Priprema Povrsine

Veleučilište u Slavonskom BRODU Stručni studij proizvodno strojarstvo

OSNOVE TEHNOLOGIJE PRIPREMA POVRŠINE

SEMINARSKI RAD Valentino Zvonar (404 S) Mentor: Stjepan Aračić, Prof. dr. sc.

SLAVONSKI BROD 2010./2011.

SADRŽAJ: sadržaj:..........................................................................................................3 sadržaj:..........................................................................................................3 UVOD.............................................................................................................1 UVOD.............................................................................................................1 korozijsko ponašanje metala (materijala).................................................2 korozijsko ponašanje metala (materijala).................................................2 Mehanizmi korozijskih proces.........................................................................2 geometrijska klasifikacija korozije...................................................................3

metode zaštite od korozije..........................................................................6 metode zaštite od korozije..........................................................................6 elektrokemijske metode zaštite.......................................................................6 zaštita od korozije obradom korozivne sredine.............................................7 zaštita oblikovanjem i konstrukcijskim mjerama...........................................7 zaštita korozijskih postojanih materijala.........................................................7 zaštita prevlakama............................................................................................8

priprema površine........................................................................................9 priprema površine........................................................................................9 odmašćivanje vodenim otapalima...................................................................9 MEHANIČKA PREDOBRADA .........................................................................10

Slika 4.1. Tablica Tvrdoće abriziva prema Mohru................................10 Slika 4.2. Prikaz Brušenja ........................................................................11 Slika 4.3. Strojno četkanje........................................................................12 Slika 4.4 Oprema za pjeskarenje..............................................................13 Slika 4.5 Komora za kemijsko poliranje.................................................14

zaključak ....................................................................................................15 zaključak ....................................................................................................15 literatura......................................................................................................16 literatura......................................................................................................16

UVOD Današnji tehnološki razvoj je nezamisliv bez upotrebe konstrukcijskih materijala, koje dobivamo preradom sirovina uzetih iz prirode. Čovjek je od najstarijih vremena koristio predmete i materijale koje je mogao pronaći u prirodi. Oblikujući ih i prerađujući čovjek stvara nove materijale i proizvode koji mu služe za različite namjene. Stanje materijala u prirodi gdje ih nalazimo je u ravnoteži s kemijskim reakcijama koje se dešavaju pod utjecajem kisika, vode i ostalih atmosferskih čimbenika. Konstrukcijski materijali se najčešće prerađuju te se njihov sastav mijenja, odnosno s određenim unosom energije mi mijenjamo njihov sastav da bi dobili materijale koji su upotrebljivi za razne namjene. Korozijski procesi, s kojima se svakodnevno susrećemo i koji predstavljaju pretvaranje velikog broja korisnih metala u nekorisne spojeve, pa i štetne korozijske produkte, u suštini su spontani procesi između metala i komponenata okoline pri čemu metali prelaze u termodinamički stabilnije stanje. Čelik je materijal

koji se najviše

upotrebljava kod izrade raznih konstrukcija, pa je njegovo korozijsko ponašanje i antikorozivnu zaštitu potrebno dobro poznavati. Korozija smanjuje uporabnu vrijednost čelika, skraćuje vijek trajanja konstrukcija, poskupljuje njihovo održavanje, uzrokuje gubitke u proizvodnji, zastoje u radu, havarije, nesreće i dr. Ekonomsko značenje korozije čelika je veliko i ono raste s industrijalizacijom privrede. Stvarnu štetu nastalu zbog korozije na čeličnim konstrukcijama je teško izračunati jer osim direktnih šteta uključuje i indirektne koje su goleme. Priprema površine korektno izvođenje tehnoloških operacija od iznimne je važnosti u tehnologiji nanošenja premaza. Pod time podrazumijevamo pripremu podloge za nanošenje premaza tj. čišćenje i pripremanje materijala radi što boljeg prianjanja prevlake. Nanošenje premaza na ne pripremljenu ili ne adekvatno pripremljenu površinu rezultira ne kvalitetnom prevlakom

