priprema površine

Korozija metala u zagaĊenoj atmosferi Materijalni proizvodi ljudskog društva izloženi su razliĉitim kemijskim, fizikalnim i biološkim utjecajima koji mogu štetno djelovati na te proizvode smanjujući njihovu upotrebnu vrijednost. Konaĉna posljedica tog djelovanja obiĉno je neupotrebljivost proizvoda nakon odreĊenog vijeka trajanja. Takva neupotrebljivost je veoma štetna ukoliko do nje doĊe prije tehniĉkog zastarijevanja proizvoda, što je ĉesto sluĉaj. Ove se ĉinjenice odnose i na konstrukcijski materijal koji može biti izvrgnut štetnom djelovanju razliĉitih utjecaja u svim oblicima poĉevši od sirovina preko poluproizvoda do konaĉnih proizvoda. Posebne pojave oštećivanja konstrukcijskog materijala pojavljuju se u izvanrednim prilika (požari, poplave, potresi). Intenzivnost i druge karakteristike svih štetnih pojava ovise o nizu okolnosti od kojih su neke odreĊene svojstvima konstrukcijskog materijala, a neke okolinom. MeĊu svojstvima materijala najvažniji su sastav, struktura, tekstura i oblik materijala te stanje njegove površine, a meĊu vanjskim ĉimbenicima vrsta i koncentracija sastojaka okoline, tlak, naprezanja, temperatura, radijacija, elektriĉni naboj, prisutnost mikroorganizama. Pojedini se faktori mjenjaju tijekom vremena, stoga ni intenzivnost ni ostale karakteristike oštećivanja nisu konstantne. Ĉovjeĉanstvo je oduvijek željelo usporiti ili onemogućiti oštećivanje konstrukcijskih materijala te su kao posljedica takvih aktivnosti nastale razliĉite tehnologije zaštite materijala koje se klasificiraju prema tome protiv koje vrste oštećenja su usmjerene. Kemijsko oštećivanje mogu izazvati vlažna atmosfera, oborine, vlažno tlo, slatka i morska voda, vodene otopine kiselina. Pri tome se konstrukcijski materijal mjenja, tj. korodira, poĉevši od površine prema unutrašnjosti. „Korozija je dakle, nepoželjno trošenje konstrukcijskog materijala kemijskim djelovanjem okoline. Izraz potjeĉe od latinske rijeĉi corrodere što znaĉi, nagrizati“. Prilikom te kemijske reakcije ĉelik reagira sa vlagom i kisikom stvarajući hrĊu ĉime se sjajni metal visoke ĉvrstoće pretvara u žućkastu ili crvenkastosmeĊu smjesu hidratiranih željezo-oksida neznatne ĉvrstoće.

Priprema površine Najraširenija metoda zaštite od korozije jest nanaošenje prevlaka koje metalni ili nemetalni konstrukcijski materijal odvajaju od agresivne okoline. Prevlake mogu sadržavati jednu ili više komponenti, odnosno faza ali u svakoj se prevlaci osnovnom tvari smatra ona koja daje ĉvrst površinski film. Prema karakteru te tvari, razlikuju se metalne te nemetalne anorganske i organske prevlake. Osim zaštitne uloge, primarna svrha prevlaĉenja može biti postizanje odreĊenih fizikalnih svojstava površine, zaštite od mehaniĉkog trošenja, postizanje estetskog dojma, povećanje dimenzija istrošenih dijelova. Da bi se postigla trajnost prevuĉenih objekata u svim je spomenutim sluĉajevima ipak potrebno da prevlake ujedno djeluju antikorozivno. Izbor prevlake ovisi o zahtjevima koji se postavljaju na proizvod, funkcija, trajnost uzimajući i obzir i ekonomske ĉimbenike. Ako je osnovna zadaća prevlaĉenja, zaštita od korozije, vrsta prevlake se bira na temelju njezina korozijskog ponašanja. Vrste pripreme Priprema materijala ima dvostruku ulogu : - ĉišćenje, tj. uklanjanje masnih tvari, korozije, starih prevlaka i razliĉitih oneĉišĉenja s površine predmeta te - postizanje željene kvalitete, tj. optimalne hrapavosti, odnosno glatkoće površine. Pripremom se mora osigurati što ĉvršće prianjanje prevlake uz osnovni materijal. To je nemoguće postići ako se s površine podloge ne uklone rahla i labava oneĉišĉenja, kao što su masne tvari koje potjeĉu od tekućina za hlaĊenje i podmazivanje pri mehaniĉkoj obradi, od sredstava za konzerviranje ili od rukovanja predmetima. Produkti korozije većinom takoĊer slabo prianjaju uz podlogu pa ih redovito treba odstraniti. Katkad se osnovni materijal pripremom ĉisti i od prašine, kamenca, ĉaĊe, koksa i pepela. Nekim se metodama pripreme predmeti oneĉišćuju tako da je potrebno dodatno ĉišĉenje. OdreĊena tehnologija prevlaĉenja zahtjeva odreĊenu kvalitetu površine podloge, što se postiže primjerenom pripremom. Posebne poteškoće se javljaju prilikom popravljanja loših i obnavljanja dotrajalih prevlaka jer se one prije toga moraju djelomiĉno ili poptuno ukloniti s površine osnovnog materijala. Za kvalitetnu pripremu potrebno je nekoliko operacija. Njihov odabir i reodslijed ovisi o vrsti materijala, postojećem stanju i stanju koje treba postići.

