
Зварювання неплавким електродом в середовищі захисних газів
Зварювання неплавким електродом в середовищі захисного газу або технологія, що позначається абревіатурами (TIG - Tungsten Inert Gas), (WIG - Wolfram inert gas) або (GTAW - Gas Tungsten Arc Welding) і на кресленнях відповідно до STN EN ISO 4063 як метод 141 є технологією зварювання плавленням. Під час зварювання електрична дуга горить між вольфрамовим (вугільним) електродом і зварюваним матеріалом у захисній атмосфері інертних газів (рис. 15). Інертні гази захищають розплавлений метал шва від впливу навколишньої атмосфери.

Електрична дуга для зварювання складається з двох частин. Внутрішня область, представлена плазмою, в якій відбувається іонізація газу, і зовнішня область, т.зв. рекомбінація, в якій відбувається нейтралізація позитивних іонів.
Основними параметрами зварювання є: зварювальний струм, швидкість зварювання та напруга електричної дуги. На якість зварних з'єднань впливають полярність струму, діаметр і геометрія торця неплавкого електроду, виліт електроду з сопла, використовуваний захисний газ і його чистота, а також кваліфікація зварювальника, якщо це не автоматизований метод зварювання. Технологія зварювання неплавким електродом допускає зварювання на постійному або змінному струмі. При використанні постійного струму, якщо електрод є катодом, з'єднаним з (-) полюсом, зварювальна дуга утворюється потоком електронів, що переміщуються від катоду в бік зварюваного матеріалу, і потоком частинок іонізованого газу (+), що рухаються у бік катоду. Це зварювання називається зварюванням на прямій полярності. При цьому зварюванні 1/3 тепла припадає на електрод, а 2/3 - на зварювальний матеріал, завдяки чому виконується глибоке проплавлення, яке застосовують для зварювання високолегованих сталей /аустенітних/, міді, нікелю та їх сплавів.
Інертний газ, що використовується, виконує захисну функцію і значно впливає на іонізацію. Якщо електрод є анодом, при підключенні до (+) полярності, електрони переміщуються до електроду, а позитивно заряджені іони переміщуються до зварюваного матеріалу. Це зварювання на зворотній полярності. Недоліком такого підключення є те, що 2/3 тепла виділяється на електроді, а 1/3 на зварюваному матеріалі, що викликає нестабільність електричної дуги. Використовуваний інертний газ виконує захисну функцію, а також очищає позитивно заряджені іони. Такий спосіб підключення має обмежене застосування.
Зварювання на змінному струмі застосовують при зварюванні алюмінію та його сплавів. Використовується так звана очисна дія захисних газів. Зміна полярності зварювального електроду при подачі змінного струму призводить до очищення поверхні від важкоплавких оксидів (наприклад, Al2O3) за рахунок руху позитивно заряджених іонів. Зварювальна дуга стабілізується керуючим дуговим розрядом або генератором високої частоти.
В даний час на практиці перспективним є зварювання постійним пульсуючим зварювальним струмом. За рахунок впливу імпульсів прямої полярності зварювального струму матеріал розплавляється, а під час дії основного струму кристалізується зварний шов. Цей оперативний спосіб зварювання дозволяє отримувати високоякісні зварні шви тонких сталевих листів і фольги, а також кольорових металів і їх сплавів.
Під час TIG зварювання електрична дуга запалюється коротким замиканням, при контакті вольфрамового електроду до поверхні мідної вставки при зварювальних струмах до 10 А, а потім піднімаючи електрод на кілька мм. Потім дуга переноситься від місця початкового запалювання до місця зварювання. Виконувати коротке замикання на основному матеріалі не рекомендується через вплив вольфраму з неплавкого електроду на зварювальну ванну. Частіше використовуваним способом запалювання зварювальної дуги є так зване безконтактне, без короткого замикання,(високочастотне) запалювання дуги за допомогою іонізатора напругою до 1000 В. Іонізаційні властивості використовуваних захисних газів сприяють стабільному горінню електричної дуги.
Швидкість зварювання при ручному зварюванні регулюється зварювальником. При автоматизованих методах зварювання застосовуються швидкості зварювання в залежності від товщини матеріалів, що зварюються, в межах 200-400 мм.хв-1. За прямої полярності можна використовувати вищі швидкості зварювання, ніж при зварюванні на змінному струмі і постійному імпульсному струмі завдяки вищій стабільності зварювальної дуги. Швидкість зварювання також залежить від просторового положення зварювання.
Довжина зварювальної дуги може змінюватися від 3 до 12 мм. Зі збільшенням довжини зварювальної дуги розширюється зона термічного впливу шва і знижується ефективність захисного газу. Коротка зварювальна дуга (3-6 мм) використовується при зварюванні матеріалів з низькою теплопровідністю, наприклад, високолегованих сталей, Ni, Ti та їх сплавів. Дуга (6 - 10 мм) застосовується для зварювання матеріалів з високою теплопровідністю, таких як Cu, Al та їх сплавів. Для зварювання міді та її сплавів застосовують довжину дуги більше 10 мм.
