Niezależnie od typu powierzchni metalowej – czy będzie to stal, miedź, cynk czy aluminium – konieczne jest jej właściwe przygotowanie do dalszej obróbki. Zależność jest oczywista: aby móc poddać metal kolejnym procesom produkcyjnym (np. nanieść na niego powłokę farby lub emalii), konieczne jest zadbanie o czystość jego powierzchni i wcześniejsze usunięcie nalotów organicznych, które się na niej znajdują, takich jak spieczone smary, oleje technologiczne czy emulsje obróbcze. Pozostawienie tego rodzaju zanieczyszczeń mogłoby obniżyć przyczepność powłok malarskich i negatywnie wpłynąć na ich trwałość oraz okres użytkowania przedmiotów. Jak podkreślają eksperci lakiernictwa przemysłowego, nawet najlepszy materiał malarski nałożony na źle przygotowaną powierzchnię wykazuje słabsze właściwości zabezpieczające i mniejszą przyczepność niż przeciętny materiał położony na doskonale przygotowaną powierzchnię.

Siła prostoty

W zależności od składników chemicznych kąpieli stosowanych w procesie obróbki następuje modyfikacja powierzchni polegająca na wytworzeniu różnego rodzaju warstw ochronnych: konwersyjnych, adsorpcyjnych i adhezyjnych. W wyniku ich działania poprawia się przyczepność powłok lakierniczych i jest to główny z powodów, dla których chemiczna obróbka powierzchni pełni bardzo ważną funkcję. Często pierwszym jej etapem jest mycie i odtłuszczanie – stosunkowo proste, ale jednocześnie skuteczne metody chemicznej obróbki powierzchni. W wielu procesach technologicznych są to podstawowe działania poprzedzające kolejne operacje fosforanowanie, chromowanie czy też nakładanie powłok polimerowych. Aż 80% zabiegów chemicznej obróbki stanowią technologie mycia wodnego stosowane przed dalszą obróbką mechaniczną i strumieniowo-ścierną, montażem oraz nakładaniem powłok fosforanowych, malarskich czy galwanicznych.

Jednym z producentów spersonalizowanych rozwiązań technologicznych i systemowych do chemicznej obróbki powierzchniowej jest firma BASF (pod marką Chemetall)

Dobierając odpowiedni środek do mycia i odtłuszczania, trzeba uwzględnić wiele czynników. Do najważniejszych należą cechy powierzchni bądź przedmiotu, który ma zostać oczyszczony – jego wielkość i kształt, rodzaj metalu, z jakiego jest wykonany, rodzaj i ilość zanieczyszczeń na powierzchni. Istotne są również wymagania odnośnie do czystości powierzchni, stopień agresywności środowiska korozyjnego, a także możliwości techniczne związane z ogrzewaniem kąpieli i obróbką ścieków. Trzeba również zwrócić uwagę na typ stosowanych później technik obróbczych. Szczególnie starannego oczyszczenia powierzchni wymaga np. przygotowanie jej do malowania farbami proszkowymi. Jeśli pozostawimy na powierzchni metalu nawet najmniejsze drobiny tłuszczowo-olejowe, zmniejszą one zwilżalność podłoża i rozlewność farby proszkowej, a tym samym pogorszą jakość i trwałość pokrycia. Na efektywność mycia i odtłuszczania wpływa wiele czynników, główne znaczenie jednak ma odpowiedni dobór parametrów technologicznych: rodzaju i stężenia środka chemicznego, temperatury mycia i jego czasu. Kwestią równie istotną jak precyzyjnie dobrany środek chemiczny jest sposób jego aplikacji. Środki odtłuszczające mogą być serwowane w formie natrysku, kąpieli wodnej połączonej z technikami zanurzeniowymi czy też pędzlami i szczotkami w przypadku mycia ręcznego, a także za pomocą maszyn ultradźwiękowych lub specjalistycznych myjek.

Od rozpuszczalników do alkaliów

Ponieważ zabiegi oczyszczania i odtłuszczania są niezwykle ważne dla dalszych prac obróbczych, nie może dziwić, że rynek specjalistycznych środków służących do realizacji tego procesu rozwija się intensywnie. Najbardziej popularne są rozpuszczalniki organiczne, używane często do usuwania olejów i smarów węglowodorowych. Warto zauważyć, że metody chemicznej obróbki wykorzystujące rozpuszczalniki z założenia nie wymagają płukania i obróbki ścieków, co jest istotną zaletą używania tych właśnie preparatów. Oczywiście trzeba tu wziąć pod uwagę wiele zmiennych – techniki mycia w rozpuszczalnikach zależą od ich właściwości fizykochemicznych: temperatury wrzenia, lotności, temperatury zapłonu czy toksyczności. Dlatego też prostszym rozwiązaniem jest wykorzystanie rozpuszczalników, które mogą być stosowane na zimno, bez podgrzewania. Doskonale sprawdza się tu również jednoczesne działanie cieczy i pary. Tego rodzaju zabiegi przeprowadza się w specjalnym hermetycznym agregacie, w którym elementy kolejno zanurzane są we wrzącym rozpuszczalniku i pozostawiane w jego parach.

