Efteruddannelse i Materialeteknologi Kursus A 3 Overfladebehandling Aluminiu m Kursusmateriale udviklet under lov 271 om efteruddannelse i et samarbejde melle m Danmarks Ingeniørakademi, Dansk Teknologisk Institut, FORCE Institutterne og Forskningscenter Risø 1993
Overfladebehandling Aluminiu m 1. udgave, 1. oplag 1993 Undervisningsministeriet - Lov 27 1 Grafisk design : Grethe Jensen og Inger Vedel, DTI/Grafi k Sats : Repro-Sats Nord, Skage n Tryk : Omslag : Reproset, København Indhold : DTI/Tryk, Taastru p Dansk Teknologisk Institut Forlaget ISBN 87-7756-313-1 Kopiering i uddrag er tilladt med kildeangivelse
Overfladebehandlin g Aluminium Forord 7 Forord til A3 9 1 Aluminiums korrosionsforhold 1 1 1.1 Aluminiums korrosionsforhold i atmosfæren, korrosionsklasser 1 1 1.1.1 Korrosionshastigheder og levetid 14 1.2 Aluminiums korrosionsforhold i vand 1 5 1.3 Aluminiums korrosionsforhold i jord 1 6 1.4 Hensigtsmæssig konstruktion 16 2 Beskyttelse mod korrosion og slid (beskyttelsesprincipper) 1 9 2.1 Anodiseringslag 1 9 2.2 Kemiske konverteringsbelægninger 1 9 2.3 Organiske belægninger 20 2.4 Metalliske belægninger 2 0 2.5 lonimplantering og PVD 2-2.6 Shot peening 2 1 3 Mekanisk overfladebehandling 2 3 3.1 Blæserensning 2 3 3.2 Tromling og Vibrering 2 8 3.3 Slibning 28 3.4 Polering 29 3.5 Børstning 29 3.6 Shot peening 30 3.6.1 Hvad er shot peening? 3.6.2 Hvorfor udfare shot peening? 3 1
4 4.1 4.2 4.3 4.4 5 5.1 5.2 6 Elektrolytisk og kemisk polering 33 Elektrolytisk polering 33 Kemisk polering 34 Aluminiumlegeringer 3 4 Konstruktionshensyn, fordele og ulemper 34 Kemisk afrensning og ætsnin g (oversigt, anvendelse) 37 Sur afrensning og ætsning 37 Alkalisk afrensning og ætsning 3 8 Kemiske konversionsbelaegninger 39 6.1 Forbehandling, afrensning 39 6.2 Chromatering 4 0 6.3 Phosphatering 4 1 6.4 Kontrol af belægninger 42 6.5 Anvendelse 44 7 Anodisering af aluminium 47 7.1 Metode 47 7.2 Dekorativ og beskyttende anodisering 50 7.2.1 Anodisering i svovlsyreelektrolyt 50 7.2.2 Special-metoder 5 1 7.2.3 Indfarvning af anodiseringslag 5 1 7.2.4 Egenskaber og anvendelse 53 7.3 Hårdanodisering 54 7.3.1 Metode 54 7.3.2 Egenskaber og anvendelse 55 7.4 Specifikation og kontrol af anodiseringslag 56 8 Elektrolytisk og kemisk udfældede metal - belægninger 59 8.1 Forbehandling 59
8.2 Elektrolytisk udfældning 60 8.2.1 Metode 60 8.2.2 Emneudformning 6 1 8.2.3 Eksempler på belægninger og anvendelsesmuligheder 6 1 8.3 Kemisk udfældning 62 8.4 Kontrol 63 9 Fysiske metoder 65 9.1 lonimplantering 65 9.1.1 Ionimplanteringsprocessen 65 9.1.2 Ionimplantering af aluminiumsværktøjer til plastformgivning 67 9.1.3 Ionimplantering kombineret med plasmanitrering 67 9.1.4 Ionimplantering af aluminium i praksis 68 9.2 PVD 68 9.2.1 PVD-processen 68 9.2.2 PVD-belægninger på aluminium 68 9.2.3 PVD-processen i praksis 69 10 Maling og plastbelægninger 7 1 10.1 Belægningernes opbygning 73 10.1.1 "Våde" malingsystemer 73 1 0.1.2 Plastbelægning 77 10.2 Valg af belægningssystem 79 10.3 Påføring 80 10.3.1 "Våde" malingsystemer 80 10.3.2 Pulverbelægninger 8 1 10.4 Kontrol 8 1 10.5 Miljøforhold 82 10.6 Korrosionsbeskyttelse med bind og påklæbed e belægninger 83 10.7 Malebehandlede tyndplader og profiler 8 3 10.7.1 Tyndplader 84 1 0.7.2 Profiler 85
11 Sammenfatning 87 Stikord 91
Forord Denne lærebog indgår i et omfattende, modulopbygget system af efteruddannelseskurser,»efteruddannelse i Materialeteknologi«, som har til formal at ruste dansk erhvervsliv til at arbejde optimalt med såvel nye som kendte materialetyper. Systemet dækker således alle materialetyper fra støbejern, stål, rustfrit stål, aluminium og diverse metallegeringer over plast, fiberforstærket plast og sandwichmaterialer til keramiske og pulvermetallurgiske materialer. For hver materiale - type vil der være kurser i relevante emner som grundlæggende materialekendskab, materialevalg, forarbejdning og konstruktion, nedbrydningsformer og tilstandskontrol. Tanken med det modulopbyggede efteruddannelsessyste m er, at virksomheder - eller enkeltpersoner - har mulighe d for at sammensætte et kursusforløb, som er tilpasset det aktuelle behov, hvad enten det drejer sig om at gå i dybde n med et materialeomrade, eller man ønsker at udvide sin e kvalifikationer til flere materialetyper fx inden for et emn e som forarbejdningsprocesser. Det er naturligvis vores håb, a t denne lærebog enten i forbindelse med det pågældende kur - sus - eller ved selvstudium - vil være et godt bidrag til en så - dan opgradering af kvalifikationerne hos den enkelte. For at bogen kan tjene både som kursusmateriale, opslags - bog og kilde til supplerende viden, er den forsynet me d mange figurer, der underbygger teksten, samt margentekste r og indeks, der letter opslag. I forbindelse med kurser vil bo - gen blive ledsaget af en arbejdsmappe indeholdende supple - rende materialer, øvelsesvejledninger og opgaver. Kurserne er udviklet i et konsortium bestående af Danmarks Ingeniørakademi (maskinafdelingen), Dansk Teknologis k Institut, FORCE Institutterne og Forskningscenter RISØ sam t en række danske virksomheder. En række medarbejdere i virksomhederne har bidraget til udviklingsarbejdet i form a f klarlægning af behov og løbende vurdering af materialet ved deltagelse i følgegrupper. Udviklingsarbejdet er foretaget 7
med støtte fra Undervisningsministeriet (Lov 271 - Lov om Efteruddannelse), og herunder har Indsatsgruppen for Materialeteknologi samt de tilknyttede referees ligeledes ydet en god indsats med henblik på afstemning mellem erhvervsli - vets behov og materialets indhold. Taastrup, oktober 199 3 På konsortiets vegne - Lorens P. Sibbese n (projektadministrator) 8
Forord til A3 Denne lærebog er grundlaget for undervisningsmodulet A3 : Overfladebehandling - Aluminiu m Sammen med en kursusmappe udgør bogen det kursusmateriale, der anvendes i modulet A3. A3-modulet giver et overblik over mulighederne for overfladebehandling af aluminium med henblik på korrosionsbeskyttelse, beskyttelse mod slid eller for at opnå - og bevare - et pænt udseende. Det belyses, hvilke aluminiumlegeringer, der er egnede, og hvad der skal tages hensyn til ved emnefremstilling, overfladebehandling og kontrol for at sikre et godt resultat. Lærebogen er udarbejdet af Torben Jensen, Jørgen Møller, Niels Kåre Bruun, FORCE Institutterne og Niels Lund Jensen, Ewa Bienk, Niels Jørgen Mikkelsen, Dansk Teknologis k Institut. Brøndby, september 199 3 Per Bo Ludwigsen Torben Jensen Divisionschef, civilingeniør Civilingeniør, lic.techn. 9