1

KOROZIJSKO PONAŠANJE METALA (MATERIJALA) Korozijom

se

naziva

razaranje

metala

i

legura

zbog

kemijskog

ili

elektrokemijskoga međusobnog djelovanja metala ( legura) i vanjskog medija. Ovisno o svojstvima medija i uvjeta međudjelovanja razlikuju se sljedeće vrste korozije: plinska, atmosferska, podvodna, podzemna, biološka itd. Korozijskom se postojanošću naziva sposobnost materijala da se suprotstavi korozijskoj agresiji medija ili većim ili manjim usporenjem njegova djelovanja, ta se korozijska postojanost može utvrditi pokusima: promjenama mase uzorka, volumenom izlučenog vodika, smanjenjem debljine uzorka, promjenom nekih mehaničkih ili fizikalnih svojstava, intenzivnošću strukturnih promjena itd. suglasno teoriji, elektrokemijska korozija razvija se kao posljedica pojave kratkospojnih galvanskih elemenata, a oni se stvaraju na mjestima nehomogenosti metala.

MEHANIZMI KOROZIJSKIH PROCES 1.1.1

Kemijska korozija Kemijska korozija je kemijski proces između metala i plinovitog odnosno

kapljevitog medija koji nisu elektroliti, koji imaju afinitet prema metalu. Tipični je primjer spajanje metala sa kisikom iz suhoga vrućeg plina, kao što je to slučaj pri kovanju ili valjanju metala, pri zavarivanju, žarenju itd. djelovanjem suhog zraka na čelik stvoriti će se ili porozan ili kompaktan oksid. Ako se uz odgovarajuće uvjete stvorio tanki kompaktni sloj na čeličnoj površini, čak možda debljine samo dva ili tri idealizirana promjera molekula, on će postati zaštita prema daljnjoj reakciji. 1.1.2

Elektrokemijska korozija Elektrokemijska korozija metala zbiva se u elektrolitima, tj. u medijima s ionskom

vodljivošću. To je redoks proces pri kojemu dolazi do oksidacije atoma metala kao reducensa (donora elektrona) u slobodni kation uz istodobnu redukciju nekog oksidansa, tzv. depolarizatora (akceptora elektrona). Elektrokemijska korozija se odvija u prirodnoj i 2

tehničkoj vodi, u vodenim otopinama kiselina, lužina, soli i drugih tvari, u vlažnom tlu, u sokovima biološkog porijekla, u talinama soli, oksida i hidroksida te u atmosferi. Atmosferska se korozija zbiva uz oborine, odnosno u vodenom adsorbatu ili kondenzatu koji zbog vlažnosti zraka nastaju na površini metala i imaju karakter elektrolita. Elektrokemijska je korozija vrlo raširena jer je velik broj metalnih konstrukcija i postrojenja izložen vodi ili otopinama, vlažnom tlu ili vlažnoj atmosferi. Posebno dobri uvjeti za razvoj ovih procesa postoje u energetskim i metalurškim postrojenjima te u kemijskoj, prehrambenoj, tekstilnoj i metaloprerađivačkoj industriji.

GEOMETRIJSKA KLASIFIKACIJA KOROZIJE Prema geometrijskom obliku korozijskog razaranja, korozija se dijeli na opću, lokalnu, selektivnu i interkristalnu. 1.1.3

Opća korozija Opća korozija zahvaća čitavu površinu materijala, a može biti ravnomjerna ili

neravnomjerna. Ravnomjerna opća korozija tehnički je najmanje opasna jer se proces može lako pratiti i predvidjeti kada treba određeni dio popraviti ili ga zamijeniti s novim. Neravnomjerna opća korozija je puno opasnija. Do opće korozije dolazi kada je čitava površina materijala izložena agresivnoj sredini pod približno jednakim uvjetima s obzirom na unutrašnje i vanjske faktore korozije. Pri odabiru materijala otpornih na opću koroziju, treba uzeti u obzir okolinu u kojoj će se pojedini metal nalaziti te njegovu podložnost općoj koroziji u predviđenim uvjetima. Ovaj oblik korozije kontrolira se korištenjem organskih ili metalnih prevlaka 1.1.4

