SEMINARSKI RAD

Priprema površine metala za poliranje i zaštitu

Student

Huso Jašarević

Jedan od bitnih uslova za postizanje dobrih rezultata pri zaštiti jeste odgvarajuća priprema površine na koju se nanosi prevlaka. Priprema podrazumjeva uklanjanje nečistoća, starih premaza i dobijanja površine određenog kvaliteta.

Nečistoće mogu biti hidrofobnog i hidrofilnog karaktera.

U hidrofobne nećistoće spadaju masnoće mineralnog , biljnog i životinskog porjekla.Masnoće potiču od maziva koja se koriste pri mehaničkoj obradi, sredstava za zaštiu, pasta za brušenje i poliranje, kao i od dodira rukama. Opšta karakteristika svih masnoća je da odbijaju vodu.

Nečistoće hidrofilnog karaktera ne odbijaju vodu.Njih sačinjavaju produkti korozije, garež i prašina.

Priprema površine za zaštitu sastoji se od nekoliko postupaka koji se mogu svrstati u dvije osnovne grupe. Jedna podrazumjeva postupke odmašćivanja, a druga postupke kojim se istovremeno mogu odkloniti korozioni produkti i unaprjediti kvalitet površine. U oba slučaja priprema površine se satoji od više radnji koje mogu biti mehaničke, termičke, hemiske ili elektrohemiske prirode, koje se mogu obaviti ručno ili mašinski, odnosno odgovarajućim uređajima. Načelno, za uklanjanje nečistoća sa površine metala pripremaju se sledeći postupci obrade:

mehanički postupci,

hemiski postupci,

elektrohemiski postupci ,

termički postupci,

obrada ultrazvukom.

Navedeni postupci primjenjuju se za uklanjanje hidrofilnih i hidrofobnih nečistoća. I dok se mehanički, hemijski i elektrohemiski postupci donekle razlikuju u načinu uklanjanja hidrofobnih i hidrofilnih nečistoća, to se postupci termičke obrade i obrade ultrazvukom nimalo ne razlikuju.

Na postupke pripreme površine utiču sledeći faktori:

vrsta materijala od koji je dijo ili sklop izrađen,

stepen i vrste obrade površine ,

složenost djela –sklopa,

sastav i vrsta nečistoće,

veličina površine,

stepen onečišćenosti površine,

vrsta zaštite,

željeni izgled površine.

Postupak pripreme površine prvenstveno zavisi od vrste i stanja površine metala, vrste nečistoće i postupka zaštite koji će se izvesti.Zato se može reći da nepostoji univerzalni način pripreme površine koji bi se mogao primjeniti u svim slučajevima.

Pripremi površine za zaštitu mora se dati poseban značaj , jer nepravilna priprema može uzrokovati koroziju. Tako, na prijmjer , zaostala hrđa na površini predmeta omogućuje koroziju metala ispod organskog premaza, što se uočava nakon određenog vremena od provedenog postupka zaštite. Zato je potrebno prije zaštite ocjeniti stanje površine metala, predvidjeti kvalitet pripreme površine i u zavisnosti od vrste zaštite odrediti način i redoslijed pripreme.Nakon provedenih postupaka obrade, potrebno je procjeniti ostvareni predviđeni kvalitet pripreme površine.

Uklanjanje produkata korozije

Mehanički postupak

Priprema površine metala za zaštitu mehaničkim postupcima može se obaviti:

četkanjem,

pjeskarenjem,

brušenjem i poliranjem,

obradom u bubnjevima.

Četkanje se obavlja četkama od metalne žice, dlake, fibera i perlona.Postupak pripreme zavisi od količine i vrsta predmeta, a može se obaviti ručnim ili mašinskim putem. Mašinska obrada je brža i zato se više primjenjuje.

Čelične četke upotrbljavaju se za obradu čeličnih predmeta, a mesingane za obradu predmeta od bakra.Za obradu predmeta od mehkih metala (olovo, kalaj , srebro i zlato) upotrbljavaju se četke od prirodni i sitetičkih vlakana i četke od novog srebra sa vlaknima debljine do 0,1mm.Osnovne karakteristike ovog postupka obrade su: nizak kvalitet čišćenja, mala proizvodnost i veliki fizički napor radnika.

