Obróbka mechaniczna – Porady

Fizykochemiczne oczyszczanie powierzchni

W celu uzyskania powłoki ochronno-dekoracyjnej odpowiedniej jakości i dobrej przyczepności należy powierzchnię metalu lub stopu podłoża należy bardzo dokładnie oczyścić z olejów, tłuszczów i produktów korozji. Minimalne nawet pozostałe ilości tłuszczów powodują złuszczanie się nałożonej warstwy metalu, a nie usunięte dokładnie produkty korozji mogą być przyczyną powstawania ognisk korozyjnych pod nałożoną powłoką.

Oczyszczanie powierzchni podłoża przed osadzaniem powłok galwanicznych polega na usunięciu z niej zanieczyszczeń mechanicznych, olejów, tłuszczów lub substancji tłuszczopodobnych i ich pochodnych, produktów korozji oraz innych zanieczyszczeń nagromadzonych podczas procesu produkcyjnego części.
Zanieczyszczenia mechaniczne są pozostałością po obróbce mechanicznej przedmiotu (frezowaniu, szlifowaniu itp.) i są na ogół względnie łatwe do usunięcia, ponieważ ich przyczepność jest uwarunkowana lepkością smarów, którymi zazwyczaj są zwilżone. Wyjątek stanowi obecność grafitu z operacji przeciągania, który wbity w rysy i szczeliny trudny jest do usunięcia zarówno metodami mechanicznymi, jak i chemicznymi.

W toku procesu produkcyjnego przedmioty podlegają zatłuszczeniu celowemu (olejami i tłuszczami ułatwiającymi przeprowadzanie pewnych operacji technologicznych, smarami konserwującymi itp.) lub mimowolnemu (wskutek stykania się z przedmiotami zatłuszczonymi).

Produktami korozji określa się warstwy powierzchniowe będące wynikiem utleniania podłoża w procesie wytwórczym (zgorzelina), bądź też będące wynikiem oddziaływania nań powietrza i wilgoci (rdza, tlenki metali, zasadowe sole w wyniku reakcji wtórnych itp.).

Do pozostałych zanieczyszczeń, określanych ogólnie jako inne, zalicza się kurz, brud, piasek, sole będące wynikiem oddziaływania na podłoże potu, resztki ścierniwa z procesów poprzedzających i wiele innych.

Wymienione powyżej zanieczyszczenia usuwa się

  • mechanicznie (ścieranie)
  • metodą fizyczną (rozpuszczanie, emulgowanie)
  • metodą chemiczną (obróbka w solach stopionych, zmydlanie tłuszczów, rozpuszczanie produktów korozji w kwasach)
  • metodą elektrochemiczną (analogicznie do chemicznej przy pomocy prądu elektrycznego i przy równoczesnym mechanicznym współdziałaniu gazów wydzielających się na powierzchni przedmiotu w wyniku reakcji wtórnych w elektrolicie)
  • metodą fizykochemiczną (np. oczyszczanie w odpowiednim środowisku przy pomocy ultradźwięków o częstotliwości > 20 kHz)

Części poddawane obróbce galwanicznej powinny być przed przystąpieniem do prac przygotowawczych całkowicie wykończone pod względem mechanicznym, a więc muszą mieć odpowiednie wymiary w granicach tolerancji, wymagany stopień gładkości powierzchni i krawędzi oraz odpowiedni zaczep uniemożliwiający przypadkowe spadnięcie z wieszaka lub powstanie luźnego, zmiennego, kontaktu poprzez wieszak ze źródłem prądu (nie dotyczy to drobnicy obrabianej masowo).

Chromowanie

Chrom jest metalem barwy srebrzystej z niebieskawym odcieniem. W atmosferze powietrza chrom nie zmienia barwy. Jest on odporny na działanie kwasów organicznych; nie działa na niego również kwas azotowy i siarkowodór. Jedynie gorący kwas siarkowy i kwas solny (nawet w temperaturze otoczenia) rozpuszczają powłokę chromową. Twardość warstw chromu otrzymanych odpowiednich warunkach jest większa od twardości najtwardszych gatunków stali hartowanych. Powłoki chromowe w zależności i przeznaczenia podzielić można na dekoracyjne i techniczne. Powłoki chromowe dekoracyjne nakłada się zazwyczaj na podwarstwie miedzi i niklu lub niklu, a nie bezpośrednio na stali ze względu na to, że w ogniwach galwanicznych, które tworzą się w miejscach odkrytych (pory, nieszczelności), żelazo w stosunku do chromu jest anodą. Technologie nakładania cienkiej warstwy chromu (ok. l µm) na podwarstwie miedź-nikiel stosuje się powszechnie, np. przy pokrywaniu dekoracyjno-ochronnym części samochodowych, motocyklowych, rowerowych, w przemyśle budowy wagonów kolejowych i tramwajowych, przy budowie przyrządów pomiarowych (zwłaszcza dla laboratoriów chemicznych) oraz przyrządów precyzyjnych (np. zegarków).

