ΕΠΙΜΕΤΑΛΛΩΣΕΙΣ. Τεχνικές εφαρμογής και μέτρησης. Οι βασικοί τρόποι επιμετάλλωσης είναι:

Transcript

1 Από το Θεόδωρο Τσαγκάρη Ηλεκτρολόγο Μηχανικό ΕΜΠ Μηχανικό Πωλήσεων για το Τεχνικό Γραφείο Δ. Βρέκοσις ΕΠΙΜΕΤΑΛΛΩΣΕΙΣ Τεχνικές εφαρμογής και μέτρησης p a g e 22 Η επιμετάλλωση γίνεται με τη δημιουργία ενός κατά βάσει λεπτού στρώματος μετάλλου πάνω σε κάποιο άλλο μέταλλο βάσης που είναι και το βασικό υπόστρωμα, ώστε να προστεθούν σε αυτό κάποιες επιθυμητές ιδιότητες. Οι συνηθέστερες από αυτές είναι: Ενίσχυση της αντοχής στη διάβρωση και την οξείδωση Η βελτίωση των ιδιοτήτων τριβής Η αύξηση των πόρων της μεταλλικής επιφάνειας για τη βελτίωση των συνθηκών τριβής και λίπανσης εδράνων και αξόνων Η επαναφορά φθαρμένων αντικειμένων στις αρχικές τους διαστάσεις. Οι βασικοί τρόποι επιμετάλλωσης είναι: 1. Ο ψεκασμός με υγρό μέταλλο, είτε με όπλο πλάσματος, είτε με ειδικές διατάξεις σταθερών σημείων ψεκασμού 2. Η ηλεκτρόλυση 3. Η εμβάπτιση του αντικειμένου σε ρευστό μέταλλο Οι ιδιότητες που πρέπει να προστεθούν στο μέταλλο βάσης, όπως επίσης οι γεωμετρικές ιδιαιτερότητες που έχει το αντικείμενο και τα σημεία που πρέπει να εφαρμοστεί η επιμετάλλωση, είναι οι παράμετροι που οδηγούν στην επιλογή του υλικού και στη μέθοδο εφαρμογής αυτής. Στη συνέχεια θα αναφερθούν οι διάφορες τεχνικές επιμετάλλωσης βάσει του υλικού που χρησιμοποιείται με σύντομη αναφορά στις τεχνικές και τα πλεονεκτήματα που έχει η κάθε μία. Ψευδαργύρου (Γαλβάνισμα) Ο ψευδάργυρος χρησιμοποιείται σε μεγάλη κλίμακα για την επιμετάλλωση χάλυβα γιατί παρουσιάζει μεγάλη αντοχή στην οξείδωση και γαλβανική προστασία ακόμη και σε ακάλυπτα σημεία. Με τον τρόπο αυτό αποφεύγεται

2 Επιμεταλλώσεις - Τεχνικές εφαρμογής και μέτρησηςҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏ Διαδικασία Γαλβανίσματος ή περιορίζεται η οξείδωση του χάλυβα για όσο χρόνο υπάρχει στρώμα ψευδαργύρου. Η επιμετάλλωση του χάλυβα με ψευδάργυρο επιτυγχάνεται συνήθως με ηλεκτρόλυση, με εμβάπτιση και με ψεκασμό. Τα συνήθη πάχη της επιμετάλλωσης είναι της τάξης των 50μm για σωλήνες στο ύπαιθρο ή 90 μm για υπόγειους σωλήνες. Η διάρκεια ζωής στρώματος πάχους 25 μm είναι σε βιομηχανικές περιοχές 4 χρόνια, σε παραθαλάσσιες περιοχές 5-10 χρόνια και σε αγροτικές περιοχές 10 χρόνια. Ανοδίωση Τα κράματα το αλουμινίου, εάν συνδεθούν με τον αρνητικό πόλο αποκτούν ένα επιφανειακό οξείδιο που εμποδίζει την περαιτέρω διάβρωση του μετάλλου. Για την ηλεκτρόλυση χρησιμοποιούνται οι μέθοδοι του Πίνακα 1. Για την καλύτερη προστασία του μετάλλου από την οξείδωση στην ατμόσφαιρα ή στη θάλασσα, χρησιμοποιούνται επίσης βαφές με ρητινοχρώματα. Η ανοδική προστασία χρησιμοποιείται επίσης και στην περίπτωση του μαγνησίου και του ψευδαργύρου, τα αποτελέσματά της όμως είναι κατώτερα του αλουμινίου. Γαλβανισμένα είδη Μολύβδου Ο μόλυβδος χρησιμοποιείται σαν αντιδιαβρωτική προστασία του σιδήρου, του χαλκού και του χάλυβα. Ο μόλυβδος 23 p a g e