Lokalna korozija Lokalna korozija napada samo neke dijelove izložene površine, te je ujedno i

najrašireniji pojavni oblik korozije. Lokalna korozija se može podijeliti na pjegastu, rupičastu, potpovršinsku i kontaktnu. Pjegasta korozija ograničena je na pojedine veće dijelove površine. 1.1.4.1 Rupičasta korozija 3

Rupičasta korozija je usko lokalizirani oblik korozije koji se događa kada medij koji uzrokuje koroziju napada materijal i uzrokuje nastajanje malih rupa. To se obično događa na mjestima gdje je zaštitna prevlaka probijena uslijed mehaničkog oštećenja ili kemijske degradacije. Rupičasta korozija je jedan od najopasnijih oblika korozije jer ju je vrlo teško predvidjeti i spriječiti, te relativno teško otkriti, događa se vrlo brzo te prodire u metal bez da uzrokuje vidljivi gubitak mase. Često može doći do iznenadnih havarija mada je gubitak materijala neznatan. To se obično događa na konstrukcijama koje su mehanički opterećene. 1.1.4.2 Potpovršinska korozija Potpovršinska korozija se pojavljuje kada se žarišta rupičaste korozije šire u dubini materijala te ga raslojavaju. Najraširenija je u valjanim metalima u dodiru s morskom vodom i s kiselinama. Na površini materijala pri tome često nastaju mjehuri jer se u njegovoj unutrašnjosti gomilaju čvrsti korozijski produkti kojima je volumen veći od volumena uništenoga materijala. 1.1.4.3 Napetosna korozija Napetosna korozija nastupa kada je dio istovremeno izložen djelovanju agresivnog medija i vlačnog naprezanja. Ovaj tip korozije nastupit će najčešće na hladno deformiranim lokalitetima, jer tamo zaostaju napetosti. To su npr. hladno deformirana koljena cjevovoda. Također nastaje u okolini zavarenih mjesta gdje su povišena zaostala naprezanja. Napukline napreduju okomito na smjer vlačnog opterećenja, a šire se interkristalno ili transkristalno, a ne po granicama zrna. 1.1.4.4 Interkristalna korozija Interkristalna korozija razara materijal na granicama zrna šireći se na taj način u dubinu. Ta vrsta korozije uglavnom se pojavljuje na legurama. Interkristalna korozija je najopasniji oblik korozije jer može dugo ostati neprimjećena a naglo smanjuje čvrstoću i žilavost materijala. Konačna je posljedica interkristalne korozije lom ili čak raspad materijala u zrna. Najčešće zahvaća nehrđajuće čelike, legure na bazi nikla i aluminija.

4

1.1.5

Selektivna korozija Selektivna korozija je rijedak oblik korozije pri kojoj je napadnut jedan element

metalne legure, te nastaje promijenjena struktura. Najčešći oblik selektivne korozije je decinkacija, kada je cink izvučen iz mjedenih legura ili bilo koje druge legure koja sadrži značajan sadržaj cinka. Kod tako novonastalih struktura nije došlo do značajne promjene dimenzija ali je legura oslabljena, porozna i krhka. Selektivna korozija je opasan oblik korozije jer pretvara čvrst i duktilan metal u slab i krhak te podložan lomu. Kako nema velikih promjena u dimenzijama, selektivna korozija može proći neopaženo te izazvati iznenadnu havariju.

5

METODE ZAŠTITE OD KOROZIJE Najčešći načini zaštite su: •

Elektrokemijske metode zaštite,

•

Zaštita od korozije obradom korozivne sredine,

•

Oblikovanjem i konstrukcijskim mjerama,

•

Zaštita odabirom korozijskih postojanih materijala,

•

Zaštita prevlakama.