Priprema se naĉelno sastoji od: - operacija odmašćivanja

- mehaniĉkih operacija kojima se mjenja kvaliteta površine - kemijskih operacija kojima se odstranjuju produkti korozije i prijašnje prevlake ili se mjenja kvaliteta površine ODMAŠĆIVANJE Vrste odmašćivanja Odmašćivanjem se s površine metala uklanjaju ĉvrste i tekuće masne tvari mineralnog ili biološkog porijekla te s njima srodna oneĉišćenja. Mineralne masne tvari dobivaju se se destilacijom nafte, a sastoje se od smjese ugljikovodika velikih molarnih masa. Biološke masne tvari mogu biti biljnoga, životinjskog i ljudskog porijekla. Treba razlikovati grubo i fino odmašĉivanje. Prvim se uklanja glavnina masnih tvari s vrlo zamašćenih površina, a drugim se, eventualno nakon grubog odmašĉivanja, poptuno odstranjuju sva oneĉišĉenja te vrste. Odmašĉivanje organskim otapalima Premda se masne tvari fizikalno otapaju u mnogim organskim tekućinama, kao što su ugljikovodici, halogenirani ugljikovodici, ketoni, alkoholi itd., ipak se u industrijskoj praksi za odmašĉivanje pretežno primjenjuju spojevi iz prvih dviju spomenutih skupina, odnosno njihove vodene emulzije. Osim toga, prije bojenja i lakiranja za istu se svrhu upotrebljavaju i razrjeĊivaĉi, tj. smjese organskih otapala, koje inaĉe služe za smanjenje viskoznosti premaznih sredstava. Iznimno se, i to uglavnom u laboratoriju, odmašćuje acetonom, metanolom, etanolom ili propanolom. Otapala za odmašĉivanje moraju imati prije svega veliku moć otapanja masnih tvari mineralnoga i biološkoga porijekla, a takoĊer je poželjno da nebudu zapaljiva ni otrovna, da se mogu regenerirati destilacijom, da su kemijski postojana i neagresivna prema materijalima koji se odmašćuju te da su što jeftinija i što dostupnija na tržištu. Najveći nedostatak sredstava za odmašćivanje na osnovi ugljikovodika tj. benzina, petroleja i plinskog ulja, jest njihova zapaljivost, te eksplozivnost pri visokim temperaturama. Klorirani ugljikovodici nisu zapaljivi pa se odmašĉivanje može ubrzati zagrijavanjem, a regeneracija provesti destilacijom u jednostavnim ureĊajima. No, te pare djeluju narkotiĉki, a tetraklormetan je i kožni otrov. Od halogeniranih ugljikovodika koji sadrže fluor za odmašĉivanje su prikladni oni s vrelištem iznad 40°C. Freoni su nezapaljivi, neotrovni, kemijski postojani i neagresivni ĉak i prema termoplastima ali su priliĉno skupi. Otapala na osnovi ugljikovodika i halogeniranih ugljikovodikapraktiĉki se ne mješaju s vodom pa se njima ne mogu odmastiti vlažne masne