Za mašinsku obradu primjenjuju se četke u obliku kotura koji rotira na osovini mašine za brušenje. Često se koturovi postavljaju na savitljivu osovinu

elektromotora čime je omogućeno čišćenje površine različitog profila. U odnosu na ručni alat, rad sa mašinskim alatom je jednostavniji , veća je proizvodnost i manji fizički napor radnika.

Međutim, mašinsku obradu karakterišu sledeći nedostaci:

nemogućnost čišćenja teško dostupni površina,

česta zamjena radnih djelova,

visoka cjena alata i opreme.

Pjeskarenje

Obrada metala mlazom abraziva (pjeska) nazaiva se pjeskarenje. Proces se provodi pomoću specijalnih aparata različitih konstrukcija, ali sa istim principom rada: mlaz abraziva sa komprimovanim vazduhom usmjerava kroz mlaznicu prema površini koju treba očistiti. Pri snažnom udaru (3-7 bara) abraziv uklanja nečistoće i hrapavi površinu metala.

Pjeskarenjem se odstranjuje tvrda kora od odliva, produkti korozije i stare metalne i nemetalne prevlake.Primjenom ovog postupka dobija se dobro očišćena površina, ravnomjerno ohrapljavana, na koju dobro prijanjaju organski premazi, prevlake od gume i metalne prevlake dobijene prskanjem rastopa metala.

Za pjeskarenje se upotrebljavaju mineralni abrazivi (kvarcni pjesak, korund, silicijum-karbid i šljaka iz topionica bakra i elektrana za ugalj) i metalni abrazivi ( čelična sačma, sačena žica i čelični lom).

Prilikom pjeskarenja dolazi do stvaranja velike prašine usled usitnjavanja pjeska. Prašina se može smanjiti primjenom vlažnog pjeska , odnosno smješom kvarcnog pjeska i vode. Korozija se ,u ovom slučaju, može spriječiti inhibitorom korozije, koji pasivira čeličnu površinu. U tu svrhu primjenjuju se natrijum-nitrat ili kalijum-hromat. Danas se u procesu pjeskarenja sve više koriste metalni abrazivi. Oni su pogodniji za rad , jer osiguravaju dobar kvalitet čišćenja, malu zaprašenost vazduha i višestruku upotrebu abraziva.

Brušenje i poliranje

Brušenje i poliranje su široko rasprostranjene operacije pripreme površine za zaštitu organskim prevlakama. Brušenje se sastoji u uklanjanju produkata korozije i neravnina čija su udubljenja veća od 0,1 mm. Poliranje se nadovezuje na brušenje, a izvodi se radi uklanjanja neravnina zaostali nakon brušenja.

Tehnika brušenja i poliranja se sastoji u trenju između predmeta i materijala za brušenje i poliranje dok se ne dobije relativno glatka površina. Usled trenja dolazi do lokalnog pregrijavanja metala pri čemu dolazi do topljenja izbočina i istovremenog

popnjavanja udubljenja. Zato se proces brušenja i poliranja izvodi u raznim smjerovima.

Za brušenje i poliranje primjenjuju se zrna abrazivnog materijala različite veličine, koja se dobijaju od različitih prirodnih i vještački materijala. Zrna abrazivnog materijala moraju da imaju određenu veličinu, tvrdoću, veliki broj oštrih ivica, sposobnost da se pri pritisku lome uz stvaranje novi oštri ivica i poroznost da prime potrebno sredstvo za ljepljenje ( vezivanje).

Veličina zrna određena je standardom. U zavisnosti od krupnoće zrna , matrijal dobija odgovarajući broj, pri čemu je broj veći ako je zrno sitnije.

Za brušenje i polirnje upotrebljavaju se sledeći matrijli: elektrokorund, silicijum-karbid, prirodni korund, oksid gvožđa, oksid hroma i bečki kreč.

Abrazivni materijali mogu se pripremati u obliku praha i paste ili se pomoću pogodnih veziva nanose na papir , tkaninu i diskove (koturove).

