ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΚΑΙ ΕΠΙΜΕΤΑΛΛΩΣΕΙΣ · 2018-07-05 · ∆ιάβρωση και προστασία υλικών Επιµεταλλώσεις 5 του, η δοµή

∆ιάβρωση και προστασία υλικών Επιµεταλλώσεις

1

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΧΗΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ

∆ΙΑΒΡΩΣΗ ΚΑΙ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΥΛΙΚΩΝ

ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΚΑΙ

ΕΠΙΜΕΤΑΛΛΩΣΕΙΣ

ΚΑΤΡΑΤΖΗΣ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ ΚΩΝΣΤΑΝΤΑΚΟΠΟΥΛΟΥ ΜΑΡΙΑ ΦΙΛΟ ΝΑΝΤΙΜΑ

Εξάµηνο: 5ο


2

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

Σελίδες

1. Εισαγωγή..................................................................................................................2

2. ∆ιάβρωση.................................................................................................................2

2.1.Ορισµός.............................................................................................................2

2.2.Συστήµατα διάβρωσης......................................................................................3

2.3.∆ιαβρωτικό υλικό..............................................................................................3

2.4.Χαρακτηριστικά διαβρωτικού συστήµατος.......................................................3

2.5.Παράγοντες που επηρεάζουν την ταχύτητα της διάβρωσης..............................6

2.6.Σηµασία της διάβρωσης....................................................................................9

3. Προστασία...............................................................................................................10

3.1.Αντιµετώπιση διάβρωσης.................................................................................10

3.2.Προστασία από τη διάβρωση-Μέθοδοι...........................................................12

3.3.Έµµεσες µέθοδοι.............................................................................................13

3.4.Απαιτούµενες ιδιότητες των επιστρωµάτων...................................................15

3.5.Η τύχη των επιστρωµάτων σε συνάρτηση µε το χρόνο...................................18

3.6.Χρησιµοποίηση των επιστρωµάτων................................................................19

4. Επιµεταλλώσεις.....................................................................................................20

4.1.Εισαγωγή-Μεταλλικές επικαλύψεις ή επιµεταλλώσεις..................................20

4.2.Σηµαντικότερες µέθοδοι επικαλύψεων...........................................................20

4.3.Προκατεργασία της επιφάνειας.......................................................................22

4.4.Επιµετάλλωση.................................................................................................23

4.5.Έλεγχοι των επικαλύψεων..............................................................................39

4.6.Οργανικές επικαλύψεις, υγεία και περιβάλλον...............................................41

4.7.Κίνδυνοι της υγείας των εργαζοµένων..........................................................42

4.8.∆ιεθνείς τάσεις στη βιοµηχανίαπαραγωγής και εγαρµογήςτων οργανικών

επικαλύψεων..................................................................................................47

4.9.Παρατηρήσεις...............................................................................................48

5. Εικόνες................................................................................................................49

6. Βιβλιογραφία......................................................................................................53


3

1. ΕΙΣΑΓΩΓΉ Η επιµετάλλωση αποτελεί ένα είδος προστασίας των υλικών που έχουν υποστεί

διάβρωση. Σύµφωνα µε τη µέθοδο της επιµετάλλωσης πραγµατοποιείται επίθεση ενός

µετάλλου (το είδος του οποίου καθορίζεται ανάλογα µε τα αποτελέσµατα που

επιθυµούνται να προκύψουν και ανάλογα από άλλες παραµέτρους που θα αναλυθούν στην

συνέχεια) σε ένα διαβρωµένο υλικό. Για να αναλυθεί, εποµένως, σωστά ο τρόπος

προστασίας µέσω της επιµετάλλωσης είναι αναγκαίο να αναφερθεί η έννοια της διάβρωσης,

να εξεταστεί ο τρόπος εµφάνισής της καθώς και γενικότερα να επισηµανθούν στοιχεία τα

οποία θα βοηθήσουν στην ανάλυση των επιµεταλλώσεων. Έτσι, παρακάτω αναφέρονται η

διάβρωση και οι διάφοροι τρόποι προστασίας των υλικών ωστε να εξεταστεί µε

µεγαλύτερη επιτυχία η µέθοδος των επιµεταλλώσεων.

2. ∆ΙΑΒΡΩΣΗ

2.1. Ορισµός Είναι πλέον κοινή συνείδηση ότι το καλύτερο υλικό µε τις άριστες µηχανικές

ιδιότητες είναι µικρής µόνο χρησιµότητας αν η διάρκεια της ζωής του σε συνθήκες

συγκεκριµένης χρήσης δεν είναι ικανοποιητική.