Zastosowanie powłok chromowych

Szerokie zastosowanie znalazło tzw. chromowanie techniczne. W tym celu nakłada się grubsze warstwy chromu, przeciętnie 0,005 – 0,2 mm, a w niektórych specjalnych przypadkach do l mm, bezpośrednio na stal w celu polepszenia własności mechanicznych i odporności na korozję części chromowanych. I tak na przykład doskonałe wyniki daje chromowanie matryc i tłoczników, zwłaszcza do wykonywania przedmiotów z gumy, tworzyw sztucznych i skóry. Dużą zaletą jest w tym przypadku gładkość, odporność chemiczna i mały współczynnik tarcia warstw chromu, co łącznie z dużą twardością wpływa na dużą trwałość formy oraz piękny wygląd produkowanych części. W celu ochrony trących się powierzchni przed zniszczeniem mechanicznym chromowanie techniczne znalazło szerokie zastosowanie w budowie maszyn, lotnictwie i transporcie. Chromowaniu poddaje się z dobrymi wynikami cylindry silników spalinowych, pierścienie tłokowe, tłoczyska podnośników hydraulicznych itd. Chromowanie techniczne znalazło również szerokie zastosowanie w przemyśle narzędziowym. Nowe narzędzia, przede wszystkim przeznaczone do obróbki metali i stopów nieżelaznych oraz miękkich stali, chromuje się na grubość niewiele przekraczającą tolerancje zużycia narzędzia. Korzystna też jest inna własność powłoki chromowej, a mianowicie skłonność do małej przyczepności, przez co zmniejsza się do minimum przylepianie wiórów do pracujących powierzchni narzędzi.

Powszechne zastosowanie znalazło chromowanie w produkcji sprawdzianów, gdyż zwiększa się w ten sposób kilkunastokrotnie ich trwałość.
Chromowanie dekoracyjno-ochronne również znalazło szerokie zastosowanie w praktyce. Cienka powłoka chromowa nałożona na błyszczącą powłokę niklową, pozostając niezmienną w normalnych warunkach atmosferycznych, utrzymuje przez szereg lat estetyczny wygląd pochromowanego przedmiotu. Duża twardość powłoki chromowej zabezpiecza ponadto ten przedmiot przed mechanicznym zarysowaniem.

W ostatnich latach stwierdzono, że oprócz mechanicznego zabezpieczenia powłoka chromowa wywiera również znaczny wpływ na odporność korozyjną całej trójwarstwowej ochronnej powłoki Cu-Ni-Cr. Stąd zaznaczył się w ostatnim czasie silny rozwój technologii umożliwiających nakładanie powłok chromowych o specyficznej strukturze, np. powłok mikrospękanych czy też mikroporowatych. Cienka powłoka chromowa o grubości 1,0-2,0 µm znajduje obecnie powszechne zastosowanie jako warstwa wierzchnia powłok ochronno-dekoracyjnych w wielu gałęziach przemysłu.

Cynkowanie

Z uwagi na położenie cynku w szeregu napięciowym powłoki cynkowe osadzane elektrolitycznie na żeliwie i stali mają charakter powłok anodowych. Chronią podłoże wskutek anodowego ich rozpuszczania się w ogniwie korozyjnym Znlroztwór wodnylFe. Równocześnie dodatkową ochronę stanowi dość szczelna warstwa produktów korozji oraz, obecnie szeroko stosowane, warstewki chromianowe wytworzone na powierzchni cynku przez działanie wodnych roztworów chromianów lub kwasu chromowego.

Według Lyonsa powłoki cynkowe w porównaniu z powłokami z innych metali wykazują najlepsze własności ochronne na żelazie i stali pod względem zarówno grubości, jak i kosztu osadzania. Wartość ochronna powłok jest proporcjonalna do ich grubości. W porównaniu z powłokami kadmowymi, cynk wykazuje gorsze własności ochronne tylko w środowisku typowo morskim lub o dużej wilgotności.

