Koroze a ochrana před korozí

Definice koroze

Korozí se rozumí samovolné vzájemné působení mezi prostředím a materiálem, které má za následek znehodnocení materiálu.

Význam koroze

Korozi podléhají téměř všechny materiály, nejen kovy a jejich slitiny. Objevuje se také u jiných anorganických materiálů (sklo, beton atd.) i u materiálů organických (pryž, plasty atd.). Způsob znehodnocování materiálu může být různý, od nežádoucí změny vzhledu po úplný rozpad.

Koroze představuje značné ekonomické ztráty. Odhaduje se, že v ČR způsobí koroze ztrátu ve výši asi 25 miliard Kč ročně. Rozlišují se dvě skupiny ztrát způsobených korozí: přímé a nepřímé.

Do přímých ztrát se započítávají náklady na opatření zabraňující korozi, náklady na opravy poškozených zařízení a náklady spojené s úplným vyřazením zařízení poškozeného korozí.

Nepřímé ztráty jsou ztráty způsobené snížením nebo zastavením výroby v důsledku poškození zařízení korozí. V některých případech mohou být nepřímé ztráty mnohonásobně větší než ztráty přímé.

Druhy koroze

Korozi můžeme posuzovat a rozlišovat podle několika hledisek.

Podle mechanismu vzniku je rozlišována koroze

- chemická, kdy dochází pouze k chemickým reakcím mezi prostředím a materiálem; probíhá v elektricky nevodivém prostředí

- fyzikálně-chemická, kdy kromě působení chemického dochází ještě ke vzniku elektrických (galvanických) článků, jejichž součástí je také sledovaný materiál; probíhá v elektricky vodivém prostředí a proto je také nazývána korozí elektrochemickou.

Podle prostředí, ve kterém koroze probíhá, je rozlišována koroze

- atmosférická

- v kapalinách

- v plynech

- v půdě.

Atmosférická koroze je nejčastější. Její působení závisí především na obsahu vlhkosti a agresivních plynných a tuhých rozpustných nečistot ve vzduchu (SO2, NaCl, H2S, Cl2, HCl, NO2, NH3, CO2).

Nejčastějším případem koroze v kapalinách je koroze ve vodách. Je způsobována znečištěním vody agresivními látkami ve formě kapalné, plynné i tuhé. Rychlost koroze ve vodách je ovlivněna zejména obsahem kyslíku.

Koroze v jiných kapalných chemických látkách je speciální záležitostí.

Koroze v plynech je závislá na jejich složení a na obsahu kyslíku. Největší význam pro praxi má chemická koroze probíhající v plynech za vyšších teplot, kdy plyny neobsahují vlhkost.

Koroze v půdě je v podstatě korozí v složitém chemickém prostředí, protože půda obsahuje tuhé, kapalné
i plynné agresivní látky.

Podle typu napadení materiálu může být koroze

- rovnoměrná, kdy je napaden celý povrch prakticky stejnoměrně

- nerovnoměrná, kdy napadení je rozdílné; podle způsobu napadení rozlišujeme nerovnoměrnou korozi

- skvrnitou  

- důlkovou  

- bodovou  

- mezikrystalickou, kdy koroze probíhá na hranicích krystalů

- transkrystalickou, kdy koroze probíhá napříč krystaly

- selektivní, kdy jsou napadány pouze některé složky materiálu.

Skvrnitá, důlková a bodová koroze se vzájemně odlišují poměrem velikosti povrchové plochy k hloubce zasažení Zvlášť nebezpečné jsou koroze mezikrystalická a transkrystalická, které probíhají pod povrchem materiálu a proto způsobené narušení není při běžné prohlídce zřejmé.

Princip elektrochemické koroze

Při vodivém spojení dvou nebo více materiálů s různým elektrodovým potenciálem nebo při vnějším vodivém spojení složek heterogenního materiálu vzniká elektrický článek. Je tvořen

- anodou, kterou se stává materiál s nižším elektrodovým potenciálem, tzv. méně ušlechtilý

- katodou, kterou se stává materiál s vyšším elektrodovým potenciálem, tzv. ušlechtilejší

- elektrolytem, kterým je vodivý roztok spojující anodu a katodu.

V popsaném elektrickém článku anoda vysílá do spojujícího prostředí více iontů, než sama přijímá. U katody jsou poměry obrácené. Proto se celkově anoda rozpouští, ubývá, zatím co katoda zůstává prakticky nedotčena nebo nabývá.

V následujícím přehledu jsou vybrané prvky seřazeny vzestupně podle svého elektrodového potenciálu ve vztahu k potenciálu vodíku (H) jako prvku porovnávacímu

Mg,    Al,    Zn,    Cr,    Fe,    Cd,    Ni,    Sn,    Pb    H      Cu,     Ag,     Au

                                   <           záporné elektrodové potenciály            >     0      <kladné el. pot.>

Nejčastější vnější činitelé urychlující korozi

Průběh koroze není závislý pouze na chemickém složení prostředí a druhu materiálu. Koroze je urychlována dalšími vlivy, kterými jsou zejména

- mechanické namáhání

- únava materiálu

- nevhodné tepelné zpracování

- působení bludných elektrických proudů atd..

Způsoby ochrany před korozí

Volba způsobu ochrany materiálu před korozí musí být založena na komplexním rozboru daného problému. To znamená, že je nutno sledovat

- vlastnosti různých materiálů, přicházejících pro dané užití v úvahu

- vlastnosti prostředí, kterému bude zařízení vystaveno

- funkci zařízení

- hledisko hospodárnosti a řadu dalších hledisek.