ELEKTROKEMIJSKE METODE ZAŠTITE Metode se temelje na tome da se metal održava ili u pasivnom stanju (u području potencijala pasivacije) ili u imunom stanju (pri potencijalima nižim od stacionarnih) kada ne korodira. Elektrokemijske metode zaštite se upotrebljavaju kao antikorozivna zaštita čeličnih konstrukcija prvenstveno u konstrukcijama koje su ukopane i uronjene (cjevovodi, brodovi, lučka postrojenja, rezervoari, kondenzatori, izmjenjivači topline i dr.). Ovisno o načinu polarizacije elektrokemijska zaštita može biti katodna i anodna. 1.1.6

Katodna zaštita Katodna zaštita je jedna od najznačajnijih metoda zaštite od korozije u

elektrolitima. Temelji se

na usporavanju korozije katodnom polarizacijom metala tj.

pomakom elektrokemijskog potencijala metala u negativnom smjeru. 1.1.7

Anodna zaštita Anodna zaštita temelji se na usporavanju korozije anodnom polarizacijom metala

tj. pomakom elektrokemijskog potencijala metala u pozitivnom smjeru.

6

ZAŠTITA OD KOROZIJE OBRADOM KOROZIVNE SREDINE Brzina korozije metalnih konstrukcija u otopinama koje se ne obnavljaju ili se samo povremeno obnavljaju, može se smanjiti obradom korozivne sredine. Ove metode primjenjuju se najviše za zaštitu izmjenjivača topline, parnih kotlova, kondenzatora, kada za dekapiranje, te raznih cisterni namijenjenih za transport raznih agresivnih otopina. Smanjenje korozivnosti vanjske sredine koja djeluje na metale i legure može se provesti na dva načina. •

Uklanjanjem aktivatora korozije iz agresivne sredine,

•

Uvođenjem inhibitora korozije u agresivnu srednu.

ZAŠTITA OBLIKOVANJEM I KONSTRUKCIJSKIM MJERAMA Pokretanje mnogih korozijskih procesa moguće je pravilnim

oblikovanjem

čeličnih

konstrukcija,

raznim

ukloniti ili barem usporiti projektnim

rješenjima

i

tehnologijom izrade. Ovim mjerama može se znatno utjecati prvenstveno na koroziju u procjepu, galvansku koroziju, erozijsku i napetosnu koroziju.

ZAŠTITA KOROZIJSKIH POSTOJANIH MATERIJALA

Pri projektiranju nekog objekta, bez obzira da li proizvodnog (tvornica), transportnoga (brod ili avion), građevine (zgrada ili most) ili drugog tipa ili namjene, potrebno je uzeti u obzir sve čimbenike od kojih će ovisiti njegova trajnost i upotrebna vrijednost. Objekt treba tokom predviđenog vremena upotrebe zadržati svoja fizička i kemijska svojstva. Jednostavnije rečeno, objekt tokom predviđenog trajanja ne smije mijenjati svoja upotrebna svojstva više nego što je predviđeno projektom. Do smanjenja uvijek dolazi, ali pri projektiranju treba koristiti materijale i konstrukcijska rješenja kojima će se osigurati njegova tehnološka upotrebljivost i ekonomska opravdanost. Primjenom korozijski postojanih materijala nastoji se smanjiti afinitet za nastajanje korozije. Izbor odgovarajućeg materijala ovisi o nizu faktora, kao što su: mehanička svojstva, očekivani vijek trajanja, estetski izgled, korozijska postojanost i cijena. 7

ZAŠTITA PREVLAKAMA Nanošenje prevlaka na površinu čeličnih konstrukcija najraširenija

je metoda

zaštite od korozije. Pritom je potrebno osigurati takvu tehnologiju koja omogućuje dovoljnu postojanost same prevlake, njenu trajnost i pouzdanost. Primarna zadaća nanošenja prevlaka na čelične konstrukcije je zaštita od korozije, a sekundarna može biti npr. popravljanje estetskog dojma, postizanje određenih fizikalnih svojstava, popravak loših proizvoda i dr.

