušťky povrchové úpravy. Po tepelném vytvrzení kompozitního povlaku dojde k výraznému zlepšení opotřebení povlaku. Tento povlak může v budoucnu nahradit povlak tvrdého chromu.

Jak ukázaly tribologické testy, i malé množství nanomateriálu dokáže velice ovlivnit vlastnosti povlaku, a to hlavně v úbytcích hmotnosti při tribologických zkouškách. Dále také ovlivňují tvrdost a otěruvzdornost povlaku.


Vývoj hmotnostních úbytků jednotlivých sledovaných povlaků v čase

Pro zvětšení klikněte na graf.

V rámci projektu provedená měření prokázala funkčnost nanomateriálu v kompozitních povlacích na bázi niklu jako použitelné a perspektivní. Lze předpokládat, že galvanické kompozitní povlaky na bázi niklu si rychle najdou své místo v jejich aplikacích požadovaných řadou oborů.

Tato zpráva byla vytvořena s finanční podporou TA ČR TA04010971: Výzkum a vývoj nové generace aplikačních válců pro flexotiskovou a laminační technologii s využitím kompozitních, nanokompozitních a hybridních materiálů.

Seznam použité literatury:
[1] Benešová, D.; Drašnar, P.: Electrodeposited Composite Coatings. In: Technological Forum 2013. Jaroměř: Kudláček Jan, Ing., 2013, s. 9–12. ISBN 978-80-87583-06-7.
[2] Benešová, D.; Pakosta, M.; Kudláček, J.; Kreibich, V.; Chvojka, M.: Nickel based composite coatings as alternative to hard chromium coatings. In: Proceedings of International Conference on Innovative Technologies IN-TECH 2015. Rijeka: Faculty of Engineering University of Rijeka, 2015. ISSN 1849-0662.

ČVUT v Praze, Fakulta strojní

Ing. D. Benešová, doc. V. Kreibich, Ing. J. Kudláček

Dana.Benesova@fs.cvut.cz

http://u12133.fsid.cvut.cz/

Reklama
Související články
Finesy antikorozních úprav do extrémních podmínek

Není asi náročnější zakázky na povrchové antikorozní ochrany než konstrukce pro extrémní klimatické podmínky, jako je střídání abnormálních teplot a slané prostředí. To je totiž ta pravá „ochranářská“ maturita. Mají-li se v těchto podmínkách chránit nadrozměrné konstrukce, není mnoho firem, které si na to troufnou. Před takovým dilematem stáli nepochybně investoři a realizační firmy při stavbě ve své době největší výletní lodě Queen Mary II a těžaři při konstrukci zřejmě nejseverněji umístěné naftové těžební plošiny Goliat v Barentsově moři. Jejich volba firmy realizující protikorozní úpravy padla na vlašimský Metalkov.

Ako zvýšiť kvalitu povrchových úprav

Dokonale čistý a odmastený povrch dielov je základnou črtou pre všetky povrchové úpravy, ktorý má veľký vplyv na výslednú kvalitu produktu. Predovšetkým rôzne spôsoby nanášania kovov si vyžadujú starostlivú prípravu povrchu, aby sa zabránilo vzniku škvŕn, ktoré vznikajú v dôsledku povrchovej kontaminácie počas tvárnenia kovov.

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.

Související články
Vakuové odpařování - technologie budoucnosti

Vakuové odpařování je v České republice poměrně málo používaná technologie. Má však velký potenciál pro budoucí rozšíření. Tato technologie nachází využití v povrchových úpravách, chemickém, strojírenském, potravinářském a farmaceutickém průmyslu. Firma Kovofiniš je jednou z prvních českých firem, která nabízí vlastní vakuové odparky.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Šetrné a účinné čištění těžko dostupných míst

Klasické postupy čištění ve vodě se dostávají na hranice svých možností, když jde například o kapilární struktury nebo komplexní geometrie. Za takové situace se nově na scénu dostávají tzv. CNP technologie (Cyclic Nucleation Process). Tato technologie pracuje na principu cyklické nukleace (tvorby krystalových zárodků z přesycených roztoků).