Hlavními způsoby, kterými se dosahuje potřebné ochrany před korozí, jsou

- volba vhodného materiálu

- vhodné konstrukční řešení

- optimální technologie výroby

- úprava prostředí

- elektrochemická ochrana

- povrchové úpravy.

Volba vhodného materiálu

Při výběru materiálu vhodného pro dané prostředí platí zásada volby takového materiálu, který splňuje funkční požadavky a u kterého jsou dlouhodobé náklady na pořízení a údržbu zařízení nejnižší. Řešení tedy nespočívá ve volbě materiálu, který by danému prostředí odolával absolutně. Takový požadavek by samozřejmě byl nesplnitelný.

Odolnost materiálu vůči určitému prostředí závisí na

- vlastní povaze materiálu, například jeho elektrodovém potenciálu; čím vyšší elektrodový potenciál materiál má, tím lépe odolává elektrochemické korozi

- složení materiálu a jeho struktuře; kovy s vyšší chemickou čistotou lépe odolávají korozi, heterogenní slitiny bývají málo odolné proti selektivní korozi

- schopnosti materiálu vytvářet na svém povrchu pasivní vrstvy; příkladem jsou vrstvy oxidů u Al, Ti, Cr nebo Mg, které zabraňují dalšímu pokračování koroze

- schopnosti materiálů vytvářet stabilní korozní vrstvy, které zabraňují pronikání korozních činidel k materiálu.

Vhodné konstrukční řešení

Podstata vhodného konstrukčního řešení spočívá v předcházení chybám, které korozi podporují. Jsou to zejména

- dlouhodobý styk materiálu s agresivním prostředím; snahou je navrhnout tvar součástí a zařízení tak, aby nikde nedocházelo k usazování agresivních látek a aby plocha styku materiálu s agresivním prostředím byla co nejmenší

- koncentrace namáhání v určitých místech součástí; snahou je, aby rozložení namáhání bylo rovnoměrné

- vibrace; konstrukce zařízení by měla vibracím zabránit nebo je alespoň tlumit

- nerovnoměrné tepelné zatížení součástí; konstrukce by měla vyloučit místní přehřívání zařízení a dostatečný odvod tepla

- vytváření korozních makročlánků; při spojování materiálů s různým elektrodovým potenciálem je nutno zabránit vzniku makročlánků vzájemnou izolací

- vysoké rychlosti proudění tekutin a náhlé změny směru proudění, které mají za následek odtrhávání vzniklých korozních produktů; například při dimenzování potrubí je cílem nalezení kompromisního řešení mezi investičními a provozními náklady

- nerespektování požadavků spojených s aplikací povrchových úprav.

Optimální technologie výroby

Technologické operace mohou nežádoucím způsobem ovlivnit odolnost materiálu vůči korozi. Nejčastějšími nepříznivě působícími faktory jsou

- vznik pnutí v důsledku použité technologie (svařování, tváření, tepelné zpracování)

- změny původní struktury na strukturu méně odolnou

- vznik elektrických makročlánků (svařování, při kterém má svar odlišné složení než okolní materiál)

- hrubý povrch po obrábění

- setrvání korozních produktů vzniklých při zpracování materiálu na povrchu, což má za následek snadnější usazování agresivních látek na povrchu.

Úprava prostředí

Cílem úpravy prostředí je snížení jeho agresivity. V podstatě se používají dvě metody:

- snížení vlhkosti prostředí, aby nedocházelo k její kondenzaci na povrchu materiálu a tím ke vzniku galvanických článků; k tomuto účelu jsou užívána vysoušedla, která na sebe váží vlhkost (kysličník vápenatý, kysličník hlinitý, silikagel)

- ovlivnění vlastností prostředí pomocí pasivačních prostředků, které zpomalují chemickou reakci, tzv. inhibitorů koroze (inhibice = zábrana, utlumení); k ochraně ocelí se užívá například dusitan sodný, který svou reakcí s korozním prostředím vytváří na povrchu ocelových součástí pasivní vrstvu; dalším známým inhibitorem se širším uplatněním je tzv. dichan.

Elektrochemická ochrana

Podstata spočívá v záměrném vytvoření galvanického makročlánku s požadovanou polarizací.

Elektrochemická ochrana se provádí dvěma metodami:

- katodická ochrana, při které se chráněný předmět stává katodou a je vůči působení korozních činidel imunní

- anodická ochrana, při které se chráněný předmět stává anodou a je vůči působení korozních činidel pasivní.

Katodická ochrana se provádí dvěma způsoby:

- pomocí obětované elektrody, která je zhotovena z materiálu s nižším elektrodovým potenciálem, než má chráněný materiál; například pro ochranu oceli se užívá obětovaná elektroda zhotovená ze Zn, Al, Mg

- pomocí stejnosměrného elektrického zdroje, kdy chráněný předmět je připojen na katodu a anoda je zhotovena z relativně málo rozpustného vodivého materiálu; tím bývá grafit, olovo, titan, korozivzdorné oceli.

Anodická ochrana je použitelná pouze u materiálů snadno vytvářejících pasivní vrstvu. Chráněný předmět se připojuje na anodu a silnou polarizací se posune jeho elektrodový potenciál do oblasti pasivity.

Povrchové úpravy.

