Metallipinnoitus

Metallin pinnoittaminen

Metallipinnoitusta käytetään parantamaan tuotteen kestävyyttä: tuotteista ja pinnoista saadaan metallipinnoituksen avulla pitkäikäisiä ja samalla huoltomaalauksen tarve vähenee – metallipinnoituksella voidaan esimerkiksi parantaa komponenttien toimintaa ja lisätä osien käyttöikää. Metallipinnoitus on siis taloudellinen ratkaisu.

Yleensä metallipinnoituksella tarkoitetaan metallin pinnoittamiseen sopivia pinnoitteita. Metallipinnoitus voi toisaalta tarkoittaa myös pinnoitteita, jotka ovat metallia tai sisältävät metallia.

Metallia voidaan teollisesti pinnoittaa eri tavoin: märkä- tai pulverimaalauksen avulla tai käsittelemällä pinta kemiallisesti. Nämä menetelmät sopivatkin monelle eri metallille ja niiden avulla saadaan aikaan suojaava pinnoite pidentämään tuotteen pinnan ikää ja parantamaan toimivuutta. Tietyillä pinnoitteilla voidaan myös parantaa tuotteen pintojen ominaisuuksia.

Metallipinnoitus voidaan tehdä myös kastopinnoituksen avulla tai metalliruiskutuksella, sähkökemiallisella pinnoitusmenetelmällä, kromausta tai niklausta tai jotain muuta elektrolyyttisiä metallipinnoitusmenetelmää käyttäen.

Kastopinnoitus ja metalliruiskutus

Tuotteen viimeistelyyn käytettävän pinnoittamisen tavoite on lisätä pinnan mekaanista ja kemiallista kestävyyttä sekä parantaa esimerkiksi liukuominaisuuksia tai kontaktiominaisuuksia (sähkö ja lämmön kehittäminen). Pinnoitus tietysti parantaa myös tuotteen ulkonäköä.

Metallipinnoituksen – metalliruiskutus- tai kastopinnoitusmenetelmän – etuja verrattuna muihin pinnoitus- ja suojausmenetelmiin ovat esimerkiksi pitkä käyttöikä, erikokoisten ja erimuotoisten tuotteiden käsittelymahdollisuus, ruiskutettavan pinnan ominaisuuksien vaikutus esimerkiksi pulttiliitosten kitkaan tai pinnoitteen vahvuuteen.

Nämä metallipinnoitusmenetelmät eivät rasita ympäristöä eivätkä lisää jätekuormaa.

Kastopinnoitus

Kastopinnoitus on perinteinen pinnoitusmenetelmä, jolla korroosiolle altis metalli voidaan suojata korroosionkestävällä pinnoitteella. Galvanointi on teräksen pinnoittaminen sinkkikerroksella. Kastopinnoitusmenetelmä on yksinkertainen, halpa ja nopea tapa pinnoittaa tuote. Upotusaltaaseen voidaan kastaa tuote kokonaisena tai osina. Kastopinnoitusmenetelmä sopii hyvin esimerkiksi tuotteen pohjakäsittelyyn.

Kastopinnoitusmenetelmää käytettäessä on huomioitava, että tuotteen tai sen osan monimutkainen tai erikoinen muoto haittaa pinnoitusta. Ohuiden pintakerrosten valmistaminen ei yleensä tällä menetelmällä onnistu.

Sinkin lisäksi myös tina, lyijy ja alumiini soveltuvat kastokäsittelyssä käytettäviksi pinnoitusmateriaaleiksi. Pinnoitettava materiaali voi puolestaan olla valurauta tai teräs- tai kupariseos. Pinnoitettavan metallin sulatuspisteen pitää olla pinnoitteen sulatuspistettä korkeampi.

Metalliruiskutus – terminen ruiskutus

Metalliruiskutusmenetelmässä hienojakoiset metallihiukkaset ruiskutetaan esikäsittelyn jälkeen sulana kappaleeseen. Metalliruiskutusmenetelmä sopii mainiosti korjauskoneistukseen. Halutut pintaominaisuudet – esimerkiksi pinnan kovuus tai kulutuskestävyys - saadaan aikaan valitsemalla sopiva pinnoitemetalliseos. Pinnoitteilla voidaan vaikuttaa korroosion- tai kulumisenestoon, sähkönjohtavuuteen tai sähköneristykseen, kitkaan – kitkan lisäämiseen tai vähentämiseen – sekä lämmöneristykseen. Pinnoitteita käytetään myös sekä kuluneiden että väärin koneistettujen osien korjaamiseen.

