WYTWARZANIE POWŁOK METODĄ ELEKTROLITYCZNĄ I ZANURZENIOWĄ

Transkrypt

1 POLITECHNIKA GDAŃSKA KATEDRA INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ WYTWARZANIE POWŁOK METODĄ ELEKTROLITYCZNĄ I ZANURZENIOWĄ INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH Opracowanie: Dr inż. Beata Świeczko-Żurek GDAŃSK 2009

2 INŻYNIERIA POWIERZCHNI WPROWADZENIE Inżynieria powierzchni metali obejmuje w zasadzie wszystkie naukowe i techniczne aspekty wytwarzania warstw wierzchnich i nanoszenia powłok spełniających funkcje ochronne w stosunku do metali podłoża (rys.1) [1]. Rys.1 Inżynieria powierzchni metali [1] Podczas eksploatacji maszyn i urządzeń, materiały z których zostały one wytworzone ulegają zużyciu. Proces zużycia jest spowodowany współdziałaniem różnych czynników, z dominacją czynnika, którego ujawnienie pozwala zastosować właściwe sposoby przeciwdziałania niszczeniu. Procesy zużycia przebiegają od powierzchni ciała stałego w głąb, prowadząc do zmian właściwości i uszkodzeń, a zasięg oddziaływania wymuszeń zewnętrznych, stanowiących przyczyny zużycia eksploatacyjnego wyznacza tzw. eksploatacyjną warstwę wierzchnią. Pod tym pojęciem rozumie się strefę materiału zawartą między powierzchnią zewnętrzną a umowną powierzchnią wewnątrz ciała stałego, ograniczającą zasięg oddziaływania wymuszeń zewnętrznych. Pojęcie to jest analogiczne do pojęcia warstwy wierzchniej zawartej w polskiej normie. Warstwa wierzchnia to część materiału, z jednej strony ograniczona rzeczywistą powierzchnią ciała stałego, a z drugiej materiałem rdzenia, składająca się z kilku stref przechodzących płynnie jedna w drugą, o zróżnicowanych rozmiarach, odmiennych cechach fizycznych i niekiedy chemicznych, w stosunku do cech materiału rdzenia [1]. Najpowszechniej występującymi procesami powierzchniowego niszczenia materiałów są: korozja i zużycie przez tarcie. Przeciwdziałanie zużyciu rozpoczyna się w procesie projektowania konstrukcji, lub maszyny i musi być kontynuowane w procesie wytwarzania i eksploatacji. Jednym z podstawowych problemów jest dobór materiałów do danych warunków eksploatacji zabezpieczający trwałość w przewidywanym czasie projektowym użytkowania konstrukcji, w fazie projektowania m.in. kształtów geometrycznych elementów konstrukcji, minimalizujących podatność na niszczenie powierzchniowe, zastosowanie właściwych metod technologicznych podczas wytwarzania, które nie wywołują obniżenia tej podatności. Na wszystkich tych etapach ciągle poszukuje się sposobów zmniejszenia zużycia [1]. Kształtując za pomocą odpowiedniej technologii warstwę wierzchnią elementów maszyn i urządzeń, można wydatnie zwiększyć jej trwałość. Zmiany właściwości warstwy wierzchniej materiałów metalowych mogą być wywołane przez pojedyncze lub łączne oddziaływanie sił mechanicznych i elektrycznych, ciepła, czynników chemicznych, a ich przebieg jest płynny od powierzchni w kierunku rdzenia. Zmiany właściwości można dokonać również przez trwałe naniesienie na chronioną powierzchnię warstwy materiału stanowiącej powłokę, charakter zmian właściwości jest wówczas skokowy. Przez określenie powłoka ochronna przyjmuje się warstwę metalu, stopu, materiału ceramicznego,

