obrPředúprava je základem galvaniky. Prosté, ale velmi pravdivé heslo, o jehož platnosti se přesvědčujeme každý den. Nalézt to správné řešení je ale mnohdy velmi obtížné a obnáší nejednu bezesnou noc technologů a pracovníků galvanizovny.


Vývojem prochází i technologie a přípravky pro obrábění, mazání a konzervaci. V nových mazivech se často používají látky rostlinného původu. Současně stoupají nároky na produktivitu výrobních zařízení a celkovou hospodárnost výroby, takže je pochopitelné, že na to musí reagovat i dodavatelé přípravků pro povrchové úpravy.

Znečištění a zamaštění dílců
Požadavek na čištění je jasný: dostatečně čistý povlak. Řešení je komplexním problémem a spočívá v nalezení té správné kombinace mezi materiálem dílce, typem znečištění, možností výrobního zařízení a vhodným čistícím přípravkem a parametry čištění. Pojďme se tedy podívat, co vše je potřeba zvážit.
Během výroby prochází výrobek až několika desítkami operací, které mají vliv na stav povrchu dílce. Pro zjednodušení představy se budu zabývat jen běžnými kovy, se kterými se dennodenně setkáváme v galvanizovně. Surový kov je nejprve odlit nebo válcován. Během těchto operací se přetvoří krystalická struktura materiálu a vznikne povrchová vrstva oxidů kovů. Další výrobní operace mohou zahrnovat lisování, řezání, protahování, pálení plasmou nebo laserem, frézování, vrtání, broušení, svařování, pískování, honování, kalení, leštění a další. Při mnoha operacích je dílec vystaven nejen působení mechanické síly, ale i značnému tepelnému namáhání a pochopitelně i kontaktu s rozličnými chemikáliemi. Mezi ty patří nejrůznější řezné a chladící emulze, brusné pasty, maziva, separační kapaliny, konzervační oleje, kalící kapaliny, ale i přípravky pro mezioperační mytí a pasivaci, vosky a samozřejmě voda. Nesmíme zapomenout ani na vliv manipulace a dopravy k provozovateli povrchové úpravy. Na zboží se tak může dostat prach, zbytky třísek, otisky prstů nebo zboží může jednoduše zkorodovat.

Účinné a zároveň hospodárné odmaštění
Prvním krokem v předúpravě před galvanizací bývá chemické odmaštění. Lázeň musí dostatečně dobře odstranit mastnotu, oleje a hrubé nečistoty. Odmašťovací lázeň se zjednodušeně skládá z vody, základu z anorganických či organických solí (tzv. builder) a povrchově aktivních látek (tenzidů). Základ lázně je tvořen zpravidla z hydroxidu, křemičitanu, fosforečnanu, boritanu a uhličitanu alkalických kovů. V součinnosti s tenzidy umožňuje efektivní odmaštění (viz obrázek č. 1). Kromě jiného upravuje pH a tvrdost vody, zmýdelňuje tuky, disperguje mechanické nečistoty a pomáhá v emulgačním procesu. Tenzidy zjednodušeně slouží k převedení ve vodě nerozpustných látek (olejů, vosků apod.) na rozpustnou formu a jejich odstranění z povrchu dílce. Odstraněná mastnota buď zůstává emulgována v lázni, nebo se vyloučí na hladině lázně (tzv. deemulgující systémy). Chemická povaha tenzidů a chemismus jejich účinku je značně různorodý a rozsahem překračuje rozsah tohoto článku.

obr1
Obr. 1: Správná kombinace základního přípravku a tenzidu znásobí účinnost odmašťovací lázně a umožní dosažení optimálního odmaštění v podstatně kratším čase.


Odmašťovací účinek závisí na vzájemné souhře čistících přísad, vhodně zvolenou teplotou, mechanickým pohybem a časem aplikace, viz obrázek 2. Pokud není některý z parametrů v optimálním stavu, je nutné posílit další parametry. To zná jistě každý ze své praxe. Pokud je například pro čištění málo času, je nutné zintenzivnit pohyb, zvýšit teplotu, či posílit chemické složení lázně.

obr2
Obr. 2: Výsledek čištění je dán vzájemnou souhrou čtyř faktorů (tzv. Sinnerův kruh).

