TEHNOLOGIJA ZAŠTITE MATERIJALA
1. ZAŠTITA METALNIM PREVLAKAMA
1.1. KRITERIJI ZA IZBOR METALNIH PREVLAKA
Izbor vrste i načina nanošenja metalnih prevlaka za zaštitu metala od korozije, te njena
ekonomičnost ovise o većem broju činilaca, među kojima su najvažniji:
- svojstva metala zaštitne prevlake
- vrsta, sastav i agresivnost korozijske sredine
- mehanički utjecaj sredine
- svojstva metala koji se zaštićuju
- oblik i veličina predmeta koji se zaštićuju
- naprezanje u prevlaci
- zahtijevana trajnost prevlake.
1.2. OSNOVNE KARAKTERISTIKE NEKIH METALNIH PREVLAKA
CINK (Zn)
– Vrlo dobro prianja uz čeličnu podlogu. Postojan je prema atmosferskoj
koroziji i u vodi, nepostojan je u alkalnim i kiselim sredinama. U odnosu na
čelik ima anodni karakter do 60
o
C. Debljina zaštićenog sloja je 20-70
m.
KOSITAR (Sb)
– Vrlo dobro prianja uz čelik. Nepogodan je za primjenu u kiselim i alkalnim
sredinama, te u morskoj vodi, postojan je prema atmosferskoj koroziji, iako
relativno brzo gubi lijep izgled. Primjenjuje se za zaštitu bakra, te čelika za
prehrambenu industriju (konzerve). Prema čeliku ima katodni karakter.
Debljina zaštitnog sloja je 10-30
m.
KADMIJ (Cd)
– Vrlo je pogodan za zaštitu u morskoj vodi i u lužnatim otopinama, a
nepogodan je za kisele medije. Prema čeliku ima anodni karakter. Debljina
zaštitnog sloja je 8-25
m.
BAKAR (Cu)
– Vrlo dobro prianja uz čeličnu podlogu. Primjenjuje se kao međusloj kod
zaštite čelika niklom i dekorativnim kromom Inače vrlo brzo gubi lijep izgled.
Prema čeliku ima katodni karakter.. Debljina zaštitne prevlake iznosi 2-5
m
kao podsloj, tj. do 20
m u elektrokontaktima.
NIKAL (Ni)
– Dobro prianja uz čelik i uz bakar i njegove legure. Otporan je na alkalije i
sulfide kod sobne temperature, nepogodan za primjenu u otopinama jakih
kiselina u prisustvu oksidansa. U zagađenoj atmosferi izgled mu nije postojan.
Tvrdoća i sjaj prevlake ovise o sastavu kupelji i uvjetima nanošenja. Prema
bakru je anoda, a prema čeliku katoda. Debljina prevlake ovisno o agresivnosti
sredine iznosi 5-30
m.
1
CROM (Cr)
– Odlikuje se velikom tvrdoćom i otpornošću na trošenje, dobrom postojanošću
na atmosfersku i visokotemperaturnu koroziju; vrlo je nepostojan prema
kloridnoj kiselini i kloridima. Prema čeliku je katoda. Ovisno o namjeni
nanosi se dekorativni krom preko podsloja Ni, u debljini 0,2-1
m, te mat, crni
i tvrdi krom direktno na čelik u različitim debljinama.
1.3. ZAŠTITA ELEKTROKEMIJSKIM POSTUPCIMA
1.3.1. Osnovni principi galvanizacije
Najšire primjenjivan postupak nanošenja metalnih prevlaka je galvanizacija –
elektrokemijski postupak zaštite. Predmet koji se zaštićuje je vezan za katodu izvora
istosmjerne struje. Primijenjeni elektrolit sadrži ione metala prevlake. Anoda ovog strujnog
kruga je najčešće od metala koji se nanosi kao prevlaka. Tokom rada se ona otapa i
nadoknađuje iz elektrolita utrošene ione za izgradnju prevlake. Anoda može biti i neki drugi
metal koji je stabilan u korištenom elektrolitu pri radnim uvjetima. U ovom slučaju se moraju
posebno nadoknaditi utrošeni ioni metala iz elektrolita za izgradnju zaštitne metalne prevlake.
Radni uvjeti se biraju tako, da je osnovni proces izlučivanje prevlake dominantan.
Slika 1. Shema uređaja za galvanizaciju
- Elektrodne reakcije:
(+) ANODA (A) ...