3 Επιμεταλλώσεις - Τεχνικές εφαρμογής και μέτρησηςҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏ Πίνακας 1. Μέθοδοι ηλεκτρόλυσης παρουσιάζει μικρότερη χημική δράση με το οξυγόνο από τα μέταλλα αυτά, γι' αυτό είναι απαραίτητη η πλήρης κάλυψη των μεταλλικών επιφανειών με το στρώμα του μολύβδου. Η επιμετάλλωση μολύβδου γίνεται με ψεκασμό, ηλεκτρόλυση, εμβάπτιση και επάλειψη στη θερμή επιφάνεια του μετάλλου της βάσης. Η επιμεταλλωμένη επιφάνεια παρουσιάζει συνήθως κακή εξωτερική εμφάνιση, αλλά σημαντική αντοχή στην οξείδωση και τη διάβρωση από τη δράση χημικών ουσιών. Γενικά, οι επιμεταλλώσεις μολύβδου παρουσιάζουν ευπάθεια στη διάβρωση του θαλασσινού νερού ενώ αντίθετα σημαντική αντοχή στην επίδραση της μολυσμένης ατμόσφαιρας. Καδμίου Το κάδμιο χρησιμοποιείται σαν αντιοξειδωτική προστασία κυρίως του σιδήρου, του χάλυβα, του χαλκού και των κραμάτων του και σπανιότερα του αλουμινίου και του ψευδαργύρου. Η συνηθέστερη μέθοδος είναι η ηλεκτρόλυση κυανιούχων αλάτων του καδμίου ή η εμβάπτιση σε λιωμένο διάλυμα Cd-Ζn. Η αντιοξειδωτική προστασία του καδμίου οφείλεται στη μεγαλύτερη χημική δράση του καδμίου με το οξυγόνο, η οποία p a g e 24 Γραμμή ανοδίωσης