 

Dvoukomponentní (modulární) odmašťovací systémy pro alkalické odmaštění
Jak již bylo zmíněno, existuje nepřeberné množství nečistot. Bohužel, galvanizovna bývá tím posledním, kdo může ovlivnit stav zboží na příjmu. Na druhou stranu se od ní očekává vysoce korozně odolná povrchová úprava dokonalého vzhledu, a samozřejmě, za co nejnižší cenu. Úvaha o hospodárnosti předúpravy tak narazí na otázku životnosti a účinnosti lázně.
Odmašťovací lázeň je relativně bohatá směs různých látek, jejichž jednotlivá spotřeba při čistícím procesu se liší v závislosti na chemické reakci s konkrétní nečistotou. Obvykle používané přípravky pro alkalické odmaštění v galvanické praxi používají jedinou přísadu, která obsahuje všechny potřebné složky. To je jistě jednodušší pro obsluhu a údržbu, ale je to i ekonomické? Dochází buď ke zbytečnému navyšování obsahu anorganických solí, nebo častěji ke „spotřebování“ tenzidu, takže se lázeň při obvyklém analytickém rozboru alkality tváří v pořádku, ale kvalita odmaštění již optimální není, viz obrázky 3 a 4. Proto firma SurTec doporučuje používání modulárního systému odmaštění, odděleného dávkování tenzidu a základu. Obě dvě složky jsou v provoze jednoduše analyzovatelné a díky řízenému dávkování lze dosáhnout významných úspor. A to nejen prodloužením životnosti lázně. Díky optimální koncentraci obou složek v lázni (obrázek č. 5) je zajištěno stálé kvalitní odmaštění, čímž se snižuje zmetkovitost a tím pádem celkové náklady na proces povrchové úpravy.

obr3
Obr. 3: Jednosložkový systém: Nežádoucí nárůst koncentrace základu při dávkování na základě koncentrace tenzidu
obr4
Obr. 4: Jednosložkový systém: Nežádoucí pokles koncentrace tenzidu při dávkování na základě sledování alkality
obr5
Obr. 5: Modulární systém: Lázeň je v optimálním složení díky analyzovatelnosti a odděleného dávkování jednotlivých složek

 

Deemulgující tenzidy
Další možnou cestou k významné úspoře nákladů je používání deemulgujících tenzidů. V jiných průmyslových aplikacích, například v lakovacích linkách či v mezioperačním mytí, je to běžné. Emulgující lázeň je schopná pojmout řádově kolem 5 % objemových oleje. Při dosažení této hodnoty je nutné lázeň vyměnit. Použitím vhodného systému deemulgujících tenzidů a odlučovače oleje nebo mikrofiltrace lze dlouhodobě účinně odstraňovat olej z lázně. Při odlučování oleje se ztrácí i kolem 20 – 50 % obsahu tenzidu a 10 – 20 % základu, ale díky modularitě systému lze rozdílné ztráty snadno kompenzovat a udržovat lázeň v optimální kondici. Vhodnou a cenově dostupnou kombinací přípravků je základ SurTec 191 s tenzidem SurTec 089. Emulgující systémy mají samozřejmě také své opodstatněné použití, zejména v linkách bez možnosti přepadu lázně a instalaci odlučovače. Tam by naopak na hladině vysrážený olej při vytahování závěsu z lázně ulpíval opět na zboží a lázeň by tak neplnila svůj účel.

Efektivní moření
Účelem moření je odstranění korozních produktů, okují a případně staré či zmetkové povrchové úpravy z dílce. Při ideální funkci se má mořící účinek zastavit na základním materiálu a ten již dále nenapadat. Omezí se tím možnost navodíkování dílce i množství unikajícího aerosolu z lázně. Významně se prodlužuje životnost mořící lázně, která je dána zejména množstvím rozpuštěného železa. Šetří se tak nejen náklady na chemii, ale i likvidaci odpadních vod. Proto se do mořící kyseliny přidává vhodný inhibitor a tenzidy, například SurTec 420 nebo SurTec 425. Již při nízkých koncentracích umožňuje rychlé odstranění rzi a okují a zlepšuje smáčivost a oplachovatelnost dílce.