Aluminiums korrosionsforhold 1 Aluminium reagerer let med ilt og/eller vand under dannel - sen af en tynd, meget kompakt beskyttende oxidfilm, der e r uopløselig i vand og resistent over for mange kemikalier. Ved ph-værdier uden for intervallet 4-8,5 nedbrydes oxidfilmen. Den beskyttende oxidfilm på aluminium vil endvider e være meget følsom for tilstedeværelsen af chlorider. Chlori - der kan, afhængigt af koncentrationen, resultere i defekter i oxidfilmen og medføre korrosion på aluminiumemnet. Oxidfilmens bestandighe d Korrosionen på aluminium vil under normale forhold fore - komme lokalt på overfladen (grubetæring), medens jæv n korrosion (fladetæring) i det væsentlige kun vil forekomme i stærkt sure og stærkt basiske miljøer. Da aluminium og dets legeringer med undtagelse af zink og magnesium er uædle i forhold til de øvrige metaller, opstår der let galvanisk korrosion ved elektrisk kontakt til disse. Der skal dog være tale om neddypning eller dannelse af fugtfilm på samlingen for der er risiko for denne korrosionsform. I vand eller i jord afhænger den galvaniske korrosion tillige af arealforholdet mellem de indgående metaller. Galvanisk korrosion Aluminium vil især være udsat for korrosion i spalter, unde r tildækninger, og hvor der forekommer ansamlinger af snavs og salte. Aluminiums korrosionsforhold i korrosionsklasser atmosfæren, 1. 1 De fleste aluminiumlegeringer er meget bestandige overfo r atmosfærisk korrosion. Ved mange udendørs anvendelse r behøver aluminium ikke overdækning eller beskyttende be - lægninger. Aluminiumlegeringers bestandighed mod atmosfærisk korrosion afhænger af deres sammensætning såvel som strukturmæssige tilstand. Aluminiumlegeringer med lavere styrke, som bruges bl.a. i hjemmet og til arkitektoniske formål, vil have den største bestandighed mod atmosfærisk korro - Hojstyrkelegeringerne har ring e korrosionsbestandighe d 11
sion, og variationer i bestandigheden forårsaget af sammensætning og hærdning er her uden betydning. Legeringer med høj styrke vil have den ringeste bestandighed ved atmosfærisk brug. Legeringerne vil være udsat for intensiv lokaliseret korrosion, hvorfor de sjældent bruges til udendørs konstruktioner uden korrosionsbeskyttelse. Atmosfærens korrosivitet overfor aluminium varierer meget fra en geografisk position til en anden afhængig af faktore r som luftforurening, luftfugtighed, nedbør og temperaturvariationer. Befugtning og overfladeforure- Hing afgørende faktorer Forudsætningen for at aluminium korroderer er, at overfladerne udsættes for fugtpåvirkning af en vis varighed. Forekommende overfladeforureninger vil generelt accelerere korrosionen. Blandt de stoffer der forekommer i atmosfæren, er det især chlorider, der er korrosive over for aluminium. Chlorid-forurening kan stamme fra havet, fra vejsaltning eller fra visse industrier. Svovldioxid dannes ved forbrænding af fossile brændsler, og fremmer også korrosionen på aluminiumover - fladerne. De almindeligt anvendte aluminiumlegeringer vil dog normalt have god bestandighed selv i luft med højere svovldioxid-forurening. Luftens indhold af faste partikler af forskellig størrelse og kemisk sammensætning kan have stor betydning, specielt hvi s de er hygroskopiske og derved forlænger varigheden af aluminiumoverfladens befugtning. Kombinationen af aggressive og hygroskopiske overfladeforureninger vil intensiver e korrosionsangrebet på aluminium, især på regnbeskyttede overflader hvor forureningerne ikke afvaskes. Korrosionsklasser Tabel 1.1 viser, hvorledes de miljøer, aluminium og andre metaller udsættes for, kan opdeles i korrosionsklasser. Mil - jøets aggressivitet stiger med stigende korrosionsklasse. Opdelingen af en række gængse aluminiumlegeringer i tre legeringsklasser, hvor korrosionsbestandigheden falder med stigende nummer, er vist i tabel 1.2. Tabel 1.3 angiver behovet for korrosionsbeskyttelse udfra legeringsklasse og korrosionsklasse. 1.2
Tabel 1.1 Opdeling af atmosfæriske miljoer i korrosionsklasser.(ref.1 ) Korrosions- Miljøets klasse agressivite t Miljøeksemple r KO Ingen Indendørs i tørre lokale r (relativ fugtighed < 60 pct). K1 Ubetydelig Indendørs i uopvarmede, velventilerede rum K2 Middel Indendørs ved skiftende fugtpåvirkning, i landatmosfære langt fra industri og tæt bebyggels e K3 Stor Ved tæt bebyggelse, i industriområder, over vand og ved kysten K4 Meget stor I konstant fugtigt miljø, ved kemiske fabrikker, i vand og jor d Tabel 1.2 Opdeling af en række gængse aluminiumlegeringer i legeringsklasser.(ref.1 ) Legerings klasse Legering Legeringstype L1 1050 A199,5 1070 Al 99,7 1200 A199,0 3003 Al Mnl Cu 5005 Al Mgl 5051 A Mg2 5083 Al Mg4 MnC r 5454 Al Mg3 MnC r 6063 Al Mg S i 6351 Al Sil Mg Mn L2 7705 Al Zn5 Mg l L3 2011 Al Cu6 Bi Pb 13
Tabel 1.3 Behov for korrosionsbeskyttelse ud fra legeringsklasse o g korrosionsklasse.(ref.1 ) Korrosionsklasse Legeringsklasse L1 L2 L3 KO 0 0 0 Kl 0 0 KB K2 0 0 KB K3 0 (KB) K4 KB KB 0 : Korrosionsbeskyttelse er unødvendi g (KB): Svejsezoner og svejsesømme bør korrosionsbeskyttes. Det er dog ikke nødvendigt, hvis konstruktionen opløsningsglødes og varmhærdes efter svejsning. KB: Korrosionsbeskyttelse er nødvendig. Legeringstypen bør ikke anvendes. 1.1.1 Høj korrosionshastighed i starten Korrosionshastigheder og leveti d Atmosfærisk korrosion af aluminium medfører normalt ku n dannelsen af små gruber med ringe dybde, hvorved overfladen bliver ujævn. Efter en høj korrosionshastighed i begyndelsen vil korrosionshastigheden, målt som dybden af de ud - viklede angreb, aftage. Aluminiumoverfladen bliver mat pga. de grålige korrosionsprodukter og ansamlinger af over - fladeforurening. For aluminiumlegeringer i legeringsklasse L1 (tabel 1.2) kan der i de første 6 måneder til 2 år efter opsætning observere s korrosionshastigheder op til 0,1 mm/år, derefter 0,003 mm/år ved havområder og 0,0008 mm/år i landlige distrikter. Dette gør aluminium anvendeligt til f.eks. tag- og facadebeklædning. Æstetisk levetid og funktionsdyg- For atmosfærisk eksponerede aluminiumemner kan man tal e tig levetid om en æstetisk og funktionsmæssig levetid. Den æstetiske le - vetid er den periode, indenfor hvilken emnets udseende er acceptabelt og endnu ikke præget af talrige tæringsgrube r med grålige korrosionsprodukter. Med den funktionsmæssige levetid menes perioden, hvori emnets styrke, varmeledning, elektrisk ledningsevne eller afskærmende effekt er intakt. Den funktionsmæssige levetid vil gennemgående vær e længere end den æstetiske levetid. 1 4
