Brytan 2013 Fokus v2

1

POLITECHNIKA LSKA WYDZIA MECHANICZNY TECHNOLOGICZNY

1

Uszlachetnianie powierzchni stali nierdzewnych

dr in. Zbigniew Brytan

[email protected]

Politechnika lska w Gliwicach Instytut Materiaw Inynierskich i Biomedycznych www.imiib.polsl.pl

2


Uszlachetnianie powierzchni polepszenie wybranych wasnoci warstwy wierzchniej przez jej modyfikacj z zastosowaniem rnych technik inynierii powierzchni

Rozszerzenie walorw estetycznych Otrzymanie specjalnych wasnoci eksploatacyjnych i

funkcjonalnych

Wzrost wasnoci mechanicznych powierzchni, Wzrost odpornoci na zarysowanie, Wzrost odpornoci na zuycie, Polepszenie odpornoci korozyjnej (Ra

3


Barwienie wykoczenie 2L

Powierzchnia stali nierdzewnej moe by barwiona na wiele sposobw: Barwienie elektrochemiczne Nanoszenie powok przez rozpylanie jonowe Powoki powlekane ogniowo Chemiczne barwienie stali na czarno Malowanie

Barwienie elektrochemiczne i powoki rozpylane jonowo s stosowane na blachach i produktach rurowych oraz na elementach osprztu drzwiowego.

Chemiczne barwienie na czarno najczciej stosowane na elementach samochodowych - wycieraczki szyb.

Wykoczenie 2L - barwienie na jednej powierzchni, o ile nie uzgodniono inaczej.

Barwienie powierzchni

4


Wykoczenia przez barwienie elektrochemiczne

Proces elektrochemiczny - stal nierdzewna przy zadanym napiciu jest zanurzana w roztworze kwasu.

Zwikszenie gruboci warstwy tlenkw na powierzchni. Interferencja wiata przechodzcego przez warstw tlenkw daje w efekcie rne kolory powierzchni.

Kolor zaleny od gruboci warstwy tlenku, ktra z kolei zaley od czasu procesu.

Mona uzyska kolor brzowy, niebieski, zoty, czerwony, purpurowy, zielony oraz czarny.

Barwienie mona stosowa dla rnych typw wykocze powierzchni.

Powierzchnia podatna na uszkodzenia


5


Powlekanie powierzchni np. cyn, aluminium, terne (stop cynk-cyna) Powlekanie ogniowe nie dla zwikszenia

odpornoci korozyjnej lecz w celu uzyskania efektu wizualnego powierzchni

Powoka tylko na jednej powierzchni, o ile nie uzgodniono inaczej.

Powlekanie metalem terne blacha ze stali nierdzewnej na

pokrycia dachw

http://www.cutechzn.co.uk

Warstwy powlekane ogniowo Wykoczenie 1S lub 2S


6


Oznaczenie Opis wykoczenia ASTM EN

UGINOX

Cynowana

Powierzchnia powlekana warstw cyny (wg normy NFA 36332)

2S

Aluminiowana Powierzchnia powlekana warstw aluminium 2S

Cynowana


7


Nanoszenie powok przez rozpylanie jonowe

Najczciej nanosi si (PVD) azotek tytanu - zoty kolor.

Nanoszone s take inne zwizki i ich kombinacje - szeroka gama kolorw: kilka odcieni zotego, czarnego, brunatnego, niebieskiego, brzowego i czerwonego.

Takie powoki s bardzo cienkie i duo bardziej odporne na zuycie cierne ni powierzchnie barwione elektrochemicznie.


8


Chemiczne barwienie stali na czarno

W tej metodzie stosuje si zwizki chemiczne, ktre reaguj ze stal nierdzewn tworzc cienk i gadka warstw czarnych tlenkw.

Do barwienia stosuje si kpiel stopionej soli dichromianu sodu o temperaturze ok 400C, zwykle na 5 do 30 minut.

barwienie na czarno wycieraczek szyb barwienie ram konstrukcji kolektorw sonecznych ze stali nierdzewnej Barwienie elementw zcznych


9


Elektropolerowanie

Polerowanie elektrolityczne usuwa zanieczyszczenia i selektywnie

rozpuszcza ostre krawdzie oraz zadziory powierzchni. Wywiera ponadto korzystny wpyw na wygld powierzchni, wygadza i

rozjania powierzchni, zmniejsza chropowato. W wyniku przepywu prdu elektrycznego usuwana jest warstwa metalu

z powierzchni obrabianego elementu zanurzonego w elektrolicie o

okrelonym skadzie chemicznym. Elektropolerowanie jest zasadniczo odwrotnoci procesu galwanizacji.