Και όταν µιλάµε για υλικά ακόµα και σήµερα στο µεγαλύτερό τους µέρος

αναφερόµαστε στα µέταλλα που µε ελάχιστες εξαιρέσεις, είναι θερµοδυναµικά µη σταθερά

σε επαφή µε τον αέρα και το νερό και τείνουν να υποβαθµιστούν ενεργειακά οξειδούµενα.

Αυτό έχει σαν συνέπεια το να µπορούν να υποστούν µια µεγάλη ποικιλία καταστροφών

λόγω αντίδρασης µε το περιβάλλον τους. Εντούτοις η καταστροφική δράση υλικού

περιβάλλοντος συνεχώς διευρύνεται περιλαµβάνοντας εκτός των µετάλλων και άλλα

ανόργανα υλικά (τσιµέντο, γυαλί, κεραµικά κ.λ.π.), πολυµερή και σύνθετα υλικά.

Με τον όρο «διάβρωση» (corrosion) εννοούµε την καταστροφή, φθορά ή και

λειτουργική αχρήστευση ενός υλικού εξαιτίας χηµικής ή ηλεκτροχηµικής ή µηχανικής

δράσης του υλικού µε το περιβάλλον του. Ο όρος δεν είναι µονοσήµαντος και αναφέρεται

τόσο στο φαινόµενο της δράσης όσο και στο αποτέλεσµά της.

Ο ορισµός που δόθηκε είναι πολύ γενικός. Συνήθως «διάβρωση» χρησιµοποιείται

για µεταλλικά υλικά (καθαρά µέταλλα ή κράµατα). Τελευταία χρησιµοποιείται και για τα


4

πολυµερή ή και τα σύνθετα υλικά. Η από οποιαδήποτε αιτία φθορά ή αχρίστευση υλικών

όπως το ξύλο, τα κεραµικά, το δέρµα, τα υφάσµατα δεν χαρακτηρίζεται ως «διάβρωση».

2.2 Συστήµατα διάβρωσης

Το υλικό και το περιβάλλον ή το διαβρωτικό µέσο αποτελούν ένα σύστηµα

διάβρωσης. Στην βιβλιογραφία υπάρχει πλήθος χαρακτηρισµών του διαβρωτικού

συστήµατος και κατά συνέπεια της διάβρωσης π.χ. µε κριτήριο το διαβρωτικό περιβάλλον

(ατµοσφαιρική διάβρωση, βιολογική διάβρωση), µε κριτήριο το υλικό (διάβρωση σιδήρου,

αλουµινίου), µε κριτήριο τη µορφολογία της προσβολής (οµοιόµορφη ή γενική διάβρωση,

τοπική, µε µορφή οπής-pit, σπηλαιώδης), µε κριτήριο τις ηλεκτροχηµικές δράσεις µεταξύ

υλικού και περιβάλλοντος (διάβρωση µε µηχανισµό οξυγόνου, διάβρωση µε µηχανισµό

υδρογόνου), µε κριτήριο την επιπλέον ύπαρξη µηχανικών τάσεων στο σύστηµα ή την

παρουσία εσωτερικών τάσεων στο υλικό (διάβρωση υπό µηχανική καταπόνηση-stress

corrosion, Spannungsrisskorrosion) κ.ά.

2.3. ∆ιαβρωτικό υλικό

Στην πράξη υπάρχει τεράστια ποικιλία διαβρωτικού περιβάλλοντος και στις τρεις

καταστάσεις της ύλης, όπως : σε αέρια µορφή µε ή χωρίς την παρουσία υγρασίας

(ατµοσφαιρική διάβρωση, διάβρωση σε ξηρή ατµόσφαιρα-απουσία υγρασίας-dry corrosion,

διάβρωση από καυσαέρια), σε υγρή µορφή (θαλασσινό, φυσικό, ύδρευσης, αποχέτευσης,

βιοµηχανικό νερό, χηµικά υγρά, βιολογικά υγρά π.χ. σάλιο στη στοµατική κοιλότητα,

ιδρώτας κ.ά.) και σε στερεά µορφή (έδαφος, σκυρόδερµα).

2.4. Χαρακτηριστικά του διαβρωτικού συστήµατος

Σε κάθε περίπτωση το διαβρωτικό σύστηµα είναι ετερογενές και η διάβρωση

εµφανίζεται στην διεπιφάνεια. Εποµένως ο καταρχήν κρίσιµος παράγοντας στην εξέλιξή

του φαινοµένου από πλευράς υλικού είναι η επιφανειακή του κατάσταση.