površine bez prethodnog sušenja. Iznimka je vrući tetrakloreten koji istodobno suši i odmašćuje ako se primjenjuje iznad vrelišta vode. Odmašćivanje organskim otapalima provodi se: - trljanjem spužvama, krpama ili ĉetkama namoĉenima u otapalo - uranjanjem u hladno, toplo ili vrelo otapalo, po mogućnosti uz pokretanje uronjenih predmeta ili otapala, tj. ljuljanjem ili rotacijom predmeta, odnosno košara u kojima su predmeti, te miješanjem

otapala

rotacijskim

mješalima,

uronjenim

crpkama

ili

propuhivanjem

komprimiranog zraka - prskanjem mlazom hladnoga ili toplog otapala - izlaganjem hladnih predmeta vrućim parama otapala koje se na njima kondenziraju, nakon ĉega kondenzat otkapava zajedno s otopljenim masnim tvarima - kombiniranim postupcima Odmašćivanje trljanjem primjenjuje se u maloserijskoj proizvodnji, odnosno za ĉišĉenje velikih predmeta. Postupak uranjanja pogodan je za uklanjanje masnih tvari pomiješanih sa sitnim ĉvrstim oneĉišĉenjima. Ta se obrada katkad ubrzava trenjem s kuglicama od prikladnih poliplasta, koje plivaju u otapalu. Ovim postupkom se odmašćuju predmeti malih i srednjih dimenzija kompliciranijih profila, osobito ako treba oĉistiti utore i šupljine. Metodom prskanja obiĉno se odmašćuju veliki predmeti primjenom crpki s cjevastim prskalicama. Parno odmašćivanje izvodi se vješanjem hladnih predmeta iznad posude s kipućim, nezapaljivim otapalom. Dvije najvažnije varijante kombiniranog postupka sastoje se: - od predodmašćivanja u parama otapala i završnog odmašćivanja mlazom ĉistog otapala, odnosno - od predodmašćivanja uranjanjem u vrelo otapalo, hlaĊenja i odmašćivanja uranjanjem u pretinac s mlakim kondenzatom te završnog odmašćivanja u parama otapala. Odmašćivanje uranjanjem u otapalo može se znatno ubrzati ultrazvukom frekvencije 20-40 kHz. Ako je gustoća akustiĉne energije dovoljno velika longitudinalni ultrazvuĉni valovi teku kroz otapalo izazivajući pojavu kavitacije

ODMAŠĆIVANJE VODENIM OTOPINAMA

Sposobnost odmašćivanja imaju ovi vodeni mediji: - lužnate otopine - otopine površinskih aktivnih tvari - kisele otopine jakih oksidansa Lužnate otopine za odmašćivanje pripremaju se otapanjem hidroksida, karbonata, silikata, fosfata, borata te cijanida natrija i kalija. Takve otopine dispergiraju, tj. emulgiraju i suspendiraju masne tvari mineralnoga i biološkog porijekla, a potonje i osapunjuju ako se postupak provodi pri dovoljno visokim temperaturama i PH-vrijednostima. Otopine površinski aktivnih tvari smanjuju napetost površine vode i vodenih otopina, što znatno pospješuje dispergiranje masnih tvari u tim tekućinama dajući im ili povećavajući sposobnost odmašćivanja. Te otopine mogu biti anionaktivne, neinogene i kationaktivne. Anionaktivne,tj. natrijeve soli organskih kiselina koje ionizacijom daju anione hidrofilnohidrofobnog karaktera, ĉesto se primjenjuju u lužnatim i približno neutralnim sredinama. Neinogene, djelotvorne su u lužnatim, neutralnim i kiselim otopinama. Najvažnija su sredstva te vrste polietilenglikol, polipropilenglikol te njihovi eteri, esteri i amini. Kationaktivne su soli organskih baza koje ionizacijom daju hidrofilno-hidrofobne katione. Takve su tvari najaktivnije u kiselim sredinama pa se ĉesto dodaju kiselinama za nagrizanje radi postizanja odreĊene moći odmašćivanja. Kisele otopine jakih oksidansa uglavnom se upotrebljavaju za odmašćivanja stakla, keramike i nekih poliplasta. Takve otopine oksidacijom razaraju masne tvari, a meĊu njima je najvažnija krom-sumporna kiselina. Otopina se u toku rada postupno mjenja boju od tamnosmeĊe do zelene zbog redukcije kroma iz šesterovalentnog u trovalentni. Zelenu otopinu treba zamjeniti svježom. Odmašćivanje u lužnatim otopinama može se ubrzati elektrolitiĉkim postupkom,tj. katodnim ili anodnim

spajanjem

metalnih

predmeta

u

krug

istosmjerne

elektriĉne

struje.