Zastosowanie powłok cynkowych

Powłoki cynkowe galwaniczne są szeroko stosowane do ochrony żeliwa i stali przed korozją. Szczególnie duże ilości cynku zużywa i w przemyśle do pokrywania blach, taśm, drutów stalowych i drobnicy. W odpowiednich kąpielach i przy zastosowaniu właściwego procesu technologicznego można galwanicznie cynkować wyroby sprężyste bez obawy wystąpienia kruchości wodorowej. Natomiast cynk nie może być stosowany do ochrony pojemników na żywność z uwagi i toksyczność jego soli. W ostatnich latach obserwuje się coraz szersze zastosowanie w przemyśle cynkowania z połyskiem. Błyszczące powłoki cynkowe, pokryte dodatkowo niebieskawą warstewką chromianową, mogą w niektórych zastosowaniach ze względu na podobne zabarwienie zastępować powłoki dekoracyjne Cu-Ni-Cr, szczególnie, gdy nie jest wymagana trwałość połysku.

Cynowanie

Pomimo szerokiego zastosowania cynowania ogniowego, sięgającego czasów rzymskich, cynowanie elektrolityczne znalazło zastosowanie przemysłowe dopiero w ostatnich 40 latach. Z biegiem czasu opanowano całkowicie proces cynowania zarówno z roztworów kwaśnych, jak i alkalicznych. W okresie drugiej wojny światowej cynowanie galwaniczne wypierało stopniowo cynowanie ogniowe, pokrywając ok. 50% ogólnego zapotrzebowania na blachę białą. Przewaga metody elektrolitycznej polega na bardzo równomiernym rozłożeniu powłoki i związanym z tym mniejszym zużyciem cyny na 1 m2 ocynowanej blachy. Inną zaletą metody elektrolitycznej jest możliwość uzyskiwania różnych grubości powłoki z dwóch stron blachy. Pokrywanie galwaniczne jest szczególnie ekonomiczne przy cynowaniu małych części, mających na swej powierzchni drobne gwinty i otwory, które przy cynowaniu ogniowym ulegają wyrównaniu i zalaniu, uniemożliwiając następny montaż.

Naturalne jest tworzenie się narostów iglastych, tzw. wiskersów w bliżej jeszcze nie określonych warunkach. Mogą się one tworzyć samorzutnie na powierzchni cynowanej w czasie magazynowania. Ponieważ są to pojedyncze kryształy bardzo dobrze przewodzące prąd, mogą one powodować zakłócenia w obwodach elektronicznych. Można też zauważyć ciemnienie powłok cynowych w czasie magazynowania. Zjawisko to występuje na powłokach cynowych osadzonych na częściach mosiężnych. Przyczyną ciemnienia jest dyfuzja atomów, cynku z podłoża do powłoki cynowej. Powłoki stają się szare, tracą estetyczny wygląd oraz zdolność do lutowania. Aby zapobiec dyfuzji cynku w przypadku cynowania części z mosiądzu, należy osadzić elektrolitycznie pod-warstwę z niklu lub miedzi o grubości ok. 2,5 ľm.

Zastosowanie powłok cynowych

Powłoki cynowe znalazły szerokie zastosowanie w przemyśle spożywczym w postaci białej blachy na puszki konserwowe, jako pokrycie naczyń kuchennych i przyborów stołowych. W przemyśle elektrotechnicznym powszechnie stosowane jest powlekanie cyną przewodów miedzianych dla ochrony przed działaniem siarki w czasie gumowania oraz ułatwienia montażu w przemyśle radio- i teletechnicznym. Cynowanie, podobnie jak miedziowanie, można stosować jako częściowe zabezpieczenie powierzchni przed azotowaniem. Cynowanie galwaniczne na podkładzie miedzi lub mosiądzu stosuje się również jako zabezpieczenie precyzyjnych drobnych sprężyn przed korozją, bez istotnego przy tym pogorszenia ich własności mechanicznych. Cienka powłoka cyny lub jej stopów z ołowiem nałożona na panewki łożyska ze stopu cyny z ołowiem polepsza jakość łożysk przez uzyskanie mniejszego współczynnika tarcia, lepszą zwilżalność oraz wzrost odporności korozyjnej na smary w podwyższonej temperaturze. Bardzo cienkie powłoki cyny (do l µm) stosuje się również jako podkład pod powłoki organiczne.