8

PRIPREMA POVRŠINE Korektno izvođenje tehnoloških operacija od iznimne je važnosti u tehnologiji nanošenja premaza. Pod time podrazumijevamo pripremu podloge za nanošenje premaza tj. čišćenje i pripremanje materijala radi što boljeg prianjanja prevlake. Nanošenje premaza na ne pripremljenu ili ne adekvatno pripremljenu površinu rezultira ne kvalitetnom prevlakom. Nečistoće se uklanjaju postupcima čiji karakter i redoslijed ovise o stupnju onečišćenja, vrsti prevlake i željenom izgledu proizvoda.

ODMAŠĆIVANJE VODENIM OTAPALIMA Sposobnost odmašćivanja imaju ovi vodeni mediji:

1.1.8

•

Lužnate otopine,

•

Otopine površinski aktivne tvari,

•

Kisele otopine.

Lužnate otopine Za odmašćivanje pripremaju se otapanjem hidroksida karbonata, silikata, fosfata

borata te cijanida. Takve se otopine dispergiraju (raspršuju) i suspendiraju masne tvari mineralnog i biološkog i porijekla >t, > pH tvari se razgrađuju u sapune (soli masnih kiselina) i glicerol (topivi u vodi) Najznačajniji su silikati i fosfati Na silikati i Na- fosfat NaOH , KOH, NaCO3·H2O – H2CO3. 1.1.9

Sredstva za kvašenje Su organske tvari koje smanjuju napetost površine vode i vodenih otapala.

Hidrofilni dipolni dio molekule čine manje skupine atoma (-SO3-,COO- OH- NH3) sklone otapanju u vodi Hidrofobni sastoji se od ne polarnih lanaca i prstena ugljikovodika koji su vrlo odbojni. Anion aktivno sredstvo za kvašenje Na ili soli org. kiseline sredstvo za kvašenje djelotvorno lužnatu neutralnom i kiselim otapalima(polietilenglukol, poli 9

propilenglukoli) Kation aktivno sredstva za kvašenje soli su organska baza klorida ili sulfati amina.

MEHANIČKA PREDOBRADA Mehanička predobrada zasniva se na trenju i obrađivanjem oštro bridnim zrncima– abraziva , žičanim ili vlaknastim četkama. Cilj: •

Kvaliteta površine podloge tj. Smanjiti povečati hrapavost površine

•

Uklanjanje produkta korozije i drugih nečistoća s poršine metala

1.1.10 Brušenje i poliranje abrazivnim alatima sredstvima Brušenjem se poboljšava kvaliteta površine materijala i uklanjaju se ostale nečistoće (korozija i kamenac i sli.) Brušenje se odvija stupnjevito upotrebom sve sitnijih zrnaca abraziva. Abrizivi su umjetne i anorganske tvari dovoljne tvrdoće kao šta je prikazano u slici 4.1.

Slika 4.1. Tablica Tvrdoće abriziva prema Mohru

10

1.1.11 Brušenje i poliranje abrazivnim tijelima i zrncima Sitni predmeti (matice, čavli, zakovice, dugmad, igle itd) se bruse ili poliraju rotacijski ili vibracijski rastresetim avrazivnim tijelima 5 – 10 min u bubnjevima slika 4.2.

Slika 4.2. Prikaz Brušenja 1.1.12 Poliranje utiskivanjem Pred poliranje i fino poliranje utiskivanjem najčešće se obavlja u bubnjevima kuglama od kaljenog čelika promjera 0.6-10 mm, polira se na visoki sjaj Poliranje kuglom izvodi se mokrim i suhim postupkom obrada se vrši u osmerokrakim bubnjevima 1kg robe 3-5kg kugli. 1.1.13 Četkanje (ručne i rotacijske) Četkanje i grebanje četkama od žice ili vlaknastih materijala, žice ugljični čelik i nehrđajući čelik (CrNi) mjedi vlakna su: umjetna (najlonska) biljna i životinjska. Obrada može biti ručna ili strojna slika 4.3.