Ochrana materiálu povrchovou úpravou je založena na některém z následujících principů:

- vytvořená povrchová vrstva je souvislá a nepropustná a tím dokonale izoluje chráněný materiál od okolního prostředí

- na povrchu chráněného materiálu je uměle vytvořena slitina s lepší odolností proti korozi

- na povrchu chráněného materiálu je uměle vytvořena sloučenina s lepší odolností proti korozi

- povrchová vrstva chrání základní materiál elektrochemicky metodou katodické ochrany

- povrchová vrstva obsahuje složky, které svým účinkem zmírňují agresivitu korozního prostředí.

Technologie povrchových úprav

Technologie povrchových úprav sestává ze dvou základních fází:

- přípravy povrchu před vytvářením ochranných povlaků a vrstev

- vlastním vytvořením ochranného povlaku nebo vrstvy.

Příprava povrchu před vytvářením ochranných povlaků a vrstev

Povrch součástí bezprostředně po výrobě zpravidla není vhodný k okamžitému vytváření ochranných vrstev a povlaků. Nemusí mít požadovanou jakost a může být znečistěn. Nečistoty povrchu jsou dvojího druhu:

- cizí nečistoty, které na povrchu ulpívají pouze adhézními silami; jsou to nejčastěji mastnoty a prach, čili nečistoty mechanické

- vlastní nečistoty, které jsou s povrchem spojeny chemickou vazbou; jsou to především korozní produkty, čili nečistoty chemické.

Účelem přípravy povrchu pak je

- odstranění hrubých nečistot a korozních produktů

- odmaštění

- dosažení požadované kvality povrchu.

Úpravy povrchu je možno podle jejich mechanismu rozdělit na

- mechanické - broušení

                         - leštění

                         - kartáčování

                         - omílání

                         - otryskávání

- fyzikálně-chemické     - odrezování

                                         - moření

                                         - chemické leštění

                                         - elektrochemické leštění

                                         - odmašťování - organickými rozpouštědly

                                                                     - vodnými alkalickými roztoky

                                                                     - elektrolyticky.

Jednotlivé způsoby přípravy povrchu mohou současně plnit více funkcí.

Mechanické způsoby přípravy povrchu

Broušení povrchu se provádí brusnými kotouči nebo brusnými pásy na stabilních nebo přemístitelných bruskách. Při broušení se povrch současně čistí a vyrovnává. Dosahuje se drsnosti Ra = 0,2 až 0,4.

Leštění se provádí textilními nebo plstěnými kotouči, na které je nanesena jemná brusná pasta nebo disperse. Používá se zpravidla po jemném broušení s cílem dosažení malé drsnosti (asi do Ra = 0,1). Leštěním je možno odstranit drobné nerovnosti povrchu, ale nikoli jeho vlnitost.

Kartáčování se užívá jednak k odstranění hrubých nečistot, jednak ke zjemnění povrchu po broušení. Provádí se rotačními kartáči s vlákny kovovými, přírodními nebo plastovými podle povahy odstraňovaných nečistot. Kotouče jsou upnuty na stabilních nebo přenosných bruskách. V nenáročných případech a zejména v kusové výrobě se používá i ručních kartáčů, nejčastěji s ocelovými drátky. Účelem kartáčování je odstranění nečistot a zjemnění povrchu materiálu. Někdy se proto zařazuje kartáčování po broušení.

Omílání je odstraňování nečistot a vyhlazování povrchu materiálu (asi na Ra = 0,3) vzájemným otloukáním a odíráním součástí. Pro zvýšení účinnosti omílání je možno k omílaným předmětům přidat pomocné prostředky, například rozdrcené zbytky vyřazených brusných kotoučů nebo kovová tělíska (například jehlance z bílé litiny). Někdy se omílání urychluje přidáním chemických činidel, například směsi vhodných kyselin. Při omílání dochází k odstraňování ostřin na výrobcích, zaoblování hran a ke zpevnění povrchu omílaných předmětů. Omílání se provádí v rotačních nebo vibračních bubnech nebo na omílacích pásech. Je vhodné zejména pro úpravu drobnějších předmětů ve velkosériové výrobě.

Otryskávání je vrhání proudu drti vhodného materiálu na povrch předmětů proudem vzduchu, vody nebo metacím kolem. Dochází k odstraňování nečistot a korozních produktů, ke zpevnění a zdrsnění povrchu. Jako otryskávací drti se užívá mletého korundu, ocelových kuliček nebo sekaného drátu, křemičitého písku, měděných zrn, rozdrcených skořápek ořechů nebo pecek a dalších. Výběr drti závisí na požadovaném účinku a stupni znečistění.

Fyzikálně-chemické způsoby přípravy povrchu

Odrezování je odstranění vrstev rzí s povrchu ocelových předmětů. Rez se rozpouští pomocí odrezovačů, obsahujících nejčastěji kyselinu fosforečnou. Aby kyselina nenapadala vlastní kov, ale pouze korozní produkty, přidávají se do roztoku inhibitory koroze. Odrezování se provádí u menších předmětů ponorem, u větších předmětů natíráním nebo postřikem, v obou případech za normální teploty.

Moření je odstraňování korozních produktů na bázi oxidů vzniklých při vyšších teplotách, například okují. Provádí se v kyselině solné, sírové, méně často fosforečné, dusičné nebo fluorovodíkové, zpravidla za teplot 60 až 80 °C. Někdy se užívá směsi jmenovaných kyselin. Do lázně je přidáván inhibitor koroze. Po moření a odrezování v kyselinách je nutno povrch materiálu opláchnout, případně neutralizovat.

Chemické leštění má za úkol odstranit drobné nerovnosti povrchu a snížit jeho drsnost. Je založeno na rozpouštění kovu v mírně proudící lázni vhodných kyselin, při kterém jsou výstupky povrchu rozpouštědly napadány výrazněji než prohlubeniny.