3 tworzywa sztucznego i in. naniesioną trwale na powierzchnię metalu chronionego, który zasadniczo pozostaje w tym samym stanie w jakim był przed nałożeniem powłoki. Warstwy wierzchnie i powłoki ochronne przyjęto umownie nazywać warstwami powierzchniowymi. Podstawową funkcją warstw powierzchniowych jest odizolowanie chronionego metalu od środowiska oraz zastosowanie pokrycia z materiału, który posiada większą odporność np. na korozję, zużycie ścierne, czy własności adhezyjne, bądź nadanie lepszych własności warstwie wierzchniej chronionego metalu przez wprowadzenie zmiany składu chemicznego, a także struktury. W przypadku ochrony metali przed korozją przy pomocy powłok metalowych występuje jeszcze poza funkcją izolacji od środowiska bardzo ważny mechanizm ochrony ochrona elektrochemiczna. Polega ona na pokrywaniu metalu powłoką metalu o bardziej elektroujemnym potencjale, który sam ulegając korozji tworzy bardziej szczelne produkty korozji, które także wypełniają uszkodzenia powłoki nie dopuszczając do korozji chronionego podłoża. Taki rodzaj powłok nazywa się powłokami anodowymi, przykładem ich są powłoki cynku i aluminium na stali. Jeżeli zaś metal powłoki posiada potencjał elektrochemiczny wyższy niż posiada metal podłoża, to ten rodzaj powłoki nazywa się powłoką katodową, a jej ochrona sprowadza się do odizolowania chronionego podłoża od środowiska korozyjnego. Przykładem tych powłok są powłoki niklowe, chromowe, miedziane, złote itp. na stali. Ten rodzaj zabezpieczenia wymaga całkowitej szczelności powłok, w przeciwnym razie podłoże ulega silnej korozji wżerowej [1]. Zależnie od rodzaju materiału osadzanego na podłożu metalowym, powłoki ochronne dzieli się na dwie grupy: powłoki metalowe i powłoki niemetalowe. Powłoki metalowe wytwarza się najczęściej z: cynku, chromu, miedzi, niklu, aluminium, kadmu, cyny, stali nierdzewnej, metodą: galwaniczną, zanurzeniową, natryskową, przez platerowanie. Poza wymienionymi metodami klasycznymi stosuje się też warstwy powierzchniowe nowej generacji, jak implantacja jonów, techniki laserowe. Drugą główną grupę powłok ochronnych stanowią powłoki niemetalowe. Zalicza się do nich powłoki nieorganiczne i organiczne. Do powłok nieorganicznych należą pokrycia ceramiczne, emalierskie i konwersyjne, a do organicznych powłoki malarskie, z tworzyw sztucznych oraz gumowe. Wszystkie powłoki ochronne powinny odpowiadać następującym podstawowym wymaganiom. Muszą być szczelne, nieprzepuszczalne, powinny posiadać dobrą przyczepność do podłoża i zdolność krycia powierzchni. W zależności od rodzaju zjawisk wykorzystywanych do wytwarzania warstw powierzchniowych, metody ich wytwarzania można ogólnie podzielić na 6 grup (rys.2). Rys.2 Metody wytwarzania warstw powierzchniowych [1]

4 Każda z danej grupy przynależnej do określonej metody wytwarzania warstwy powierzchniowej pozwala na uzyskanie określonego rodzaju warstwy powierzchniowej, o określonej grubości i przeznaczeniu, i dzieli się na szereg sposobów, przy czym te same sposoby mogą być zrealizowane przy wykorzystaniu różnych procesów [1]. POWŁOKI ELEKTROLITYCZNE (GALWANICZNE) Powłoki elektrolityczne nakłada się w procesach elektrolizy na podłoże przewodzące prąd elektryczny. Odpowiednio oczyszczone, odtłuszczone i pozbawione warstwy tlenków wyroby metalowe przeznaczone do nakładania powłok zanurzane są w roztworze elektrolitu zawierającego jony metalu powłokowego. W czasie przepływu prądu stałego przez elektrolit jony metalu przemieszczają się w kierunku pokrywanego podłoża (katody) i wydzielają na nim tworząc powłokę. Proces elektrolizy można prowadzić w roztworach elektrolitów zawierających proste jony osadzanych metali, jak i w roztworach zawierających związki kompleksowe ( zespolone), przy czym wydzielanie powłok z kąpieli jonów kompleksowych zachodzi przy znacznie obniżonych potencjałach katod. Podczas elektrolizy możliwe jest jednoczesne wydzielanie na katodzie dwóch lub więcej metali, które tworzą powłoki stopowe, np. przez jednoczesne osadzanie miedzi i cynku wytwarza się powłokę mosiężną. Na elektrodach poza procesami podstawowymi wydzielania i rozpuszczania metalu mogą zachodzić niepożądane procesy uboczne, na katodzie np. wydzielanie gazowego wodoru, co nie tylko powoduje zużycie części prądu i zmniejszenie wydajności procesu, ale inne szkodliwe skutki, jak np. kruchość wodorową pokrywanego metalu. W elektrolicie, który jest zazwyczaj roztworem wodnym, każdy kation metalu otoczony jest określoną liczbą cząsteczek (dipoli) wody. W pobliżu katody w tzw. warstwie dyfuzyjnej elektrolitu rozmieszczenie cząsteczek wody wokół kationów ulega deformacji. Przy samej powierzchni metalu istnieje tzw. warstwa podwójna, gdzie jony metalu uwalniają się od otaczających je cząsteczek wody, a następnie adsorbują się na katodzie i zobojętniają swe ładunki elektronami pobieranymi z katody. Powstające atomy metalu dyfundują po powierzchni katody do miejsca pozwalającego na wbudowanie ich do sieci krystalicznej. Proces elektrokrystalizacji przebiega w dwóch etapach [2]: - tworzenie zarodków krystalizacji; - rozrost zarodków i formowanie powłoki; Szybkość tworzenia zarodków i szybkość wzrostu kryształów decydują o budowie powłoki galwanicznej. Pożądane powłoki drobnoziarniste otrzymuje się przy względnie większej szybkości tworzenia zarodków niż szybkość wzrostu kryształów. Wielkość kryształów osadzanego metalu, ich orientacja i kształt wpływają na niektóre własności powłok. Wyróżnia się trzy zasadnicze typy struktur elektrolitycznie osadzanych powłok metalowych: a) struktura zorientowana podłożem, tzn. reprodukująca strukturę metalu podłoża. Tworzy się ona przy stosowaniu niskich gęstości prądu osadzania metalu i niewielkim udziale substancji inhibitujących, posiada wprawdzie zwartą, ale grubokrystaliczną budowę; b) struktura uwarunkowana polem elektrycznym. Tworzy się przy wyższych gęstościach prądu i zwiększeniu roli inhibitorów;