4 Επιμεταλλώσεις - Τεχνικές εφαρμογής και μέτρησης Γαλβανισμένα είδη προκαλεί την οξείδωση του καδμίου αντί του μετάλλου της βάσης. Η επιμετάλλωση καδμίου παρουσιάζει σημαντική αντοχή στη διάβρωση από το θαλασσινό νερό και τη μολυσμένη ατμόσφαιρα των βιομηχανικών πόλεων. Νικελίου και Χρωμίου παρουσιάζουν καθοδική συμπεριφορά ως προς τα μέταλλα αυτά, με αποτέλεσμα να εξασφαλίζεται η προστασία των μετάλλων της βάσης μόνον εάν επιτευχθεί η 100% κάλυψή τους. Δυστυχώς, για τις συνήθεις επικαλύψεις μέχρι πάχους 25 μm δεν είναι δυνατή η αποφυγή κενών στην κάλυψη από τα οποία αρχίζει η οξείδωση. Γενικά ο ρυθμός οξειδώσεως εξαρτάται από το περιβάλλον και χαρακτηριστικά αναφέρεται ότι, από άποψη προστασίας, επικαλύψεις πάχους 12.5 μm σε καθαρή ατμόσφαιρα είναι ισοδύναμες με επικαλύψεις πάχους 25 μm σε παραθαλάσσια περιοχή ή 50 μm σε βιομηχανική στην περίπτωση του χάλυβα και του νικελίου. Επίσης, ο ρυθμός οξείδωσης εξαρτάται και από το μέταλλο βάσης, έτσι 30 μm επικάλυψης χάλυβα είναι ισοδύναμα με 25 μm επικάλυψης ψευδαργύρου Ανοδιωμένα εξαρτήματα και 10 μm επικάλυψης χαλκού. Για την προστασία του αλουμινίου χρησιμοποιούνται συνήθως στρώματα νικελίου πάχους τουλάχιστον 40 μm. Η επικάλυψη χρωμίου παρουσιάζει ανάλογη δράση με το νικέλιο, αλλά παρά την καλύτερη αντιοξειδωτική δράση χρησιμοποιείται σπανιότερα γιατί είναι δύσκολο να αποφευχθεί η ρηγμάτωση του Παράδειγμα εφαρμογής επιμολύβδωσης p a g e 26 Το βασικό πλεονέκτημα των επιμεταλλώσεων του νικελίου και του χρωμίου είναι η ικανοποιητική αντιοξειδωτική προστασία σε συνδυασμό με την καλή εξωτερική εμφάνιση. Οι επιμεταλλώσεις νικελίουχρωμίου χρησιμοποιούνται για την προστασία του σιδήρου, των διαφόρων κραμάτων χάλυβα, των κραμάτων του χαλκού, του αλουμινίου, του μαγνησίου κ.ά. Το νικέλιο και το χρώμιο Σύστημα εφαρμογής επικάλυψης μολύβδου

5 Επιμεταλλώσεις - Τεχνικές εφαρμογής και μέτρησηςҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏ Εφαρμογή επινικέλωσης Πριν την εφαρμογή Καδμίου στρώματος. Το νικέλιο χρησιμοποιείται επίσης σε διαδοχικά στρώματα με το χαλκό. Η προστασία όμως που επιτυγχάνεται είναι μικρότερη από αυτή ισοπαχούς στρώματος καθαρού νικελίου. Για την καλύτερη προστασία των μετάλλων χρησιμοποιούνται και επιμεταλλώσεις νικελίου μεγάλου πάχους έως 7 mm με τη χρησιμοποίηση της μεθόδου της ηλεκτρόλυσης. Το κόστος όμως παραγωγής είναι μεγάλο. Μεγάλες όμως προοπτικές εφαρμογής παρουσιάζει η μέθοδος επένδυσης φύλλων χάλυβα με λεπτότατα φύλλα νικελίου. Λευκοσιδήρου Μετά την εφαρμογή Καδμίου Η κυριότερη εφαρμογή του λευκοσιδήρου σαν βιομηχανικό μέταλλο είναι η επιμετάλλωση του χάλυβα για την παραγωγή του ντενεκέ. Με τον τρόπο αυτό συνδυάζεται η χαμηλή τιμή του χάλυβα με τις αντιοξειδωτικές ιδιότητες και την καλή εξωτερική εμφάνιση του λευκοσιδήρου. Η συνηθέστερη μέθοδος επιμετάλλωσης λευκοσιδήρου είναι η εμβάπτιση. Με τη μέθοδο αυτή το μέταλλο της βάσης βαπτίζεται πρώτα σε συλλίπασμα ή γράσο και στη συνέχεια σε σειρά δοχείων με λιωμένο λευκοσίδηρο. Μετά βαπτίζεται σε λουτρό από φοινικέλαιο και στη συνέχεια περνά από έλαστρα όπου αφαιρείται η περίσσεια του λευκοσιδήρου ώστε το τελικό στρώμα να έχει πάχος περίπου 2.5 μm. Το στρώμα του λευκοσιδήρου παρά το ελάχιστο πάχος του προσφύεται εξαιρετικά στην επιφάνεια του χάλυβα γιατί μέρος του σχηματίζει τη χημική ένωση FeSn2. Τα τελευταία χρόνια μεγάλη εξάπλωση έχει η μέθοδος επιμετάλλωσης λευκοσιδήρου με ηλεκτρόλυση. Το πλεονέκτημα της μεθόδου αυτής είναι η επιτυχής επιμετάλλωση με μικρότερα ακόμη πάχη λευκοσιδήρου της τάξης των 0.4 μm. Η επιμετάλλωση κραμάτων χαλκού με λευκοσίδηρο είναι επίσης ικανοποιητική και δίνει αντιοξειδωτική προστασία για τις συνηθισμένες εφαρμογές με ελάχιστα πάχη της τάξης των 0.25 μm. p a g e 28 Ο λευκοσίδηρος δρα καθοδικά ως προς το σίδηρο, για το λόγο αυτό η αντιοξειδωτική προστασία απαιτεί πλήρη κάλυψη του μετάλλου της