Koturovi se izgrađujuod zrna abraziva koja su međusobno povezana pogodnim vezivom ( silikatna, biljna i mineralna veziva) u čvrstu masu. Veziva mogu biti od vještačke smole, gume, i vodenog stakla. Kombinovanjem abraziva sa razlišitim vezivima mogu se dobiti koturovi od mehki do eksta tvrdih. Prema tome, tvrdoća koturova ne zavisi od abraziva već od upotrijebljenog veziva. Ukoliko se abrazivno zrno bolje drži na koturu ili disku , utoliko su oni tvrđi. Moguće je od vrlo tvrdog abrazivnog materijala napraviti mekani kotur i obrnuto, od mehkog materijala tvrd kotur.

Za pravilan rad kotura za brušenje i poliranje zahtjevaju određenu obimnu brzinu, odnosno broj obrtaja u zaviznosti od prečnika.

Pri brušenju oštre ivice zrna skidaju tanak sloj metala stvarajući neravnomjernu mrežu malih udubljenja.Zato se svski put mora mjenjati pravac brušenja, tako da ogrebotine koje se obrazuju pri narednom brušenju budu postavljene pod određenim uglom prema ogrebotinama od predhodnog brušenja. Površina metala nakon brušenja izgleda mat, jer stvorena udubljenja na površini metala rasturaju svjetlost koja na njih pada.

Poliranje je proces koji se uvjek nadovezuje na brušenje, tako da se kao rezultat poliranja dobije površina, po sjaju, slična ogledalu. Poliranje se izvodi radi odstranjivanja ogrebotina zaostali nakon brušenja. Za razliku od brušenja, poliranje se može izvoditi mehaničkim, hemiskim i elektrohemiskim putem.

Mehaničko poliranje se izvodi tvrdim koturovima sa veoma sitnim zrnima abraziva i mehkim koturima koji se izrađuju od pamučne tkanine. Radi postizanja visokog sjaja površine, pri poliranju se , kao i kod brušenja, mijenja pravac kretanja koturova.Neposredno prije poliranja i u toku poliranja, na površinu kotura nanosi se pasta za poliranje. Njena količina određuje se za svaki slučaj posebno i uglavnom

zavisi od konfiguracije predmeta. Paste sadrže abrazivni materijal, masti i specijalne dodatke. Kao abrazivni materijal upotrebljavaju se oksidi kalcijuma sa malim količinama magnezijum-oksida, oksid gvožđa, oksid aluminijuma i oksid hroma. Kao vezivno sredstvo primjenjuje se stearin, parafin, loj, vosak i sl. Paste najčešće sadrže 60-70% abraziva i 30-40% vezivnog sredstva. Prema svrsi razlikuje se predhodno poliranje i poliranje visokog sjaja. Za predhodno poliranje primjenjuje se drveni kotur za oblogom od kože ili filca, koji su natopljeni tutkalom i abrazivom. U novije vrijeme primjenjuju se beskrajne trake od tkanine ili hartije, koje se brzo kreću i koje na površini nose abraziv. Za završno poliranje koriste se koturovi satavljeni od pojedinih diskova pogodne tkanine koji su čvrsto vezani samo u središtu.

Nakit se polira ručno, pomoću specijalnih sredstava za poliranje. Za vrijeme poliranja mora se spriječiti da zrna abrazivniog materijala za brušenje ne padnu na predmet, jer ostavljaju ogrebotine. Ovo se sprječava izolovanjem odjeljenja za poliranje i čišćenjem predmeta nakon brušenja.

Obrada u bubnjevima

Bubnjevi za mehaničku obradu izrađuju se u različitim oblicima i veličinama, a u zavisnosti od vrste i veličine predmeta. Koriste se neperforirani horizontalni i kosi bubnjevi.

Bubnjevi se primjenjuju za obradu sitnih predmeta koji se naknadno zaštićuju galvanskim postupkom. Najviše se primjenjuju za za sitne predmete dobijene livenjem, sječenjem ili kovanjem, koji nemaju oštrih uglova i koji se pri obradi neće deformisati.

