CURS 9

MOBILIER DIN MATERIALE METALICE – TEHNOLOGIE

În cursul 8 au fost prezentate acoperirile cu straturi de conversie, cu accent pe fosfatarea, cromatarea, sulfurarea și oxidarea (eloxatea, brunarea si feroxarea). Imagini din procesele de tratament precum si exemple(imagini) cu componente de mobilier sau elemente de design au fost expuse pentru fosfatare, cromatare aluminiu, cromatare zinc și eloxare colorată. S-au putut vizualiza detaliile macroscopice (culoarea, natura suprafetei, etc).

În figurile următoare (2.93 și 2.94) se pot vizualiza anumite detalii macroscopice (culoare, natura suprafetei – lucioasa sau mata – etc) pentru componente de mobilier sau elemente de design, decorative, tratate superficial (protejate superficial) prin eloxare, brunare sau feroxare.

Figura 2.93. Exemple eloxare (anodizarea aluminiului)

Figura 2.94. Exemple brunare – feroxare. Suprafetele protejate prin brunare – feroxare sunt doar cele colorate brun-cenusiu. (In imaginea cu scara, brunat este doar suportul metalic pe care sunt

fixate treptele din lemn; In imaginile cu suruburi – piulițe, brunate sunt doar cele închise la culoare, etc)

Acoperiri (depuneri) cu(de) straturi metalice

Acoperirile metalice, după destinația (scopul ) lor pot fi :- acoperiri decorative (aspect lucios sau mat și colorație specială);- acoperiri de protecție anticorosivă;- acoperiri speciale (straturi cu anumite caracteristici fizico-chimice și mecanice:

susceptibilitate magnetică, conductivitate termică și electrică, refractaritate, sudabilitate, rezistență la uzare, la fricțiune).

Metodele de depunere a straturilor metalice pe suprafețe metalice sunt:

2.5.2. Depuneri electrolitice și chimice

Depunerile electrolitice se realizează prin electroliza soluțiilor apoase de săruri simple sau complexe,care conțin ionul metalului ce urmează a fi depus. Piesa de acoperit constituie catodul, iar anodul sursei de curent continuu poate fi un metal inatacabil – inert (la electroliza cu anod insolubil) sau metalul de acoperire care se dizolvă în soluție sub formă de ioni (la electroliza cu anod solubil), se deplasează și se descarcă (se depun) la catod, formând stratul metalic protector (figura 2.95. procesul de electroliză). Electrolitul (baia de electroliză) conține un compus al metalului, care se depune în concentrație bine determinată, substanțe tampon, pentru menținerea constantă a acidității (pH-ului ) soluției, substanțe anorganice, pentru mărirea conductivității electrice, precum și adaosuri speciale, pentru a îmbunătăți porozitatea, aderența, luciul, sau structura stratului protector. Calitatea acoperirii depinde de finisarea suprafeței și de parametrii de lucru: compoziția electrolitului, densitatea de curent, temperatura băii, agitarea soluției etc.

Figura 2.95. Procesul de electroliză

În continuare este prezentată pe scurt, o selecție cu principalele procedee de depunere electrolitică și chimică.

2.5.2.1. Alitarea (aluminarea) Alitarea (denumire ca depunere galvanică) poate fi numită și aluminarea, la fel ca: zincarea,

stanarea, cromarea, nichelarea etc. Aluminizarea fiind difuzia aluminiului ). Aluminiul are un

caracter pronunțat electronegativ și o mare capacitate de reacție. Băile de galvanizare ( neapoase ) sunt pe bază de clorură, bromură și hidrură de aluminiu în solvenți organici, cele mai simple fiind cele pe bază de bromură de aluminiu în benzen, toluen, xilen etc. Aceste băi se utilizează pentru acoperirea cu o peliculă (oglinda ) de aluminiu a suprafeței interioare a farurilor, a unor corpuri de iluminat (pentru reflexie) sau a unor elemente de încălzire.