Захисний газ повинен забезпечувати ефективний захист зварювальної ванни від негативного впливу навколишньої атмосфери. Ефективність захисту зварного шва залежить від типу і чистоти інертного газу, швидкості потоку газу з керамічного сопла пальника. При цьому створюються сприятливі умови для запалювання дуги та її стабільного горіння протягом усього процесу зварювання. Такі фактори впливають на теплову потужність TIG дуги, форму, розміри, цілісність і продуктивність зварювання.
Відповідно до стандарту STN EN ISO 14175 захисні гази, що використовуються при TIG зварюванні, поділяються на три основні групи:
- інертні гази (аргон, гелій, суміші аргон + гелій), які використовуються як основний газовий захист при зварюванні. Сюди входять гази: найбільш використовуваним інертним газом є аргон, який не утворює хімічних сполук з жодним елементом і є теплопровідним. Забезпечує якісне запалювання зварювальної дуги. Він має високу стабільність, і стовп дуги досягає високої температури;
- гелій має значно вищу теплопровідність, ніж аргон. Однак тепловіддача дуги, що горить в гелії, дуже висока, і він використовується для зварювання теплопровідних матеріалів більшої товщини. При TIG зварюванні найчастіше використовуються суміші Ar - He 70/30 (70% Ar, 30% He), Ar - He 50/50 і Ar - He 30/70 (30%Ar, 70%He). Зі збільшенням вмісту гелію в сумішах Ar + He збільшується напруга на дузі і тепловіддача TIG дуги, що позитивно впливає на форму і розміри зварного шва;
- відновлювальні гази забезпечують додатковий захист навколишніх ділянок біля шва, які були нагріті до більш високої температури і якщо первинний газовий захист не є ефективним. Використовуються також суміші аргону і водню або азоту і водню;
- неактивні гази, в основному, використовуються, як вторинний захист для матеріалів, схильних до окислення та газифікації при підвищених температурах, наприклад, при зварюванні нікелю та їх сплавів. Найчастіше використовується для захисту нагрітого матеріалу з боку кореня, захисту зварного шва при його охолодженні та ін. Для цього найбільш використовуваним газом є азот.
Обладнання для зварювання неплавким електродом на постійному струмі складається із зварювального джерела, що представляє собою випрямляч, балона з інертним газом, що знаходиться під тиском, редукційних клапанів, блоку запалювання, регулювання захисних газів і циклу охолодження, блоку з високочастотним іонізатором, блоку охолодження, зварювальних кабелів із затискачем заземлення і пальника.
Обладнання для зварювання на змінному струмі складається з джерела зварювання, яким є трансформатор, балона з інертним газом, редукційних клапанів, блоку управління, стабілізатора дуги для зміни полярності, батареї конденсаторів для підвищення ефекту очищення, блоку запалювання з високочастотним іонізатором, блоку охолодження, зварювальних кабелів з затискачем заземлення та пальником.
Зварювальний пальник використовується для подачі зварювального струму на неплавкий електрод, а також подачі захисних газів до місця зварювання. Його розміри залежать від використовуваного зварювального струму і охолоджувального середовища. Найважливішими частинами зварювального пальника є зварювальне сопло (насадка), неплавкий електрод і перемикач зварювального струму.
Сопло пальника служить для ламінарної, а не турбулентної подачі захисних газів до місця зварювання. Сопла зазнають термічного навантаження під час зварювання, тому виготовлені з кераміки. Вони змінні, їх форма і геометрія вибираються в залежності від товщини зварюваних матеріалів, діаметру неплавкого електроду і параметрів зварювання. Внутрішній діаметр насадок знаходиться в діапазоні від 8 до 25 мм.-1.
Неплавкі електроди виготовляють із тугоплавких матеріалів. Для TIG-зварювання використовують кілька типів електродів, визначених у стандарті STN EN ISO 6848.
- вольфрамові неплавкі електроди /придатні для зварювання на постійному і змінному струмі/;
- вольфрам-торієві електроди володіють тривалішим терміном експлуатації і можуть бути більш навантажені струмом, ніж чисті вольфрамові електроди;
- вольфрамово-цирконієві електроди мають триваліший термін експлуатації і можуть використовуватися для більших струмів. Коштують вони досить дорого;
Через високі термічні напруження зварювальні електроди необхідно охолоджувати захисним газом навіть після згасання електричної дуги. В залежності від типу з'єднання використовується виліт електроду з сопла в діапазоні від 1,5 до 3 діаметрів електрода. Для підтримки стабільної зварювальної дуги торець неплавкого електроду загострюють на конус з кутом при вершині від 30 до 120º.
Для підтримування стабільної зварювальної дуги, зварювальний пальник необхідно охолоджувати повітрям або водою.