5 c) struktura anizotropowa. Tworzy się przy bardzo silnym inhibitowaniu procesów osadzania metali. Struktura powłoki ma postać dyspersyjną bez uprzywilejowanej orientacji; Pomiędzy wymienionymi typami struktur istnieją różne formy przejściowe, a także inne uzyskane w wyniku specyficznych warunków elektrolizy. W zależności od przeznaczenia wyróżnia się powłoki: - ochronne, zabezpieczające metal przed korozją, np. Zn na stali; - dekoracyjne lub ochronno dekoracyjne, poprawiające wygląd przedmiotu, bądź jednocześnie chroniące przed korozją, np. Ni na stali, czy wielowarstwowe Cu-Ni-Cr na stali; - techniczne, wytwarzane w celu nadania powierzchni metalu określonych własności fizycznych lub technologicznych, zwiększonej odporności na ścieranie, zmniejszonego współczynnika tarcia, podwyższonego przewodnictwa elektrycznego; Do ważniejszych wymagań stawianych powłokom galwanicznym należą: dobra przyczepność (adhezja) powłoki do podłoża; szczelność, czyli jak najmniejsza porowatość, co ma szczególne znaczenie dla powłok katodowych; drobnokrystaliczna struktura; odpowiednia, minimalna grubość dla danych warunków użytkowania; wygląd zewnętrzny, barwa, gładkość; Technologia nakładania powłok galwanicznych obejmuje: - przygotowanie powierzchni podłoża; - elektrolityczne nakładanie powłoki; - obróbkę wykańczającą; Powłoki galwaniczne wymagają bardzo starannego przygotowania powierzchni metalu podłoża do elektrolizy, tj. oczyszczenia mechanicznego, odtłuszczenia, trawienia oraz dotrawiania, przeprowadzonego bezpośrednio przed nałożeniem powłoki w celu usunięcia warstwy tlenków. Pomiędzy kolejnymi operacjami przygotowania przedmiotu należy stosować płukanie, aby uniknąć przenoszenia składników poszczególnych kąpieli. Przedmioty do pokrywania galwanicznego powinny być całkowicie wykończone pod względem obróbki mechanicznej posiadać odpowiednie wymiary i wymagany stopień gładkości powierzchni i krawędzi. Powłoki cynkowe [2] Cynk jako metal bardziej elektroujemny niż żelazo, tworzy na stali i żeliwie powłoki anodowe. W wilgotnym powietrzu powstające na powierzchni produkty korozji tworzą dość szczelną warstwę izolującą podłoże od środowiska. Istotną zaletą galwanicznych powłok cynkowych jest ich dobra przyczepność do podłoża, a jednocześnie większa plastyczność niż otrzymywanych innymi metodami. Bardzo dobrą odporność korozyjną galwanicznych powłok cynkowych można uzyskać przez wprowadzenie do kąpieli galwanicznej np. soli chromu i kobaltu, które wbudowują metaliczny kobalt i tlenek chromu do powłoki, podczas jej osadzania. Szczególnie duże ilości cynku stosuje się w przemyśle maszynowym i samochodowym do pokrywania taśm, blach, drutów stalowych i drobnych elementów. Cynkowane są też elementy wyposażenia samochodów, rowerów, urządzeń domowych, sprzętu elektrycznego. Blachy cynkowane galwanicznie używane są do wytwarzania wytłoczek nadwozi samochodowych i zbiorników paliwa. Przemysł samochodowy stosuje głównie blachy cynkowane jednostronnie, bowiem powlekane dwustronnie sprawiają trudności przy zgrzewaniu. Blachy powlekane jednostronnie są dobrze