Pri

elektroodmašćivanju dolazi do elektrolize vode, tj. do izluĉivanja vodika na katodi i kisika na anodi. Nakon primjene bilo kojeg postupka odmašćivanja vodenim otopinama predmeti se temeljito ispiru vodom, i to uranjanjem ili prskanjem. Nanošenje prevlaka iz vodenih otopina obavlja se neposredno poslije toga, bez meĊufaznog sušenja. Ako predmete ipak treba osušiti, završno se ispiranje izvodi u toploj vodi, da bi se ubrzala ta operacija. Uspješnost odmašćivanja ispituje se tzv. vodenim testom i to redovito prilikom ispiranja.

OSTALE METODE ODMAŠĆIVANJA

Osim dosad opisanih metoda, u praksi se primjenjuje: - odmašćivanje vodenim suspenzijama - odmašćivanje spaljivanjem - odmašćivanje vlažnom vodenom parom Od vodenih suspenzija za odmašćivanje najvažnija je kaša beĉkog vapna. Pod tim se nazivom podrazumijeva praškasti prženi dolomit koji se uglavnom sastoji od kalcij-oksida i magnezijoksida. Kaša se priliĉno teško odstranjuje s materijala pa se redovito mora isprati mlazom vode uz trljanje ĉetkama i krpama što omogućuje potpuno odmašćivanje. Odmašćivanje spaljivanjem masnih tvari izvodi se zagrijavanjem predmeta iznad 200°C uz dovoljan pristup zraka, odnosno kisika. Ovaj postupak je prikladan za ĉišćenje limenih ploha prekrivenih tankim i ravnomjernim slojem masnih tvari. Odmašćivanje mlazom vlažne vodene pare zasniva se na njegovu mehaniĉkom djelovanju i na taljenju, odnosno na smanjenju viskoznosti masnih tvari. One se takvom obradom cijede s površine zajedno s vrućom vodom. Na taj se naĉin izvodi grubo odmašćivanje većih predmeta, željezniĉkih vozila, poljoprivrednih strojeva i sliĉno. MEHANIĈKA PRIPREMA Vrste mehaniĉke pripreme Mehaniĉkom pripremom se nastoji postići najpovoljnija kvaliteta površine tj. smanjiti ili rijeĊe, povećati stupanj hrapavosti da bi se omogućilo kvalitetnije nanošenje prevlaka. Zahtjevana kvaliteta površine ovisi tehnološkom postupku prevlaĉenja. Npr., za galvansko nanošenje metalnih prevlaka optimalna je velika gustoća, a za metalizaciju prskanjem priliĉna hrapavost površine osnovnog materijala. Mehaniĉka priprema u praksi obiĉno služi i za uklanjanje produkata korozije i drugih oneĉišćenja sa površine materijala. Brušenje i poliranje abrazivnim alatima i sredstvima Brušenjem se poboljšava kvaliteta površine materijala i eventualno uklanjaju produkti korozije i druga oneĉišćenja s površine materijala. Zbog toga je potrebno da plohe u toku brušenja prilježu na brusna zrnca uz odreĊeni pritisak, ruĉni ili mehaniĉki, primjenom naprava s oprugama. Brušenje se redovito obavlja stupnjevito upotrebom sve sitnijih zrnaca, pa valja razlikovati predbrušenje te grubo i fino brušenje. Poliranje se provodi ako je potrebna veća glatkoća površine, pri ĉemu se osim skidanjem