Присадні матеріали для зварювання
Присадні матеріали для TIG зварювання представлені у вигляді:
- зварювальних прутків, які використовуються при ручному зварюванні. Діаметр зварювальних прутків f 1 - 8 мм, довжина - 600 - 1000 мм. Для зварювання використовують також трубчасті прутки;
- зварювальні дроти, які використовуються при механізованому і автоматизовано зварюванні. Зварювальний дріт має діаметр від 0,8 до 2,4 мм для зварювання та максимальний f 5 мм для наплавлення.
Присадні матеріали при TIG зварюванні виконують кілька функцій. Їх завдання - поповнити об'єм зварювальної ванни і створити зварний шов необхідної форми і поперечного перерізу, забезпечити легування зварного металу добавками або компенсувати втрати від вигоряння елементів у зварювальній дузі і тим самим покращити його цілісність та експлуатаційні властивості (наприклад, стійкість до утворення тріщин і порожнин), для розкислення зварювальної ванни, покращення формування зварного шва тощо.
Форма та розміри зварювальних поверхонь, в залежності від товщини зварних швів, встановлені стандартом STN EN ISO 9692-1. При ручному дуговому TIG зварюванні, як і при газовому зварюванні, використовується лівостороннє і правостороннє зварювання.
Зварювання неплавким електродом застосовується для зварювання тонких сталевих листів, листів Al і його сплавів, де при зварюванні застосовується очисний ефект змінного струму. Можливе зварювання з використанням додаткових матеріалів або без них, що підходить для ремонту та відновлення деталей машин.
Konverzné povlaky
Konverzné povlaky vznikajú reakciou kovového povrchu s prostredím, v ktorom sa kov počas povrchovej úpravy nachádza. Upravovaný kov sa teda zúčastňuje chemickej reakcie, a z toho vyplýva aj zloženie príslušného konverzného povlaku. Takýto povlak obsahuje aj chemické zlúčeniny, ktoré vznikli z upravovaného kovu a jednej alebo viacerých zložiek použitého kúpeľa. Konverzné povlaky sa vyznačujú pomerme veľkým elektrickým odporom, čo sa využíva najmä v protikoróznej ochrane kovových povrchov. Konverzné povlaky sa ďalej vyznačujú vysokou priľnavosťou k základnému kovu a nerozpustnosťou vo vode a iných rozpúšťadlách.
Fosfátovanie
Fosfátovanie je chemický proces, pri ktorom ponorením alebo postrekom vzniká z roztokov kyseliny fosforečnej alebo fosforečnanov kovov na kovovom povrchu tenká, jemne kryštalická vrstva nerozpustných fosforečnanov kovov. Pretože vrstvy sú značne pórovité, a teda nasiakavé, plnia rad funkcií:
Fosfátovacie roztoky sú v podstate dihydrogénfosforečnany, obr. 1:


Fosfátovací prípravok na báze fosforečnanu zinočnatého obsahuje ako základnú látku voľnú kyselinu fosforečnú H3PO4 a dihydrogénfosforečnan zinočnatý Zn(H2PO4), ktorý je v rovnováhe s hydrogénfosforečnanom a fosforečnanom, ako aj s kyselinou fosforečnou. Vytvorenie kvalitného fosfátového povlaku vyžaduje zabezpečenie čistého kovového povrchu dokonalým odmastením, odstránením korózych produktov, okovín a iných nečistôt z upravovaného povrchu. Fosfátovacie prostriedky sa aplikujú buď ponorovým procesom alebo postrekom. Kvalita fosfátových povlakov sa vyjadruje ako plošná hmotnosť povlaku (g.m-2). Povlaky s malou plošnou hmotnosťou (0,3 až 6 g.m-2) sa používajú na úpravu povrchu pod nátery a povlaky s veľkou plošnou hmotnosťou (6 až 30 g.m-2) majú veľmi dobrú odolnosť proti korózii.
Chromátovanie
Chromátové vrstvy sa vytvárajú oxidačno - redukčnými procesmi na povrchu neželezných kovov, najmä zinku, kadmia, hliníka, horčíka, medi, mosadze, cínu, striebra z roztokov zlúčenín šesťmocného chrómu. Vrstva je amorfná a obsahuje komplexy trojmocného a šesťmocného chrómu. Chromátovanie sa používa ako ochranná a dekoratívna úprava, alebo sa ním vytvára medzivrstva pod nanášané nátery.
