Zużycie elementów maszyn rzadko następuje z dnia na dzień. Najpierw pojawia się większy opór, trudniejszy demontaż albo osad, którego usunięcie zajmuje coraz więcej czasu. Później dochodzą zarysowania, ogniska korozji i niestabilna praca urządzenia. W końcu część trzeba zregenerować lub wymienić, a produkcja zostaje zatrzymana.
W przetwórstwie tworzyw sztucznych, branży chemicznej, spożywczej i motoryzacyjnej podzespoły często pracują jednocześnie pod wpływem tarcia, podwyższonej temperatury oraz agresywnych substancji. Dlatego skuteczna ochrona nie powinna polegać na przypadkowym wyborze powłoki. Zabezpieczenie musi odpowiadać rzeczywistym warunkom pracy konkretnego detalu.
Co przyspiesza zużycie części maszyn?
Tarcie prowadzi do stopniowego ścierania powierzchni, powstawania luzów oraz zmiany wymiarów roboczych. Jeżeli element ma kontakt z klejem, roztopionym granulatem lub innym lepkim medium, zużycie może dodatkowo zwiększać przywieranie materiału. Osad gromadzi się w mikronierównościach, ulega przypaleniu i wymusza coraz częstsze czyszczenie.
Korozja rozwija się pod wpływem wilgoci, tlenu, soli, kwasów, zasad i gazów przemysłowych. Wysoka temperatura może jeszcze przyspieszać niekorzystne reakcje. Szczególnie narażone są elementy ze stali i stopów aluminium pracujące w kontakcie z substancjami chemicznymi lub w warunkach częstych zmian temperatury.
W praktyce te czynniki często występują równocześnie. Powierzchnia musi więc nie tylko ograniczać tarcie, lecz także zachować stabilność cieplną i odizolować podłoże od środowiska pracy.
Powłoki techniczne jako bariera ochronna
Jednym ze sposobów zabezpieczania części jest nakładanie powłok fluoropolimerowych i innych powłok polimerowych. Tworzą one warstwę oddzielającą materiał bazowy od czynników powodujących jego zużycie. W zależności od zastosowanego rozwiązania powierzchnia może zyskać właściwości antyadhezyjne, antykorozyjne, chemoodporne lub obniżony współczynnik tarcia.
Powłoka nie służy wyłącznie do ochrony samego metalu. Może również poprawić warunki pracy całego urządzenia: ograniczyć przywieranie produktu, ułatwić czyszczenie, zmniejszyć częstotliwość konserwacji i wydłużyć czas pomiędzy kolejnymi przestojami.
Do zabezpieczania wykorzystuje się m.in. powłoki PTFE, PFA, FEP, ETFE, PEEK i PPS. Nie są one jednak rozwiązaniami zamiennymi. Każdy materiał ma inne właściwości mechaniczne, chemiczne i cieplne.
| Rodzaj powłoki | Najważniejsze właściwości | Temperatura robocza* | Przykładowy kierunek zastosowania |
| PTFE | Doskonała nieprzywieralność, bardzo niski współczynnik tarcia, dobra odporność abrazyjna | do 260°C | Elementy wymagające właściwości non-stick i ograniczenia tarcia |
| PFA | Bardzo dobra nieprzywieralność, wysoka odporność chemiczna, możliwość uzyskania warstwy do 300 µm | do 260°C | Powierzchnie pracujące w agresywnym środowisku chemicznym |
| FEP | Doskonałe właściwości antyadhezyjne i niski współczynnik tarcia | do 205°C | Podzespoły mające kontakt z materiałami podatnymi na przywieranie |
| ETFE | Bardzo wysoka wytrzymałość i odporność chemiczna, warstwa do 500 µm | do 150°C | Elementy wymagające trwałej, grubszej bariery ochronnej |
| PEEK | Wyjątkowe właściwości mechaniczne, odporność chemiczna i radiacyjna | do 260°C | Wymagające zastosowania techniczne i mechaniczne |
| PPS | Wysoka odporność chemiczna i dobre właściwości mechaniczne | do 250°C | Części pracujące pod obciążeniem cieplnym i chemicznym |
*Wartości orientacyjne na podstawie charakterystyki materiałów stosowanych przez Nelvi. Dopuszczalne warunki pracy gotowej powłoki zależą również od jej konkretnego systemu, podłoża i obciążeń występujących w procesie.
Warto wiedzieć: najwyższa temperatura pracy nie oznacza najlepszej powłoki
Łatwo założyć, że materiał o najwyższej odporności cieplnej będzie automatycznie najbezpieczniejszym wyborem. W praktyce temperatura jest tylko jednym z parametrów. Równie ważne są tarcie, kontakt z chemikaliami, rodzaj podłoża, wymagana grubość warstwy, geometria części oraz sposób jej czyszczenia.
Przykładowo podzespół pracujący w niższej temperaturze, ale intensywnie narażony na agresywne substancje, może potrzebować innego zabezpieczenia niż element grzewczy mający kontakt z przywierającym tworzywem. Dobór powinien więc rozpoczynać się od analizy całej aplikacji, a nie od porównania jednej wartości w kartach technicznych.