2.5.2.2. Cadmierea Cadmierea electrochimică se efectuează atât din electroliții de tip sulfat, sulfamat,

fluoroborat și cianurici. Pentru a se evita pasivizarea anozilor, densitatea anodică de curent trebuie să fie egala, sau mai mică decât cea catodică. Straturile acoperitoare de Cd au rezistență bună la coroziune în atmosferă umedă (industrială), în climat marin, în prezența dioxidului de carbon, a hidrogenului sulfurat și a gazelor de ardere; sunt mai puțin rezistente în contact cu apa distilată, hidroxizi, amoniac, clor, acizi organici și minerali. Anozii utilizați sunt din cadmiu 99,9%. În funcție de mediul de pasivare, straturile de cadmiu se vor colora în galben, albăstrui sau verde - oliv. Alte avantaje ale straturilor de cadmiu sunt: rezistența electrică de contact scăzută, ductiltate superioară, calități de semiungere, ușurința la lipire etc. Aplicații industriale: piese și contacte electrice, piese solicitate mecanic: arcuri, șaibe Grower, corpuri de bujii. Cadmiul este toxic și nu se folosește în industria alimentară.

Pentru mai multe detalii (condiții de depunere electrochimică a cadmiului, tipul depunerii, tipul electrolitului, compoziția electrolitului, concentrația, depunerea de curent, temperatura) se poate accesa referința [31]

2.5.2.3. Cositorirea Cositorirea (stanarea) electrochimică se realizează din electroliții acizi cu săruri solubile de

Sn2+ (săruri stanoase), sau electroliți alcalini în care staniul se află sub formă de Sn4+ , folosindu-se anozi solubili de staniu pur. Pentru a împiedica oxidarea Sn2+ la Sn4+, la electroliții de tip sulfat se adaugă acid crezol - sulfonic, iar pentru realizarea unor depuneri netede, în electroliții acizi sulfat și fluoroborat se adaugă - naftol și gelatina. Aderența depunerilor de staniu din băi acide este inferioară depunerilor din băi alcaline. Electrolitul sulfat are putere de pătrundere scăzută, straturile de staniu sunt macrocristaline, în timp ce electrolitul fluoroborat are o putere de pătrundere mai mare, depunerile de staniu având o structură microcristalină și un aspect alb lucios. Staniul se depune pe piese din cupru și din aliajele sale, precum și pe piese din oțel care, în prealabil, au fost cuprate sau alamite, pentru mărirea aderenței.

Acoperirile de staniu au o bună rezistență la coroziune în atmosferă, la acțiunea produselor alimentare ce conțin apă (Sn nu este toxic, fiind folosit pentru acoperirea tablelor din care se confecționează recipienți pentru păstrarea unor produse alimentare), în apă de mare, în amoniac, acizi organici diluați, combustibili lichizi. Ele sunt puternic atacate de acizi minerali și de hidroxizi (baze tari). Aplicații industriale: în industria constructoare de mobilier, electronică și electrotehnică, pentru protecția unor suprafețe împotriva tratamentelor termochimice.

Figura 2.96. Exemple Cositorirea (stanarea) - Baie pentru stanare, componente stanatePentru mai multe detalii (condiții de depunere electrochimică a staniului, tipul depunerii,

tipul electrolitului, compoziția electrolitului, concentrația, depunerea de curent, temperatura) se poate accesa referința [31]

2.5.2.4. CromareaCromul se depune electrochimic (catodic ) din soluții ale combinațiilor cromului

hexavalent, prin electroliza, cu anozi insolubili executați din aliaje: plumb - stibiu, plumb – staniu, sau otel plumbuit electrolitic (pentru cromarea dură).