Euro-Inox


10


Wytrawianie

Produkty paskie ze stali nierdzewnych s dostpne z powierzchni wzorzyst wytrawian kwasem.

Najczciej stosowane na powierzchniach polerowanych

na poysk lustrzany (2P)

adny kontrast midzy wysokim poyskiem powierzchni i matowym wzorem.

Dostpnych jest wiele rodzajw wzorw wcznie z wzorami na specjalne zamwienie.


11


Obrbka strumieniowo-cierna

Zalety rutowania: moliwo uzyskania jednorodnego matowego wykoczenie na

elementach o skomplikowanych ksztatach, o rnej gruboci i wykoczeniu, wcznie ze spoinami.

Medium cierne musi by wolne od zanieczyszcze, szczeglnie elaza lub tlenku elaza.

Jako cierniwo czasem stosuje si granat, ktry daje chropowate wykoczenie.

Czsto stosuje si szklane kulki lub kruszone szko (szkiekowanie).

rutowanie

12


Obrbka strumieniowo-cierna

Efekt rutowania: usunicie warstwy materiau (przebarwienia po spawaniu), wzrost chropowatoci powierzchni charakterystyczna tekstura, umocnienie warstwy wierzchniej w wyniku odksztacenia plastycznego

na zimno naprenia ciskajce w warstwie wierzchniej, wzrost odpornoci na korozj

napreniow i zmczenie podobnie dziaa nagniatanie

powierzchni

rutowanie

"An Overview of the use of Engineered Compressive Residual

Stresses to Mitigate SCC and Corrosion Fatigue, www.lambdatechs.com

rutowanie

nagniatanie

Rozkad napre w warstwie wierzchniej

13


Powierzchniowe odksztacenie powierzchni

rutowanie, kuleczkowanie (kulkami szklanymi) Odciski palcw i plamy s mniej widoczne. Zwikszona odporno na zarysowania. Gdy duy udzia uszkodzonych kulek szklanych

zwikszona chropowato powierzchni i skonno do przycigania kurzu

trudniejsze czyszczenie pogorszenie odpornoci na korozj werow

rutowanie kulkami ceramicznymi eliminuje wady stosowania kulek szklanych 50% nisza skonno do pkania ni kulek szklanych nisza chropowato powierzchni atwiejsze czyszczenie i nisza skonno do korozji

Obrbka strumieniowo cierna

14


Obrbka plastyczna

Podwyszone wasnoci mechaniczne warstwy wierzchniej w poczeniu z atrakcyjnym wygldem powierzchni

Walcowanie na gorco - 1M blacha eberkowa ma podesty. Walcowanie na zimno - 2M wykoczenie na wzr drobny przewanie

do zastosowa architektonicznych. Uszkodzenia powierzchni na takich wykoczeniach s mniej widoczne

stosowane w miejscach uytecznoci publicznej o duym nasileniu ruchy

TT3 UGITEX TG5

ArcelorMittal

Wykoczenia wzorzyste 1M, 2M

15


Powoki ochronne

Powoki anty-fingerprint Silver Ice - Transparentna powoka anti-fingerprint.

Odciski palcw i plamy s mniej widoczne. Powierzchnia jest atwiejsza do czyszczenia. Zwikszona odporno na zarysowania. Zwikszono odporno korozyjna.

Silver Ice Clear - poliester (4-7mm) bardo odporna na korozj

Silver Ice UV Akryl (2,5mm) bardzo odporna na zarysowania

Powlekana stal nierdzewna

16


Powoki przeroczyste

Przeroczyste powoki natryskowe (utwardzane cieplnie w 400-600C)

Wysoka twardo i odporno na zarysowanie Wysoka odporno na przebarwienia

(>1000h w 400C) Stabilne pod wpywem soli

(200h w komorze solnej)

Ochrona przed atakiem kwasw Moliwe wprowadzenie nieorganicznego

pigmentu i barwienie

Zalety: Ograniczenie koniecznoci czyszczenia

powierzchni,

Niska gruboc powoki (4-8mm)

Powoki natryskowe

Elementy ukadw wydechowych

17


Powoki anty-bakteryjne

zabijajce bakterie Escherichia Coli. warstwa kleju inspirowanego biologicznie,

a nastpnie cztery naprzemienne warstwy

ujemnie naadowanego polimeru i dodatnio

naadowane czstki koloidalne polimeru

zawierajcego czstki Ag, ktre dziaaj

silnie bakteriobjczo.

powoka nanoszona w formie roztworu wodnego

Zabijajce bakterie Staphylococcus Aureus (Gronkowiec zocisty)