6 zgrzewalne i jednocześnie malowanie ich nie pokrytej powierzchni, pozwala pozyskać lepszy efekt. Powłoki chromowe [2] Chrom jest metalem powszechnie stosowanym w galwanotechnice do pokryć dekoracyjno ochronnych z uwagi na nadawanie powierzchniom atrakcyjnego wyglądu trwałego lustrzanego połysku w warunkach atmosferycznych i znacznej odporności korozyjnej, wynikającej z własności pasywnych chromu. Jednocześnie bardzo wysoka twardość warstw chromu otrzymanego w odpowiednich warunkach (większa od twardości zahartowanych stali) jest wykorzystywana do pokryć technicznych. Przy chromowaniu stosuje się anody nierozpuszczalne, zazwyczaj ze stopu ołowiu z antymonem lub cyną. Anody chromowe są nieprzydatne, ponieważ wydajność ich rozpuszczania jest wielokrotnie wyższa niż wydajność procesu osadzania chromu na katodzie, co powodowałoby szybki, nadmierny wzrost stężenia jonów chromu w elektrolicie. Wydzielony elektrolitycznie chrom posiada wyjątkowo drobnokrystaliczną budowę. Powłoki ochronno dekoracyjne stosuje się do przedmiotów codziennego użytku, elementów aparatury, akcesoriów samochodowych. Przedmioty podlegające ścieraniu i pracujące w warunkach niedostatecznego smarowania, jak cylindry silników spalinowych, pierścienie tłokowe, sworznie zaworów poddaje się chromowaniu porowatemu. Na powierzchni powłoki chromowej występują pory, w których zbiera się smar ułatwiający poślizg współpracujących części. Wytworzenie warstwy chromu porowatego polega na dodatkowej obróbce anodowej przedmiotów chromowanych. Chrom rozpuszcza się w porach i szczelinach, które zwykle występują w warstwach chromowanych poszerza i pogłębia te pory. Powłoki niklowe [2] Galwaniczne powłoki niklowe należą do najszerzej stosowanych. Atrakcyjny wygląd powłok, duża odporność korozyjna, korzystne własności mechaniczne pozwalają na zastosowanie powłok w celach dekoracyjno ochronnych oraz technicznych. Nikiel osadzony bezpośrednio na stali ma charakter powłoki katodowej, a więc chroni podłoże tylko mechanicznie. Odporność niklu na działanie wielu środowisk korozyjnych wynika z jego własności pasywnych. Do niklowania stosuje się wiele kąpieli. Najszersze zastosowanie przemysłowe znalazły kąpiele typu Watta, oparte na trzech podstawowych składnikach: siarczanie niklawym, chlorku niklawym i kwasie borowym. Powłoki niklowe są podstawą wielowarstwowych powłok dekoracyjno ochronnych łącznie z chromem i miedzią. Służą do pokrywania akcesoriów samochodowych, armatury. Dzięki korzystnym własnościom mechanicznym niklowanie stosuje się do regeneracji zużytych części maszyn, galwanoplastycznego wytrawiania form wtryskowych. W przemyśle chemicznym grubymi powłokami niklowymi pokrywa się aparaturę chemiczną narażoną na działanie silnych zasad. Powłoki żelazne [2] Elektrolityczne powłoki żelazne są powłokami technicznymi nakładanymi w celach regeneracyjnych lub w celu wykorzystania ich zdolności pochłaniania i utrzymywania środków smarujących większych niż posiada np. chrom. Tę cechę powłok żelaznych wykorzystano m.in. do pokrywania aluminiowych tłoków silników spalinowych.