Gdzie stosuje się powłoki ochronne?
Powłoki techniczne można nakładać m.in. na stal czarną, nierdzewną i niskostopową, stopy aluminium oraz mosiądz. Po przeprowadzeniu odpowiedniej oceny możliwe jest także zabezpieczanie szkła, ceramiki, wybranych gum i tworzyw sztucznych.
W przemyśle powleka się między innymi części wytłaczarek, formy, wałki, zbiorniki, płyty grzewcze do zgrzewania rur oraz elementy topielników klejów PUR. W takich zastosowaniach warstwa ochronna może jednocześnie ograniczać przywieranie, redukować tarcie oraz zabezpieczać podłoże przed korozją i działaniem chemikaliów.
Trwałość zabezpieczenia zaczyna się od przygotowania powierzchni
Nawet dobrze dobrany materiał nie zapewni oczekiwanej trwałości, jeśli zostanie nałożony na niewłaściwie przygotowane podłoże. W przypadku regeneracji konieczne jest najpierw usunięcie zużytej powłoki i sprawdzenie stanu części. Następnie powierzchnia może zostać poddana odtłuszczaniu, odgazowaniu, obróbce chemicznej oraz mikropiaskowaniu.
Po zabezpieczeniu stref, które nie powinny zostać pokryte, następuje aplikacja powłoki. W zależności od materiału i geometrii detalu stosuje się m.in. natrysk ręczny albo nanoszenie proszku w polu elektrostatycznym. Kolejnym etapem jest obróbka cieplna, podczas której powłoka zostaje utwardzona i spolimeryzowana.
Warto wiedzieć: zużytą powłokę często można zregenerować
Uszkodzenie warstwy ochronnej nie zawsze oznacza konieczność zakupu nowego komponentu. Jeżeli część zachowała właściwą geometrię i nie ma uszkodzeń konstrukcyjnych, starą powłokę można usunąć, ponownie przygotować podłoże i nałożyć nowe zabezpieczenie.
Regeneracja jest szczególnie istotna w przypadku drogich elementów wykonywanych na zamówienie lub podzespołów o długim terminie dostawy. Może ograniczyć koszty, skrócić czas przywrócenia urządzenia do pracy i wydłużyć okres eksploatacji istniejącej części. Decyzję warto jednak poprzedzić oceną techniczną detalu.
Jak specjaliści oceniają, czy zabezpieczenie będzie skuteczne?
Rzetelny dobór powłoki wymaga zebrania konkretnych informacji. Specjalista powinien poznać materiał i wymiary elementu, temperaturę ciągłą oraz chwilową, rodzaj substancji mających kontakt z powierzchnią, intensywność tarcia, oczekiwaną grubość warstwy i sposób późniejszego czyszczenia. Ważne jest również ustalenie, które obszary detalu mają pozostać niepowleczone.
Takie podejście stosuje Nelvi – firma z Olkusza specjalizująca się w nakładaniu i regeneracji powłok antyadhezyjnych, antykorozyjnych oraz chemoodpornych. Proces obejmuje kontrolę odbiorczą części, rejestrowane przygotowanie powierzchni, pomiary międzyoperacyjne i końcową ocenę jakości.
Istotnym potwierdzeniem jakości nie jest sama deklaracja producenta powłoki, lecz kontrola gotowego detalu. W Nelvi grubość warstwy jest sprawdzana wzorcowanym miernikiem, a kontrola końcowa obejmuje wygląd, adhezję i zgodność z przyjętymi tolerancjami. Pomiary prowadzone są zgodnie z normami PN-EN ISO 2178 i PN-EN ISO 2360, natomiast przyczepność powłoki kontrolowana jest według PN-EN ISO 2409. Proces może zakończyć się wystawieniem certyfikatu zgodności.
Jak przygotować zapytanie dotyczące powlekania części?
Przekazanie właściwych danych już na początku usprawnia ocenę techniczną i ogranicza ryzyko niedopasowania zabezpieczenia.
- Określ materiał, wymiary i geometrię elementu.
- Podaj temperaturę roboczą oraz możliwe krótkotrwałe skoki temperatury.
- Wskaż substancje mające kontakt z powierzchnią.
- Opisz występujące obciążenia mechaniczne, tarcie i częstotliwość czyszczenia.
- Dołącz zdjęcia części oraz zaznacz powierzchnie przeznaczone do powlekania.
- Opisz obecny problem, np. korozję, przywieranie, ścieranie lub przypalanie produktu.
Dobrze dobrana powłoka nie jest dodatkiem estetycznym, ale częścią rozwiązania technologicznego. Powinna odpowiadać na konkretny problem, wytrzymać rzeczywiste warunki eksploatacji i umożliwiać kontrolę uzyskanych parametrów. Dopiero połączenie właściwego materiału, przygotowania podłoża, prawidłowej aplikacji i końcowych pomiarów daje podstawę do oczekiwania trwałego efektu.