Jednym z typów preparatów odtłuszczających stosowanych powszechnie w przemyśle są niepalne zamienniki rozpuszczalników chlorowych. Mają one tę istotną zaletę, że idealnie nadają się do mycia powierzchni metali w pomieszczeniach zagrożonych pożarem – elektrowniach, kopalniach czy rafineriach ropy.

Szerokie zastosowanie w zakładach produkcyjnych mają też środki alkaliczne. W skład tych preparatów wchodzą zestawy związków nieorganicznych i substancji powierzchniowo czynnych (SPC), inhibitory korozji oraz środki obniżające twardość wody. Wodne środki alkaliczne spełniają zarówno wysokie wymagania technologiczne związane z odtłuszczeniem powierzchni, jak i normy ekologiczne. Są również przyjazne pod kątem ekonomicznym. Alkaliczne kąpiele z zastosowaniem preparatów zawierających mieszaniny tych związków są częstym etapem przed dalszą obróbką polegającą na fosforanowaniu czy trawieniu. Tłuszcze pod wpływem działania alkaliów rozpuszczają się, a pozostałe nietłuste zanieczyszczenia są w sposób mechaniczny usuwane przez przepływającą wodę w kąpieli lub pod natryskiem.

Korzyści z fosforanowania

Drugą z technologii chemicznej obróbki powierzchni jest fosforanowanie. Kwas fosforowy ma wyjątkową zdolność rozpuszczania świeżej rdzy nalotowej i reaguje z metalem, tworząc cienką warstewkę fosforanów, która stanowi doskonałe zabezpieczenie materiału przed dalszym działaniem kwasu. W efekcie tego zabiegu powstaje nierozpuszczalna matowoszara powłoka o właściwościach antykorozyjnych. Ma ona również inne zalety – nie odbija refleksów świetlnych i jest odporna na działanie wysokiej temperatury, ale przede wszystkim znacząco zmniejsza współczynnik tarcia. Jego niska wartość sprawia, że metalowa powierzchnia ma lepszą przyczepność, dlatego też fosforanowanie jest powszechnie stosowane w przemyśle do obróbki powierzchni przed nakładaniem powłok malarskich. Konieczność optymalnego przygotowania powierzchni odlewu pod powłoki proszkowe wynika z elektrostatycznej metody nakładania farby proszkowej, w której każde zanieczyszczenie powierzchni – stałe, półstałe lub płynne – zmienia grubość warstwy proszku stosownie do jego przewodności elektrycznej.

Preparat Ruster P02 przeznaczony do fosforanowania amorficznego powierzchni stali, aluminium i cynku tworzy zabezpieczenie antykorozyjne i poprawia przyczepność powłok malarskich oraz lakierniczych

Korzyści wynikających z poddania powierzchni produkowanych elementów zabiegom fosforanowania jest wiele: dzięki powłoce fosforanowej pracujące części urządzeń mechanicznych mniej się zużywają, w znacznym stopniu poprawia ona bowiem właściwości poślizgowe ruchowych elementów maszyn lub silników. Powłoki fosforanów cynku są od lat stosowane jako warstwy ułatwiające obróbkę plastyczną stali na zimno. Jako warstwy przeciwcierne wspierają one procesy przeciągania i wyciskania, zmniejszając współczynnik tarcia i zużycia części współpracujących w warunkach tarcia ślizgowego.

Do tego rodzaju zabiegów stosuje się od lat powłoki fosforanów cynku o zróżnicowanej masie jednostkowej i różnej wielkości kryształów – pożądane są tu odpowiednia tekstura i struktura krystaliczna z uwagi na dość małe tolerancje wymiarowe obrabianych części, często rzędu kilku lub kilkunastu mikrometrów.

Poza własnościami smarnymi powłoki fosforanowej istotna jest także jej nasiąkliwość, która w przypadku olejów i smarów niereaktywnych wiąże się z porowatością (grubością) powłok, a w przypadku smarów reaktywnych (np. mydeł) – dodatkowo ze zjawiskiem chemisorpcji. Powłoka fosforanowa tworzy również dobrą warstwę izolującą, stąd popularność tej technologii w elektrotechnice. Preparaty na bazie fosforanów cynkowych, cynkowo-manganawych i magnezowo-cynkowych są też często stosowane do tymczasowej ochrony metalowych przedmiotów w czasie magazynowania i transportu. Grubość, masa i topografia tego rodzaju powłoki są dobierane indywidualnie, w zależności od planowanego zastosowania danego produktu.