18


Powoki do kontaktu z poywieniem

Nanoszone technik zol-el /materia nakadany poprzez zanurzenie w

roztworze zolu wodorotlenku danego

materiau i elowanie poprzez odparowanie rozpuszczalnika. Gotowa powoka zostaje wypalona w piecu/

jedno lub wielowarstwowe,

nie zawieraj PTFE,

bezbarwne lub barwione,

atwe w czyszczeniu,

odporne na zarysowania,

Anti-Stain Coatings chronice przed przebarwieniem

Powoki na bazie SiO2-Al2O3 Ochrona przed graffiti


Pyty grillowe

Pojemniki

19


Nawglanie

Opatentowane technologie nawglania niskotempraturowego

w atmosferze CH4/H2 w 470C w czasie od kilkunastu do 200 godzin w obecnoci wyadowania jarzeniowego powstaej plazmy.

prowadzi do wytworzenia warstwy wierzchniej przesyconej wglem (w formie roztworu staego), wgiel w tym przypadku nie wydziela si w postaci wglikw.

Stal nierdzewna po nawglaniu wykazuje podwyszone wasnoci mechaniczne, trybologiczne i odporno korozyjn warstwy wierzchniej

Stosowane dla stali martenzy- tycznych, austenitycznych, duplex,

umacnianych wydzieleniowo

Dyfuzyjne nasycanie innymi metalami

Rozkad twardoci na przekroju stali nawglanej

By Frank Czerwinski, Thermochemical Treatment of Metals,

Chapter 5, Open Acess, www.intechopen.com

nawglana stal nierdzewna

20


Azotowanie plazmowe

Odbywa si w temperaturze ok. 420C w atmosferze N2 w obecnoci wyadowania jarzeniowego

azotowanie plazmowe wpywa na polepszenie twardoci, odpornoci na cieranie oraz odpornoci korozyjnej

niski wspczynnik tarcia powierzchni proces daje moliwo dokadnej

regulacji otrzymywanej struktury

warstwy wierzchniej bez wydziele azotkw chromu

Ostatni etap obrbki powierzchniowej

Stosowane dla stali austenitycznych

Dyfuzyjne nasycanie innymi metalami

Rozkad twardoci na przekroju stali w zalenoci o typu obrbki powierzchniowej

www.bmi-fours.com

azotowanie

nawglanie

Hartowanie indukcyjne

Hartowanie objtociowe

By Frank Czerwinski, Thermochemical Treatment of Metals,

Chapter 5, Open Acess, www.intechopen.com

21


Laser jako rdo energii dla obrbki powierzchniowej

Promieniowanie laserowe mona stosowa w procesach: Przetapiania i stopowania Hartowania Azotowania Znakowania Barwienia powierzchni

Techniki laserowej obrbki powierzchniowej

www.fobalaser.com

Opt Express. 2010 Feb 1;18(3):2913-24. doi: 10.1364/OE.18.002913.

Controlled nanostructrures formation by ultra fast laser pulses for color marking., Dusser B,

Sagan Z, Soder H, Faure N, Colombier JP, Jourlin M, Audouard E.

22


Zagroenia

Brak stabilnoci cenowej

Rozwj stali o niszym udziale Ni na rzecz stali z Mn

Rozwj tworzyw sztucznych i kompozytw konstrukcyjnych

Wci brak dostatecznej wiedzy na temat stali nierdzewnej

Stabilny wzrost zuycia stali nierdzewnych

Rosnca wiadomo uytkownikw na temat stali nierdzewnej

Aluminium

Stal czarna

Stal nierdzewna

Wyzwania przed stal nierdzewn

Konieczno staego podnoszenia wiedzy

ISSF wzrost zuycia/rok 2012

Pozytywny fakt

23


Podsumowanie

Rozwj stali nierdzewnych

bdzie skoncentrowany na modyfikacji warstwy wierzchnie stali

rozwijaniu technologii przetwrstwa stali (obrbka plastyczna, cieplno-plastyczna, ),

Stal nierdzewna pomimo wysokich wasnoci moe by poddana obrbce powierzchniowej majcej na celu:

zwikszanie walorw estetycznych,

uzyskanie okrelonych wasnoci funkcjonalnych

polepszenie wasnoci mechanicznych

Perspektywy na przyszo

rozwj technologii plazmowych i laserowych do modyfikacji warstwy wierzchniej stali nierdzewnych

24


24

Dzikuj za uwag

Pytania?

dr in. Zbigniew Brytan

[email protected]

Politechnika lska w Gliwicach Instytut Materiaw Inynierskich i Biomedycznych www.imiib.polsl.pl

Documents

Brytan 2013 Fokus v2