Brzina obrtanja treba da omogući dobro miješanje predmeta, tj. da onemogući da predmeti padaju kad budu podignuti, već da klize niz zidove doboša.

Kao abrazivi koriste se kvarcni pijesak, opiljci čelika, usitnjeno staklo, prirodni korund, strugotina od drveta, čelične kuglice itd. Predmeti sa abrazivom zauzimaju odf 60-65% od zapremine bubnja. Odnos između punioca (abraziva) i predmeta koji se poliraju kreću se od 2do 12:1. Obrada u bubnjevima traje od 2 do 12 sati. U novije vrijeme sve više se primjenjuje podvodno brušenje i poliranje. Proces se izvodi u perforiranim bubnjevima koji se okreću u kadama napunjenim pogodnim rastvorom, najčešće sapunicom ( 0,2-0,5%). Proces je efikasan i daje sjajne površine. Primjenjuje se za predmete od svih metala i legura.

Termički postupak

Termički postupak pripreme površine sastoji se u uklanjanju produkata korozije, okaline istarih premaza pomoču kiseoničkog i acitilenskog plamena. Postupak se zasniva na različitim koeficijentima širenja okaline i čelika (okalina se više širi nego

čelik), dehidrataciji hrđe i ugljenisanju starih premaza. Nakon hlađenja nečistoće se uklanjaju četkama.

Čišćenje ovim postupkom ima sledeće prednosti:

uz čišćenje se vrši odmašćivanje površine,

nema kondenzacije vlage,

osnovni premaz se brže suši , ako se odmah nakon čišćenja nanosi premazno sredstvo.

Pri pravilnoj pripremi postupka čišćenja dolazido pregrijavanja čelika.

Obrada ultrazvukom

Obrada ultra zvukom primjenjuje se za uklanjanje produkata korozije i sloja masnoće sa površine metala. Za dobijanje ultrazvuka upotrebljavaju se visokofrekventni generatori, različitih dimenzija, koji frenkvenciju iz mreže pretvaraju u potrebnu visoku frekvenciju.

Obrada se satoji u tome da se od visokofrekvetnog generatora ultrazvuk širi kroz tečnost za čišćenje prema površini predmeta na kojoj stvara privlačne i odbojne sile koje pospješuju efekt čišćenja. Ove sile odstranjuju nečistoće i iz udubljenja i šupljina predmeta.

Čišćenje ultrazvukom je značajno u slučajevima kada se nečistoća ne može uspježno odstraniti ili se ručnim ćetkama odstranjuje uz velike poteškoće.

Uređaji za čićenje ultrazvukom rade ručno ili automtski. Prvi postupak se primjenjuje pri povremenom čišćenju i u slučajevima kada se predmet, zbog oblika i dimenzija, nemogu čistiti automatski. Čišćenje se obavlja u kadi od pocinčanog čeličnog lima. Automatski uređaji se koriste za kontinuirano ćišćenje. Uređaji imaju pumpu i filter za filtriranje tečnosti za čišćenje.

Hemiski postupci

Hemiski postupci se primjenjuju za uklanjanje produkata korozije, kamenca i drugi neorganskih onečišćenja. Obrada se obavlja postupkom nagrizanja i dekapiranja.

Nagrizanje je proces hemiske obrade metala koji se izvodi u rastvorima kisalina, soli i baza radi uklanjanja produkata korozije. Sredstvo za nagrizanje treba što manje da rasvori metal, da brzo rastvara produkte korotije, da je jeftino, da je notrovno, da ne

isparava i da se može regenerisati. Za ravnomjerno nagrizanje metala potrebno je da se predhodno izvrši odmašćivanje površine.

Nagrizanje kisalinom

Primjenjuje se za obradu crni i obojeni metala. Obrada crnih metala obično se vrši u rastvorima sumporne ili sone kisaline, a ređe u rastvorima azotne kisaline. Za obradu obojeni metala primjenjuje se azotna kisalina u smjesi sa drugim kisalinama.