Metalliruiskutusmenetelmä on terminen pinnoitusmenetelmä. Termisen pinnoittaminen menetelmien avulla valmistetaan mm. kovapinnoitteita. Termisiä pinnoittamismenetelmiä ovat esimerkiksi HVOF-ruiskutus (suurnopeusliekkiruiskutus), valokaariruiskutus ja liekkiruiskutus.

Terminen ruiskutus sopii moneen pinnoituskohteeseen - ja monille eri materiaaleille. Pinnoitemateriaaleina voidaan käyttää metalleja, keraameja, muoveja sekä näiden yhdistelmiä – vaihtoehtoja on useita: eri käyttökohteisiin ja -tarkoituksiin.

Pinnoitemateriaalit vaihtelevat haluttujen ominaisuuksien mukaan – myös pinnoitteen paksuudella on merkitystä; kovimmat pinnoitteet ovat hyvin ohuita (enintään 500-600 µm). Termiset ruiskutusmenetelmät ovat kylmäpinnoitusmenetelmiä eli pinnoitettavan kohteen lämpötila ei yleensä nouse korkeammaksi kuin 150…200°C. Koska kohteen lämpötila ei nouse yli tuon lämpötilan, vältetään pinnoitettavan kappaleen muodon- ja aineenmuutokset. Pinnoiteaineen tarttuminen kohteeseen on termisiä pinnoitusmenetelmiä käytettäessä osittain mekaanista. Tämä vaikuttaa menetelmien käyttöön ja asettaa sille joitain rajoituksia.

Termisiä ruiskutusmenetelmiä käytetään yleisesti monenlaisiin kohteisiin useilla teollisuuden aloilla. Käyttö on monipuolista ja termisen ruiskutuksen avulla voidaan pidentää laitteiden ja koneiden käyttöikää sekä vähentää niiden huollon tarvetta. Termisen ruiskutuksen käyttökohteita ovat paperi- ja selluteollisuus, terästeollisuus ja teknologiateollisuus. Sitä käytetään myös muilla teollisuudenaloilla - esimerkiksi betoni-, muovi- ja elintarviketeollisuudessa. Etenkin prosessiteollisuus hyötyy on-site -pinnoittamisen tarjoamista eduista: suuria prosessiteollisuuden komponentteja ja laitteita voidaan pinnoittaa myös paikan päällä ja näin seisokkiaika ja kokonaiskustannukset pystytään minimoimaan.

Terminen ruiskutus mahdollistaa erilaisten kappaleiden ja kohteiden pinnoittamisen joustavasti. Pienempi huollon tarve ja pitempi käyttöikä, pienempi kitka ja muut saavutettavat ominaisuudet, rakenteiden keveneminen tarkoittavat sitä, että laitteet toimivat luotettavammin ja käyttökustannukset ovat alhaisemmat

Muita pinnoitusmenetelmiä

Sähkökemiallinen pinnoitus

Kappaleen pinnoitus metallilla – esimerkiksi nikkelillä, sinkillä tai kromilla – voidaan tehdä eri tavoin: sähkökemiallisesti, kemiallisten liuosten avulla tai kastamalla esine sulaan metalliin (esimerkiksi kuumasinkitys). Sähköpinnoituksessa käytetään yleisimmin sinkitystä, nikkelöintiä, kromausta ja kuparointia sekä eri metalleista koostuvaa seospinnoitusta ja komposiittipinnoituksia. Metallisesineiden pinnoitus voidaan tehdä myös muilla metalleilla (esim. hopea tai kulta).

Elektrolyyttisellä pinnoituksella metalliesineet voidaan päällystää hyvin ohuella (jopa vain muutama µm) metallikerroksella ja näin parantaa pinnoitettavan kappaleen korroosio-ominaisuuksia ja/tai muuttaa esineen pinnan ulkonäköä. Sähkökemiallisessa pinnoituksessa on useita työvaiheita – esikäsittely-, pinnoitus- ja jälkikäsittelytoimenpiteet. Kromausta käytetään sekä ulkonäön vuoksi että suojaamaan korroosiolta ja lisäämään kestävyyttä. Kromikerros on hauras, joten perusaineen on oltava riittävän kova ja rakenteen jäykkä, mikäli halutaan luja pinta. Kromaukseen sopivia materiaaleja ovat kaikki teräkset sekä kupari ja alumiini – tosin runsaasti volframia sisältävissä teräksissä kiinnipysyvyys on huono. Vähän piitä sisältävää, hienografiittista valurautaa voidaan myös pinnoittaa kromilla.