7 Elektrolityczne żelazowanie znalazło zastosowanie do celów specjalnych w galwanoplastyce, przy regeneracji części stalowych, do pokrywania miedzianych grotów lutowia, aby zapobiec wzajemnej dyfuzji lutowia i miedzi. Regeneracyjne powłoki żelaza powinny pracować w środowisku, które zwiększa ich małą odporność korozyjną, np. w olejach i smarach. Powłoki stopowe [2] Elektrolityczne powłoki stopowe posiadają bardzo specyficzne własności i są stosowane przy szczególnych wymaganiach, których nie mogą spełniać pojedyncze metale, jak np. duża twardość i żaroodporność lub specyficzne własności przeciwcierne czy mały opór przejścia, bądź duża odporność na ścieranie. Wyróżnić można: powłoki mosiężne i brązowe: do elementów hydrauliki siłowej, zabezpieczające przed agresywnością korozyjną środowiska kopalnianego (w górnictwie); powłoki wolfram kobalt i wolfram nikiel: do pokrywania styków w przekaźnikach i przełącznikach na dość duże moce; powłoki niklowo żelazowe: błyszczące powłoki stosuje się do pokrywania sprzętu sportowego, okuć meblowych, narzędzi, armatury łazienkowej, często z dodatkowym zabezpieczeniem powłoką chromową; Powłoki kompozytowe [2] Do regeneracji stalowych części maszyn stosuje się elektrochemiczne powłoki kompozytowe, które otrzymuje się z elektrolitów stosowanych do wydzielania metali, w których rozproszono cząstki proszków niemetalicznych: tlenków, azotków, węglików, siarczków bądź tworzyw sztucznych. Podczas elektrolitycznego osadzania metalu cząstki proszku wbudowują się w warstwę osadzanego na katodzie metalu. Obecność zawieszonych cząstek w roztworze pozwala na stosowanie większych gęstości prądu, przez co szybsze jest osadzanie powłok o żądanej grubości. Wynika to z faktu, że proszek oczyszcza powierzchnię katody i miesza warstwę elektrolitu przy katodzie, co powoduje zmniejszenie jego oporu elektrycznego. W celu zwiększenia odporności na ścieranie stosuje się powłoki kompozytowe z wtrąceniami twardych cząstek tlenków i węglików lub miękkich, samosmarujących cząstek siarczków, tworzyw sztucznych. Powłoki te mają unikalne właściwości techniczne, łączą w sobie własności samosmarne i antyprzyczepne. POWŁOKI ZANURZENIOWE (OGNIOWE) Powłoki metalowe nakładane metodą zanurzeniową są skutecznym, długotrwałym i ekonomicznym zabezpieczeniem, głównie stopów żelaza przed korozją elektrochemiczną, a w wypadku niektórych rodzajów powłok także przed korozją chemiczną. Nanoszenie powłok polega na zanurzaniu pokrywanego metalu w kąpieli z roztopionego metalu powłokowego, dlatego nakładany metal musi mieć stosunkowo niską temperaturę topnienia, a metal pokrywany nie może tracić swych właściwości fizycznych w tej temperaturze. Zależnie od rodzaju nakładanego metalu wyróżnia się: cynowanie, ołowiowanie, cynkowanie i aluminiowanie.