Pri nagrizanju odvijaju se dva paralelna procesa: rastvaranje produkta korozije i rastvaranja metala. Na dominantnost procesa utiču vrsta kisaline i radni uslovi. Moguće je primjeniti takve rastvore i stvoriti takve uslove pri kojima se prvenstveno rastvara metal, usled čega se oksidni sloj uklanja mehaničkim putem. Međutim rastvaranje metala nije poželjan proces pa se nastoji da se ono svede na što manju mjeru. To se postiže dodavanjem rastvorima odgovarajućih inhibitora koji se adsorbuju na površini metala, na kojima se povećava prenapetost izdvajanja vodonika. Time se smanjuje utrošak kisline, količina rastvorsnog metala i količina nastalog vodika.

Uklanjanje produkta korozije ima dva bitna nedostatka. Prvo, pri nagrizanju se razvija vodonik koji difunduje u metal, čime se pogoršavaju mehaničke osobine metala. Drugo, mjehurići vodonika odnose čestice kisaline koje uništavaju zdravlje ljudi i uzrokuju koroziju metalni predmeta u pogonu za nagrizanje.

Pri nagrizanju gvožđa u supornoj kisalini odigravaju se sledeće reakcije:

FeO+H2SO4→ FeSO4+H2O

Fe2O3+3H2SO4 →Fe2(SO4)3+FeSO4+4H2O

Fe3O4+4H2SO4→ FeSO4+ H2

Fe2(SO4)3+Fe→3 FeSO4

Pri nagrizanju sonom kisalinom odvijaju se sledeće reakcije:

FeO+6HCl→FeCl2+H2O

Fe2O3+6HCl→2FeCl3+3H2o

Fe3O4+8HCl→2FeCl3+ FeCl2+ 4H2o

2FeCl3+Fe→3 FeCl2

Paralelno sa rastvaranjem oksida odvija se , ali u znatno manjoj mjeri, i rastvaranje metala:

Fe+2HCl→ FeCl2+H2

Brzina nagrizanja u rastvorima sumporne i sone kisaline se povećava povećanjem koncentracije i temperature rastvora. Uticaj ovi faktora na brzinu nagrizanja vidljiv je iz tabela.

Tabela 1 Zavisnost vremena nagrizanja od koncentracije kisaline.

Tabela 2 uticaj temperature rastvora na brzinz nagrizanja

Koncentacija kisaline %

Vrijeme nagrizanja

pri različitim temperaturama(min)

18.c 40.c 50.c

5% H2SO4 135 45 135% HCl 55 15 510% H2SO4 120 32 810%HCl 18 6 2

U pogledu nagrizanja , sona kisalina ima sledeće prednosti u odnosu na supornu kisalinu:

brže rastvara okside gvožđa od metala,

pri nagrizanju se manje razvija vodonik,

Koncentracija kisaline % Vrijeme nagrizanja (min)H2SO4 Hcl

2 135 905 135 5510 120 1815 95 1520 80 1925 65 9

nagrizanjem se dobija svijetlija površina.

Međutim, primjenu sone kisaline ograničava velika isparljivost usled ćega dolazi do intenzivne korozije metalni konstrukcija u prostoriji za nagrizanje.

Nakon nagrizanja predmeti se temeljito ispiraju vodom, a prema potrebi i neutrališu u razblaženim baznim rastvorima.

Za nagrizanje u alkalnim sredinama koriste se 10-20% -tni rastvor natrijum-hidroksida na temperasturi od 50 do 80stepeni celzijusa. Spoljni izgled nagrižene površine poboljšava se dodatkom u rastvor 2-5% natrijum-fluorida.

Savremeni postupak odstranjivanja oksida sa površine metala zasniva se na primjeni natrijum-hidrida (NaH)

Prema reakciji: MeO+NaH →Me+ NaOH

Iako je ovaj postupak 40% skuplji od nagrizanja kisalinom, njegova osnovna prednost je što pri odstranjivanju oksida ne dolazi do nagrizanja metala i razvijanja vodonika koji može da pogorša mehaničke osobine metala.