Elektrochemické leštění má stejný cíl jako leštění chemické. Je založeno na rychlejším rozpouštění výstupků povrchu v elektrolytu v důsledku zvýšené koncentrace elektrického náboje na hrotech.

Odmašťování organickými rozpouštědly je nejjednodušším způsobem odstranění mastnot z povrchu. Pro hrubé čistění se užívá petrolej, pro dokonalejší odmaštění benzin. Nevýhodou obou těchto rozpouštědel je jejich hořlavost. Lépe vyhovují rozpouštědla na bázi chlorovaných uhlovodíků jako trichloretylen nebo perchloretylen. Jsou nehořlavá, stálá, umožňují regeneraci destilací. Jejich nevýhodou jsou narkotizační účinky.

Odmašťování vodnými alkalickými roztoky spočívá ve zmýdelňování rostlinných a živočišných tuků
a olejů a v emulgaci (rozptýlení) mastných látek minerálního původu. Roztoky obsahují hydroxid sodný, sodu, fosforečnan sodný, boritany a polyfosfáty. Pro urychlení postupu se roztok zahřívá na 70 až 90 °C.

Elektrolytické odmašťování je založeno na elektrolýze alkalických roztoků, při které může být odmašťovaný předmět zavěšen na katodu nebo anodu. Je-li předmět katodou, vzniká na jeho povrchu vodík, který strhává mastnoty s povrchu. Na anodě pak vzniká louh, který mastnoty zmýdelňuje. Je-li předmět anodou, rozpouští se jeho povrch za vzniku kyslíku.

Vytváření ochranného povlaku nebo vrstvy

Ochranné povlaky a vrstvy je možno podle jejich chemické povahy rozdělit do tří skupin:

- nekovové neorganické

- kovové

- organické.

Nekovové neorganické povlaky a vrstvy

Nekovové neorganické povlaky a vrstvy chrání základní materiál především svou nepropustností pro korozní činidla, svou vyšší odolností proti korozi nebo pasivací povrchu chráněných kovů.

Do této skupiny povlaků a vrstev patří zejména

- konverzní vrstvy vytvořené - oxidací

                                                      - chromátováním

                                                      - fosfátováním

- keramické smalty

- vysokotavitelné keramické povlaky

- anorganické nátěry

- vyzdívky a obklady.

Konverzní vrstvy

Konverzní vrstvy jsou tenké vrstvy oxidů, fosforečnanů nebo chromanů, které vznikají chemickými nebo elektrochemickými reakcemi chráněného materiálu ve vhodném prostředí (konverze je chemická reakce, při které dochází k vzájemné výměně prvků reagujících látek).

Oxidace ocelí se provádí především v alkalických roztocích. Vzniklé vrstvy mají tloušťku 0,5 až 0,8 mm. Nabývají černé, modré nebo hnědé zabarvení podle složení a teploty lázně. Oxidace ocelí se používá jako ochrana proti korozi a současně pro dodání dekorativního vzhledu povrchu materiálu. Příkladem jsou výrobky optických a měřicích zařízení nebo zbraně. Vytvořené vrstvy se zpravidla impregnují.

Oxidace hliníku se provádí chemicky nebo elektrochemicky. V obou případech na povrchu materiálu vzniká vrstva oxidu hlinitého. Elektrochemický proces, tzv. eloxování, je častější. Hliníkové předměty jsou spojeny s anodou, katodou jsou hliníkové nebo olověné desky, elektrolytem je vodný roztok kyseliny sírové, chromové nebo šťavelové. Eloxovaný povrch je porézní a proto se impregnuje oleji, vosky nebo laky. Pro dosažení dekorativního vzhledu se eloxovaná vrstva napouští anilinovými nebo alizarinovými barvivy. Účelem oxidace hliníku je ochrana proti korozi, ale také zlepšení vzhledu, zvýšení otěruvzdornosti a tvrdosti či vytvoření elektricky izolující vrstvy.

Fosfátování je postup, při kterém se chemickou cestou v lázni obsahující fosforečnan železnatý, zinečnatý nebo manganatý vytváří krystalická vrstva fosforečnanů zinku nebo manganu. Kromě ochranné funkce se vrstva vyznačuje schopností vázat na sebe některé organické látky (oleje, nátěrové hmoty), nízkým součinitelem tření a elektrickou izolací. Fosfátování se používá jako podkladová vrstva pod nátěry, elektrická izolace transformátorových plechů a kluzná vrstva u vzájemně se pohybujících součástí, případně jako dočasná úprava materiálů zpracovávaných tvářením (při tažení plechů nebo při protlačování).

Chromátování spočívá ve vytvoření vrstvy sloučenin chromu a podkladového (chráněného) kovu. Provádí se v horké lázni kyseliny chromité. Používá se u ocelí i neželezných kovů. Vedlejším efektem je zlepšení přilnavosti nátěrových hmot.

Keramické smalty

Keramické smalty jsou v podstatě sklovinou se speciálními vlastnostmi. Jejich základními složkami jsou kysličník křemičitý, kyselina boritá a uhličitan sodný nebo draselný. Chrání základní kov svojí nepropustností pro korozní činidla. Mají také funkci dekorační. Nanáší se máčením, poléváním nebo stříkáním. Po vysušení se vypalují za teplot 800 až 950 °C, přičemž se přitaví k základnímu kovu. Mohou se nanášet
v jedné nebo ve dvou vrstvách. Dvojvrstvé smalty se skládají ze základní vrstvy, jejíž složení zajišťuje přilnutí smaltu ke chráněnému kovu, a krycí vrstvy, která dodává úpravě žádané chemické, fyzikální, mechanické a vzhledové vlastnosti.