strugotina, neravnine uklanjaju utiskivanjem mikroizboĉina snažnim pritiskom. Poliranje se takoĊer obavlja stupnjevito te treba razlikovati pretpoliranje od finog poliranja i posjajivanja. Ovim postupcima se deformira površinski sloj materijala debeo 1 do 10 mim. U tom se sloju pojavljuju znatne tlaĉne napetosti, a granule kristaliĉnih materijala u njemu su smrvljene. Kao abrazivi služe prirodne (mineralne) ili umjetne anorganske tvari dovoljne tvrdoće. Važniji abrazivi: beĉko vapno, staklo, plovućac, pješĉenjak, polimo crvenilo, krokus, kresivac, granat, kremen (kvarc), glinica, korund, dijamant. Abrazivi se najĉešće primjenjuju u obliku alata i sredstava za brušenje i poliranje. Dijele se na: kompaktne brusne alate proizvedene industrijski, lijepljene alate i sredstva te paste za brušenje i poliranje. Brušenje i poliranje abrazivnim tijelima i zrncima Sitni predmeti se naĉelno, bruse i poliraju u rotacijskim ili vibracijskim ureĊajima rastresitim abrazivnim tijelima dimenzija 5 do 50 mm ili zrncima abraziva. Takva je obrada osobito prikladna za manje predmete koji se proizvode u velikim serijama (matice, vijci, ĉavlići, zakovice). U novije se vrijeme u spomenutim ureĊajima obraĊuju i veći predmeti, osobito duguljasta oblika. Kao rotacijski ureĊaji najĉešće se upotrebljavaju bubnjevi, a nešto rjeĊe zvona. Pri mehaniĉkoj se obradi u rotacijskim ureĊajima vrlo se ĉesto primjenjuju umjetna abrazivna tijela u kojima su zrnca raspodijeljena u vezivima na osnovi keramike ili duroplasta. Suhi postupak u bubnjevima i zvonima uglavnom služi za grublju obradu (za skidanje srha i brušenje, te eventualno pretpoliranje) jer se plohe predmeta ĉesto lokalno oštećuju sudaranjem ili struganjem što bi za finiju obradu bilo štetno. Poliranje utiskivanjem Poliranjem abrazivima istodobno se skidaju strugotine i uklanjaju neravnine utiskivanjem izboĉina mikroprofila. Postoje takoĊer i postupci poliranja utiskivanjem bez abraziva koje karakterizira neznatno ili nikakvo skidanje strugotina. Postupci poliranja abrazivima i utiskivanjem se ĉesto kombiniraju na razliĉite naĉine. Tako se npr. pri poliranju kuglama, odnosno pri tlaĉnom poliranju katkad upotrebljavaju vrlo fina zrnca abraziva (beĉkog vapna, hematita itd.), bilo u rastrsitom stanju bilo u obliku pasta.

Ĉetkanje Ĉetkanje se izvodi ĉetkama od žica i vlaknastih materijala. Za izradu ĉetaka primjenjuju se ravne ili valovite žice i vlakna što se redovito u snopovima usaĊuju u perforirane drvene, alumijijske i

kartnonske podloge. Ĉetke se meĊusobno razlikuju po gustoći žica odnosno vlakana tj. po njihovom broju na jedinici površine podloge. Promjer žica i vlakana je 0,5 do 1 mm , duljine 20 do 70 mm. Za izradu ĉetaka primjenjuju se žice od ugljiĉnog ili nehrĊajućeg Cr-Ni ĉelika, od mjedi, novog srebra ili fosforom dezoksidiranog bakra. Najĉešće se primjenjuju ĉetke od ugljiĉnog ĉelika kojima se obraĊuju nelegirani i niskolegirani crni metali te obojeni metali. Za nehrĊajuće i druge visokolegirane ĉelike služe ĉetke od nehrĊajućeg ĉelika. Predobrada mlazom Ĉišćenje i mijenjanje hrapavosti površine moguće je provesti suhim ili mokrim mlazom ĉestica ĉija se kinetiĉka energija u trenutku sudara s predmetima djelomiĉno pretvara u mehaniĉki uĉinak. Te ĉestice mogu biti tvrĊe ili mekše od obraĊivanog materijala. U oba sluĉaja one mehaniĉki uklanjaju rahla oneĉišćenja s površine i utiskuju materijal uz otvrdnjavanje. Tvrde ĉestice, osim toga, skidaju strugotine, i to brže što im je tvrdoća veća. Veliĉina ĉestica za suhi postupak je 0,2 do 3 mm, a za mokri postupak se obiĉno primjenjuju sitnije ĉestice (minimalne veliĉine 3 mim). Kao sredstva za obradu mlazom služe klasirana zrnca abraziva te ĉestice metala i organskih materijala. MeĊu zrncima abraziva najjeftiniji je kremeni pjesak koji se brzo troši i mrvljenjem pretvara u prašinu veliĉine