Eksponering, å r 10 20 30 40 50 6 0 Maksimu m angre b Gennemsnitlig t angreb Gennemsnitligt korrosionsangreb pa emner ved New Kensington, P A 5àc \\e~.lp QP QP ~~ QP QP JS`Sa oj\s J~\e oca oj`~c~a y~. o+ ~ c \. ea be P 'i'.` *~c, oc.`a ~ ~ arqr ~'~ ec { QP QP Q P.oe~s\ c~0 \ ao'\50 rs co~~q'c`a o \a öe <; ti. 2r Figur 1. 1 Atmosfæriske korrosionsdata for en aluminiumplade på 0,89 mm efte r forskellige eksponeringstider. Korrosionshastigheden er baseret p å måling af dybden på de udviklede tæringsgrube r For at opnå lang æstetisk levetid vil det være nødvendigt a t overfladebehandle aluminium. Aluminiums korrosionsforhold i vand I vand vil galvanisk korrosion optræde ved kobling af aluminium med de fleste andre og mere ædle metaller. Det er oftest denne korrosionsmekanisme, der reducerer aluminiums levetid væsentligt ved neddypning i vand. Fraisolering eller katodisk beskyttelse er nødvendig. 1. 2 Galvanisk korrosio n Havvand er meget korrosivt overfor aluminium, hvilket især skyldes det relative høje chlorid-indhold. Anvendelse af alu- 15
minium i havvand - herunder også de såkaldte "søvandsbestandige" legeringer - bor således overvejes nøje, og det vil generelt være nødvendigt at foretage korrosionsbeskyttelse, hvis længere levetider ønskes opnået. 1.3 Aluminiums korrosionsforhold i jord lords korrosivitet lord varierer meget i sammensætning med hensyn til mineralogien, fugtighed, surhedsgrad, resistivitet, tilstedeværelse af organisk stof og mikroorganismer. På grund af disse variationer vil ubeskyttede aluminiumemners korrosionsforhol d skifte fra jordtype til jordtype. Korrosiv jord er kendetegne t ved lav resistivitet og lavt ph (såsom torvejord med ph vær - dier på under 5). På store dybder, hvor ilttilførslen er lav, vi l korrosionshastigheden være betydeligt lavere end nær jord - overfladen, hvor ilttilførslen vil være høj. Derimod vil en nedgravet aluminiumkonstruktion som ligger i jord med varierende iltindhold være udsat for korrosion i det mest iltfat- Iltkoncentrationselementer tige område, grundet dannelse af iltkoncentrationselementer. I nogle miljøer, hvor kulstofstål kræver beskyttende belægninger, kan ubeskyttede aluminiumlegeringer have lang le - vetid, men generelt bør nedgravede aluminiumkonstruktioner dog beskyttes med overfladebelægning eller ved hjælp a f katodisk beskyttelse. Galvanisk korrosion bør undgås ve d fraisolering fra mere ædle metaller. 1.4 Hensigtsmæssig konstruktio n Aluminiumkonstruktioner, der skal anvendes i et korrosiv t miljø, bør udformes hensigtsmæssigt for at opnå lang leveti d Det er næppe generelt erkendt, at korrosionens omfang på aluminium i høj grad er bestemt af konstruktionsdetaljerne. Hovedpunkter der bør tages i betragtning ved konstruktionens udformning er : Korrosion modvirkes ved korrekt konstruktionsudformning Konstruktionen skal udformes, så korrosion modvirkes. Konstruktionen udformes, så korrosionsbeskyttelsen ka n udføres effektivt på alle flader, og så overfladerne senere e l let tilgængelige for eventuelt vedligehold. Konstruktionen udføres med et tillæg i godstykkelse, hvo r korrosionstab med den givne beskyttelse og det mulig t vedligehold ikke kan undgås. 16
Konstruktioner, der er placeret udendørs i luft, bør udfor- Galvanisk korrosion skal modvar - mes, så fugtpåvirkningen bliver mindst mulig. Vand skal frit ke s kunne løbe af alle flader. Områder, hvor støv og snavs sam - les, forøger vådtiden og bør undgås. Det samme gælder fo r snævre spalter, der via kapillarvirkning kan holde på vand. Regi tvand, der trænger ind i spalter vil i en vis udstræknin g indeholde snavs og salte der efterhånden akkumuleres i spalterne og som resulterer i et meget korrosivt miljø. Galvanisk korrosion pga kontakt til ædlere metaller skal modvirkes ve d brug af isolerende mellemlæg eller ved fraisolering. Det har stor betydning, at konstruktionen tillader, at forureving på aluminiumoverflader ved atmosfærisk eksponering fjernes ved afvaskning eller regelmæssig regnpåvirknin g samt at vandet kan ledes bort. Omfanget af korrosion på alu - minium som følge af regnpåvirkning vil på længere sigt være mindre, end korrosionsangreb opstået pga. akkumulering a f forurening på regnbeskyttede overflader. Afrensning vigti g For indendørs konstruktioner er det også hensigtsmæssig t med en udformning, der ikke giver større ansamlinger a f støv og snavs. Nedgravede konstruktioner bør udformes, så der ikke fore - kommer hylder eller "kar", der fanger nedsivende vand fra nedbør. Der er ingen væsentlige muligheder for at lempe korrosione n på aluminiumkonstruktioner i vand. Der er således ingen særlige krav til konstruktionsudformningen ud over, at korrosionsbeskyttelsen skal kunne udføres effektivt på alle flader. De forskellige overfladebehandlinger eller korrosionsbeskyttelser stiller hver især deres specifikke krav til udformningen, hvilket er beskrevet senere i forbindelse med den enkel - te beskyttelsesmetode. Reference r 1. DS 419: "Dansk Ingeniørforenings norm for aluminiumkonstruktioner", 2.udg. Tekn. Forlag, København (1984). 17
