2015-07-16
Metalowe elementy, w zależności od przeznaczenia, są narażone na różne szkodliwe czynniki powodujące niszczenie materiału. Woda, powietrze, chemikalia, temperatura, te wszystkie składniki odpowiadają za procesy w rodzaju korozji, niszczenia termicznego czy zużycia mechanicznego.

 Jak chroni się metal przed tymi oddziaływaniami?  

Trwałość zagrożona z zewnątrz

Chociaż metale są jednymi z najtrwalszych materiałów stosowanych w przemyśle, to również one narażone są na pewne czynniki szkodliwe, które bezpośrednio zagrażają odporności. Chodzi tu zarówno o procesy chemiczne i elektrochemiczne, termiczne oraz mechaniczne. W zależności od przeznaczenia i zastosowania metali materiał ten narażony jest na oddziaływanie czynników szkodliwych, które bezpośrednio przekładają się na jego wytrzymałość. Uszkodzenia wywoływane pracą metalu lub bezpośrednim oddziaływaniem siły zewnętrznej mogą powodować odkształcenia, pęknięcia czy zagięcia. W celu podniesienia odporności metalu stosuje się stopy, które właściwie modyfikują właściwości materiału wpływając na własności technologiczne jak np. zmniejszona lub zwiększona plastyczność. Niszczenie termiczne metalu zależy od rodzaju, który przekłada się na temperaturę jego topnienia. W celu ochrony przed oddziaływaniem temperatury stosuje się najczęściej izolatory, które zabezpieczają materiał przed bezpośrednim oddziaływaniem źródła ciepła. Największym zagrożeniem dla właściwości odpowiadających za trwałość metalu jest korozja. Jest to proces stopniowego niszczenia tworzyw metalowych pod wpływem oddziaływania chemicznego i elektrochemicznego całego środowiska. Pod jego wpływem zmienia się stan i właściwości niszczejącego materiału prowadząc do jego degeneracji. Przykładem chemicznej korozji jest utlenianie metalu, na którym pod wpływem tego procesu tworzy się warstwa tlenku oraz korozja metali szlachetnych jak np. czernienie srebra na powietrzu. Najczęściej spotykanym rodzajem korozji jest jednak korozja elektrochemiczna, czyli efekt oddziaływania czynników atmosferycznych na materiał metalowy. Wilgotne powietrze oddziałuje najlepiej na niejednorodności chemicznej lub fizycznej metalu, czyli np. na styku różnych metali w przedmiocie. Jej efektem mogą być powierzchniowe ubytki metalu lub drastyczne obniżenie jego wytrzymałości. Korozji sprzyjają nie tylko podstawowe czynniki atmosferyczne w rodzaju deszczu, ale również temperatura, wilgotność względna, częstotliwość zmian czynników oddziałujących jak np. kierunek i siła wiatrów.

- Rozwojowi korozji sprzyjają również dodatkowe czynniki bezpośrednio przekładające się na właściwości chemiczne materiału. Wilgoć, to nie jedyny element obecny w czynnikach atmosferycznych, który powoduje korozję, równie szkodliwe mogą być zanieczyszczenia obecne w powietrzu. Inne czynniki, które sprzyjają procesowi utleniania metalu to zanieczyszczenia samego stopu czy naprężenia zewnętrzne – dodaje Magdalena Najdek z firmy Galwmet.

