Témata
Reklama

Povrchové úpravy kovů

Náhrada toxických antikorozních pigmentů netoxickými snižuje účinnost antikorozní ochrany základních nátěrů. Jako řešení se využívají nátěrové systémy o vysokých tloušťkách, avšak při jejich aplikaci je třeba vyžádat si reference o jejich dlouhodobé ochranné účinnosti zjištěné na základě laboratorních i staničních zkoušek.

V posledních letech převládal v odborné veřejnosti názor, že v oblasti povrchových úprav je vše vyřešeno: Existují nové materiály a nové technologie, které se začátkem 90. let rychle rozšířily i do ČR. K tomuto názoru přispělo i výrazné snížení korozní agresivity atmosféry v ČR jako důsledek snížení znečištění ovzduší oxidem siřičitým. Korozní napadení, ke kterému ještě před několika lety docházelo po relativně krátkém působení vnějšího prostředí, se snížilo a první výrazné korozní projevy se mohou vyskytnout až po delší době expozice (cca 3 roky). Přesto ke koroznímu napadení kovů a slitin a degradaci vrstev povrchových úprav stále dochází. V současné době je při navrhování technologie povrchové úpravy rozhodujícím hlediskem kromě obecných požadavků na odpovídající kvalitu, životnost, kapacitní požadavky, výrobkovou skladbu apod. i ochrana životního prostředí.
Reklama
Reklama
Reklama

Technologie povrchových úprav

Technologie povrchových úprav kovů a slitin lze rozdělit do dvou základních skupin:
  • vytváření organických povlaků, tj. nanášení tekutých a práškových nátěrových hmot na všechny typy podkladových materiálů včetně předúpravy nanášení konverzních povlaků;
  • vytváření anorganických povlaků, tj. vytváření zejména kovových povlaků tepelnými, chemickými nebo elektrolytickými procesy, případně vytváření povlaků anorganických smaltů, převážně na kovových podkladových materiálech.
Požadavek na životnost výrobku včetně jeho povrchové úpravy je jedním z rozhodujících faktorů ovlivňujících výběr technologie povrchové úpravy. Řadu možností pro ochranu kovového povrchu poskytují organické povlaky. Nejrozšířenější jsou povlaky z nátěrových hmot - podíl technologií organických povlaků v celkovém objemu povrchových úprav je cca 90 %. Povrchová ochrana pomocí nátěrů má většinou jak ochranný, tak i estetický účinek. Ochranný účinek organických povlaků je založen především na bariérových vlastnostech. Důležitým kritériem jejich ochranné schopnosti je propustnost ochranných povlaků pro složky obklopujícího prostředí. U některých nátěrů (např. základních nátěrů), kde by pro malou tloušťku ochranné vrstvy byl bariérový účinek omezen, je ještě doplňován inhibičním působením látek v nich obsažených. Ovšem ekologické důvody vedly k tomu, že účinné antikorozní pigmenty byly nahrazeny pigmenty méně škodlivými pro životní prostředí a zdraví, ale zároveň i méně účinnými proti korozi.
V oblasti povrchové úpravy strojírenských kovových sériově produkovaných výrobků se s úspěchem používají vypalovací nátěry, které zajišťují dlouhodobou ochranu proti atmosférickému prostředí. Jedná se o automobily, pračky, ledničky apod. Horší je situace v oblasti malosériové a kusové výroby, kde se vypalovací nátěry dají uplatnit stěží.

Antikorozní pigmenty

Ještě horší je situace v ochraně proti atmosférické korozi ocelových stožárových, mostních a jiných podobných konstrukcí, rozměrných strojů a zařízení, a to zejména v oblasti údržbových nátěrů. Tato oblast zatím nedoznala komplexního řešení, které by zajistilo dlouhodobou životnost ochranných opatření při přijatelných nákladech. Souvisí to s tím, že po odstranění účinných, avšak toxických antikorozních pigmentů ze základních nátěrů nebyla dosud nalezena srovnatelná náhrada.
O významu účinných složek v základních nátěrech na jejich životnost svědčí například následující skutečnost: výstavba Eiffelovy věže byla zahájena začátkem roku 1887 a stavba byla ukončena v březnu 1889. Pro ochranu proti korozi kovové konstrukce věže byl použit základní olejový nátěr pigmentovaný oxidem železitým a dva vrchní nátěry, které se skládaly ze 42 % hm. oxidu železitého, 35 % hm. surového lněného oleje a 23 % hm. svařeného lněného oleje. Povrch konstrukce byl ještě opatřen olejovým emailem. V roce 1892, tj. za tři roky po zhotovení ochranných nátěrů, bylo zjištěno místní korozní poškození. Tato korozí poškozená místa byla mechanicky očištěna a opatřena suříkovým olejovým nátěrem a celý povrch konstrukce byl opatřen olejovým nátěrem obsahujícím bělobu olovnatou a okr. Eiffelova věž se od té doby natírá v pravidelných sedmiletých intervalech [1]. Předčasné poškození ochranného nátěru lze spojovat se skutečností, že oxid železitý použitý v základním nátěru nepatří do skupiny antikorozních pigmentů. Oxid železitý se též nevyznačuje bazickými vlastnostmi, a nemůže proto neutralizovat organické kyseliny vznikající při přeměně olejového nebo olej obsahujícího pojiva, a tudíž má voda pronikající nátěrem hodnotu pH kolem 3, což je hodnota nepříznivá pro zamezení koroze ocele, jak je patrno z grafu.
O významu antikorozních pigmentů v základním nátěru svědčí i některé části ocelového mostu, který byl po 80 letech expozice v Praze demontován. Na některých částech tohoto mostu, které nebyly přístupné pro další opravné nátěry, se zachoval v neporušeném stavu původní nátěrový systém tvořený dvěma vrstvami suříkového olejového základního nátěru a dvěma vrstvami vrchního olejového nátěru pigmentovaného olovnatou bělobou a okrem.

