Pinnakatmine (plaatimine): metallkatte, galvaniseerimise ja meetodite ülevaade

Pinnakatmine ja plaatimine: põhjalik ülevaade galvaniseerimisest, metallkatetest, tehnikatest ja rakendustest — korrosioonikaitse, esteetika, kulumiskindlus ja nanotehnika.

Pindade katmine on pinnakate, mille puhul metall kantakse teisele metallpinnale. Pindeldamist on tehtud juba sadu aastaid ja see on oluline kaasaegse tehnoloogia jaoks.

Galvaniseerimist kasutatakse esemete kaunistamiseks, korrosiooni vältimiseks, karestamiseks, kulumiskindluse parandamiseks, hõõrdumise vähendamiseks, värvimise võimaldamiseks, elektrijuhtivuse muutmiseks ja muudel eesmärkidel. Juveeltoodete puhul kasutatakse tavaliselt pinnakatmist, et anda neile hõbe- või kuldne viimistlus. Esemeid saab katta nii õhukese kilega kui üks aatom, seega leiab katmine kasutust nanotehnoloogias.

On olemas mitmeid plaatimismeetodeid ja palju variante. Ühe meetodi puhul kaetakse tahke pind metallplaadiga ning seejärel rakendatakse kuumust ja survet, et need kokku sulatada (selle meetodi üks versioon on Sheffieldi plaat). Galvaniseerimine on väga levinud meetod.

Mida tähendab pinnakatmine ja miks seda tehakse?

Pinnakatmine (plaatimine) tähendab ühe materjali – tavaliselt metalli – paigaldamist teise materjali pinnale. Eesmärgid on mitmekesised:

• Korrosioonikaitse — nt tsingimine terase roostekaitseks;
• Esteetika ja viimistlus — hõbe-, kuld- või muude metallide toonid ja läige;
• Kulumiskindlus ja kõvadus — kulumisaladel kasutatakse karestatud või kõvemat katet;
• Elektrilised ja tehnilised omadused — juhtivuse, kontaktpinna omaduste või keemilise vastupidavuse muutmine;
• Adhesiooni või liimimise parandamine — näiteks enne värvimist või teisi katmisi;
• Nanoskaala rakendused — väga õhukesed kihid näiteks sensorites või mikroelektroonikas.

Levinumad platimismeetodid

• Elektrolüütiline plaatimine (electroplating) — töötab voolu ja lahuse abil: töödetail asetatakse elektrolüütilisse lahusesse ning lahuses olev metall sadestub tööpinnale. Kasutatakse kulda, hõbedat, nikkelit, vaske, kromi jmt.
• Keemiline (electroless) plaatimine — metall sadestub ilma välise elektrivooluta, keemilise redutseerimise teel. Sobib keerukate kujude ja sisepindade katmiseks.
• Kuumtsingimine (hot-dip galvanizing) — terasesemed kastetakse sulavasse tsingi; annab paksu ja väga vastupidava kaitsekihi korrosiooni vastu.
• Sheffieldi plaat ja kokku sulatamine (cladding, fusion bonding) — metallilehed liidetakse mehaaniliselt ja/ või kuumutades, et saada dekoratiivne ja funktsionaalne kiht.
• Füüsikalised aurustamismeetodid (PVD) — metal avaatakse või aurustatakse vaakumis ja sadestub eesmaterjalile; kasutatakse kõrgepuhas-katteid ning õhukesi kihte elektroonikas ja tööriistadel.
• Keemilised aurustamismeetodid (CVD) — keemiliste reaktsioonide kaudu moodustub tahke kilet; sobib peenstruktuurseteks ja keraamilisteks kihtideks.
• Termosprei (thermal spray, metallpihustamine) — sulatatud metall pihustatakse detailile, moodustades paksuma kihi; kasutatakse korrosiooni- ja kulumiskaitseks.
• Mehaaniline plaatimine (peenestamine, cold welding) — näiteks vibratsioon- või mehaanilise töötluse abil kinnitatakse metalliosakesi aluspinnale.