Beskyttelse mod korrosion og slid (beskyttelsesprincipper) 2 Aluminium beskyttes mod korrosion og slid ved påføring af en egnet overfladebelægning eller ved omdannelse af alumi - niumoverfladen. Principperne, som beskyttelsen er baseret på, er kort beskrevet i det følgende. Anodiseringslag Anodiseringslag består af aluminiumoxid og frembringes ved elektrolytisk oxidation af aluminiumoverfladen. Der skelnes mellem arkitektonisk anodisering, der normalt udføres i lagtykkelser fra 5 til 30 pm, og hårdanodisering, der ty - pisk udføres i lagtykkelser på 50 til 100 µm. Korrosionsbe - skyttelsen ved anodisering er baseret på barrierevirkningen, idet aluminiumoxidlaget modvirker vand og ilt i at trænge frem til aluminiumoverfladen. Beskyttelsen er derfor betinget af, at oxidlaget er fri for gennemgående porer og revner, og at oxidlaget ikke udsættes for påvirkninger af kemisk eller mekanisk art, der hurtigt medfører gennembrydning af oxidlaget. Aluminiumoxidlaget er hårdt, hvorfor arkitektonisk anodisering har en god bestandighed over for lette slidpåvirkninger, mens hårdanodisering, på grund af større hårdhed og større lagtykkelse, også kan anvendes ved større slidpåvirkning. Det er yderligere muligt at imprægnere hårdanodiseringsla - get med fine teflonpartikler, der nedsætter overfladens friktion og beskytter mod visse typer af slidende påvirkning. 2. 1 Barrierevirknin g Hårdanodisering anvendes ve d storre slidpåvirknin g Kemiske konverteringsbelægninger Chromatering, og i mindre udstrækning fosfatering, anvendes som forbehandling af aluminium for maling eller pulver - lakering og skal her udgøre et fugttolerant bindelag mellem aluminiumoverflade og organisk belægning. Chromaterin g anvendes også som eneste behandling af aluminium, hvorved der dannes et relativt fugtbestandigt chromateringslag. Laget, der er omkring 1-2.tm tykt, beskytter mod korrosion gennem en vis barrierevirkning og ved, at chromforbindelser, der i ringe udstrækning opløses under fugtpåvirkning, hæmmer korrosionen. 2.2 Chromatering og fosfaterin g 19
2.3 Organiske belægninger danner barriere Korrosionsbeskyttende pigmenter Organiske belægninge r Organiske belægninger på aluminium i form af maling eller plastbelægninger, danner en barriere mod at vand og il t trænger frem til aluminiumoverfladen. Organiske belægninger er dog ikke fuldstændigt uigennemtrængelige. Under fugtpåvirkning vil vand og ilt ved diffusion efterhånden nå frem til aluminiumoverfladen og medføre korrosion, afhængigt af eventuelle konverteringslags beskyttelsesevne. Ofte anvendes også en grundmaling eller primer indeholdende et pigment, der modvirker korrosion. Virkningen kan bestå i, at pigmentet er svagt vandopløseligt, og at det i opløst form er korrosionsbeskyttende, som det e r tilfældet med visse chromat- og fosfatholdige pigmenter. Primeren skal desuden have god vedhæftning til aluminium - overfladen for at modvirke, at korrosionen breder sig ud under belægningen ved gennemgående porer og skader, som uundgåeligt vil forekomme. 2.4 Metalliske belægninge r Metalliske belægninger er diffu- Metalliske belægninger er diffusionstætte for både vand o g sionstætte ilt, når der ses bort fra gennemgående belægningsporer og - revner. Helt tætte metalbelægninger kunne således være den idelle korrosionsbeskyttelse, men praksis viser, at belægningerne sjældent kan pålægges, så de er helt fri for gennem - gående porer og revner. Belægningsmetallets korrosionsbestandighed har også betydning for holdbarheden, idet gennemtæring kan medføre, at aluminiumoverfladen blottes o g udsættes for korrosion. Ifølge den galvaniske spændingsrække (se ref. 1) er det kun magnesium og zink, der er uædle (anodiske) i forhold til aluminium. Alle øvrige metaller er ædle (katodiske) i forhold ti l aluminium. Belægninger af et mere ædelt metal vil medfør e Galvanisk korrosion galvanisk korrosion på aluminiumunderlaget ved gennem - gående belægningsporer eller -revner, når overfladen udsæt - tes for fugtpåvirkning. I korrosivt miljø vil korrosionen være kraftig og kan hurtigt resultere i blæredannelse og belægningsafskalning. Metalliske belægninger kan også anvendes for at beskytt e aluminiumoverfladerne mod slidpåvirkning, f.eks. belægninger af hårdchrom. 20
lonimplantering og PVD Inden for de sidste 5-10 år er der fremkommet nye overfladebehandlingsmetoder til at øge slid- og korrosionsbestandigheden af værktøjer/komponenter lavet af især stål og hård - metaller. Ionimplantering, der er en metode, hvorved over - fladen omlegeres, og PVD (Physical Vapour Deposition), der er en belægningsproces, er to relativt nye overfladebehandlingsprocesser, der også kan anvendes på aluminium og aluminiumlegeringer, hvorved slid- og korrosionsbestandigheden kan øges. 2. 5 lonimplantering og PVD er to relativt nye overfladebehandlings - processe r I kapitel 9 er ionimplantering og PVD kort beskrevet, og pro - cessernes nuværende og potentielle anvendelser på aluminium er omtalt. Shot peening 2.6 Shot peening udføres ved, med stor hastighed, at slynge små Shot peening danner trykspæn - kugler af stål, glas eller keramik mod aluminiumoverfladen. dinger Herved sker der en plastisk deformation, der resulterer i, at der opbygges et tyndt overfladelag med trykspændinger. Behandlingen kan forbedre aluminiumemnernes mekanisk e egenskaber, bl.a. i form af bedre udmattelsesstyrke, men modvirker også spændingskorrosion. Reference r 1. K. Borggreen et al., FORCE Institutterne: "Nedbrydnings - former, stål, højstyrkestål og støbejern", 1. udg., DTI-forlag, København (1992). 21
I
Mekanisk overfladebehandling 3 Mekanisk overfladebehandling udføres enten for at giv e overfladen et særligt udseende eller gøre den velegnet til på - føring af en belægning. Mekanisk overfladebehandling kan udføres med et bred t spektrum af metoder. Valg af metode afhænger af de ønske - de overfladeegenskaber, emnestørrelse og -udformning sam t seriestørrelser. Overfladekarakterisering kan udføres ved at bedømme rensningsgrad, renhedsgrad og ruhed. Rensningsgrad, renhed og ruhe d Rensningsgrad kan i visse tilfælde bedømmes ud fra 8501-1, 1988 (kun omhandlede rensningsgrader på varmvalset stål). I andre tilfælde må anvendes en referenceplade. Renhed kan bedømmes ved f.eks. : Tapeprøve, ISO/DIS 8502-3 Waterbreaktest Avancerede analysemetoder. Ruhed kan bedømmes i.h.t. ISO 8503-1, 1988 ved blæserensning Rugotest nr. 2 ved slibning Måling af ruhed kan foretages i.h.t. DS/ISO 4287, 1986 o g DS /ISO 4288, 1986 Blæserensning 3. 1 Blæserensning eller sandblæsning anvendes ofte som fælle s betegnelse for et antal metoder, der har det fælles træk, at et granuleret materiale med stor hastighed slynges mod et emnes overflade. 23