Vysokosušinové nátěrové hmoty

Nové netoxické sloučeniny nemají požadovanou vysokou účinnost, což neumožňuje zabezpečit dlouhodobou ochranu ocelového povrchu proti atmosférickým vlivům při nízkých tloušťkách nátěrových systémů, tj. při tloušťkách nepřesahujících 150 µm. Využití bariérového mechanismu ochrany aplikaci nátěrových systémů o vysokých tloušťkách bylo ještě donedávna považováno za vhodné vyřešení problému zabezpečení dlouhodobé ochrany povrchu ocelových konstrukcí a rozměrných kovových strojů a zařízení. Rozšíření aplikace epoxidových vysokosušinových systémů je toho příkladem.
Ale i tyto systémy mohou po relativně krátké době degradovat [3]. Např. v Holandsku se dlouhodobě úspěšně používaly nátěrové systémy založené na epoxidehtových materiálech pro ochranu proti atmosférické korozi mnoha hydrotechnických zařízení. Z ekologických důvodů musely být tyto materiály vyřazeny z použití a nahrazeny nátěrovými systémy z epoxidových vysokosušinových nátěrových hmot. Po třech letech po zhotovení nátěrů došlo k jejich značnému poškození, které se projevilo rozpraskáním a místním prokorodovaním. Příčiny poškození nátěrů souvisí s postupným odpařením složek o vysokém bodu varu, což vede ke smrštění a rozpraskání povlaků. K tomu přispívají i rozdílné koeficienty tepelné roztažnosti oceli a hmoty nátěrů, což při vysoké tloušťce nátěrového systému má také nepříznivý vliv. Následně bylo ověřeno 14 nátěrových systémů z vysokosušinových nátěrových hmot (12 epoxidových a 2 polyuretanové) a zkouškám vyhověly pouze 3 z nich. Z toho pro uživatele vysokosušinových nátěrových hmot plyne, že si mají vždy u nabízených materiálů vyžádat reference o dlouhodobé ochranné účinnosti zjištěné na základě jak laboratorních, tak i staničních zkoušek. Urychlené laboratorní zkoušky mohou poskytnout dobré srovnání v ochranné účinnosti povlaků různých nátěrových hmot, ale v podmínkách zkoušek nelze namodelovat působení všech faktorů vnějšího prostředí, které působí na degradaci nátěrového systému a korozní chování materiálů. V poslední době se rozšiřuje provádění cyklických zkoušek, které modelují spolupůsobení více faktorů (vysoká a nízká teplota, vysoká vlhkost, kondenzace vlhkosti, znečištění prostředí, UV záření apod.).
Náklady spojené s ochranou ocelových konstrukcí nátěrovými systémy z vysokosušinových nátěrových hmot jsou s ohledem na potřebnou tloušťku a cenu těchto materiálů velmi vysoké. Materiálové náklady na jeden VN stožár [4] o ploše ocelových profilů cca 200 m2 jsou dány 50 litry nátěrové hmoty při tloušťce nátěrového systému 250 (m (pro zjednodušení lze uvažovat 100% objemovou sušinu nátěrové hmoty, i když obvykle bývá kolem 85 %) a vydatnosti nátěrové hmoty 4 m2/l. Při ceně nátěrové hmoty 400 Kč/l pak materiálové náklady (bez započtení ztrát, což je kolem 5 až 20 %) pro uvedený stožár představují 20 000 Kč. Vezme-li se v úvahu hodnota práce, ředidel, čisticích prostředků, dopravy, pomůcek potřebných pro zhotovení nátěrů, pak ochrana milionů m2 povrchu stožárových, mostních a jiných ocelových konstrukcí a rozměrných strojů a zařízení vyžaduje miliardové náklady.