Vysokotavitelné keramické povlaky

Vysokotavitelné keramické povlaky jsou vrstvy oxidů, karbidů, nitridů, boridů nebo cermetů (tzv. cermet je slinutina kovu s keramikou). Nanáší se na chráněný kov žárovým stříkáním pomocí zvláštního zařízení, ve kterém je povlakový materiál taven kyslíkoacetylenovým nebo plasmovým hořákem. Mají velkou odolnost proti koroznímu prostředí včetně kyselin a to i za vysokých teplot, velkou tvrdost a malý součinitel tepelné a elektrické vodivosti. Tloušťka vytvořených vrstev je podle potřeby od 0,05 do 5 mm.

Anorganické nátěry

Anorganické nátěry jsou složeny ze zinku (90 až 95 %) a křemičitanu olovnatého jako pojiva. Vytvrzují se chemickou reakcí s fosforečnany. Nanášejí se natíráním nebo stříkáním. Základní materiál chrání katodicky.

Vyzdívky a obklady

Vyzdívky a obklady tvoří zvláštní skupinu metod ochrany materiálů. Základní kov se opatřuje zevně obkladem nebo zevnitř vyzdívkou z dlaždic nebo cihel zhotovených z kameniny, porcelánu, skla nebo kyselinovzdorného betonu. Spojení se provádí pomocí anorganických nebo pryskyřičných tmelů. Určeny jsou pro těžké korozní podmínky, zejména tam, kde dochází k abrazivnímu nebo tepelnému vlivu prostředí.

Kovové povlaky a vrstvy

Kovové povlaky a vrstvy se na chráněném materiálu uchycují třemi základními způsoby:

- chemicky a elektrochemicky

- fyzikálně

- mechanicky.

Svým elektrodovým potenciálem mohou být vůči chráněnému kovu

- ušlechtilejší, tj. tvoří katodu; pak chrání svou nepropustností

- méně ušlechtilé, tj. tvoří anodu; pak fungují na principu elektrické katodové ochrany.

Ve druhém případě je ochrany dosaženo nikoli rozpouštěním povlaku, ale vznikem vrstviček korozních produktů, které odolávají další korozi. Jako příklad je možno uvést vznik kysličníku hlinitého na hliníku nebo mikroskopické vrstvy kysličníků chrómu na jeho povrchu.

Nejčastějšími způsoby vytváření kovových vrstev a povlaků jsou:

- elektrolytické pokovování

- chemické pokovování

- žárové úpravy - ponorem

                            - difusní

                            - stříkáním

                            - napařováním ve vakuu

                            - plátováním.

Elektrolytické pokovování

Elektrolytické pokovování je založeno na disociaci molekul kovových solí ve vodném roztoku na ionty za působení stejnosměrného proudu. Po rozkladu solí přecházejí ionty kovu na katodu, ke které se vodivě připojí materiál, na němž se má vytvořit ochranná vrstva. Ionty druhé složky přecházejí na anodu. V principu existují dvě možná uspořádání:

- anoda je nerozpustná; pak je třeba doplňovat roztok dalšími dávkami kovové soli

- anoda je z nanášeného kovu; pak se ionty nekovové složky na anodě spojují s ionty emitujícími z anody za vzniku původní soli, která se opět rozkládá atd.; proces pokračuje až do úplného rozpuštění anody.

Lázně, ve kterých se provádí pokovování, obsahují kromě solí vylučovaného kovu přísady udržující kyselost nebo alkalitu roztoku, zvyšující elektrickou vodivost roztoku, zjemňující krystalizaci vylučovaného kovu a zvyšující lesk.

Nejčastěji vylučovanými kovy jsou měď, nikl, chrom, zinek, kadmium, cín a stříbro.

Měděné povlaky slouží zejména jako mezivrstvy pro složitější systémy pokovení nebo jako vlastní dekorativní vrstva. Ve druhém případě je její ochranná funkce menší.

Niklové povlaky se vyznačují nepropustností pro korozní činidla a lesklým vzhledem. Proto mají funkci ochrannou i ozdobnou.

Chromové vrstvy mají velkou odolnost proti korozi za normálních i zvýšených teplot, velkou tvrdost
a otěruvzdornost. Dekorativní chromování má tloušťku vrstvy 0,2 až 0,8 mm, tvrdé chromování až 200 mm. Tvrdé chromování se používá k vytvoření funkční vrstvy odolávající opotřebení na měřidlech, čepech, kluzných plochách, ale také na vnitřních plochách forem pro lití kovů a zápustek pro lisování.

Zinkové vrstvy fungující na principu anodového účinku dobře chrání ocel před atmosférickou korozí.

Cínové vrstvy mají vysokou odolnost proti korozi. Umožňují také lepší spojení součástí pájením. Nejsou jedovaté a proto se vytvářejí na předmětech, které přicházejí do styku s potravinami.

Stříbrné povlaky se používají pro zvýšení elektrické vodivosti v elektrotechnice a pro dekorativní účely
v bižuterii, u nádobí a příborů a u hudebních nástrojů.

Chemické pokovování

Podstatou chemického pokovování je vylučování kovu z roztoku jeho solí na povrch chráněného materiálu redukcí. Lázeň se skládá ze solí vylučovaného kovu, redukčního činidla, smáčedla a leskutvorných přísad. Účinnost redukčního činidla není dostatečná k vyvolání samovolné reakce, která je zahájena až vložením pokovovaných předmětů do lázně. Vyloučený kov se na povrchu předmětů usazuje velmi rovnoměrně a to na rozdíl od pokovování elektrolytického i v dutinách. Chemicky je možno vylučovat téměř všechny kovy. Nejčastěji se tak provádí mědění, cínování, chromování a niklování.