Elektrolyyttistä niklausta käytetään sekä korroosionsuojana että ulkonäön takia. Niklauksella saadaan kova, kulutusta kestävä pinta. Teräspinta pohjustetaan yleensä kuparilla, jotta vältytään nikkelipinnan repeämien aiheuttamalta piilokorroosiolta. Nikkelipinta kestää hyvin erilaisia kemikaaleja – tosin suolahappo, typpihappo ja ammoniakki syövyttävät sitä jonkin verran. Niklaus on kromausta huomattavasti halvempi pinnoitusmenetelmä.

Muita elektrolyyttisiä metallipinnoitusmenetelmiä ovat kuparointi, sinkitys, kadmiumilla tai tinalla pinnoittaminen, hopeointi ja kultaus. Kuparointia käytetään joskus suojaamaan teräksen pintaa korroosiolta: kuparikerroksen tulee tällöin olla riittävän paksu tai se täytyy peittää kromilla tai nikkelillä, sillä kupari suojaa terästä niin kauan kuin pintakerros on ehyt.

Myös sinkitystä käytetään suojaamaan terästä korroosiota vastaan: elektrolyyttisesti pystytään valmistamaan ohuita sinkkipinnoitteita – kastomenetelmällä saadaan aikaan paksuja sinkkipinnoitteita. Myös kadmioinnilla voidaan suojata teräspinta korroosiota vastaan – suojaustapa on kalliimpi kuin sinkitys.

Tinaa käytetään vaativissa kohteissa käytettävien ohutlevyjen päällystämiseen. Tinapinnoite säilyttää värinsä hyvin, tinapinnoite ei anna makua eivätkä tinan oksidit ole myrkyllisiä. Tinatusta levystä valmistetaan mm. säilyketölkkejä elintarvikkeille, koska levyä voidaan juottaa ja taivuttaa hyvin.

Hopeointia ja kultausta käytetään yleensä vain koriste-esineiden pinnoittamiseen. Jalometallit ovat kalliita, mikä myös rajoittaa niiden käyttämistä. Elektrolyyttisellä metallikerroksella voidaan päällystää myös muoveja - erityisesti styreeni- ja polypropyleenimuovit sopivat pinnoitettavaksi menetelmällä.

Hitsauspinnoitus, diffuusiopinnoitus, laserpinnoitus, ...

Erilaisia pinnoitusmenetelmiä on paljon: erilaisiin kohteisiin, erilaisiin vaatimuksiin. Teräksen pinnoitusmenetelmien pääkategoriat ovat hitsauspinnoitus ja terminen ruiskutus.

Kovahitsauksen avulla suojataan kappaleita kulumista vastaan, haluttujen ominaisuuksien säilyttämiseksi. Kovahitsausta käytetään yleensä kuluneiden osien kunnostuksessa sekä käyttöiän pidentämiseen, mutta menetelmää käytetään myös uusien osien valmistuksessa: osa valmistetaan halvemmasta materiaalista ja pinnoitetaan kovahitsauksella, jotta saadaan halutut pintaominaisuudet. Lähes kaikki hitsausmenetelmät soveltuvat kovahitsaukseen. Hitsiaineseosten mikrorakenteet ovat erilaisia, joten – vaikka seokset olisivatkin yhtä kovia – kulutuskestävyys voi vaihdella huomattavasti.

Myös diffuusiopinnoitus parantaa teräksen kulumiskestävyyttä. Diffuusiopinnoituksessa kovan pintakerroksen muodostavat alkuaineet, jotka korkeassa lämpötilassa tunkeutuvat pinnoitettaan metallin ja muodostavat erilaisia keraamisia yhdisteitä. Menetelmässä käytetään mm. booria ja vanadiinia ja pinnasta tulee erittäin kova.

Pinnoitusmenetelmän valintaan vaikuttavia ja huomioon otettavia seikkoja on paljon. Valintaan vaikuttaa ensinnäkin pinnoitettava perusmateriaali ja halutut ominaisuudet, pinnan viimeistelyn tarve jne. Kun valitaan sopivaa pinnoitusmenetelmää sekä kulutusta kestävää pinnoitetta, tulee kartoittaa kulumiskohteen tyyppi sekä kulumismekanismi. Näin päästään kartoittamaan pinnoitevaihtoehtoja ja valitsemaan parhaiten sopiva - sekä myös taloudellisesti järkevin – pinnoite.

Vaihtoehtoja on paljon, mutta asiantuntevaa apua on saatavilla.