Údržbové nátěry

Údržbové nátěry mají často mnohem kratší životnost než nátěry zhotovené u výrobce ocelových konstrukcí na čistém ocelovém povrchu. Souvisí to v první řadě s tím, že údržbové nátěry se zhotovují na povrchu nedokonale očištěném, většinou ručně drátěnými kartáči. Pouze u větších investičních akcí je aplikováno tryskání povrchu před aplikací nátěrového systému. Značná část korozních produktů se tímto způsobem nedá úplně odstranit a zůstává pak pod zhotoveným údržbovým nátěrovým systémem. Vzhledem k své struktuře zadržují korozní produkty poměrně dostatek vody. Kyslík i voda potřebné pro průběh koroze se snadno nátěrem prodifundují k podkladu, což vytváří příznivé podmínky pro průběh koroze pod nátěrem. K intenzivní korozi pod nátěrem dochází, jsou-li ve rzi přítomny rozpustné soli [5, 6], což jsou ve vnitrozemí většinou sírany a v přímořském prostředí a tam, kde se v blízkosti konstrukce používají v zimním období posypové soli, též chloridy.

Perspektiva netoxických nátěrových hmot

Je samozřejmé, že se nastoluje otázka, zda existuje možnost propracovat takové účinné a netoxické složky nátěrů, aby se současné základní nátěry vyznačovaly stejnou nebo ještě vyšší účinností, jak tomu bylo v případě klasických, avšak toxických antikorozních pigmentů. To by umožnilo snížit přibližně o polovinu tloušťku ochranného nátěrového systému a uspořit stamiliony Kč na nákladech. Vyžadovalo by to poskytnout několik milionů Kč na jejich výzkum, vývoj, ověření a zavedení do výroby. Možnosti anorganické chemie poskytnout vhodné a potřebné účinné netoxické antikorozní složky jsou v tomto směru, jak se zdá, již v podstatě vyčerpány. Možné anorganické sloučeniny jsou buď málo účinné, jako je tomu v případě fosforečnanů a křemičitanů, nebo příliš nákladné, jak je tomu v případě molybdenanů. Nabízí se možnost využit anorganicko-organické nebo čistě organické inhibitory koroze účinné v neutrálním prostředí. Přídavek inhibitorů koroze do základní nátěrové hmoty, jak ukázaly četné ověřovací zkoušky, neposkytuje očekávaný výsledek. Je totiž nutno vyřešit řadů problémů spojených s vlastnostmi základních organických nátěrů ve vztahu k inhibitorům koroze a chráněnému kovovému povrchu.
Pro dlouhodobou protikorozní ochranu ocelových konstrukcí jsou často používány duplexní systémy kombinující kovový povlak s nátěrovým systémem. Problematika těchto systémů povrchové úpravy však překračuje rozsah tohoto příspěvku.
Další impulzy pro změnu typu nátěrových hmot přinesou nový zákon o ovzduší 86/2002 Sb. a prováděcí vyhlášky MŽP k zákonu, které také výrazně ovlivní technologie povrchových úprav organickými povlaky. K největšímu zatížení životního prostředí dochází při aplikacích povrchových úprav na otevřených prostranstvích mimo prostory výrobního závodu. Realizují se určitá opatření pro zajištění snížení úniku tuhých znečišťujících látek (TZL), tedy i aerosolů nátěrových hmot, a snížení znečištění vod a půdy. Plynné emise VOC z aplikací nátěrových hmot mimo uzavřené prostory výrobních závodů nejsou sledovány ani postihovány. Připravované nařízení vlády přímo ukládá minimalizovat tyto emise VOC.
Reklama
Vydání #5
Kód článku: 20523
Datum: 16. 05. 2002
Rubrika: Trendy / Povrchové úpravy
Autor:
Firmy
Související články
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.

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.

Související články
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.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
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.

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.

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).

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.

Tryskání a hlavní příčiny, které snižují životnost ocelových konstrukcí

Nové metody abrazivního tlakovzdušného tryskání, které oproti tradičním technologiím staví na přesném nastavení a elektronické kontrole procesu, jsou určeny pro dokonalou a včasnou přípravu povrchu ocelových konstrukcí před nanášením povrchových úprav. Jsou spolehlivější, rychlejší, tím i výrazně úspornější v provozních nákladech a také v celkové ekonomice technologie.

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.

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.

Maskování pro povrchové úpravy

Před mnoha lety, než jsem se začal zabývat povrchovými úpravami a maskováním, jsem netušil, jak komplexní obor to je a co všechno zahrnuje. Problematika je natolik obsáhlá a speciální, že by si zasloužila samostatný studijní obor na univerzitě. Zkusím proto v tomto článku popsat alespoň část svých dosavadních zkušeností a poznatků z mojí univerzity života.

Plazmová předúprava povrchu - povrchová energie versus adheze

V oblasti úprav povrchů materiálů je obecně přijímáno, že povrchová energie je jedno z rozhodujících kritérií pro adhezi nátěrových hmot, barev, lepidel nebo speciálních povlaků. Čím vyšší je povrchová energie, tím lepší by měla být přilnavost. Na základě získaných výsledků z oblasti předúpravy povrchu plazmatem nebo ionizací však nebyla prokázána přímá korelace mezi volnou povrchovou energií materiálů povrchově upravených různými technologiemi a výslednou adhezí nátěrové hmoty nebo lepidla.

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