Žárové úpravy ponorem

Pokovované předměty se ponořují do roztaveného kovu, na jehož hladině plove tavidlo. Takto je možno vytvořit i povlaky o velkých tloušťkách a s malou pórovitostí. Metoda je použitelná jen v případě, že nanášený kov chemicky reaguje s kovem základním. Pro ochranu ocelí se používá cín, zinek, hliník a slitiny olova s cínem nebo antimonem, zatímco samotné olovo k oceli nepřilne.

Ze známých výrobků je touto metodou cínován plech na konzervy a ocelový drát, zinkovány ocelové plechy, dráty, pletivo a další, hliníkovány dráty a pásy.

Žárové úpravy difusní

Při difusních úpravách do povrchu chráněného kovu difunduje ochranný kov. Na povrchu vznikají slitiny obou kovů ve formě tuhých roztoků nebo chemických sloučenin. Nejčastěji se k difusi užívá zinku, hliníku a chromu, méně často titanu, berylia a niklu.

Scherardování je difusní zinkování prováděné zahříváním předmětů v práškovém zinku za teploty 350 až 410 °C. Má ochranný účel.

Alitování je difusní hliníkování s cílem dosažení žáruvzdornosti a korozní odolnosti ocelí. Provádí se žíháním v hliníkovém prášku.

Inchromování je difusní chromování prováděné ve směsi prášku chromu nebo v roztavených chromových solích při teplotě 900 až 1300 °C. Vzniklá vrstva má tloušťku od 0,05 do 0,3 mm a kromě odolnosti proti korozi se vyznačuje otěruvzdorností.

Žárové úpravy stříkáním

Žárové stříkání neboli metalizace je nanášení natavených částic ochranného kovu na povrch kovu základního pomocí speciálních pistolí. Do pistolí je nanášený kov přiváděn ve formě taveniny, v prášku nebo jako drát. Ve druhém a třetím případě se natavuje plamenem nebo elektricky, nověji pomocí plasmy. Na povrch předmětů je vrhán proudem vzduchu, s povrchem se spojí difusí. Žárového stříkání se užívá
k ochraně proti korozi, ale také k renovaci opotřebených součástí, ochraně proti vysokým teplotám, opravám porézních odlitků a dalším účelům. Nejčastěji stříkanými kovy jsou zinek a hliník.

Žárové úpravy napařováním ve vakuu

Podstatou napařování ve vakuu je usazování a kondenzace par kovů na povrchu základního materiálu.
K zintenzivnění odpařování je v uzavřeném pracovním prostoru vytvářen podtlak (částečné vakuum). Nanesená vrstva je velmi tenká (do 1 mm), vysoce lesklá. Metoda se užívá při nanášení kovů s nižší teplotou
odpařování. Známé jsou zrcadlové plochy vytvořené napařováním hliníku, například u automobilních reflektorů. Napařováním je možno vytvořit kovové vrstvy i na jiném základě než na kovu, například na plastech.

Žárové úpravy plátováním

Ochranná vrstva je vytvořena naválcováním, nalitím, navařením nebo napájením vhodného ochranného materiálu na materiál základní. Spojení nastává difuzí. Nejčastěji se nanáší hliník, mosaz, měď nebo nerezavějící ocel.

Organické povlaky a vrstvy

Materiály organického původu používané při ochraně proti korozi je možno rozdělit na

- nátěrové hmoty

- plasty

- oleje a vazeliny.

Organické povlaky z nátěrových hmot

Jsou nejrozšířenějším způsobem povrchové úpravy výrobků. Dobře chrání před korozí, působí dekorativně, jsou relativně levné a snadno proveditelné. Po nanesení vytvářejí souvislý film.

Základními složkami nátěrových hmot jsou

- filmotvorné látky

- plnidla

- pigmenty

- těkavé složky - rozpouštědla

                            - ředidla.

Filmotvorné látky jsou netěkavé látky schopné vytvořit tuhý a souvislý film požadované tloušťky. Nejčastěji se užívají

- vysychavé oleje: lněný, tungový (z tungovníku srdčitého)

- přírodní pryskyřice: kalafuna (tuhý zbytek po oddestilování terpentýnové silice z jehličnatých stromů), šelak (pryskyřice získaná z výpotků samiček různých červců), kopál (pryskyřice z některých tropických stromů)

- deriváty celulózy: nitrocelulóza, acetylcelulóza

- deriváty kaučuku: chlorovaný kaučuk, cyklizovaný kaučuk

- asfalty: přírodní, získané z ropy

- syntetické pryskyřice: alkalidy, epoxidy, vinylové polymery a další.

K filmotvorným látkám patří také změkčovadla, která se přidávají do nátěrových hmot pro zvýšení jejich pružnosti a vláčnosti po zaschnutí. Příklady změkčovadel jsou dibutylftalát, chlorovaný parafin, chlorovaný difenyl atd..

Plnidla zlepšují ochrannou schopnost nátěru a upravují jeho hustotu. Mohou působit jako inhibitory koroze. Známým plnidlem zvyšujícím ochrannou schopnost je suřík čili minium, Pb3O4, oxid olovnatý
a oxid olovičitý v poměru 2:1.