ilu

Elektrolytické odmaštění
Elektrolytické odmaštění neslouží, ač by se z názvu zdálo, k odstranění mastnoty z dílců. To je úkolem chemického odmaštění. Hlavním úkolem je díky mechanickému účinku uvolňujícího se plynu strhnout z povrchu dílce šmír a zbytky po moření. To klade nároky především na dodržování předepsaných provozních parametrů. Sebelepší přípravek ani dlouhá doba aplikace nenahradí dostatečnou proudovou hustotu. Co se ekonomiky provozu týče, pro elektrolytické odmaštění oceli nabízí SurTec také ekonomicky zajímavý modulární systém. Lázeň se založí z hydroxidu sodného, který tvoří většinu anorganického základu lázně, a jediným přípravkem SurTec 188 se doplní ostatní funkční součásti (křemičitany, fosfáty, tenzidy, komplexanty). Tím lze ušetřit i přes 50 % nákladů v porovnání se založením z jediného přípravku.

Dekapování – poslední krok předúpravy
Posledním krokem předúpravy je dekapování. Při dekapování se omývají alkalické zbytky z předchozího elektrolytického odmaštění a povrch se zbavuje tenké vrstvičky oxidů, které vznikly v elektrolytickém odmaštění a v následných oplachováních. Pro dekapování oceli a mosazi se zpravidla používá pouze zředěná kyselina chlorovodíková nebo sírová, nicméně to nemusí být v mnoha případech dostatečné. Zejména při nedostatečném opláchnutí křemičitanů z elektrolytického odmaštění se může vytvořit dělící vrstva, která způsobí problémy při vylučování galvanického povlaku. Výhodné bývá použít speciálních přípravků s obsahem fluoridů. Například SurTec 481 zabezpečí dobrou aktivaci povlaku a zabrání vytvoření dělící vrstvy. Použití na oceli je doporučené, v případě materiálů jakými je měď nebo slitiny mědi téměř nezbytné.

Oplachování – často zanedbávané nebo chybně navržené kroky předúpravy
Vhodně navržené oplachování dílců mezi jednotlivými procesními kroky je nezbytnou součástí kvalitní výroby. Pohled ekonoma či majitele firmy na protáčející se vodoměr často vede k přiškrcení kohoutku s vodou. Nicméně je potřeba si uvědomit, že zboží po oplachování bude maximálně tak čisté, jak čistá je oplachová voda. Navíc, vnesením znečištěné vody do následujících technologických kroků lze snadno i znehodnotit mnohem dražší lázeň. Typických příkladem je vnášení chloridů z moření do elektrolytického odmaštění, kde kontaminace chloridy způsobuje napadání dílců při čištění pod proudem.
Na druhou stranu zbytečná násobnost oplachové kaskády tam, kde to není nutné, spolu s dlouhými přenosovými časy vede k prodlužování výrobního postupu a nabíhání koroze na zboží. To je kritické zejména v případě oplachování po dekapování. Povrch po dekapování je vysoce aktivní, proto je nutné dílce co nejrychleji vložit do pokovovací lázně. Nezbytné oplachování a dopravu mezi nimi je potřeba zkrátit na minimum, nikoliv používat oplachování jako zásobník zboží před založením do vlastní galvanizační lázně. V takovém případě lze jen těžko očekávat perfektně vyloučený povlak.
S rostoucí cenou pitné vody z řádu provozy využívají i vlastní zdroje vody. To je jistě cesta ke snížení nákladů, ale toto řešení může způsobovat i řadu potíží. Voda z podzemních zdrojů může mít značnou tvrdost, v českých provozech není výjimkou ani tvrdost kolem 20 °dH a více. Je potřeba vždy mít na paměti, který procesní krok je na přílišnou tvrdost vody citlivý a podle toho provést patřičná opatření.

ilu2

Závěrečné shrnutí
Předúprava před galvanizací je poměrně složitou problematikou, zejména k přihlédnutí k širokému spektru možných kontaminujících látek a variací ve výrobě. Protože galvanizovna má málokdy přesnou znalost o tom, co se vyskytuje na dílci, je nutné mít předúpravu co nejrobustnější. S přihlédnutím k optimalizaci výrobních nákladů lze vřele doporučit používání přípravků, které umožňují prodloužení funkční životnosti lázní při zachování stálé kvality výroby.

TEXT: Roman Konvalinka, SurTec ČR FOTO: archiv redakce