Με κριτήριο το υλικό

Παράµετροι που επηρεάζουν κατά περίπτωση τη διάβρωση είναι η χηµική σύστασή


5

του, η δοµή του (π.χ. κρυσταλλογραφία, µέγεθος κόκκων-grain size-Korngrosse), η

µέθοδος και οι συνθήκες χύτευσης (π.χ. χρόνος απόψυξης, ανόπτηση-annealing,

Aufgluehen), οι µηχανικές κατεργασίες (π.χ. σφυρητηλάτηση), η τελική επεξεργασία της

επιφάνειας (π.χ. λείανση, στίλβωση).

Με κριτήριο το διαβρωτικό περιβάλλον

Οι παράµετροι της διάβρωσης είναι πολλές, εκτός των καθαρά χηµικών ή

ηλεκτροχηµικών όπως το ph (όξινο, ουδέτερο, αλκαλικό), το είδος των εν διαλύσει ιόντων

(π.χ. Cl- , SO42- ), η αγωγιµότητα του διαβρωτικού µέσου, η παρουσία ή όχι διαλυµένου

οξυγόνου, η θερµοκρασία, η διάβρωση επηρεάζεται και από παραµέτρους όπως η ακινησία

ή η ροή του διαβρωτικού µέσου, η µηχανική καταπόνηση µόνιµη ή περιοδική που

επιβάλλεται στο υλικό από το περιβάλλον, η παρουσία ζώντων οργανισµών (π.χ. µακρο-

οργανισµοί στο θαλάσσιο περιβάλλον, βακτηρίδια στο έδαφος), κ.ά.

Συνήθως υπάρχει επαλληλία των προηγούµενων παραµέτρων στα συστήµατα

διάβρωσης, στην πράξη µπορούν να συνυπάρχουν δύο ή και τρεις µηχανισµοί διάβρωσης

που δρουν άµεσα ή έµµεσα µε αποτέλεσµα η διάγνωση των αιτίων της διάβρωσης να είναι

εξαιρετικά δύσκολη σε ορισµένες περιπτώσεις.

Κοινό χαρακτηριστικό όλων των µορφών διάβρωσης είναι η επιφανειακή αλλοίωση

των υλικών µε επιπτώσεις που η βαρύτητά τους εξαρτάται από τις απαιτήσεις λειτουργίας

του υλικού. Η επιφανειακή αλλοίωση οφείλεται στα προϊόντα διάβρωσης που είναι το

αποτέλεσµα χηµικής ή ηλεκτροχηµικής δράσης µεταξύ υλικού και περιβάλλοντος. Τα

προϊόντα της διάβρωσης είτε συσσωρεύονται στην επιφάνεια καλύπτοντάς την τοπικά ή σε

όλη την έκταση της είτε διαφεύγουν προς το διαβρωτικό περιβάλλον, χωρίς να

αποκλείονται και τα δύο.

Σε κάθε πάντως περίπτωση τα προϊόντα αυτά είναι χηµικώς διάφορα από ότι το

µέταλλο ή το κράµα. Έτσι εξηγείται και ο ορισµός της διάβρωσης από πολλούς συγγραφείς

ως «απώλεια υλικού». Το µέταλλο ή τα συστατικά του κράµατος βρίσκονται σε µηδενική

οξειδωτική βαθµίδα (Me0 ), ενώ τα προϊόντα διάβρωσης σε υψηλότερη οξειδωτική βαθµίδα

(Men+ ). Συνεπώς κατά τη διάβρωση παρατηρείται µεταβολή της οξειδωτικής βαθµίδας του

µετάλλου.

Χαρακτηριστικά στοιχεία του συστήµατος διάβρωσης


6

Η διαβρωτική συµπεριφορά ενός µετάλλου είναι συνάρτηση των χαρακτηριστικών

αυτού του ίδιου του µετάλλου και του περιβάλλοντός του.

Οι διαφορές στο διαβρωτικό περιβάλλον οδηγούν σε ποσοτικές διαφορές από

άποψη ταχύτητας διάβρωσης και σε ορισµένες περιπτώσεις σε αλλαγές µηχανισµού, είδους

και αποτελεσµάτων διάβρωσης. Τα συνηθέστερα περιβάλλοντα δίνονται στο παρακάτω

σχήµα, στο οποίο φαίνεται επίσης η σχέση µεταξύ των στοιχείων δοµής του µετάλλου, του

περιβάλλοντος και των εξωτερικών παραγόντων όπως τάσεις, κόπωση, πρόσκρουση κ.λ.π.