8 Najbardziej rozpowszechnioną technologią metalizacji zanurzeniowej jest cynkowanie. Nowsze technologie wykorzystują roztopione wieloskładnikowe stopy metali w procesie cynkowania bądź aluminiowania, co daje znacznie większą trwałość korozyjną powłok. Proces pokrywania zanurzeniowego przedmiotu pokrywanego składa się z kilku operacji [2]: 1. Obróbki wstępnej, która obejmuje usuwanie zanieczyszczeń, odtłuszczanie, trawienie i płukanie pokrywanych przedmiotów. Zgrubnie oczyszczone wyroby wkłada się do alkalicznej kąpieli odtłuszczającej, następnie do kąpieli trawiącej (rozcieńczony kwas mineralny rozpuszcza rdzę i zgorzelinę, aż do uzyskania czystej metalicznej powierzchni) i płucze strumieniem wody. 2. Topnikowanie polega na zanurzeniu pokrywanych przedmiotów w roztworze odpowiednich związków chemicznych lub ich mieszanin. Topnik oczyszcza powierzchnię pokrywanego metalu z pozostałości tlenków, zapobiega jej utlenianiu przed wprowadzeniem do stopionej kąpieli. Topniki ułatwiają zwilżenie pokrywanych powierzchni przez ciekły metal oraz wspomagają reakcję miedzy powierzchnią stali a roztopionym nakładanym metalem. Pokrywane przedmioty mogą być topnikowane metodą suchą lub mokrą. W metodzie suchej przygotowany wyrób zanurza się w wodnym roztworze topnika, następnie wyjmuje i suszy. W metodzie mokrej oczyszczony i wypłukany mokry przedmiot wprowadza się do kąpieli metalowej przez warstwę spienionego topnika pokrywającego powierzchnię tej kąpieli. 3. Nakładanie powłoki metalowej uzyskuje się przez zanurzenie lub przeciąganie półwyrobów przez stopiony metal. Warunkiem uformowania ciągłej powłoki zanurzeniowej jest dobra zwilżalność pokrywanego metalu, zależna zarówno od jego właściwości jak i metalu nakładanego oraz od stanu powlekanej powierzchni. W wyniku zwilżania na powierzchni ciała stałego powstaje cienka warstwa adsorpcyjna cieczy. Jeżeli średnica atomu ciekłego metalu jest zbliżona do średnicy atomu metalu podłoża to tworzy się warstwa faz międzymetalicznych w wyniku dyfuzji reaktywnej, stąd nazywa się tę warstwę dyfuzyjną. W odniesieniu do pokrywanych stopów żelaza warunek ten spełniają: Sn, Zn i Al. Wytworzenie warstwy dyfuzyjnej jest warunkiem dobrej i trwałej przyczepności powłoki do podłoża. Fazy międzymetaliczne są jednakże twarde i kruche, mogą być więc przyczyną łuszczenia się powłoki, jeżeli warstwa dyfuzyjna jest zbyt gruba. Grubość tej warstwy reguluje się przez czas zanurzenia w kąpieli. Na warstwie dyfuzyjnej krystalizuje po wyjęciu przedmiotu warstwa zewnętrzna o składzie kąpieli. Grubość tej warstwy reguluje się przez zgarnianie nadmiaru ciekłego metalu albo zdmuchiwanie strumieniem gazu, tuż powyżej miejsca wynurzania wyrobu z kąpieli. 4. Obróbka końcowa sprowadza się do wyrównania grubości nakładanej powłoki, wygładzenia jej oraz poprawy właściwości i wyglądu. Powłoki cynowe [2] Cynowanie zanurzeniowe ma na celu wytwarzanie powłok ochronnych na elementach urządzeń stosowanych w produkcji, transporcie i przechowywaniu żywności, powłok ułatwiających lutowanie w przemyśle elektrotechnicznym i elektronicznym oraz warstw wstępnych ułatwiających związanie takich powłok metalowych, które nie zwilżają czy nie tworzą faz międzymetalicznych z metalem podłoża, jak np. w wypadku cynowania panewek łożysk ślizgowych przed wylaniem stopu łożyskowego. Cynowaniu poddaje się stale, żeliwa, miedź i jej stopy.

