Témata
Reklama

Žárově stříkané povlaky - moderní technologie tvorby povrchových ochra

Dnešní požadavky na spolehlivost ve všech průmyslových odvětvích stále rostou a určují hlavní hlediska pro volbu materiálu, druhu a způsobu výroby i provozu výrobků. V řadě aplikací je to povrch součástí a jejich vlastnosti, jež jsou limitním faktorem.

Počátek tvorby povlaků metodou žárového nástřiku je datován na počátek 20. století, kdy byl prvně publikován doktorem Schoopem proces, nazvaný "deposition metal under an air flow", který otevřel nový směr v technikách zpracování povrchů. Postupem času nastoupila tato metoda díky novým poznatkům, konstrukcím a aplikačním možnostem cestu dynamického rozvoje, jehož rostoucí trend pokračuje takřka do současnosti.
Reklama
Reklama
Reklama

Žárové nástřiky jako funkční povlaky

Žárové nástřiky představují perspektivní technologii, poskytující funkčně efektivní povlaky o tloušťce větší než 50 ?m, používané v mnoha odvětvích průmyslu. Tyto flexibilní technologie umožňují optimální přizpůsobení povrchové vlastnosti součásti provozním podmínkám, což vede k prodloužení životnosti, zvýšení spolehlivosti a bezpečnosti součásti i k lepší ekonomice daného procesu.
Tradiční aplikace žárově stříkaných povlaků se zaměřují především na ochranu povrchů. V současné době se ale objevují aplikace používající povlaky jako funkční povrchy nabízející materiálovým inženýrům alternativu k používání tenkých vrstev a objemových materiálů. V řadě případů (energetika, automobilový, letecký, chemický a petrochemický průmysl, lékařství) jsou technologie žárově stříkaných povlaků nezastupitelné. Jejich praktický dopad na kvalitu výrobků spočívá v technickém a ekonomickém zvyšování užitných vlastností jak v prvovýrobě, tak i v oblasti renovací. Mezi tyto vlastnosti může patřit:
  • odolnost proti mechanickému opotřebení (abraze, eroze, kavitace);
  • vynikající tribologické vlastnosti (samomazné, kluzné, těsnicí povlaky);
  • odolnost proti oxidaci, korozi a proti působení agresivního chemického prostředí, odolnost proti extrémně vysokým teplotám;
  • doplnění rozměrů, doplnění chybějícího materiálu;
  • elektroizolační a elektrovodivé povlaky.
  • Tvorba povlaku

    Principem vytváření žárově stříkaných povlaků je částicový proces, při kterém dochází v zařízení k natavení přídavného materiálu (zpravidla prášku, popř. drátu) a jeho urychlení směrem k součásti. Po dopadu dochází k rozprostření částice a velice rychlému utuhnutí. Výsledná struktura (tzv. lamelární) je tvořena rozprostřenými částicemi, tzv. splaty. Schematicky je struktura povlaku přiblížena na obr. 2. Spojení povlaku se substrátem (povlakovanou součástí) je založeno na mechanickém principu ukotvení natavených částic na nerovnostech povrchu. Po dopadu částic dochází k jejich velice rychlému utuhnutí a smrštění, jehož důsledkem je velice pevný spoj, vykazující poměrně značnou adhezivní přilnavost, která dosahuje u povlaků stříkaných technologií HVOF hodnot >70 MPa. Typická tloušťka těchto povlaků se pohybuje v rozmezí 0,2 - 2 mm.
    Samotná technologie tvorby žárově vytvářených povlaků je rozdělena do několika základních kategorií, a to především z hlediska zdroje tepelné energie nutné k natavení přídavného materiálu. Schematické rozdělení je uvedeno na obr. 3. Porovnání jednotlivých parametrů nejpoužívanějších metod žárového nástřiku je uvedeno v tab. 1. V současnosti jsou v oblasti žárových nástřiků nejvíce rozšířené především technologie plazmatického nástřiku a vysokorychlostní nástřik plamenem - High Velocity Oxygen Fuel (HVOF).