Kadmowanie

Zastosowanie powłok kadmowych

Powłoki kadmowe stosuje się głównie w celu zabezpieczenia przed korozją wyrobów stalowych. Estetyczny wygląd powłok kadmowych nadaje im również znaczenie dekoracyjne. Zbliżone wartości potencjałów kadmu i żelaza decydują o wysokich walorach antykorozyjnych powłok kadmowych osadzonych na stali. Porównując własności ochronne powłok cynkowych i kadmowych na stali na podstawie wyników wieloletnich badań korozyjnych w atmosferach naturalnych różnych typów stwierdzono, że powłoki kadmowe mają lepszą odporność korozyjną tylko w atmosferach stosunkowo mało zanieczyszczonych i o bardzo dużej wilgotności, występujących np. w strefie tropikalnej, morskiej. Natomiast odporność kadmu na korozję znacznie maleje w środowiskach przemysłowych i miejskich, w których ustępuje wyraźnie odporności cynku. Powyższe zjawisko tłumaczy się małą odpornością kadmu na działanie związków siarki (szczególnie dwutlenku siarki), tworzących się wskutek spalania paliw płynnych i stałych. Jak wiadomo, stopień zanieczyszczenia atmosfery związkami siarki gwałtownie wzrasta w miarę rozwoju przemysłu oraz stale rozwijającej się motoryzacji, szczególnie w dużych ośrodkach miejskich.
W niektórych gałęziach przemysłu, a szczególnie w elektrotechnice i elektronice, stosowanie powłok kadmowych wynika ze specyficznych własności obrabianych elementów.

Dzięki dużej wgłębności kąpieli cyjankowych, kadmowanie poleca się przy pokrywaniu elementów o skomplikowanych kształtach, np. wirników i statorów kondensatorów obrotowych, przedmiotów tłoczonych o dużych wgłębieniach itp. Dobra lutowność kadmu umożliwia w niektórych przypadkach „zastępowanie” powłok srebrnych kadmowymi, np. na końcówkach lutowniczych, pod warunkiem, że większy opór właściwy kadmu niż srebra nie spowoduje pogorszenia jakości działania sprzętu.

Kadm częściej od cynku jest stosowany do ochrony stali wytrzymałościowych, gdyż galwaniczne kadmowanie powoduje mniejsze nawodorowanie stali niż cynkowanie.

W niektórych przypadkach kadm nakłada się na elementy ze stopów miedzi, stali nierdzewnej oraz na tytan w celu uniknięcia korozji stykowej, występującej przy kontakcie tych metali z aluminium, stopami aluminium i stopami magnezu. Stąd też wynika rozpowszechnienie procesu kadmowania w przemyśle lotniczym.

Miedziowanie

Zastosowanie powłok miedzianych

Elektrolityczne powłoki miedziane osadza się zarówno w celach ochronno-dekoracyjnych – najczęściej jako jedną z warstw wielowarstwowej powłoki miedź-nikiel-chrom – jak i w celach technicznych – jako warstwy ochraniające przed nawęglaniem i azotowaniem, przy produkcji obwodów drukowanych, jako pokrycia walców drukarskich w przemyśle poligraficznym oraz w galwanoplastyce itp.

Niklowanie

Zastosowanie powłok niklowych

Elektrolitycznie osadzane powłoki niklowe mają różne przeznaczenie – przede wszystkim stosowane są jako warstwy dekoracyjne, dekoracyjno-ochronne i czasem techniczne. Poza tym elektrochemiczne osadzanie niklu stosuje się w galwanoplastyce.

Srebrzenie

Zastosowanie powłok srebrnych

Powłoki srebrne znalazły szerokie zastosowanie jako powłoki dekoracyjno-ochronne, głównie dla wyrobów jubilerskich i nakryć stołowych oraz jako powłoki ochronne i techniczne w elektrotechnice i elektronice.

Zastosowanie powłok srebrnych, zamiast srebra w produkcji kontaktów elektrycznych i przewodów prądu wielkiej częstotliwości, znacznie zmniejszyło zużycie srebra.

Dużą zdolność odbijania promieni świetlnych od powierzchni srebra wykorzystano przy pokrywaniu reflektorów i luster, a odporność chemiczną i korozyjną – w budowie aparatury chemicznej.

Poza tym srebro stosowane jest do celów technicznych, np. do nakładania bardzo grubych powłok na specjalne rodzaje łożysk.