9 Powłoki cynowe są gładkie i błyszczące, wyróżniają się dobrą lutownością. Cyna posiada dobrą odporność na działanie środowisk umiarkowanie agresywnych, w tym na długotrwałe oddziaływanie mleka i jego przetworów. Jest metalem nietoksycznym, stanowi powłokę katodową, w wypadku nieszczelności powłoki korozji wżerowej ulega więc podłoże. Odwrotnie jest w wypadku powłoki cynowej na miedzi, cyna będąc metalem mniej szlachetnym stanowi powłokę anodową. W zależności od rodzaju cynowanego elementu i wymaganego wykończenia powierzchni można cynować z pojedynczym lub podwójnym zanurzeniem przedmiotu w odrębnych kąpielach. Przy podwójnym zanurzaniu pierwsza kąpiel pokryta jest warstwą topnika, a druga o niższej temperaturze pokryta jest warstwą oleju. W ten sposób otrzymuje się grube powłoki o dużej gładkości powierzchni, w odróżnieniu od gorszej jakości powłok otrzymywanych przy jednorazowym zanurzaniu. Powłoki cynkowe [2] Cynkowanie zanurzeniowe, nazywane również cynkowaniem ogniowym stanowi podstawową technologię wytwarzania powłok cynkowych. Powłoki cynkowe skutecznie zabezpieczają powierzchnie drutów, blach i rur stalowych narażonych na działanie czynników atmosferycznych. Stosuje się je do ochrony elementów konstrukcji budowlanych, rur do przesyłania gorącej i zimnej wody. Cynk posiada niższy potencjał elektrochemiczny niż żelazo, dzięki czemu żelazo jest chronione przez samorzutnie przebiegającą reakcję utleniania cynku, co czyni tę powłokę anodową. W środowiskach wodnych działanie ochronne powłok cynkowych zależne jest od temperatury, a także od składu elektrolitu pokrywającego metal. Przy temperaturze środowiska około 70 0 C cynk może osiągnąć wyższy potencjał elektrochemiczny niż żelazo, stając się katodą, a żelazo anodą. Jest to zjawisko odwrócenia biegunowości, a sprzyja mu obecność węglanów, azotanów i rozpuszczonego tlenu w elektrolicie. W tych warunkach powłoka cynkowa pokrywa się produktem korozji w postaci tlenku cynku, który posiada wyższy potencjał elektrochemiczny niż cynk i żelazo, co czyni tę powłokę katodową. Przy braku szczelności tej powłoki występuje korozja wżerowa podłoża żelaza. Powłoki cynkowe są szczególnie przydatne w środowiskach słabo kwaśnych i słabo zasadowych. Powłoki aluminiowe [2] Aluminiowanie zanurzeniowe polega na wytwarzaniu powłok aluminiowych na elementach konstrukcji i urządzeń wykonanych ze stali, staliwa lub żeliwa, a narażonych na korozję w wodzie. Działanie ochronne powłok aluminiowych jest wywołane znaczną odpornością korozyjną spasywowanego aluminium. Spasywowana powłoka posiada potencjał elektrochemiczny zbliżony lub nieco wyższy niż potencjał żelaza w środowiskach wodnych, więc w wypadku utraty szczelności i odsłonięcia podłoża stalowego, powłoka nie zapewnia ochrony przed korozją wżerową stali. Jeżeli jednak nieciągłości występują w zewnętrznej warstwie powłoki, a odsłonięciu ulega tylko warstwa dyfuzyjna, która posiada wyższy potencjał elektrochemiczny niż aluminium, to utlenianiu (korozji) będzie ulegać zewnętrzna warstwa aluminium powłoki. W środowisku wody morskiej powłoki aluminiowe mają niższy potencjał elektrochemiczny niż podłoże stalowe, wskutek nietrwałości warstewki pasywnej w

10 roztworach chlorków. W tych warunkach powłoki aluminiowe stają się anodowymi względem podłoża, zapewniając lepszą ochronę stali w porównaniu z powłokami cynkowymi. LITERATURA [1] Powłoki ochronne. Skrypt uczelniany pod red. St. Tkaczyka. Gliwice 1994 [2] Głowacka M.: Powłoki. Skrypt Politechniki Gdańskiej. Cel ćwiczenia: Poznanie technologii wytwarzania, struktury, własności i zastosowania powłok elektrolitycznych i zanurzeniowych Wymagane zagadnienia teoretyczne: Podstawowe wiadomości dotyczące sposobów, celu, własności i zastosowania powłok elektrolitycznych i zanurzeniowych. Podczas ćwiczenia: Określić strukturę oraz własności: 1. Powłoki żelazowej na stali 2. Powłoki chromowej na stali 3. Powłoki niklowej na mosiądzu 4. Powłoki cynkowej na stali 5. Powłoki aluminiowej na stali

11 Wydział Mechaniczny, Katedra Inżynierii Materiałowej Laboratorium z: Technologii Materiałowych Temat: Powłoki elektrolityczne i zanurzeniowe Imię i Nazwisko Wydział, studia Grupa Ocena Data Podpis Powłoka/ podłoże Szkic struktury Opis struktury Uwagi Żelazowa (elektrolityczna) na stali Pow.... Traw.... Chromowa (elektrolityczna) na stali Pow.... Traw.... Niklowa (elektrolityczna) na mosiądzu Pow.... Traw.... Cynkowa (zanurzeniowa) na stali Pow.... Traw....

12 Aluminiowa (zanurzeniowa) na stali Pow.... Traw....