6 Επιμεταλλώσεις - Τεχνικές εφαρμογής και μέτρησης Μπάνιο Χρωμίου βάσης. Για την προστασία του λευκοσιδήρου από αλκαλικές, όξινες ή ουδέτερες επιδράσεις αλάτων που υπάρχουν στα προϊόντα κονσερβοποιίας, χρησιμοποιούνται επικαλύψεις ρητινοχρωμάτων. Ποιοτικός Έλεγχος ς Επινικελωμένο εξάρτημα Επιχρωμιωμένα εξαρτήματα Όπως σε όλες τις βιομηχανικές κατεργασίες, έτσι και στην επιμετάλλωση υπάρχει στο τέλος πάντα η αμφιβολία για το αν το αποτέλεσμα είναι το επιθυμητό, για το αν έγιναν όλα όπως έπρεπε και για το αν τελικά επετεύχθη ο στόχος. Πιο συγκεκριμένα μερικά από τα ερωτήματα που πρέπει να απαντηθούν είναι: έγινε σωστά η εφαρμογή της μεθόδου; ήταν το υλικό της επιμετάλλωσης το ενδεδειγμένο; ποιό είναι το πάχος της επιμετάλλωσης; πόσο εύκολα γίνεται αποκόλληση αυτής; κλπ p a g e 30 Για την απάντηση των παραπάνω ερωτημάτων υπάρχουν συσκευές ποιοτικού ελέγχου οι οποίες είναι εξειδικευμένες στον έλεγχο των επιμεταλλώσεων και γενικότερα των επικαλύψεων τόσο ποιοτικά

7 Επιμεταλλώσεις - Τεχνικές εφαρμογής και μέτρησηςҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏ Εφαρμογή επίστρωσης λευκοσιδήρου Ελάσματα με επίστρωση λευκοσιδήρου p a g e 32 όσο και ποσοτικά. Πιο συγκεκριμένα οι πιο διαδεδομένοι έλεγχοι που γίνονται στις επικαλύψεις είναι οι ακόλουθοι: 1. Μέτρηση πάχους επιμετάλλωσης Αυτός είναι και ένας από τους σημαντικότερους αλλά και πιο εύκολους ελέγχους που πρέπει να γίνεται ώστε να εξασφαλίζεται ότι το πάχος της επιμετάλλωσης είναι εντός των ορίων που ορίζουν οι προδιαγραφές και τουλάχιστον πάνω από το ελάχιστο όριο. Υπάρχουν διάφορες τεχνικές Συσκευή μέτρησης πάχους επικάλυψης με ενσωματωμένο αισθητήρα μέτρησης της επιμετάλλωσης οι οποίες εξαρτώνται τόσο από το μέταλλο βάσης (το βασικό υπόστρωμα) αλλά και από το συσχετισμό αυτού με το υλικό επιμετάλλωσης. Στις περιπτώσεις μαγνητιζόμενων υποστρωμάτων χρησιμοποιείται η τεχνική της μαγνητικής επαγωγής (magnetic induction), ενώ στα μη μαγνητιζόμενα η μέθοδος των δινορευμάτων (eddy currents). Σε πιο δύσκολες περιπτώσεις όπου οι δύο αυτές μέθοδοι αδυνατούν να δώσουν τη λύση, όπως για παράδειγμα: Η συσχέτιση του υλικού επιμετάλλωσης με το βασικό μέταλλο που έχει το υπόστρωμα είναι ιδιαίτερη όπως επαργύρωση σε αλουμίνιο Το υλικό της επιμετάλλωσης είναι μαγνητιζόμενο όπως η επινικέλωση του χάλυβα Υπάρχουν πολλαπλές επιστρώσεις και θέλουμε ξεχωριστή μέτρηση για κάθε μία ξεχωριστά τότε οι μετρήσεις αυτές μπορούν να γίνουν είτε με χρήση κάποιων ιδιαίτερων συσκευών, είτε με τη χρήση οργάνων οι οποίες βασίζουν τη λειτουργία τους στην τεχνολογία X-RAY με πολύ μεγάλη ακρίβεια. Για όλες αυτές τις περιπτώσεις το Τεχνικό Γραφείο Δ. Βρέκοσις έχει λύσεις οι οποίες προέρχονται από τους οίκους Karl Deutsch Γερμανίας με την σειρά Leptoskop και Oxford