Chromátovú vrstvu predstavuje zložitá sústava chromátov chrómu a chrómanu zinočnatého. Uvedené reakcie sú sprevádzané zvyšovaním pH roztoku v blízkosti povrchu zinku, čo spôsobuje vznik ťažko rozpustných hydroxidov zinku, trojmocného chrómu a ich solí. Tieto zlúčeniny zapĺňajú póry chromátovej vrstvy, v dôsledku čoho vzniká na povrchu zinku bariérová vrstva, ktorá chráni povrch zinku pred koróziou. Na kvalitu chromátovej vrstvy má okrem zloženia roztoku a pracovných podmienok chromátovania vplyv tiež teplota sušenia chromátovej vrstvy, ktorá nesmie prekročiť 60 až 70°C. Zatiaľ čo predtým sa používali chromátovacie roztoky s relatívne vysokou koncentráciou CrCO3 alebo chrómanov - 100 g.l-1, dnes sa používajú prípravky, ktoré majú nízke koncentrácie Cr03 1 až 10 g.l-1. Chromátovanie sa realizuje pri teplote okolia, čas sa pohybuje od 1 do 5 min. Väčšina v súčasnosti používaných chromátovacích roztokov na báze chrómu je zložená zo zmesi Cr3+ a Cr6+, kyseliny dusičnej, niektorých inhibítorov korózie a tiež prísad, ktoré zlepšujú štruktúru chromátových vrstiev. Farba chromátovej vrstvy závisí od chemického zloženia roztoku a môže sa meniť od svetlomodrej cez olivovú až po čiernu. Farebné chromátové vrstvy (zložené predovšetkým zo zmesi solí a hydroxidov Cr3+ a Cr6+) majú oveľa lepšie ochranné vlastnosti ako bezfarebné alebo svetlomodré chromátové vrstvy, ktorých základom sú hydroxidy Cr3+ a zinku. Z environmentálneho hľadiska sú najprijateľnejšie chromátovacie roztoky, ktoré obsahujú chróm len vo forme Cr3+. V poslednom období sa začínajú používať kombinované ochranné vrstvy - chromát a polymér (acetáty, mikromnožstvá polyoxietylénalkylfenolov a organosilikátov).
Eloxované povlaky
Medzi najvýznamnejšie povrchové úpravy hliníka a jeho zliatin patrí anodická oxidácia (eloxovanie). Eloxované povlaky vynikajú vysokou koróznou odolnosťou, značnou tvrdosťou a oteruvzdomosťou. Sú veľmi dobrými elektrickými izolátormi. Eloxované povlaky hliníka a jeho zliatin sa využívajú v architektúre, v automobilovom priemysle, v doprave, v elektrotechnike, ale aj na výrobky dennej potreby.
Pri anodickej oxidácii sa vytvára na povrchu hliníka vo vhodných kúpeľoch povlak oxidu hlinitého pôsobením jednosmerného alebo striedavého prúdu. Upravovaný predmet je upevnený na závesoch ako anódy, katódy tvorí hliník, olovo, titán alebo nehrdzavejúca oceľ. Zjednodušene možno reakčný mechanizmus tvorby anodického povlaku v kúpeli s kyselinou sírovou opísať týmito reakciami:
Anóda: 2 Al + 3 SO42- + 3 H2O - 6 e- → Al2O3 + 3 H2SO4
Al2O3 + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3 H2O
Katóda: 2 H3O+ + 2 e- → H2 + 2 H2O
Reakcia Al2O3 + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3 H2O je nežiaduca, pretože rozpúšťa vytvorený oxid hlinitý a zároveň viaže voľnú kyselinu sírovú, čím sa znižuje vodivosť oxidačného kúpeľa. Spätné rozpúšťanie vytvoreného povlaku prebieha tým rýchlejšie, čím je vyššia teplota a koncentrácia kyseliny v elektrolyte. Dobré chladenie a miešanie kúpeľa významne potláča rozpúšťanie vytvoreného povlaku. Pri bežnej anodickej oxidácii v kyseline sírovej a pri použití jednosmerného prúdu je zvyčajná anódová prúdová hustota jA = 1 až 1,5 A.dm-2, teplota 18 až 20°C a počas 40 až 60 min sa dosiahne hrúbka povlakov 10 až 20 μm. Tvrdé anodické povlaky vznikajú v chladených a intenzívne miešaných kúpeľoch. Pracovná teplota je -5 až +5°C, anódová prúdová hustota jA = 2,5 až 5 A.dm-2. Ich hrúbka býva 30 až 75 μm.
Okrem kyseliny sírovej sa používajú na anodickú oxidáciu aj iné kúpele, a to roztoky obsahujúce kyselinu šťaveľovú, fosforečnú, a roztoky, ktoré obsahujú oxid chrómový. Štruktúru anodicky oxidovanej vrstvy Al2O3 tvorí bezpórovitá veľmi tenká bariérová vrstva na rozhraní s kovom a vonkajšia podstatne hrubšia pórovitá časť povlaku. Často sa vychádza z predstavy o pravidelnej štruktúre vrstiev, ktoré pozostávajú z hexagonálnych buniek, ktorých stredom prechádzajú póry (obr. 2). Priemer pórov závisí od druhu použitého elektrolytu, hrúbka vrstvy od použitého napätia pri oxidácii. Oxidová vrstva hliníka, vytvorená anodickou oxidáciou, sa môže ďalej vyfarbovať jednou z troch metód, ktoré sa odlišujú charakterom vyfarbujúcej látky a jej polohou v oxidovom filme.