M
M
+
+ e
-
Cu
Cu
+2
+ 2e
-
Ni
Ni
+2
+ 2e
-
Zn
Zn
+2
+ 2e
-
Cd
Cd
+2
+ 2e
-
Sn
Sn
+4
+ 4e
-
2
GALVANIZACIJA
– nanošenje metalne prevlake elektrokemijskim postupkom.
N a p o m e n a:
Predmet koji se obrađuje je katoda, uranja se pod naponom.
NAKNADNA OBRADA
- ispiranje,
- pasivacija (eventualno potrebno),
- ispiranje,
- sušenje.
1.3.3. Pregled nekoliko postupaka zaštite galvanskim prevlakama
1.3.3.1. Cijanidno pocinčavanje s pasivacijom
- Od galvanskih prevlaka na čeliku, najvažnije za praksu su prevlake cinka i nikla. Cink
je doduše nepostojan u kiselim i lužnatim otopinama, relativno je mekan, ali ima niz
dobrih strana, zbog kojih se njegova primjena sve više širi. U prvom redu, on se na
vlažnom zraku spontano u izvjesnoj mjeri pasivira, tj. prekriva slojem bijelog baznog
karbonata (bijela rđa), koji postepeno zaustavlja koroziju. Postojanost cinčanih prevlaka
se može povećati umjetnom pasivacijom – kromatiranjem. Cink je elektronegativniji od
željeza, te dokle god ima cinka, on će u galvanskom članku cink-čelik biti anoda koja se
otapa i štiti podlogu. To vrijedi, prije svega za nepasivirane cinčane prevlake.
- Galvansko pocinčavanje, kao postupak nanošenja, daje optimalne prevlake jer
omogućuje najbolje prianjanje, najmanju poroznost prevlake uz najmanji utrošak cinka,
te smanjenje potreba za doradu na mjeru dijelova s navojem ili strogom tolerancom.
- Čelični materijali se direktno pocinčavaju nakon temeljite pripreme površine
odmašćivanjem i odstranjivanjem produkata korozije.
- Aparatura za cijanidno pocinčavanje je analogna shematskom prikazu na početku
vježbe.
- postoje dvije vrste elektrolita za galvansko pocinčavanje:
- kiseli na bazi sulfata cinka, dodatka za održavanje kiselosti otopine (pH oko 4), te
- cijanidni elektrolit na bazi topivog kompleksa cijanida cinka uz izvjesnu količinu
hidroksida i cijanida. Cijanidna kupelj se preporuča za obradu profiliranih
predmeta, jer omogućuje ravnomjerno pocinčavanje udubljenih i zaklonjenih
dijelova predmeta.
Cijanidni elektrolit za pocinčavanje sadrži:
Oksid cinka,
ZnO
55 gdm
-3
Cijanid natrija,
NaCN
110 gdm
-3
Hidroksid natrija,
NaOH
40 gdm
-3
Sulfid natrija,
Na
2
S
9H
2
O
1 gdm
-3
4
Uloga pojedinih komponenata je slijedeća:
- Topivi cijanid cinka (Na
2
Zn(CN)
4
) je nosilac metalnih iona:
Na
2
Zn(CN)
4
2 Na
+
+ Zn(CN)
Zn(CN)
Zn
++
+ 4 (CN)
-
- Hidroksid natrija (NaOH) regulira pH vrijednost.
- Slobodni cijanid natrija (NaCN) povećava vodljivost elektrolita i omogućava bolje
otapanje cinkovih anoda.
- Sulfid natrija štiti otopinu od stranih metala, te povećava glatkoću prevlake.
- Radni parametri
Katodna gustoća struje je 1,5 – 2 A dm
-2
. Katodno iskorištenje struje iznosi oko 90%.
Predviđeno vrijeme obrade je od 30 do 50 min. Radi se na sobnoj temperaturi. Pod
takvim se uvjetima prevlaka stvara brzinom od oko 0,5
m min
-1
.
- Nakon pocinčavanja vrši se temeljito ispiranje vodom.
- Naknadnom obradom u otopinama, koje sadrže kromnu kiselinu, vrši se
pasivacija i
posjajivanje
cinkove prevlake, pri čemu nastaje zlatnožuti, sjajni sloj kromata cinka.