Cienka warstwa trwałą ochroną

Najczęściej stosowaną metodą ochrony metali przed szkodliwym oddziaływaniem czynników zewnętrznych jest galwanizacja. Jest to metoda praktycznego wykonania trwałej, ściśle przylegającej cienkiej warstwy jednego metalu na drugim. Najczęściej powłoką galwaniczną, którą pokrywa się określony materiał metalowy stanowią metale szlachetne w rodzaju niklu, miedzi, cynku czy kadmu ale też srebra czy złota. Metale szlachetne mają znacząco wyższy stopień odporności na korozję od praktycznie stosowanych m.in. w przemyśle metali nieszlachetnych. Cienka powłoka metalu szlachetnego, tworzona jest np. poprzez tzw. kąpiel galwaniczną, czyli zanurzenie w ciekłym roztworze związków chemicznych poddanych działaniu prądu elektrycznego, który wywołuje wydzielenie się metalu z jego soli oraz związków organicznych i nieorganicznych. W przypadku kadmowania, czyli pokrycia stali cienką warstwą kadmu chroniącego stal przed korozją, wykorzystuje się kąpiel w elektrolitach cyjankowych lub siarczanowych, które pod wpływem napięcia stale i ściśle przylegają do stalowego elementu tworząc warstwę ochronną. Jest to proces szczególnie istotny dla ochrony przed solą morską, tak więc znajduje zastosowanie w przemyśle stoczniowym ale również w elektronice i elektrotechnice. Innym procesem galwanicznym często stosowanym w przemyśle jest cynkowanie, czyli proces pokrycia stali powłoką cynku. Szczególną popularność tej metody ochrony przed korozją zawdzięcza jego zastosowanie w przemyśle samochodowym, lotniczym czy budowlanym. Cynk dzięki swym właściwościom przeciwkorozyjnym potrafi nawet kilkunastokrotnie zwiększyć odporność stali na rdzę wobec stali niecynkowanej.

- Kąpiele galwaniczne, czyli proces cynowania, kadmowania czy cynkowania mają na celu zmianę właściwości elementów metalowych, najczęściej poprawienie ich odporności przeciw korozji. Nie należy jednak zapominać o własnościach technicznych materiału, czyli np. poprawieniu lutowności elementów poprzez galwanizację – dodaje Magdalena Najdek z Galwmet

Galwanizacja sprzyja również poprawie wytrzymałości mechanicznej powierzchni. Przykładem może być niklowanie, które zwiększa odporność na rozciąganie i podnosi stopień twardości powierzchni.

Nie tylko ochrona przed korozją

Powłoki galwaniczne oprócz tworzenia skutecznej bariery ochronnej przed rozwojem korozji posiadają pewne określone walory estetyczne. Zastosowanie metali szlachetnych w galwanizacji skutkuje niejako równoczesnym połączeniem dwóch funkcji, poprawy odporności materiału oraz jego wyglądu.

- Powłoki dekoracyjne, oprócz wynikającej z nazwy poprawy estetyki pokrywanego warstwą galwaniczną materiału, zachowują wszystkie właściwości ochronne metalu wykorzystanego do pokrycia elementu obrabianego – mówi Magdalena Najdek z Galwmet.

Stosowanie galwanizacji w celach ochronnych przynosi więc czasem jednoczesny efekt poprawy wizualnej oraz antykorozyjnej. W celu zwiększenia tych właściwości można stosować różne powłoki galwaniczne jednocześnie, np. poprzez pokrycie stali grubszą warstwą miedzi, na którą nakłada się cieńszą warstwę niklu, który następnie pokrywany jest warstwą chromu. Połączenie tych trzech procesów sprzyja zwiększonej przyczepności powłok przekładającym się na zwiększenie odporności materiału. Wierzchnia warstwa chromu zapewnia jednocześnie wysokiej klasy połysk metaliczny, przez co metoda ta stosowana jest np. w produkcji klamek samochodowych, uchwytów mebli i AGD, armaturze przemysłowej czy wyposażeniu wnętrz. Z drugiej strony, doskonale znane walory estetyczne srebra, zjednujące sobie zwolenników w jubilerstwie, numizmatyce, przy produkcji zastawy stołowej czy instrumentów muzycznych od stuleci, charakteryzuje bardzo dobre przewodnictwo ciepła i elektryczności. Właśnie z tego powodu, poza powłokami dekoracyjnymi, srebrzenie stosuje się w przemyśle elektronicznym i elektrycznym np. przy poprawie parametrów przewodnictwa styków elektrycznych. Galwanizacja jest więc procesem szeroko stosowanym w niemal każdej gałęzi przemysłu przetwórstwa metali, który zapewnia zwiększenie trwałości tego materiału oraz sprzyja poprawie jego walorów estetycznych.

Nadesłał: Marcin Stępień