Adsorpčné vyfarbovanie, pri ktorom organické farbivá alebo anorganické pigmenty vstupujú do otvorov pórov v oxidovom povlaku a sú adsorbované v oblasti susediacej s povrchom oxidového povlaku.
Elektrolytické integrálne vyfarbovanie spočíva v tom, že povrch hliníka je súčasne eloxovaný i vyfarbovaný. Farebný efekt sa dosiahne v dôsledku špeciálnej mikroštruktúry Al2O3 a superpozíciou jemných častíc zabudovaných priamo vo vnútri oxidovej vrstvy.
Elektrolytické vyfarbovanie, pri ktorom sa najprv v prvom stupni vytvorí oxidový film. V druhom stupni sa koloidné čiastočky kovu ireverzibilne ukladajú na dne pórov oxidového filmu pôsobením striedavého prúdu na roztok soli príslušného kovu. Podobne ako pri integrálnych farebných povlakoch, farebnosť sa dosiahne rozptylom svetla na kovových čiastočkách. Tento spôsob vyfarbovania anodicky oxidovaného hliníka našiel svoje uplatnenie vo výrobe selektívnych vrstiev pre solárne kolektory.
Utesňovanie pórov
Anodickou oxidáciou vytvorená pórovitá vrstva na hliníku a jeho zliatinách má veľký špecifický povrch. Ak sa tieto póry nezaplnia (napr. vyfarbovaním) alebo neuzavrú, potom bude mať anodicky oxidovaný povlak menšiu koróznu odolnosť a vyššiu navlhavosť. Medzi používané spôsoby utesňovania eloxovaného hliníka patrí napr. utesňovanie horúcou destilovanou alebo deionizovanou vodou (hydro termálny spôsob), vodnou parou, organickými roztokmi, anorganickými pigmentami alebo studeným utesňovaním v roztokoch, ktoré obsahujú katióny Ni2+ a anióny F-. Novou metódou je uzatváranie pórov metódou sól-gél.

Organické povlaky
Aplikácia organických povlakov na povrch súčiastok patrí medzi najbežnejší spôsob ochrany proti atmosférickým vplyvom. Používajú sa na ochranu kovových výrobkov a konštrukcií pred koróziou, predovšetkým proti účinkom atmosféry a vody. Akosť povlakov zahrňuje ich ochrannú účinnosť a vzhľadovú stálosť. Ochranná účinnosť je výslednicou dvoch vzájomne sprevádzaných funkcií povlakov - bariérového mechanizmu a schopnosti blokovať povrch kovu.
Organické povlaky sú organické látky, ktoré sú v stave polotekutosti alebo tekutosti. Po nanesení a zaschnutí náteru na povrchu súčiastky vzniká neprerušovaný mechanický trvanlivý povlak.
Rozdelenie organických povlakov:
a) Povlaky z náterových látok
Ochranná účinnosť povlakov z náterových látok je ovplyvnená:
Náterová látka je zložená z nasledujúcich základných zložiek:
Spôsoby nanášania povlakov z náterových látok
Môže sa realizovať nasledovnými spôsobmi:
Pneumatické striekanie – použitie tejto technológie je univerzálne, ako v kusovej tak aj v hromadnej výrobe. Je možné ním nanášať všetky druhy náterových hmôt, okrem náterových hmôt pigmentovaných olovom alebo inými toxickými látkami.
Striekacie pištole, používané pri aplikácii tejto technológie, poznáme:
- s hornou nádobkou (spádové), obr.1,
- so spodnou nádobkou (nasávacie), obr.2,
- s tlakovým prívodom náteru z tlakového zásobníka.



b) Povlaky z polymérnych materiálov
Povlaky z polymérnych materiálov sú vyrábané vo forme veľmi jemného prášku s priemernou hodnotou veľkosti zrna 40-50 µm. Po aplikácii na predupravený kovový substrát je nevyhnutné nanesený materiál ohriať v peci za účelom dosiahnutia kompaktného povlaku.
Okrem základného systému živice s vytvrdzovacím činidlom (spojivo/tvrdidlo) výslednú práškovú náterovú hmotu tvoria:
- pigmenty - prispievajú k farebným a krycím vlastnostiam práškových náterov,
- plnidlá (výplne) - znižujú cenu východiskových surovín a dávajú aplikáciám ich vlastnosti.
- prísady - napomáhajú užitočným vlastnostiam (rozliv filmu, tvorba textúry a štruktúry).