Blæserensningsmetode r Ved udstyr og anlæg til blæserensning forstås apparater de r kan transportere, accelerere og styre en blæsemiddelstrøm. Der kan skelnes mellem 3 principielle metoder : a. Pneumatiske: Blæsemidlet opblandes i en hurtiggåend e luftstrøm i et rør/slangearrangement og slynges mod em - net i en given vifte, altså i ordret forstand blæsning me d sand. b. Hydrauliske : Vand under meget højt tryk med eller uden iblandet blæsemiddel skydes mod emnet - normalt be - nævnt som højtryksspuling. c. Mekaniske: Blæsemidlet påvirkes direkte af centrifugalkraften under passage fra center til periferi i et skovlhju l og slynges tangentialt mod emnet - normalt benævn t som slyngrensning. En oversigt over udstyr og anlæg er anført nedenstående. Mobile Stationær e Åbne Tør fristråle Tør fristråle Våd fristråle Tør fristråle med rege - Fugt fristråle nerering af blæsemiddel, Højtryksspuling herunder : - for hånd - robot Lukkede Vakuum (fristråle med Kabiner med fristrål e tilbagesug) Slyngrensning, herunder : Slyngrensning - conveyor - rullebane - tromle - robot 24
Blæsemidler Ved blæsemiddel forstås et stof der i granuleret eller flydende form skydes mod en overflade for at opnå en bearbejdning. I nedenstående skema er anført en systematisk oversig t over blæsemidler. Hovedgruppe undergruppe Type Partikelform Bemærkninge r Metallisk e blæsemidler Ferri Støbt jern Varmebehandlet/ hærdet Støbt stål Varmebehandlet/ hærde t forskellige legeringer, herunder rustfast S eller G S eller G Til fristråleblæsnin g og/elle r slyngrensnin g Trådklip Varmebehandlet/ hærde t forskellige legeringer, herunder rustfast W Ikke-metallisk e blæsemidler Naturlig e mineraler Kvartsan d Olivin Feldspat Flint Stavrolit Natriumhydrogen - carbonat Til fristråleblæsning Syntetisk e mineraler Aluminium Oxid Korun d Mullite C G eller S Til fristråleblæsnin g Siliciu m Carbid G Til specielle formå l Slagger Kulslagger (aluminium - silikat ) Stålovn og jern-højovns slagger (calciumsilikat ) Kobberslagge (jern-sili - kat) G Hovedsagelig ti l fritstråleblæsning Organiske Keramik og glasperler S Rustfaste emner o g specielle formå l Nøddeska l Plastic Kilde : ISO/ DIS 8504-2, med modifikationer S: Shot, kugler G: Grit, kante t W: Wire, trådklip G Hovedsagelig fritstråleblæsning (let afrensning ude n ruhed) 25
De mest anvendte til aluminiumoverflader er kvartssand (engangsblæsemiddel) og korund (genanvendeligt), men ogs å en række andre af midlerne finder anvendelse. Stålblæsemidler kan anvendes som et billigt blæsemidde l ved opgaver hvor anløbning af indlejrede stålpartikler e r uden betydning. Procespa rametr e De faktorer som har betydning for bearbejdningsprocesse n med hensyn til effektivitet, kvalitet og økonomi er følgende : 1. Blæsemiddelparametre - Type - Kornform - Hårdhed - Styrke og tendens til støvdannels e - Kemisk indhold - Kornstørrelse og -fordeling 2. Blæseparametre - Lufttryk og -mængd e - Dysestørrelse og -typ e - Anlægsdimensioner - Dyseføring, afstand og vinke l - Blæsemiddel/luftblandin g - Energiforbru g 3. Emneparametre - Hårdhed og legering - Forureninger - Udformnin g 4. Afrensningskvalite t - Fysisk renhed, rensningsgrad - Kemisk renhed - Ruhed 26
Blæseparametre og udfal d I nedenstående oversigt er angivet eksempler på blæseparametre og udfald. Emne Tykkelse a f aluminium Formål Blæsemiddel Trvk * Bar Størrels e mm Facadeplade 1 mm Afrensning for maling Kvartssand Natriumhydrogencarbonat 3-4 6-7 0,2-0,5 0,2 Køkkenudstyr 2 mm Afrensning for maling Korund 2-4 0,2-0, 3 Køkkenudstyr 1-2 mm Mattering Stålshot 3-4 0,3 Støbt aluminum >3 mm Afrensing af glødeskal, sand og formrester Kvartssan d Stålshot 7 7 0,25-1 0,25-0, 8 Flyskrog og lign. Fjernelse af malinglag uden påvirkning af underlag Plastgranulat 5-7 * Blæserensningsprocessen kan virke deformerende på emner af tyndt gods. Støvdannelse og -sprednin g Torre blæserensningsprocesser genererer finstøv, dels fr a sønderdelt blæsemiddel, dels fra emneoverfladen. Sprøde mineralske blæsemidler så som kvartssand er stærk t støvende medens blødere og sejere materialer, så som ståls - hot er meget lidt støvende. Indånding af støv skal generelt undgås og særlige forholds - regler bør iagttages ved sundsskadelige bestanddele i støvet, f.eks. x-kvarts. Støvspredningen kan reduceres meget betydeligt gennem anvendelse af våde blæsemetoder. Våde blæsemetoder vil i øvrigt kunne anvendes til at opnå særlige dekorative effekter. Metoderne er også mere skån - somme over for underlaget. Blæserensningsmetoder er effektive og fleksible til afrensning og rugoringsopgaver samt til lettere afgratning, men d e er ikke egnede til at udjævne eller polere overfladen. 27
3. 2 Tromling og vibrering Afgratning af mindre emner kan med fordel foretages ved tromling eller vibrering. Processen udføres i en tromle der kan roteres eller et kar med kraftige vibratorer. Emnerne blandes med et slibende eller polerende medie i karret/tromlen og der påfyldes vand eventuelt tilsat et vand - fortyndbart afrensningsmiddel. Effekten afhænger af det tilsatte medie, behandlingstiden og bevægelserne mellem emner og medie. Til afgratning anvendes typisk chips af granit eller limsten i et ikke smørende vandbad. Til polering kan anvendes bløde medier ved en tør tromle - proces og hårde medier som f.eks. stålkugler ved en våd proces. Ved den våde proces skal vandbadet have en smørend e effekt, f.eks. ved tilsætning af sæber. Ved de våde processer, som er de mest almindelige, er de t vigtigt at styre ph-værdien inden for et snævert interval, således at der ikke opstår ætsningsskader på emnerne eller gas - udvikling. Udstyr fremstillet af stål bør have en organisk lining og stålmedier en legering og form der minimerer indlejring af stål i emnerne. 3.3 Slibning Slibning kan anvendes som en enkeltstående behandling, hvorved der kan opnås en overflade med et tydeligt mønste r efter sliberetningen. Som oftest anvendes slibning som første trin i en poleringsproces. Slibeprocessen kan defineres som en bearbejdningsproces der giver overfladeruhed R a større end 0,5 p.m. Aluminium kan slibes ligesom andre metaller og det typiske slibemiddel vil være siliciumcarbid. Det almindelige udstyr til slibning er enten bælte eller hjul. 28