Zvýšení procesní spolehlivosti čištěním

Společnost BUPI Golser je světovou špičkou ve výrobě zařízení pro průmyslové čištění obrobků a transportních nosičů. Čisticí zařízení BUPI Cleaner jsou známá díky svým vynikajícím výsledkům čištění, kterých dosahují při vysoké hospodárnosti, energetické účinnosti a šetrnosti ke zdrojům. Vyráběna jsou v sídle společnosti BUPI Golser Maschinenbau v Halleinu u Salcburku. O zákazníky z České republiky a Slovenska pečuje od roku 2017 brněnská společnost Imtos.

Stříkání a lakování - trendy jsou nepochybné

Nutnost zvyšovat technicko-ekonomickou úroveň firmy je na denním pořádku. Inovace zvyšují podnikovou konkurenceschopnost, kterou lze spatřovat zejména ve flexibilitě, tvorbě přidané hodnoty, efektivnosti a kvalitě. Také v oboru povrchových úprav je trendem automatizace a robotizace.

Komplexní způsob kontroly procesu odmaštění

Článek pojednává o možnostech komplexní kontroly procesu odmaštění v průmyslových aplikacích, tj. především o možnostech kontroly stavu povrchu výrobků před procesem odmaštění a po něm a o kontrole stavu odmašťovacích kapalin pomocí UV-VIS spektroskopie.

Předúprava oceli nízkoteplotním plazmatem pro zvýšení pevnosti lepeného spoje

V příspěvku jsou shrnuty výsledky výzkumu vlivu plazmochemické předúpravy vzorků oceli DC01 na výslednou pevnost lepeného spoje. Pro předúpravu povrchu vzorků oceli byla použita RF štěrbinová tryska generující plazma. Jako pracovní plyn byl použit argon a argon v kombinacích s dusíkem nebo kyslíkem. Vliv plazmové předúpravy na povrch oceli byl vyhodnocen pomocí měření kontaktních úhlů a výpočtu volné povrchové energie. Po slepení vzorků oceli pomocí běžně užívaného lepidla Weicon Flex 310M HT200 byly testovány výsledné vlastnosti lepeného spoje pomocí standardních mechanických odtrhových testů podle ČSN EN 1465.

Vývoj epoxidových barev na konstrukce

Trendem dnešní doby je snižování nákladů na nátěrové systémy na konstrukce. Tyto systémy jsou ve většině případů složeny ze základní nátěrové hmoty (NH) epoxidového typu a vrchního polyuretanového emailu. V rámci úspory nákladů byla vyvinuta NH, která plní funkci obou těchto nátěrových hmot, to znamená, že má antikorozní vlastnosti, splňuje funkci vrchní NH a je možné ji aplikovat pouze v jedné vrstvě.

Otěruvzdornost povlaků žárového zinku s přídavkem cínu

Žárové zinkování ponorem představuje jeden z nejrozšířenějších způsobů ochrany ocelových materiálů kovovými povlaky. Životnost takto zhotovených povlaků je v běžném prostředí více než 50 let, a proto nevyžadují údržbu. Vlastnosti zinkového povlaku lze navíc podle použití částečně ovlivňovat přídavkem některých prvků do oceli nebo zinkové lázně. V rámci výzkumu na Ústavu strojírenské technologie ČVUT v Praze bylo cílem zhodnotit odolnost proti otěru zinkového povlaku v závislosti na obsahu cínu v zinkové tavenině.

Předúpravy povrchů velkorozměrných ocelových konstrukcí

V letech 2014 až 2016 budovala jako generální dodavatel firma S.A.F. Praha, spol. s r. o., technologická zařízení pro mechanické předúpravy povrchu, odmašťování a termické nástřiky ve výrobním závodě polské firmy Famet v blízkosti města Opole. Investor a uživatel vyrábí zařízení pro energetiku, plynárenský a ropný průmysl, jejichž součástí jsou velké ocelové svařence s hmotností do 250 tun.

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.

Náhoda jako impulz inovace nátěrové hmoty

Kdyby nespadlo jablko Newtonovi na hlavu, nebylo by gravitačního zákona. Totéž lze říci o náhodné plísni, z níž Flemingovi vzešel penicilín. Nebýt rozsáhlé zakázky povrchových úprav osmi tisíců konstrukčních dílů Metalkovu Vlašim pro General Electric v Abu Dhabí, nepřišel by významný světový výrobce nátěrových hmot na zcela specifický technologický problém. Roli hrála náhoda, ne špatná práce výrobce.

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