Ich hlavnými ekologickými výhodami sú:
Nanášanie práškových povlakov z polymérnych materiálov na základný materiál je možné realizovať:

c) Povlaky pre dočasnú ochranu
Dočasná protikorózna ochrana je ochrana proti atmosférickej korózii ako nechránených kovových povrchov výrobkov či zariadení (tzn. povrchov bez trvalej, protikoróznej ochrany náterovými systémami, alebo galvanicky pokovovanými), tak povrchov s trvalými protikoróznymi ochranami po dobu ich skladovania či prepravy od výrobcu k užívateľovi. Dočasná protikorózna ochrana zabezpečuje výrobky pred koróznym poškodením iba po určité obdobie, než dôjde k vlastnému používaniu výrobkov, t.j. v priebehu ich skladovania a prepravy.Kritériom pre výber prostriedkov dočasnej ochrany je požadovaná doba ochrany, ktorá môže byť:
- medzioperačná (do jedného mesiaca),
- krátkodobá (do šiestich mesiacov),
- strednodobá (max. do 2 rokov),
- dlhodobá (až do 10 rokov – špeciálne prípady: vojenská technika, technika pre prípady katastrof a pod.).
Smalty
Sú to povlaky na báze silikátových skie, ktoré sa aplikujú na ochranu kovových materiálov. Nanášajú sa väčšinou vo forme vodných suspenzií sklovitých fáz (mokré smaltovanie), alebo vo forme prášku. Pri následnom vypaľovaní vznikne súvislý sklovitý povlak, ktorý je prostredníctvom adhéznej medzivrstvy pevne spojený s podkladom.
Základom štruktúry smaltu je sklo, čo je amorfná pevná látka, ktorá vzniká spravidla stuhnutím taveniny bez kryštalizácie. Na rozdiel od kryštalických látok (napr. keramiky) štruktúra skla nemá pravidelné usporiadanie na dlhšie vzdialenosti. Sklo vznikne ochladzovaním východiskovej látky z kvapalného stavu takou rýchlosťou, že sa nestihne vytvoriť pravidelná štruktúrna mriežka.
Sklo sa dá vytvoriť z rôznych anorganických i organických látok:
prvky: S, Se, Te, P
oxidy: B2O3, SiO2, GeO2, P2O5, As2O3 a ďalšie
boridy, kremičitany: Na2B4O7, Na2Si2O5 a iné
iné zlúčeniny: BeF2, AlF3, ZnCl2 a iné.
Druhy smaltových povlakov
Základnou zložkou na prípravu smaltového povlaku je smaltárska frita (brečka). Je to sklovitý anorganický materiál, ktorý vzniká tavením zmesi smaltárskych surovín a prudkým ochladením. Ochladenie sa realizuje odliatím taveniny do vody, alebo medzi valce chladené vodou. Chemické zloženie frity ovplyvňuje väčšinu vlastností smaltového povlaku.
Z hľadiska vrstiev sa smalty delia na:
Úlohou základných smaltov je vytvoriť adhéznu medzivrstvu medzi kovom a vrchným smaltovým povlakom. Základný smalt nie je možné použiť ako funkčný povlak. Po nanesení a vypálení základného smaltu sa naňho nanesie krycí smalt a opäť sa vypáli, obr. 1.

Krycí smalt je funkčný povlak, ktorý je nositeľom požadovaných vlastností povlaku. Podľa vzhľadových vlastností krycie smalty môžu byť:
Jednovrstvové smalty sú špeciálnym typom základných alebo krycích smaltov, u ktorých je zloženie frity upravené tak, aby pri nanášaní priamo na oceľový plech bola zaistená dostatočná adhézia ku kovu a požadované funkčné vlastnosti zodpovedali požiadavkám na povlak.
Rozdelenie smaltov podľa spôsobu nanášania:
Technologický postup smaltovania
Predúprava povrchu – odmastenie, morenie.
Nanášanie smaltu:
Máčaním – používa sa pri výrobkoch menších rozmerov prevažne na aplikáciu základného smaltu. Rovnomernosť nanesenia smaltu na podklad závisí od reologických vlastností brečky.
Polievaním – sa používa najčastejšie pri aplikácii krycích smaltov, zväčša u tvarovo náročných výrobkov.
Striekaním – je rozšírená metóda nanášania smaltov predovšetkým na rozmerné a tvarovo náročné výrobky. Táto metóda sa dá dobre mechanizovať, automatizovať a robotizovať. Hlavnou nevýhodou je vysoký odpad smaltu prestrekom.
Elektroforetickým nanášaním – máčanie výrobkov, kedy elektricky nabité častice v smalte vo vodnom prostredí sa pohybujú smerom k povlakovanému výrobku s opačným nábojom. Pracuje bez strát smaltov a dosahuje sa vysoká kvalita povlakov.
Nanášanie v elektrickom poli vysokého napätia – využíva elektrické pole, v ktorom častice smaltu získajú elektrický náboj a pohybujú sa k výrobku s opačným nábojom. Táto metóda sa masívne využíva pre suché i mokré smaltovanie.
Sušenie smaltu sa týka mokrého smaltovania. Pred vypálením sa musí vrstva smaltu vysušiť, aby počas vypaľovania nedochádzalo k masívnemu odparovaniu kvapalnej zložky smaltu a vzniku pľuzgierov. Suší sa pri teplotách 80-100°C v komorách alebo kontinuálnych sušiarňach.