Pigmenty dodávají nátěrové hmotě zabarvení. Jsou to nejčastěji oxidy nebo soli kovů.

Těkavé složky umožňují nanesení nátěrové hmoty na chráněný povrch. Potom musí z hmoty uniknout, jinak by zhoršovaly vlastnosti ochranné vrstvy.

Rozpouštědla slouží rozpouštění filmotvorné látky. Je to například toluen, xylen, etylalkohol, etylacetát, aceton, terpentýnové silice.

Ředidla mají složení shodné s rozpouštědly nebo vznikají smísením několika rozpouštědel. Slouží k úpravě tekutosti nátěrové hmoty.

Označování nátěrových hmot

Pro zlepšení orientace byl zpracován systém označování nátěrových hmot. Označení se skládá z písmene, určujícího skupinu hmot, čtyřmístného čísla udávající druh hmoty a dalšího čtyřmístného čísla udávajícího barevný odstín.

Podle povahy jsou nátěrové hmoty:

                         asfaltové                        A                                            olejové                            O

                         bezrozpouštědlové       B                                             syntetické                       S

                         celulózové                      C                                             polyuretanové               U

                         chlorkaučukové            H                                            vodové a emulzní          V

                         silikonové                      K                                            pomocné přípravky       P

                         lihové                              L

Podle druhu jsou nátěrové hmoty rozděleny a označeny následovně:

                                                  fermeže, bezbarvé a transparentně obarvené laky         1000

                                                  pigmentové barvy a emaily                                               2000

                                                  pasty                                                                                     3000

                                                  tmely                                                                                     5000

                                                  ředidla                                                                                   6000

                                                  sušidla, tvrdidla, katalyzátory                                           7000

                                                  pomocné přípravky                                                            8000

U barevných odstínů jsou uvedeny pouze příklady:

1000 až 1999 šedé, 2000 až 2999 hnědé, 5000 až 5999 zelené, 8000 až 8999 červené, 9000 až 9999 ostatní.

Způsoby nanášení nátěrových hmot

- ruční

- stříkáním    - pneumatickým

                      - vysokotlakým

                      - v ohřátém stavu

                      - v elektrostatickém poli

- máčením

- elektrochemicky

- navalováním.

Ruční nanášení nátěrových hmot

Ručně se nátěrové hmoty nanášejí štětcem, válečkem nebo zvláštní rukavicí. Tento způsob je vhodný zejména pro kusovou výrobu a při větší sériovosti pouze tam, kde není možno použít produktivnější postup. Výhodou ručního nanášení jsou malé ztráty nátěrové hmoty a její velmi dobré přilnutí k základnímu materiálu.

Stříkání nátěrových hmot

Stříkání se provádí rozprašováním nátěrové hmoty zvláštní pistolí. K rozprášení dochází

- proudem vzduchu přiváděného do pistole (tzv. pneumatické nanášení)

- statickým tlakem pístu nebo vhodné vzdušiny na hladinu nátěrové hmoty v zásobníku (tzv. vysokotlaké nanášení)

- kmitavým pohybem pístu uvnitř pistole (tzv. vibrační nanášení).

Hustota stříkané nátěrové hmoty se upravuje jejím ředěním nebo ohřevem. Ve druhém případě je možno při jednom nástřiku nanést silnější vrstvu.

Při běžném stříkání jsou velké ztráty tzv. přestřikem, tj. rozprašováním mimo upravovanou plochu. Podstatně úspornější je stříkání v elektrostatickém poli. Částice stříkané hmoty procházejí prostorem elektrostatického pole, získávají elektrický náboj a usměrňují svůj pohyb k povrchu uzemněného upravovaného předmětu.

Nanášení nátěrových hmot máčením

Upravované předměty se vkládají do nátěrové hmoty a po vyjmutí se nechají okapat. Postup lze snadno mechanizovat, takže je velmi úsporný a produktivní. Používá se jak při výrobě kusové, tak při velkých seriích, ale pouze v případě vhodných tvarů předmětů. Nevhodné jsou předměty s dutinami, ze kterých by nátěrová hmota nevytekla, a předměty, které se opatřují nátěrovou hmotou pouze na části svého povrchu.

Elektrochemické nanášení nátěrových hmot

Upravované předměty se vkládají do lázně speciální nátěrové hmoty ředitelné vodou. Jsou spojeny se zařízením, vytvářejícím stejnosměrné elektrické pole, jehož působením jsou částice nátěrové hmoty k povrchu předmětů přitahovány. Výhodou je možnost řídit tloušťku nanesené vrstvy regulací proudových hodnot.

Navalování nátěrových hmot

Používá se u velkých plochých výrobků. Nátěrová hmota o vyšší hustotě je dopravována ze zásobníku pomocí válců a přitlačována k povrchu výrobku. Tato metoda je velmi výkonná, úsporná a dobře automatizovatelná, ale vyžaduje zvláštní strojní vybavení. Proto má uplatnění hlavně při vyšší sériovosti výroby.

Sušení nátěrů

Požadované vlastnosti, tj. odolnost proti korozi a vnějšímu namáhání, získává nátěrová hmota až po svém vysušení čili zaschnutí. To může být podle svého mechanismu

- fyzikální

- chemické.

Podstatou fyzikálního zasychání je odpaření těkavých látek, tj. rozpouštědel a ředidel. To znamená, že podmínkou zaschnutí je obsorbce těkavých látek okolním prostředím, například atmosférou. Fyzikálně zasychají nátěrové hmoty nitrocelulózové, chlorkaučukové, lihové, asfaltové a vodové. Fyzikálně zaschlé nátěrové hmoty je možno příslušným rozpouštědlem opět rozpustit.