Pentru a obține o distribuție uniforma a stratului depus, distanța optimă anod - catod este de 100-150 mm. Înainte de pornirea procesului electrochimic de cromare, anozii se tratează sub curent în baia de cromare, în vederea formării pe suprafața lor a unei pelicule negre de dioxid de plumb, care protejează anodul de atacul chimic al electrolitului, favorizând oxidarea Cr3+ și Cr6+, și are o bună conductivitate electrică. Straturile de crom depuse pe oțel, fontă , nichel, cupru, zinc, aluminiu și aliajele lor, în grosimi de ordinul micrometrilor (cromarea decorativă ) până la un milimetru ( cromarea dură) , se caracterizează prin rezistența mare la coroziune, coeficient mic de frecare, duritate și respectiv rezistență mare la uzare și printr-un aspect decorativ. Cromul decorativ se depune pe suprafețe, în prealabil cuprate și nichelate, iar cel dur direct pe oțel.

Aplicații in industria constructoare de mobilier: obiecte sanitare (baterii, suporturi de prosoape, etc), componente „picioare, rame” scaune, mese, obiecte de decor, etc. (figura 2.98, 2.99).

Figura 2.97. Băi de cromare

Figura 2.98. Obiecte sanitare cromate

Figura 2.99. „Picioare” scaune, mese, cromate.

Pentru mai multe detalii (condiții de depunere electrochimică a cromului, tipul depunerii, tipul electrolitului, compoziția electrolitului, concentrația, depunerea de curent, temperatura) se poate accesa referința [31]

2.5.2.5. NichelareaAcoperirile de nichel au o largă utilizare datorită aspectului lor decorativ și rezistenței la

coroziune atmosferică și la acțiunea alcaliilor, a soluțiilor de săruri, a acizilor organici slabi. Ele sunt puternic atacate de acizii: clorhidric, sulfuric, azotic, de clor și de compușii sulfului.

Nichelul are culoarea alb - gălbui. Nichelarea electrochimică se efectuează în electroliți sulfat, sulfat

- clorură, fluoro - borat, sulfamat, folosind anozi solubili de nichel laminat sau turnat (99,5%) , pentru nichelarea mată și anozi de nichel electrolitic (99,9%), pentru nichelarea lucioasă. Pentru a evita pasivarea anodului, în electroliți se introduc diverse substanțe active. Straturile de Ni se depun pe oțel și fontă, după ce în prealabil ele au fost cuprate sau alamite, pe aluminiu zincat și cuprat, sau pe aluminiu zincat și alamit, pe cupru, zinc si alamă.

Nichelarea aluminiului și aliajelor sale are o mare importanță în industria constructoare de mobilier (figura 2.30), deoarece aluminiul este mai puțin rezistent la acțiunea agenților chimici și la frecare. Depunerea de straturi înaintea nichelării are rolul de a mări aderența stratului de nichel la substrat. Stratul de Ni are duritate de 550 HV și este magnetic.

Aplicații industriale: în industria constructoare de mobilier. în industria autovehiculelor, a bunurilor de larg consum, în industria alimentară, galvanoplastie, și ca strat intermediar pentru cromare.

Figura 2.30. Scaune (fotolii) din aluminiu nichelat

Pentru mai multe detalii (condiții de depunere electrochimică a nichelului, tipul depunerii, tipul electrolitului, compoziția electrolitului, concentrația, depunerea de curent, temperatura) se poate accesa referința [31]

2.5.2.6. ZincareaZincarea electrochimică se realizează din electroliți acizi și alcalini cu cianuri. Procesul

(electroliza) se desfășoară cu anozi solubili de zinc metalic 99,9% , pentru zincarea lucioasă și cu puritate 99,8% pentru zincarea mată.

Electroliții cu cianuri asigură o microstructură cristalină fina a depunerii și o grosime uniformă a stratului, deoarece au o putere de pătrundere foarte bună. Aceștia fiind toxici pot fi înlocuiți cu electroliți pe bază de zincat, care au o putere de pătrundere apropiată. Tipul de electrolit se alege în funcție de complexitatea piesei de protejat și de aderența impusă stratului depus, care este pur și simplu mecanică. Acoperirile de zinc au un aspect alb - albăstrui. Zincul are un pronunțat caracter electronegativ, este maleabil și ductil între 100-200°C, dar casant sub 100°C.