Protsessi põhietapid (näide elektrolüütilisest plaatimisest)

• Puhastus: rasva-, õli- ja oksüdikihi eemaldamine (mehaaniline puhastus, keemiline töötlemine, elektro-puhastus).
• Aktiveerimine ja katte eeltöötlemine: happesoolad, passivatsioon või vahekihid (nt nikkel aluskihina) parandavad adhesiooni.
• Plaatimine: detail kinnitatakse anoodi/kathoodi külge ja protsess viiakse läbi etteantud voolu/takistuse ning lahuse koostise juures.
• Pärasttöötlus: loputamine, kuivatamine, võimaliku passivatsiooni või pinna viimistlemine (poleerimine, läikestamine).

Katete paksus, omadused ja kontroll

Katete paksus sõltub meetodist ja kasutusotstarbest: nano- ja mikron- ning mõnikord ka millimeetrise kihiga lahendused. Olulised parameetrid on:

• Katte paksus — määritakse mikromeetrites (µm) või nanomeetrites (nm); suurem paksus annab parema mehaanilise kaitse, kuid lisakaal ja hind kasvavad.
• Adhelsioon — kontrollitakse nö painutustesti, teipitesti või skraapimisega.
• Kattekvaliteet — pindviimistlus, homogeenne ja defektivaba kate, korrosioonitesti (nt soolatilgutest).

Rakendused

• Autotööstus: kroomimine, galvaniseeritud kereosad, kaitsekattega kruvid ja poltid.
• Ehitus: kuumtsingitud konstruktsioonid, katusetööd.
• Elektroonika: kuld- ja hõbedakattega kontaktid ning trükiplaadid.
• Juveelid ja dekoratiivsed esemed: hõbe-, kullaplaatimine, Sheffieldi plaat.
• Tööstuslikud tööriistad ja masinad: kõvad kilekogused, kulumiskindlad katteid.
• Meditsiiniseadmed: biokohased ja steriilsed kattekihid (spetsiaalsed materjalid ja protsessid).

Keskkond, tervis ja ohutus

Plaatimistehnikad võivad kasutada ohtlikke kemikaale (nt tsüaniidid, raskmetallid, happed) ja tekitada reostust. Seetõttu on olulised:

• vastav kanalisatsiooni- ja jäätmekäitlus, ohutu keemikaalide töötlemine;
• õige ventilatsioon ja töökohtade filtreerimine; isikukaitsevahendid (kinnased, prillid, kaitseriietus);
• seadusandlike nõuete ja standardite järgimine; töökeskkonna monitooring ja töötajate koolitus.

Kuidas valida õige meetod?

Valik sõltub mitmest tegurist:

• substrate materjal (terase, alumiiniumi, vaske jms sobivus);
• nõutav katte paksus ja mehaanilised omadused;
• keskkonnatingimused (soola, niiskus, temperatuur);
• eelarve ja tootmiskogused;
• esteetilised nõuded ja pikaealisus.

Hooldus ja remondivõimalused

Pindakatte hooldus hõlmab puhtana hoidmist, kriimustuste kiiret parandamist ja korrosiooni varajast tuvastamist. Väiksemate kahjustuste korral kasutatakse kohapealset plaatimist (spot plating) või pindlihvimist ja uuesti katmist; suuremate vigastuste korral võib olla vajalik detaili taastöötlus või asendamine.

Kokkuvõte

Pinnakatmine on laialdane ja mitmekesine valdkond, mis ühendab keemia, füüsika, metallitöö ja tööstusprotsessid. Õige meetodi valik, korrektsed töövõtted ja keskkonnasäästlik jäätmekäitlus tagavad katte pikaealisuse, töökindluse ja ohutuse.

Küsimused ja vastused

K: Mis on plaatan?

K: Millised on mõned galvaniseerimise kasutusalad?

K: Milleks kasutatakse galvaniseerimist ehete valmistamisel?

K: Mis on nanotehnoloogia ja kuidas kasutatakse selles pinnakatmist?

K: Millised on erinevad pinnakatmismeetodid?

K: Mis on Sheffieldi plaat?

K: Miks on plaatimine kaasaegse tehnoloogia jaoks oluline?

Otsing