Vypaľovanie smaltu. Suchá vrstva smaltu sa vypaľuje pri teplotách 800-900°C, kedy vznikne sklovitá vrstva s dobrou priľnavosťou ku kovu.
Ukážka práce pri anášaní smaltu za mokra, za sucha, proces vypaľovania smaltu v peci a krivka vypaľovania smaltu sú uvedené na obr. 2-4.



Chyby smaltových povlakov
Typické chyby vznikajúce v smaltových povlakoch sú uvedené v tab. 1.


Vlastnosti smaltových povlakov
Korózne vlastnosti
Vysoká chemická odolnosť patrí medzi základné priaznivé vlastnosti smaltov. Smaltový povlak veľmi dobre odoláva atmosferickej korózii. Výrazne vyššiu koróznu odolnosť majú smaltové povlaky, ktoré obsahujú v sklovitej fáze určitý podiel kryštalickej fázy.
Vysoká chemická odolnosť patrí medzi základné priaznivé vlastnosti smaltov. Smaltový povlak veľmi dobre odoláva atmosferickej korózii. Výrazne vyššiu koróznu odolnosť majú smaltové povlaky, ktoré obsahujú v sklovitej fáze určitý podiel kryštalickej fázy.
Tepelné vlastnosti smaltov
Tepelná vodivosť smaltov pri teplote 313 K je 0,093 – 0,114 W.m-1.K-1 a závisí na množstve pórov v povlaku. Dôležitou vlastnosťou smaltu je jeho tepelná rozťažnosť. Tepelná rozťažnosť smaltu musí byť nižšia ako rozťažnosť podkladového kovu, čím sa vylúčia ťahové napätia v smaltovom povlaku.
Bežné smalty znášajú dlhodobo teploty 400-500°C. Pre špeciálne aplikácie v energetike, leteckej a kozmickej technike sú určené žiaruvzdorné smalty, ktoré odolávajú teplotám 900-1100°C.
Mechanické vlastnosti smaltov
Väzby medzi atómami v smaltoch sú smerového charakteru (iónová, kovalentná). Podiel kryštalickej a sklovitej fázy značne ovplyvňuje mechanické vlastnosti smaltu. Veľký vplyv má aj pórovitosť povlaku. Pevnosť smaltov v ťahu je 70 – 90 MPa a je podstatne nižšia ako pevnosť v tlaku, ktorá je 700-1300 MPa. Tvrdosť smaltov zodpovedá minerálom podľa Mohsovej stupnice 5 - 7. Z tvrdosti smaltu vyplýva jeho značná odolnosť voči abrazívnemu opotrebeniu.
Smalty sú charakteristické nízkou lomovou húževnatosťou. Odolnosť voči mechanickým rázom sa stanovuje ako kinetická energia, pri pôsobení ktorej smalt ešte ostane celistvý.
Podkladové materiály pre smaltovanie a požiadavky na ich vlastnosti
Najčastejšie sa smaltujú:
- oceľové plechy
- sivá liatina
- neželezné kovy (hliník, meď)
Oceľové plechy.
Bežná oceľ na smaltovanie patrí k podeutektoidným nízkouhlíkovým oceliam. Zvláštna pozornosť sa venuje uhlíku, lebo pri vypaľovaní smaltu na fázovom rozhraní kov – smalt prebiehajú reakcie, pri ktorých vznikajú plynné produkty (H2, CO, CO2, CH4), ktoré spôsobujú chyby povlaku. Uhlík tiež znižuje teplotu alotropickej premeny železa, čím dochádza k objemovým zmenám a deformácii výrobkov. Preto by obsah uhlíka v oceli určenej na smaltovanie nemal prekročiť hodnotu 0,1 %, obsah Mn do 0,35 %, Si do 0,1-0,2 %, P do 0,3-0,4 %, S do 0,03-0,04 %, Al do 0,008-0,01 %, Cu 0,01 %. Na smaltovateľnosť ocelí veľmi priaznivo pôsobí nikel.
Vo feritickej štruktúre nízkouhlíkovej ocele by mal byť cementit v globulárnej forme rovnomerne rozložený v základnej matrici.
Sivá liatina. Na smaltovanie sa používa iba sivá liatina s perlitickou matricou, ktorá sa pri vypaľovaní smaltu mení na feritickú štruktúru s rovnomerne rozdeleným lamelárnym grafitom. Sivá liatina musí byť bez pórov, trhlín a ďalších necelistvostí. Po otryskaní musí mať stredne drsný rovnomerný povrch.
Predúpravy povrchu
Nevyhnutným predpokladom dobrého výsledku realizovaného technologického procesu pred povrchovou úpravou je správna príprava povrchu. Technológie predúprav povrchov zastávajú významné miesto v protikoróznej ochrane strojných súčiastok. Ich cieľom je vyčistiť a kvalitatívne pripraviť povrch tak, aby následná povrchová úprava mohla dosiahnuť požadované vlastnosti a mohla dostatočne plniť svoju funkciu.