- Sastav otopine je:
Anhidrid kromne kiseline,
CrO
3
200 gdm
-3
Dimeća nitratna kiselina,
HNO
3
100 gdm
-3
Sulfatna kiselina 98%,
H
2
SO
4
10 gdm
-3
Pocinčani predmeti se uranjaju u otopinu na nekoliko sekundi. Poslije toga se odmah
temeljito peru mlazom vode. Preduga obrada u otopini za pasivaciju prouzrokuje
otapanje cinčane prevlake.
1.3.3.2. Pobakrivanje
- Pobakrivanje obično nije završna obrada. Prevlake bakra obično služe samo kao
međusloj pri niklanju čelika i Zn legura u cilju povećanja prionljivosti, smanjenja
ukupne poroznosti prevlake, sniženje cijene smanjenjem udjela skupog nikla, te radi
lakšeg međufaznog poliranja, kao i sniženja naprezanja u prevlaci. Pobakrivanje se
koristi i u specijalne svrhe, npr. zaštita od cementacije, povećanja vodljivosti ugljičnih
četkica i sl.
- Anode kod pobakrivanja su od elektrolitičkog bakra.
- Elektroliti za pobakrivanje mogu biti lužnati s cijanidima i sulfatno kiseli.
- Cijanidni elektroliti sadrže topive cijanide bakra kao nosioca bakrenog iona, slobodnog
cijanida kalija radi boljeg otapanja anode, KOH ili K
2
CO
3
radi regulacije pH otopine, te
dodatke za sjaj i kvašenje.
5
- soli za povećanje električne vodljivosti,
- soli za poboljšanje topivosti anoda,
- pufer-supstance, koje sprečavaju nagle promjene pH otopine,
- soli koje stvaraju kristalizacijske klice za dobivanje sitnozrnatijih prevlaka,
- specijalne dodatke za sjaj
- dodaci za sjaj prvog reda su nosioci sjaja, a
- dodaci za sjaj drugog reda proširuje područje gustoće u kojem se izlučuju
sjajne prevlake, a ujedno smanjuju krhkost prevlake,
- dodaci za kvašenje olakšavaju jednolično prevlačenje čitave metalne prevlake,
te
- rade kod povišene temperature uz relativno visoke gustoće struje.
- Anoda je kod niklanja čisti nikal.
- Elektrokemijski se proces sastoji od izbijanja niklenih iona na katodi (predmetu) i
nastajanju istih iona na anodi:
Ni
++
+ 2e
-
Ni
- Aparatura je analogna shematskom prikazu na početku vježbe.
- Radni parametri
Radi se na temperaturi od 35-45
o
C, pH – vrijednost kupelji iznosi oko 4,5. Katodna
gustoća struje može biti 2,5-4,5 A/dm
2
. Brzina izlučivanja prevlaka može biti 1
m
min
-1
. Dobivena prevlaka ima vrlo dobar izgled, dobru antikorozivnost i prionljivost. U
cilju osiguranja visoke kvalitete niklene prevlake, potrebno je otopinu profiltrirati i
dodati dodatke za sjaj i kvašenje.
Sjajno niklan predmet treba temeljito isprati tekućom vodom i osušiti. Ako je potrebno,
može se odmah nakon ispiranja izvršiti dekorativno kromiranje.
1.3.3.4. Kromiranje
- Dekorativno kromiranje
- Niklene prevlake u znatnoj mjeri štite predmete od korozije, ali djelovanjem vlažne
atmosfere ipak postepeno gube sjaj i površinski korodiraju. Niklani predmeti se dodatno
štite tankim kromnim slojem, tzv. dekorativni krom.
- Sjaj kromne prevlake, zbog pasivnosti kroma, postojan je prema atmosferilijama, u
neutralnim otopinama, pa i kod povišenih emperatura. Osim toga kromna prevlaka je
izvanredno tvrda (tvrđa od korunda), te povećava otpornost prema trošenju. Prevlake,
koje se koriste za zaštitu od abrazije, su deblje od prevlaka dobivenih dekorativnim
kromiranjem.
- Karakteristično je to, da se kod kromiranja ne koriste topive anode. Anoda je od olova
ili legura olova (Pb s 6-8% Sb). Na njima se razvija kisik. Istovremeno se jedan dio
nastalog trovalentnog kroma oksidira ponovno u šestovalentni. Zbog takvog režima rada
7