11

Slika 4.3. Strojno četkanje 1.1.14 Preradba mlazom Čišćenje ili mijenjanje hrapavosti površine moguće je provesti suhim ili mokrim mlazom čestice čija se kinetička energija u trenutku sudara s predmetom djelomično promatra mehanički učinak. 1.1.15 Pjeskarenje Oštro bridna zrnca prirodna ili umjetna obrada (pjesak ili korund) pod pritiskom čiste metal do metalnog sjaja Korund se manje troši i manje je štetan po ljudski život Metalne čestice –od lijevanog ili ugljičnog čelika (sačma ili lomljevine.) slika 4.4. MLAZ se čestica dobiva : - pneumatičkim suhim ili mokrim postupkom primjenom komprimiranog zraka - centrifugalnim –suhim ili mokrim zrakom - hidrauličkim postupkom

12

Slika 4.4 Oprema za pjeskarenje 1.1.16 Kemijska preobrada Kemijska se predobradba

materijala provodi kem. reakcijom koje mogu biti

spontane ili izazvan električnom strujom (elektrolizom). Postupci se dijele na: - kemijske u užem smislu riječi - elektrolitičke(elektrokemijske) 1.1.17 Kemijsko poliranje Izlaganje metala djelovanjem nekih otopina moguće je povećati glatkoću površine (kem. poliranjem slika 4.5.). Kemijsko nagrizanje zasniva se na geom. podloge prvo se otapaju izbočine a tek onda udubine mikroprofila. Proces otapanja upravlja difuzija iona metala kroz visoki sjaja koji je tanji na izbočinama nego na udubinama. Posljedice toga je ubrzano otapanje izbočina tj. Povećanje glatkoće površine.

13

Slika 4.5 Komora za kemijsko poliranje 1.1.18 Jetkanje materijala (Hrapavljanje) U određenim slučajevima metalni odnosno nemetalni materijali mora ohrapaviti što se čini mehaničkim postupcima ili jetkanjem (najedanjem) tj kemijskim otapalima ( nanošenje boja, lakova prevlaka i sl.) Jetkanjem se može povećati čvrstoća prianjanja a, primjena je u metalografiji graviranje i oblikovanje predmeta za lijepljenje u proizvodnji vrlo finih vodiča ploča za električne uređaje.

14

ZAKLJUČAK Pažljiva predobrada i pripremačelične površine pretpostavka je kvalitetnoj i trajnoj površinskojzaštiti. U okviru radioničke predobrade potrebno je voditi računa o: -uklanjanju prskotina i šljake pri zavarivanju - uklanjanju valjaoničkih grešaka brušenjem Priprema površine obuhvaća čišćenje uklanjanjem vlastitih ili stranih naslaga te hrapavljenje površine. Stupanj pripreme i topografija površine mora biti usklađeni s predviđenim premazom ili prevlakom. Hrapavost, topografija i struktura površine utječu na prionjivost premaza, utrošak premaznog sredstva te zaštitno djelovanje premaza (potrebno je prekriti vrhove hrapavosti). Zavarivanju šupljina, gnijezda s uključcima pijeska i poroznih mjesta na odljevcima sveobuhvatnom skidanju rubova

15

LITERATURA 1. Ekološki aspekti primjene vodotopivih premaza, Stjepan Aračić 2. Površinska zaštita proizvodni postupci III (predavanja), prof. dr. sc. Stjepan Aračić dip. ing. Teh Sveučilište J.J.Storssmayera u Osijeku Strojarski fakultet Slavonski Brod 3. Posebni čelici, Mladen Novosel i Dragomir Krumes Sveučilište J.J. Strossmayera u Osijeku Strojarski fakultet Slavonski Brod 4. http://www.cortecvci.com/International/croatia/Diplomski%20rad%20Hrvoje %20Belov.pdf 5. http://www.cortecvci.com/International/croatia/Diplomski%20rad%20%20Tomislav%20Levanic.pdf 6. http://www.scribd.com/doc/38810704/63/Priprema-metalne-povr%C5%A1ine 7. http://www.pomorci.com/Edukacija/80-100/STANDARDI%20ZA %20PRIPREMU%20POVRSINE.pdf

16