Dekapiranje

Dekapiranje je oblik hemiskog nagrizanja koji se primjenjuje za uklapanje tankih oksidni slojeva nastalih u međuoperaciskom procesu. Dekapiranje se izvodi u rastvorima koji prvenstveno rastvaraju oksidni sloj. Pri dekantiranju dolazi do neznatnog rastvaranja metala pri čemu se aktivira površina metala što povoljno utiče na prijanjanje metalne prevlake na osnovu. Zato se dekapiranje vrši neposredno pred zaštitu predmeta galvanskim postupkom. Nakon dekapiranja predmeti se temeljito ispiraju vodom.

Elektrohemiski postupci

Elektrohemiski postupci pripreme sastoje se od elektrohemiskog nagrizanja i poliranja.

Elektrohemisko nagrizanje

Proces elektrohemiskog nagrizanja se sastoji u obradi metala u elektrolitima pod uticajem jednosmijerne struje. Primjenjuje se za obradu predmeta od čelika i to u specijalnim slučajevima. Pri elektrohemiskoj obradi predmeti se vješaju za držače koji su spojeni za pozitivan ili negativan pol izvor jednosmijerne struje, tako da tokom nagrizanja na površini predmeta odigravaju anodne ili katodne

elektrohemiske reakcije. Prema tome, elektrohemisko nagrizanje može biti anodno ili katodno.

Proces anodnog nagrizanja sastoji se u mehaničkom odvajanju oksida od površine metala usled rastvaranja metala ispod oksidnog sloja:

Me→Mez++Ze

Uklanjanje oksida pospješuje kisaonik koji se razvija na anodi:

4OH-→O2+2H2O+4e

Dobri rezultati postižu se kod predmeta koji imaju prostu konfiguraciju, tj, predmeti bez većih izbočina i udubljenja.Gustina struje kod anodnog nagrizanja kreće se od 5 – 10 A/dm2.Napon izvora struje kreće se u granicama od 3 do 6 V i raste do 12 V kod nekih gustina struje. Smanjenje napona postiže se povećanjem teperature elektroliata ili smanjenjem udaljenosti između elektroda. Naglo povećanje napona pri anodnom nagrizanju ukazuje na završetak procesa nagrizanja, jer na anodi dolazi do stvaranja pasivnog sloja zbog intenzivnog izdvajanja kiseonika.

Katodno nagrizanje

Katodno nagrizanje se vrši u rastvorima kisalina. Pri nagrizanju na površini predmeta razvija se vodik:

2e+2H+→H2

Nastali vodik mehanički odbacuje oksidni sloj sa površine metala. Ovom obradom isključuje se opasnost od suvišnog nagrizanja, ali je omogućena pojava vodonične korozije.Ona se može spriječiti kobinovanjem anodnog i katodnog nagrizanja i primjenom soli olova i kalaja, čiji se metali talože na površinama oslobođenim od oksida. Usled prevelike prenapetosti izdvajanja vodonika na ovim metalima, vodonok se izdvaja na površinama koje su prekrivene oksidom . Proces se nastavlja sve dok se cjelokupna površina katode ne pokrije olovom ili kalajem. U slučaju potrebe, prevlaka od olova ili kalaja se uklanja anodnom obradom u bornoj kisalini ili baznom rastvoru.

Elektohemisko poliranje

Mehaničkim poliranjem može se dobiti tako glatka površina da se ni mikroskopski nemogu primjetiti ogrebotine. Međutim , mehaničkim poliranjem nastaje površinsko

izobličenje metalne strukture zbog toplote oslobođene trenjem. Ova pojava se može izbjeći tehnikom elektrohemiskog poliranja.

Elektrohemisko poliranje se sastoji u anodnoj obradi predmeta u elektrolitu određenog sastava i koncentracije. Katoda je od olova, grafita i ne hrđajućeg čelika, a može se upšotrijebiti i metalna posuda u kojoj se odvija proces. Kao elektrolit upotrebljava se rastvor na bazi fosfrne ili perhlorne kisaline uz dodatak sumporne ili hromne kisaline. Metali se pojedinačno poliraju u određenom elektrolitu, a ima i univerzalni elektrolita u kojima se može polirati više metala. Važnu ulogu u poliranju ima temperatura.