Predúpravy povrchu delíme na:
- mechanické
- chemické
Mechanické predúpravy povrchu
Cieľom mechanických predúprav povrchu je:
- odstrániť cudzie i vlastné nečistoty mechanickým narušením ich väzby k podkladu účinkom vhodného nástroja,
- odstrániť prípadné defekty povrchu a štruktúrne nedostatky povrchu,
- zväčšiť skutočnú plochu povrchu,
- aktivovať povrch.
Patria sem nasledujúce metódy predúprav:
- brúsenie
- leštenie
- kefovanie
- omieľanie
- tryskanie
Predúprava povrchu brúsením, leštením , kefovaním
Tieto spôsoby predúprav povrchov sa realizujú ručne alebo strojovo.

Predúprava povrchu omieľaním
Omieľanie je to hromadná predúprava povrchu, pri ktorej sa dávka výrobkov, zväčša odliatkov, výliskov menších rozmerov vzájomne otĺka v bubne, ktorý vykonáva rotačný, vibračný alebo kombinovaný pohyb, obr.2. Môže prebiehať za sucha, alebo s pridaním kvapalín s odmasťovacím účinkom alebo s prídavkom inhibítorov korózie. V prípade potreby sa do bubna pridávajú omieľacie telieska z rôznych materiálov (piesok, oceľový granulát, kamienky, korundové telieska, plastové telieska plnené abrazivom a pod.) a rôzneho tvaru.

Predúprava povrchu tryskaním
Tryskanie je produktívny spôsob čistenia, odstraňovanie okovín a koróznych splodín pri súčasnom vytvorení vhodnej mikrogeometrie a spevnení povrchu. Nástrojom je tryskací prostriedok – tvorený rôzne veľkými časticami z materiálov rôzneho charakteru, tvaru guľatého – granulát, obr. 3 alebo ostrohranného – drvina, obr. 4. Ostrohranný tryskací prostriedok je určený najmä pre úber materiálu, guľatý na spevňovanie a odokoviňovanie materiálu.

Spôsoby tryskania a tryskacie zariadena
Podľa spôsobu unášania tryskacieho prostriedku rozdeľujeme tryskacie zariadenia na:

b) Chemické predúpravy povrchu
Cieľom chemicko-fyzikálnych predúprav povrchu je:
- odstrániť cudzie i vlastné nečistoty chemickým, resp. chemicko-fyzikálnym narušením ich väzby k podkladu účinkom vhodného nástroja,
- odstrániť prípadné defekty povrchu a štruktúrne nedostatky povrchu,
- zväčšiť skutočnú plochu povrchu,
- aktivovať povrch.
Patria sem nasledujúce metódy predúprav:
- odmasťovanie
- morenie
- dekapovanie
- odhrdzovanie
Odmasťovanie – je odstránenie cudzích nečistôt priľnutých k povrchu (tuky, oleje, vosky, chladiace kvapaliny, vazelíny), a to:
Z hľadiska spôsobu nanášania odmasťovadla sa odmasťovanie môže realizovať:
- ponorom - najjednoduchší a najlacnejší spôsob. Využíva sa hlavne pri miernom znečistení povrchu.
- postrekom - pri stredne silnom znečistení,
- odmasťovanie ultrazvukové - je nevyhnutné využiť ultrazvukovú energiu, obr.6,
- elektrolytické odmasťovanie - odstraňuje z povrchu posledné zvyšky mastnôt a iných nečistôt. Je vhodný tam, kde sa na čistotu povrchu kladú veľké požiadavky. Ide o odmasťovanie zintenzívnené prechodom prúdu, založené na princípe elektrolýzy.

Morenie – slúži na odstránenie oxidov z povrchu rozpúšťaním (odlupovaním a odleptávaním) v kyselinách. Najčastejšie v HCl, H2SO4, HNO3.
Dekapovanie – slúži na odstraňovanie tenkých oxidických vrstiev a aktiváciu povrchu pred vlastnou povrchovou úpravou.
Odhrdzovanie – slúži na čistenie predmetov, ktoré skorodovali počas používania alebo skladovania. Používa sa tiež ako predúprava pred vlastnou povrchovou úpravou alebo v rámci renovácií a obnovy povrchovej úpravy.
Mäsiarska 74
040 01 Košice - Old town
Slovak Republic
Department of Technology, Materials and Computer-Aided Technologies
Institute of Technology and Materials Engineering
Faculty of Mechanical Engineering
Technical University of Košice
Head of the department and director of the institute: prof. Ing. Emil Spišák, CSc.
phone: 055/602 3502
e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
Secretariat: Ing. Eva Krupárová
phone: 055/602 3502
e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
https://www.facebook.com/KatPPT