Podstatou chemického zasychání je chemická reakce mezi jednotlivými složkami nátěrové hmoty nebo mezi nátěrovou hmotou a okolním prostředím. Zpravidla se jedná o oxidaci, polymeraci, oxypolymeraci, polykondenzaci nebo polyadici. V některých případech probíhá několik druhů chemických reakcí najednou. První fází chemického zasychání je ovšem také odpaření těkavých složek. Chemicky zaschlé nátěrové hmoty není možno znovu rozpustit.

Oba způsoby zasychání mohou podle povahy nátěrových hmot a vybavení výrobního provozu probíhat za běžné nebo zvýšené teploty. Podle toho se schnutí rozlišuje do tří skupin:

- zasychání za normální teploty, tj. při asi 20 °C, volně na vzduchu

- přisoušení při teplotách od 40 do 60 °C

- vypalování při teplotách 80 až 250 °C.

Přisoušení a vypalování se provádí

- ohřátým vzduchem

- infračerveným zářičem

- indukčně

- ultrafialovým zářením

- elektronovými zářiči.

Doba zasychání se pohybuje od několika minut při vypalování po několik dnů při fyzikálním zasychání (například u olejových nátěrových hmot).

 Organické povlaky z plastů

Povlaky z plastů jsou ochranné, a to proti korozi i opotřebení, i ozdobné. Někdy mohou mít i další funkce, například vytvářejí elektrickou izolaci nebo ochranu před tvrdým nárazem. Nejčastěji se k jejich vytvoření užívá polyvinylchlorid, polyetylén, polypropylen, polyamid, teflon, teflex, akrylát a celulóza, ale i některé reaktoplasty.

Vlastnosti vytvořených povlaků jsou stejné jako vlastnosti samotných použitých plastů. Důležitá je přilnavost plastu k základnímu materiálu.

Nejčastějšími způsoby nanášení jsou

- žárové stříkání

- vířivé, tzv. fluidní, nanášení

- naprašování v elektrostatickém poli

- nanesení disperse

- plátování.

U všech uvedených procesů se v určitých fázích užívá ohřevu.

Žárové stříkání

Princip žárového stříkání plastů je podobný principu stříkání kovů. Vzhledem k povaze plastů se ovšem užívají nižší teploty, aby nedošlo k rozkladu plastů. Částice plastu jsou nataveny pouze na povrchu. Základní materiál je při nanášení předehřát a teplem v materiálu akumulovaným dochází k úplnému slinutí povlaku.

Vířivé nanášení

Předměty ohřáté nad teplotu plastifikace nanášeného plastu se vkládají do prášku z plastu, zčeřeného ve zvláštních nádobách. Otvory dvojitého dna nádob je dovnitř přiváděn tlakový vzduch. Prášek se pak chová jako kapalina (fluidum), nastává v něm turbulentní proudění. Teplem akumulovaným ve vložených předmětech dochází na jejich povrchu k nabalování prášku a jeho plastifikaci. Plast pak k povrchu předmětů pevně přilne. Při dosažení požadované tloušťky nanesené vrstvy se předměty vyjmou a ochladí.

Naprašování v elektrostatickém poli

K nanášení prášku z plastu se užívá zvláštních pistolí, do jejichž trysky je prášek přiváděn ze zásobníku. Je vrhán prostorem s elektrostatickým nábojem podobně jako při stříkání nátěrových hmot v elektrostatickém poli. Částice prášku získávají elektrický náboj a dopadají na uzemněný předmět. Zde jsou elektrostatickým nábojem přidržovány až do své plastifikace, která se provádí ohřátím na 180 až 250 °C. Metoda je velmi výkonná a úsporná. Dovoluje vytvoření povlaků o tloušťce až 0,15 mm u nepředehřátých předmětů a až několika mm u předmětů předehřátých.

Nanesení disperse

Prášek z plastu se rozptýlí ve vhodné kapalině, například ve vodě nebo alkoholu, neboli se vytvoří disperse. Ta se nanáší na povrch předmětu způsobem závislým na jeho tvaru. Může to být nalití nebo ponoření. Předměty s nanesenou dispersí se vloží do ohřívacího zařízení s teplotou vyšší než je teplota plastifikace prášku. Dojde k plastifikaci a přilnutí prášku na povrch předmětů.

Plátování

Při plátování se na základní materiál nanáší vrstva ohřátého termoplastu, nejčastěji polyetylénu nebo polyamidu. Plátování se provádí zejména u plechů, kde se nahřátá folie z plastu o tloušťce 0,1 až 0,4 mm přitlačuje na povrch plechu válci. Podobně se opatřuje vrstvou plastu drát ve speciálních vytlačovacích lisech. Plátují se také trubky a to jak na vnějším, tak na vnitřním povrchu.

Organické povlaky na bázi olejů a vazelín

Vytváření vrstev olejů, tuků a vazelín na povrchu chráněných výrobků se používá na ochranu dočasnou
v případech, kdy není možné nebo vhodné vytvořit ochranu trvalejší. Je to například při déledobém skladování nebo při přepravě výrobků.

Požadavkem kladeným na tuto ochranu je kromě její účinnosti také snadnost nanesení a následného odstranění ochranných vrstev.

Od běžných olejů, tuků a vazelin se používané ochranné prostředky odlišují obsahem organických inhibitorů koroze.

Podle hustoty použitých prostředků se tyto nanášejí stříkáním, ponorem nebo štětcem. Odstraňují se setřením nebo pomocí organických rozpouštědel.