    Vysokorychlostní nástřik plamenem

    HVOF rychle nahrazuje pro některé aplikace plazmatický nástřik, zejména v oblasti cermetových povlaků, pro něž byl také vyvinut. Cermety jsou charakterizovány kombinací vlastností využívající tvrdosti karbidů, které zajišťují odolnost proti opotřebení, jejichž křehkost je kompenzována tvárnou kovovou matricí, ve které jsou zabudovány. Typické provedení povlaku na bázi WC-Co je znázorněno na obr. 4. Vlastnosti cermetů, jako např. tvrdost, otěruvzdornost nebo pevnost, jsou ovlivněny především velikostí karbidických zrn a jejich podílem v cermetu. Mezi nejvíce používané cermetové povlaky se díky svým unikátním vlastnostem řadí především systémy typu WC-Co, WC-Co-Cr, WC-Ni, Cr3C2-NiCr a v poslední době TiC-based, u kterých se často za účelem zlepšení hodnocených vlastností mění procentuální podíl, popř. druh matrice. Porovnání odolnosti abrazivního opotřebení cermetového povlaku s ocelí je uvedeno na obr. 5.
    HVOF je nová varianta, založená na speciální konstrukci hořáku, ve kterém spaliny na konci trysky prudce expandují, a tím dochází k jejich dramatickému urychlení. Teplot nutných k dosažení natavení přídavného materiálu je dosahováno spalováním. Hlavní předností HVOF stříkaných povlaků je nízká pórovitost (<1 %), vysoká přilnavost (>70 MPa), nízký obsah oxidů (<1 %) i při nástřiku reaktivních kovů. Unikátní vlastností této technologie je, že při vhodné volbě depozičních parametrů poskytuje povlaky v tlakovém pnutí, což umožňuje vytvářet povlaky velkých tlouštěk. Tlakové pnutí v povlaku je rovněž příznivé z hlediska únavových vlastností povlakovaných součástí. K výhodám nástřiku HVOF technologií patří nepřestoupení teploty 180 °C u součástí během procesu nástřiku, což je hluboko pod fázovými přeměnami ocelí, které jsou pro výrobu součástí opatřovaných nástřikem žárovými technologiemi ve většině případů používány. Nízká hodnota tepelného ovlivnění součástí rovněž zabraňuje vzniku nežádoucích pnutí a tvarových deformací spojených s teplotními gradienty. Uvedené vlastnosti předurčují tyto povlaky pro nejnáročnější aplikace.

    Náhrada tvrdého chromování

    V poslední době je zaznamenán nárůst aplikací žárového nástřiku rovněž v oblasti náhrady tvrdého chromování. Nespornou výhodou HVOF povlaků ve srovnání s tvrdým chromováním je možnost materiálové volby, a tím přesné vyhovění požadavkům dané aplikace. K dispozici je celá řada materiálů vhodných pro náhradu tvrdého chromování, ale jako nejvhodnější se jeví povlak WC-Co, který svými vlastnostmi pokrývá nejširší spektrum aplikací tvrdého chromování. Mezi výhody stříkaných HVOF povlaků v porovnání s tvrdým chromováním patří:
  • možnost materiálové volby;
  • lepší otěruvzdornost, korozní a únavové vlastnosti;
  • hustější povlaky bez povrchové sítě trhlin;
  • rychlost depozice;
  • nezávislost na základním materiálu díky mechanickému zakotvení;
  • ekologická přijatelnost.
  • Popularita technologie žárového nástřiku neustále stoupá a v současné době tento segment trhu zaznamenává 10% - 12% nárůst. Aplikacemi ochranných povlaků metodami žárových nástřiků a výzkumem v této oblasti se zabývá také společnost Škoda Výzkum, s. r. o.
    Ing. František Zahálka
    Ing. Radek Enžl, Ph.D.
    Reklama
    Vydání #1,2
    Kód článku: 50192
    Datum: 02. 02. 2005
    Rubrika: Inovace / Povrchové úpravy
    Autor:
    Firmy
    Související články
    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.

    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.

    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.

    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.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    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.

    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.

    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.

    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).

    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.

    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.

    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.

    Jak zefektivnit proces stříkání práškovými barvami?

    Jak již název článku uvádí, bude se v něm pojednávat o aplikaci práškových barev. Konkrétně se jedná o méně známou a využívanou možnost automatizace a mechanizace stříkání, kterou jsou postřikové stěny.

    Funkční materiály pomocí depozice atomových vrstev

    Depozice atomových vrstev (ALD – Atomic Layer Deposition) je technologie využívající depozice tenkých vrstev na povrch substrátu s přesností v atomovém měřítku, založená na řadě reakcí výchozí látky v plynném stavu s povrchem substrátu. Většina ALD reakcí používá dvě chemické látky, které se nazývají prekurzory.

    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