8 Επιμεταλλώσεις - Τεχνικές εφαρμογής και μέτρησηςҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏҏ Instruments Αγγλίας για τις πιο δύσκολες εφαρμογές, τους οποίους και αντιπροσωπεύει αποκλειστικά για την Ελλάδα. 2. Χημική σύσταση υλικού επιμετάλλωσης Η σωστή ποιότητα του υλικού επιμετάλλωσης είναι πολύ σημαντική στο να έχουμε το επιθυμητό αποτέλεσμα. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι ελέγχου της σύστασης του υλικού επιμετάλλωσης οι οποίες γίνονται είτε με χημικές διεργασίες, είτε με χρήση διαφόρων μηχανημάτων όπως φασματογράφοι μάζας διαφόρων τεχνολογιών. Η πιο ενδεδειγμένη μέθοδος είναι η χρήση ενός Φορητού Φασματογράφου τεχνολογίας XRF διότι δίνει άμεσα και ακριβή αποτελέσματα και επιπλέον είναι και Μη Καταστροφική Μέθοδος, επομένως το προς εξέταση αντικείμενο μπορεί να χρησιμοποιηθεί άμεσα μετά τον έλεγχο. Τέλος αξιοσημείωτο είναι ότι μπορεί να προστεθεί και η δυνατότητα για ταυτόχρονη μέτρηση του πάχους της επιμετάλλωσης με την ίδια συσκευή είναι αξιόπιστη, εύχρηστη και μπορεί να δώσει ακριβή αποτελέσματα σε όλες τις περιπτώσεις ανάλυσης σύστασης τόσο των μεταλλικών επικαλύψεων όσο και των υποστρωμάτων. Συνοψίζοντας, θέλουμε να σας υπενθυμίσουμε ότι το Τεχνικό Γραφείο Δ. Βρέκοσις μπορεί να δώσει λύσεις σε όλα τα Φορητοί Φασματογράφοι XRF παραπάνω προβλήματα μετρήσεων όπως επίσης και σε κάθε άλλη ανάγκη μέτρησης και ποιοτικού ελέγχου που ενδέχεται να παρουσιαστεί καθημερινά σε κάθε επιχείρηση. Συσκευή μέτρησης πάχους επικάλυψης με εξωτερικό αισθητήρα Για τον παραπάνω έλεγχο το Τεχνικό Γραφείο Δ. Βρέκοσις προσφέρει τους φορητούς φασματογράφους της Oxford Instrument Αγγλίας. Η σειρά XMET με τα μοντέλα 5000 και Συσκευή μέτρησης πάχους επικάλυψης με X-RAY 33 p a g e