Slibning af aluminium udføres ofte i færre trin end f.eks. stål, således at første trin i slibeprocessen svarer til de afsluttend e trin ved anden slibning. F.eks. startes slibningen ofte med e n kornstørrelse 0,2 mm (- slibepapir korn 120). Polering 3. 4 Polering og højglanspolering udføres som slutbehandling for at opnå en speciel finish. Poleringen udføres med samme udstyr og materialer som slibning, men naturligvis med meget mindre kornstørrelser, idet der typisk opereres med ruheder R a mindre end 0,5 µm. Polering kan dog også udføres ved en tromleproces eller ved hjælp af en såkaldt fladder/lamelskive). Ved polering kan der fortsat ske en vis tilsigtet tildannelse, f.eks. fjernelse af meget små grater eller revner. Højglanspoleringen udføres for at fjerne mærker efter pole - ringen. Denne proces fjerner meget lidt materiale, men tilsig - ter at give en smeltning af overfladen hvorved der opstår e n flydning og dermed en udglatning. Valg af metode afhænger af emner og seriestørrelse samt ud - formning. Tromleprocesserne er begrænset til mindre emner, meden s de øvrige med passende kapacitet og automatisering ka n indrettes til alt fra enkeltopgaver til serieproduktion. Børstning 3. 5 Børstning anvendes som slutbehandling for at opnå en speciel finish, nemlig langsgående striber. Børstning udføres med roterende børster af f.eks. rustfrit stål, nysolv, sisal, eller nylon tilsat slibemiddel. Ved processen fjernes meget lidt materiale. Der tilsigtes der - imod samme effekt som ved højglanspolering. I modsætning til højglanspolering opnås dog en overflade der ikke e r særlig ømtfindtlig. 29
3.6 3.6.1 Shot peening Hvad er shot peening? Shot peening er en koldbearbejdningsproces, der primært har til formål at introducere trykspændinger i overfladen på det emne, der shot peenes. Under shot peening-processen bombarderes emnets overflade med små kugler (0,2 d <_ 2 mm) med en så høj hastighed, at emnets overflade udsættes for blivende plastisk deformation. På det shot peenede emnes overflade kan indtrykkene fra de enkelte kugler ses som indbulinger i overfladen. Til shot peening benyttes kugler af stål, rustfrit stål, glas eller keramisk materiale. Idet den enkelte indkommende kugle rammer overfladen, sker der plastisk deformation inden for et område, som vist skematisk på figur 3.1. Figur 3. 1 Idet kuglen rammer overfladen, dannes både en plastisk og e n elastisk deformeret zone Plastisk zone, Elastis k zone Shot peening danner trykspændinger i overfladen Uden for den plastiske zone er materialet elastisk deformere t i kompression. Efter rekylering af kuglen vil de elastisk e spændinger i det omkringliggende materiale resultere i bli - vende trykspændinger i den plastiske zone. Efterhånden so m hele emnets overflade rammes af kugler, vil der opbygges e t tyndt overfladelag (normalt < 0,5 mm), hvor materialet e r under trykspændinger. Under dette lag følger et lag med trækspændinger for at kompensere for overfladens tryk - spændinger. (Der skal være kraft- og momentligevægt, nå r der integreres over et vilkårligt tværsnit). 30
Et eksempel på spændingsfordelingen, som funktion af afstanden fra overfladen, er vist på figur 3.2. Figur 3. 2 Spændingen efter shot peenin g som funktion af afstanden ti l overflade n Ud over at der ved shot peening introduceres trykspændinger i emnets overflade, sker der tillige en deformationshærdning som følge af den plastiske deformation. Deformationshærdningen i sig selv kan være medvirkende til forbedrin g af emnets egenskaber. Hvorfor udføre shot peening? 3.6.2 I årene 1928-29 opdagede man på General Motors, at udmat - telsesegenskaberne af ventilfjedre blev markant forbedret efter sandblæsning. Sandblæsningen havde til formål at rense fjedrene. I starten troede man, at forbedringen udelukkend e var foranlediget af hårdhedsstigningen (deformationshærdningen) i overfladen som følge af sandblæsningen. John Otto Almen, der var tilknyttet General Motors som videnskabelig medarbejder, kastede sig med ildhu over udmattelsesproblematikken, og gennem hans pionerarbejde ble v betydningen af de introducerede trykspændinger erkendt. Det var til forbedring af udmattelsesegenskaberne af typisk fjedre og aksler i bilindustrien, at shot peening-processen op- Shot peening anvendes i fly- og bilindustr i 31
rindeligt blev udviklet og benyttet. Fra 1940'erne og 50'erne begyndte flyindustrien at interessere sig for processen, primært for at spare vægt og forøge ydeevnen. Det viste sig snart, at det ikke kun var udmattelsesegenskabeme, der ble v forbedret, og i dag bruges processen med fordel inden for følgende områder : Forbedring af udmattelsesegenskabe r Modvirkning af spændingskorrosio n Modvirkning af interkrystallinsk korrosion Formgivning Retning Forbedring af slid/smøreegenskaber Eliminering af porøsiteter Øgning af modstanden mod kavitations-erosion Af ovennævnte anvendelsesområder er det så absolut de to førstnævnte, der har størst betydning. Som en hurtig indføring inden for alle områder kan frem - hæves Metal Improvement Company's publikation "Shot Peening Applications" (ref. 1). Publikationen udmærker sig ved at indeholde mange referencer. For både udmattelse og spændingskorrosion gælder det, at mekaniske trækspændinger er medvirkende til revnedannelsen, der som oftest for udmattelse, og altid ved spændings - korrosion, starter fra overfladen. Kan vi her introducere trykspændingen, f.eks. ved shot peening, kan komponenten alt andet lige belastes hårdere, ude n at der opstår revnedannelse. Det er summen af de ståend e spændinger og driftsspændingerne der ikke må overskride en kritisk værdi. En mere uddybende beskrivelse af shot peening-processen, betydningen af proces- og materialeparametre samt nogle a f de forbedringer, der kan opnås, er givet i ref. 2. Reference r 1. "Shot Peening Applications", Metal Improvement Company, Inc., 6th Edition, (1980). 2. H.P. Nielsen et. al., "Shot peening til forbedring af stål s overfladeegenskaber", Korrosionscentralen (1989). 32