Aplicații industriale: protecție anticorozivă a pieselor din oțel, sau fontă ( tuburi, table, sârme, cuie etc.); depunerile de Zn nu se utilizează în industria alimentară ( Zn toxic).

Pentru mai multe detalii (condiții de depunere electrochimică a zincului, tipul depunerii, tipul electrolitului, compoziția electrolitului, concentrația, depunerea de curent, temperatura) se poate accesa referința [31]

Figura 2.31. Zincare (echipament laborator); Șuruburi zincate (cele deschise la culoare)

2.5.2.7. CuprareaDepunerea electrochimică a cuprului se realizează din electroliți acizi cu sulfați și fosfați și

electroliți bazici, cianurici, la care se adaugă unele substanțe pentru îmbunătățirea calității stratului depus și mărirea randamentului de curent. Anozii sunt din cupru solubil aliat cu 0,02-0,05% P , pentru cuprarea lucioasă, iar pentru cuprarea mată anozii sunt din cupru laminat, sau cupru electrolitic ( 99,9%). Pentru cuprarea mată, electroliții cianurici au pH =12,3-13, iar cel pirofosforic pH=8,5.

Stratul de Cu este bun conducător termic și electric, are coeficient redus de frecare. Straturile de cupru (straturi catodice) depuse pe oțeluri și fonte nu constituie o protecție anticorosivă, deoarece potențialul normal standard al cuprului în soluții apoase este mai pozitiv și mai mare decât cel al fierului cu 0,77V, fapt ce duce la formarea de pile locale de coroziune electrochimică a substratului (piesei). Stratul de Cu nu poate fi folosi nici cu scop decorativ, deoarece se acoperă cu carbonați, sau cloruri sub acțiunea CO2.

Aplicații în industria constructoare de mobilier: ca strat intermediar la cositorire, cromare, nichelare, în galvanoplastie, ca protecție împotriva unor tratamente termochimice etc.

Pentru mai multe detalii (condiții de depunere electrochimică a cuprului, tipul depunerii, tipul electrolitului, compoziția electrolitului, concentrația, depunerea de curent, temperatura) se poate accesa referința [31]

Figura 2.32. Cuprare, ca strat intermediar pentru nichelare si cromare

Figura 2.33. Cuprare decorativă (mai rar întâlnită)

2.5.3. Acoperirea (depunerea) prin imersare în baie de metal topit: este metoda cea mai economica pentru obtinerea unei depuneri relativ groase. Obiectul de acoperit, dupa o pregatire preliminara (sablare, decapare, degresare) se imerseaza intr-o baie cu metal topit si dupa scurt timp se scoate si se raceste in aer.

2.5.4. Metalizarea (depunerea) prin pulverizare termică: se realizeaza prin pulverizarea metalului protector, sub forma de particule fine, pe suprafata fierbinte a obiectului cu ajutorul aerului comprimat. Metalul pulverizat este retinut mecanic pe suprafata piesei sub forma unor depuneri aderente, grosiere si lipsita de pori. Inainte de acoperire, piesele se degreseaza si se sableaza pentru a retine particulele fine de metal. Metoda are avantajul ca se poate aplica si pe teren.