Elektrolytisk og kemisk polering 4 Elektrolytisk og kemisk polering anvendes for at opnå glatte overflader med god finish, der, afhængigt af procesvalg og aluminiumlegering, kan variere fra at være lyse og matte (sa - tin) til at være spejlblanke, som i lysreflektorer. For at undgå forandringer i overfladerne som følge af fingeraftryk, fugtpåvirkning m.m., beskyttes disse oftest med et tyndt, klart anodiseringslag (2-5 pm), eller - mere sjældent - med et tyndt lag klar lak. Anodiseringslaget kan eventuelt indfarves for at opnå en speciel farvetone. Elektrolytisk og kemisk polerin g anvendes for at opn y god finish Elektrolytisk og kemisk polering kan også anvendes som for - behandling ved påføring af metalliske overfladebelægninger. Behandlingerne fjerner mindre overfladefejl og kan resultere i meget rene overflader, hvilket er nødvendigt, når det til - stræbes at opnå porefri, metalliske belægninger. Elektrolytisk polering 4. 1 Elektrolytisk polering af aluminium udføres oftest i sure elektrolytter, hvor aluminiumemnet er påtrykt en positiv jævnstrøm. Elektrolytten kan bestå af fortyndet flus-, svovl-, chrom- eller fosforsyre eller blandinger heraf. Basiske elektrolytter er også kendte. Mekanismen ved elektropolering består i at anodestrømmen Elektropolering har en udjæv - er tilpasset, så der opstår et tyndt lag aluminiumoxid på nende effekt overfladen, hvilket hæmmer metalopløsningen. Aluminiumoxidlaget dannes og opløses successivt af elektrolytten, me n opløsningen sker hurtigere på toppene i metaloverfladen i forhold til fordybningerne på grund af diffusionsforholdene. Metalopløsningen sker derfor hurtigst på toppene, hvilket e r årsagen til den udjævnende effekt. Metoderne kan derfor også anvendes til afgratning af aluminiumemner efter forarbejdning. Ved elpolering skelnes mellem bade, der har høj opløsnings - hastighed (2-5 pm/min.) og som kan erstatte mekanisk pole - ring, og bade, der har lav opløsningshastighed og som anvendes til slut i behandlingen, bl.a. når der skal opnås spejlblanke overflader med størst mulig reflektion. 33
4.2 Kemisk polering Kemisk polering udføres oftest i sure bade, f.eks. baseret på fosforsyre, salpetersyre, eddikesyre eller fosforsyre - chromsyre, men alkaliske bade baseret på natriumhydroxid, nitrit, nitrat og fosfat er også kendte. Badene anvendes ved høje temperaturer, hvor aluminium opløses med tilstrækkelig stor hastighed, så der dannes et tyndt lag aluminiumoxid, hvilket styrer opløsningen fra overfladen efter samme princip som nævnt under elpolering. 4. 3 Det bedste resultat opnås på aluminium med ringe indhold af legeringselemente r Støbelegeringer er mindre egnede til elektrolytisk og kemisk polerin g Aluminiumlegeringe r Det bedste resultat ved elektrolytisk og kemisk polering opnå s på aluminium med meget ringe indhold af legeringselementer, d.v.s. Al 99.99-Al 99.85. Af styrkemæssige hensyn kan de r eventuelt anvendes aluminium med et højere legeringsindhold, hvor der er påvalset et tyndt lag højren aluminium. Plader og profiler, der bl.a. anvendes til byggeri og lignende, kan også behandles, men overfladernes finish bliver generelt dårligere med stigende indhold af legeringselementer, især ved kemisk polering. Indhold af silicium og kobber bør være lavt. Mindre indhold af magnesium (1-2%) har derimod ikke noge n større negativ effekt (ref. 1, 2). De anvendte legeringer bør være homogene og med mindst muligt omfang af faseudskillelser. Støbelegeringer er generelt mindre egnede til elektrolytisk o g kemisk polering, idet der ikke kan opnås samme finish so m på valsede og extruderede produkter. 4.4 Kemisk polering kan udføres på massegods Konstruktionshensyn, fordele og ulemper Kemisk polering og elektrolytisk polering kan generelt regnes for ligeværdige med hensyn til kvalitet og overfladefinish, når der er tale om stelbehandling af aluminium me d frie overflader. Undtaget herfra er de spejlblanke overflade r (til spejle, lysreflektorer), der kun kan opnås ved elpolering. Kemisk polering er derimod egnet til emner, der har mer e vanskeligt tilgængelige overflader, hvor det ved elpolerin g ikke er muligt at opnå tilstrækkelig ensartet strømtæthed o g ensartet finish på de dele af overfladen, hvor dette har betydning. Kemisk polering er således også egnet til småemner, der kan behandles som massegods i kurve. 34
Uanset hvilke metoder der anvendes, bør emnerne være ud - formet - eventuelt med gennemstrømningshuller - så bad - væskerne når frem til alle flader uden dannelse af luftlom - mer eller væskeansamlinger, der kan medføre overslæb a f kemikalier til de efterfølgende bade. Snævre spalter bør ikke forekomme, da der heri opsuges kemikalier, som ikke ka n fjernes i skyllebadene, og som senere kan medføre korrosion. De væsentligste fordele ved kemisk og elektrolytisk polering frem for mekanisk polering er : De polerede overflader er meget rene, og mindre overfladefejl er fjernet, hvilket forbedrer kvaliteten af efterfølgen - de overfladebehandlinger i form af plettering med metalli - ske belægninger, chromatering eller anodisering, som normalt anvendes til at bevare overfladernes udseende. Mekanisk polerede overflader skal afrenses for rester af polere - middel før slutbehandling. De elektrolytiske og kemiske processer kan let indføjes i anlæg til anodisering, chromatering eller til galvanisk me - talpålægning. Processerne er relativt fleksible med hensyn til emnestørrelser og -udformning, og større partier kan behandles med et lavt forbrug af mandetimer. Ulemperne i forhold til de mekaniske metoder er processernes følsomhed over for aluminiums indhold af legeringselementer samt de miljømæssige ulemper, herunder bortskaffelse af kemikalieaffald. Reference r 1. S. Wernick, R. Pinner, R. Weiner, "Die Oberflächenbehandlung von Aluminium", E.G. Leuze Verlag, Tyskland (1969). 2. Metals Handbook, "Surface Cleaning, Finishing and Coating", 9th Ed., Vol. 5, ASM, October (1982). 35
Kemisk afrensning og ætsning (oversigt, anvendelse ) 5 Aluminium kan afrenses og ætses med både sure og alkaliske midler. Den kraftigste virkning opnås med alkali, medens andet end overfladisk sur ætsning fordrer anvendelse a f flussyreholdige midler, eller mineralsyre indeholdende komplekse fluorider. Sure og alkaliske affedtere og ætsende affedtere finder dere s største anvendelse som forbehandlingstrin i processer til ud - førelse af anodisering og kemiske konversionbelægninger, jvf. afsnit 6. nedenfor. Sur afrensning og ætsning 5. 1 Sur afrensnin g Sur afrensning (affedtning og fjernelse af smuds) foretages med fortyndet phosphorsyre, eventuelt det fra behandling a f stålplader bekendte jernphosphateringsbad, der typisk består af en vandig opløsning af o-phosphater, polyphosphater o g detergenter ved ph = 3,5-5,0. Disse midler fjerner alene fedt, olie og løstsiddende smuds. De har ingen ætsende effekt på aluminium eller dets legeringer, og de afsætter inge n konversionbelægning i form af en hinde af fosfater. Af syrebade til ætsende afrensning af aluminium sondres mellem slamfjernere og bejdser. Slamfjerner e Slamfjernere anvendes ved oparbejdning af aluminiumlegeringer med indhold af kobber, silicium, mangan eller magnesium. I disse tilfælde vil en indledende afrensende behandling med en alkalisk ætser kun opløse aluminiet, me n efterlade rester af de pågældende legeringsmetaller eller salte heraf på overfladen i form af et lag slam. Dette lag må fjernes ved syrebehandling før videre kemisk eller elektrokemisk bearbejdning. Slamfjemere er baseret på fortyndet salpetersyre eller hyp - pigt en blanding af salpetersyre og flussyre, der i nyere tid e r erstattet af komplekse fluorider. 37
Sure bejdsebad e Sure bejdsebade anvendes i tilfælde af særligt tykke oxidlag. Endvidere i visse tilfælde til dybdeætsning for egentlig fjernelse af metal. I så fald foretages eventuelt delvis maskerin g for beskyttelse af bestemte områder på emnet. Sure bejdser er baseret på fortyndet flussyre, eller fortynde t salpetersyre tilsat komplekse fluorider. Både slamfjernere og sure bejdser skal på grund af deres mulige indhold af flussyre omgås med stor forsigtighed, og d e bør kun etableres som procestrin efter nøje overvejelse o g kun såfremt det er absolut nødvendigt. Til gengæld er de tekniske resultater bedre end for alkalisk ætsning, idet der ikk e er tendens til dannelse af slam på emnernes overflade. 5.2 Alkalisk afrensning og ætsnin g Den største anvendelse af alkalisk afrensning er som forbehandling før anodisering. Alkaliske bade indgår også som en integreret og obligatorisk afrensende og ætsende del af processer til udførelse af konversionsbelægninger. For alkaliske midler sondres mellem affedtere (svag alkalis k ikke-ætsende afrensning) og ætsende affedtere (stærk alkalisk ætsende afrensning). Ikke-ætsende alkaliske affedter e Ikke-ætsende alkaliske affedtere er baseret på andre alkalier end hydroxider, dvs. fortrinsvis borater og o-phosphater. Hvis hydroxid tilsættes anvendes tillige inhibitorer, sålede s at metallet ikke angribes. Ætsende alkaliske affedter e Ætsende alkaliske affedtere er hovedsageligt baseret på hydroxid af natrium eller kalium. De kan være kraftigt slamdannende, både hvad angår metallets overflade og badet generelt, således at affedteren alt andet lige slides hurtigere og producerer relativt mere affald. 38
Kemiske konversionsbelægninger 6 Forbehandling, afrensning 6. 1 Konversionsla g Pålægning af konversionslag, chromatering eller phosphatering (eng : Conversion coatings), udføres altid efter indledende af rensning i alkaliske eller sure affedtere, eller ætsende affedtere (også kaldet bejdser). Udformningen af den indledende rensning og antallet a f nødvendige behandlingsbade afhænger af art og omfang a f tilsmudsning, af tykkelsen af oxidlaget på metallet, og af den legering der er tale om. I en proces veksler afrensningsbade og konversionsbad me d skyllebade. Der anvendes fortrinsvis dyppekar for sekventie l behandling i op til 12 kar. Udformningen er (idet konversionsbad betyder chromatering, eller mere sjældent phosphatering) : Simpel proce s Simpel udformning : 1. alkalisk affedtning 2. skylning, ledningsvan d 3. konversionsba d 4. skylning, ledningsvan d 5. skylning, demivand ovntørring, 65 C. 39
Komplet proce s Komplet udformning (for vanskeligst tænkelige emner elle r legering) : 1. alkalisk affedtning 2. skylning, ledningsvand 3. sur bejdsning 4. skylning, ledningsvand 5. konversionsba d 6. skylning, ledningsvand 7. skylning, evt. passivering 8 skylning, demivand ovntørring, 80 C Alle emner gennemløber ikke nødvendigvis alle trin. For forklaring af betegnelser og sammensætning af bade fo r afrensning henvises til afsnit 5. 6.2 Chromatering Chromatering omfatter principielt to forskellige konversions - typer, nemlig : Grøn- og gulchromaterin g 1. Chromphosphat (kaldet Grønchromatering ) 2. Chromate/oxid (kaldet Gulchromatering ) Her omtales alene konversionsbadet og den resulterende be - lægning, medens det almindelige procesbegreb må antages at dække behandlingssekvenserne som beskrevet i punkt 6.1 ovenfor. Grønchromaterin g Grønchromatering giver grønne til blågrønne amorfe konversionslag med en lagvægt i intervallet 0,4-2,0 g/m 2. I følge den herskende opfattelse består laget af en blanding a i aluminiumphosfat og chromiphosphat. Det indeholder alts å alene trivalent chrom. 40
Som konversionsbad anvendes chromtrioxid opløst i en blanding af fortyndet phosphorsyre og flussyre, tilsat diverse additiver. Tid og temperatur for behandlingen af emner i badet er 1-10 min. ved 18-50 C. Det anbefales at anvende professionelt formulerede bade. Gulchromaterin g Gulchromatering giver brungule til gyldne amorfe konversions-lag med en lagvægt i intervallet 0,4-2,0 g/m 2. Laget anta - ges at bestå af en blanding af aluminiumoxid, chromat og chromihydroxid. Det indeholder altså både hexavalent og trivalent chrom. Som konversionsbad anvendes en blanding af fortynde t chromsyre og flussyre, tilsat diverse additiver. Tid og temperatur for behandlingen af emner i badet er 2-5 min. ved 18-27 C. Det anbefales at anvende professionelt formulerede bade. En særlig gulchromatering kan påføres som en såkaldt nonrinse proces. De nødvendige kemikalier påføres i form af e n gele til en passende tynd film, der derefter, uden efterskylning for overskydende materiale, umiddelbart tørres i ovn. Heraf navnet non-rinse (dvs. uden skylning). Denne type finder især anvendelse i forbindelse med coil coating af metalbånd/-plader, se punkt 10.7. Phosphatering For phosphatering sondres mellem manganfosfatering eller zinkphosphatering i tykke lag og som hjælpemiddel for bearbejdningsprocesser, og modificeret zinkphosphatering i tyndere lag som forbehandling før vådmaling eller pulvermaling. 6.3 Tid og temperatur for behandling i konversionsbade for phos - phatering er typisk 3-5 min. ved 50-60 C. Phosphatering i forholdsvis svære lag og i form af store krystaller har betydning som hjælpemiddel ved koldflydepresning af aluminium. Laget kan bestå enten af ren manganphosphat eller ren zinkphosphat og i en lagvægt på 8-10 g/m2. 41