Pentru mai multe detalii (pregătirea suprafeței piesei, tehnologia metalizării prin pulverizare, depunerea prin pulverizare cu flacără, depunerea prin pulverizare cu arc electric, depunerea prin pulverizare cu jet de plasma, depunerea prin pulverizare cu jet supersonic de gaze, depunerea prin pulverizare cu pistol de detonatie) se poate accesa referința [31]

2.5.5. Depunerea prin placare: se realizeaza prin aplicarea de foi de metal rezistent la coroziune pe suprafata ce trebuie protejata, aderenta dintre cele doua metale se asigura prin presare, laminare sau sudare. Inainte de placare, suprafetele de contact trebuie degresate si decapate. Sub

influenta presiunii si temperaturii, aderarea celor doua suprafete este ridicata datorita difuziei celor doua metale. Uneori placarea se face pe ambele parti ale obiectului (placare tip sandwich). Placarea este unul dintre cele mai eficace procedee de protectie, deoarece stratul metalic este neporos si asigura o buna rezistenta mecanica si la coroziune. Ansamblul placat poate fi prelucrat ulterior.

Obs. Prin placare dar si prin procedee galvanice sau de altă natură se pot realiza acoperiri cu metale pretioase (Au, Ag, Pt, Pd, Ru, Ir, Os).

În figura 2.34. se prezintă o instalație pentru acoperire (depunere electrolitichimică) cu Au , Ag. In orele de curs se va vizualiza un filmuleț, o depunere, cu Au, folosind instalația de mai jos.

Figura 2.34. Instalație acoperire Au, Ag; Obiect sanitar aurit.

Figura 2.35. Acoperire Ag, Au – Ag.

2.5.6. Tehnologii avansate pentru obținerea straturilor subțiri

Prin straturi subțiri se înțeleg straturile realizate prin condensarea materialului de depunere adus la suprafața materialului suport (de orice natură) sub formă de particule atomice sau moleculare. Astfel, materialul de acoperire (depunere) a suprafețelor cu straturi subțiri se rețin următoarele;

Procedeul CVD ( Chemical Vapour Deposition = depunere prin reacții chimice din vapori), la temperaturi înalte și moderate sau asistat de plasmă;

Procedeul PVD (Physical Vapour Deposition = depunere prin procese fizice din vapori), prin pulverizare in vid, pulverizare catodică sau implantare ionică.

Pentru mai multe detalii cu privire la procedeele CVD și PVD se poate accesa referința [31]

Instalație acoperire Au, Ag

2.5.7. Acoperirea cu straturi de natură organică, cum sunt lacurile, emailurile, vopselele (vopsire)

Detalii privind principalele tipuri de vopsele folosite în industria constructoare de mobilier (Vopselele alchidice, vopselele clorcauciuc ,vopselele vinilice, vopselele acrilice, vopselele siliconice, vopsele pe baza bitum si gudron, vopsele epoxidice, vopselele poliuretanice, vopselele pe baza de apa, etc) sunt prezentate în [32], [33], [34]

Principalele tehnologii de vopsire (vopsirea prin pulverizare, vopsirea electrostatică, avantajele vopsirii cu pulberi, principiul vopsirii in câmp electrostatic etc), sunt prezentate in [36], [37].

Figura 2.36. Vopsire cu vopsea pulbere în câmp electrostatic

[ 30 ] http://www.zincaj.ro/zincare-metode.html

[ 31 ] Livius Udrescu, Tratamente de suprafață și acoperiri, Editura Politehnica Timișoara, 2000,

ISBN 973 – 9398 – 74 - 0

[ 32 ] http://pdc.medeeaweb.com/index.php?pag=cms&id=144&p=type-of-paints-and-coatings.html

[ 33 ] http://www.casamea.ro/casa/constructii/materiale/tipuri-de-vopsele-572

[34]http://www.timisconstruct.ro/articole-si-noutati/articole-de-specialitate/tipuri-diferite-de-

vopsele.html

[35] http://www.lackro.ro/

[36] http://www.cees-tech.ro/servicii?gclid=CKCHuej_6KwCFcuHDgodAAsNJQ

[37] http://www.briofresh.ro/despre-vopsirea-electrostatica.php

OBS. Anumite aliaje metalice (de ex oțelurile inoxidabile) nu reclamă acoperiri decât în cazuri speciale. (protecția lor este asigurată prin aliere). Prețul acestor aliaje este destul de ridicat.