2.5. Παράγοντες που επηρεάζουν την ταχύτητα της διάβρωσης

Η αντίσταση στη διάβρωση θεωρείται ως ιδιότητα που παρουσιάζει υχηλή

ευαισθησία στην επίδραση του υλικού και του περιβάλλοντος. Αυτό γιατί τα

χαρακτηριστικά του υλικού και του περιβάλλοντος ή η µεταβαλλόµενη έντασή τους

καθορίζουν το κινητικό σχήµα που ελέγχει την ταχύτητα της διάβρωσης (καθοδικός,


7

ανοδικός ή µικτός έλεγχος ή έλεγχος από την αντίσταση του διαλύµατος ή των

επιφανειακών επιστρωµάτων).

Παρακάτω εξετάζονται πιο αναλυτικά οι σηµαντικότεροι από τους παράγοντες του

περιβάλλοντος που επηρεάζουν την ταχύτητα της διάβρωσης:

Θερµοκρασία

Η αύξηση της θερµοκρασίας συνεπάγεται κατά κανόνα αύξηση της ταχύτητας των

χηµικών δράσεων. Το ίδιο συµβαίνει και στην διάβρωση χωρίς να αποκλείονται

περιπτώσεις όπου συνεπάγεται ελάττωση της ταχύτητας διάβρωσης ή εµφάνιση µεγίστου.

Γενικά, η επίδραση της θερµοκρασίας στην ταχύτητα διάβρωσης εξαρτάται από την

επίδρασή της στους παράγοντες που επηρεάζουν την διαβρωτική δράση π.χ. τη

διαλυτότητα και τη διάχυση του οξυγόνου (η αύξηση της θερµοκρασίας ελαττώνει την

διαλυτότητα εποµένως και το icor και αυξάνει τη διάχυση και εποµένως και το icor ), το ph,

τη διαλυτότητα και τις φυσικές ή χηµικές µεταβολές των προστατευτικών επιστρωµάτων,

τη ρόφηση αναστολέων, το δυναµικό των γαλβανικών στοιχείων κ.λ.π.

Ενεργή οξύτητα (pH)

Το pH του περιβάλλοντος επηρεάζει την ταχύτητα διάβρωσης είτε γιατί µεταβάλλει

τα χαρακτηριστικά της καθοδικής δράσης (δυναµικό ισορροπίας, πυκνότητα ρεύµατος

ανταλλαγής) είτε γιατί µεταβάλλει τη διαλυτότητα των µετάλλων ή των προστατευτικών

οξειδίων. Επιπρόσθετα δε, γενικά, όσο το pH αποµακρύνεται από το ουδέτερο σηµείο

αυξάνεται η αγωγιµότητα του διαλύµατος που ασκεί αυξητική επίδραση στην ταχύτητα

διάβρωσης.

Συγκέντρωση

Η επίδραση της συγκέντρωσης του διαβρωτικού συστατικού εξαρτάται από τον

συγκεκριµένο συνδυασµό µετάλλου-περιβάλλοντος. Για παράδειγµα υλικά που

εµφανίζουν παθητικότητα επηρεάζονται ελάχιστα από τη µεταβολή της συγκέντρωσης του

διαβρωτικού, τουλάχιστον από µια ορισµένη τιµή της συγκέντρωσης και πάνω, ενώ σε

άλλες περιπτώσεις (π.χ. µίγµατα οξέων µε νερό) η ταχύτητα διάβρωσης µπορεί να


8

εµφανίσει µέγιστο. Όταν η καθοδική δράση ελέγχεται από τη διάχυση του οξυγόνου, το

ρεύµα διάβρωσης ταυτίζεται µε το οριακό ρεύµα διάχυσης το οποίο αυξάνεται µε τη

συγκέντρωση.

Ταχύτητα κίνησης του διαβρωτικού περιβάλλοντος

Η ταχύτητα του διαλύµατος επηρεάζει την ταχύτητα διάβρωσης µόνο αν το

σύστηµα ελέγχεται από τη διάχυση ενώ την αφήνει ανεπηρέαστη αν το σύστηµα ελέγχεται

από υπέρταση µεταφοράς φορτίου (π.χ.Fe σε αραιό HCl). Στην περίπτωση που η καθοδική

δράση ελέγχεται από υπέρταση διάχυσης, η αύξηση της ταχύτητας κίνησης του

διαβρωτικού διαλύµατος οδηγεί σε ελάττωση του πάχους της στοιβάδας διάχυσης, δ, και

κατά συνέπεια σε αύξηση της οριακής πυκνότητας του ρεύµατος διάχυσης.

Στην περίπτωση του ενεργού µετάλλου το ρεύµα διάβρωσης είναι πρακτικά ίσο µε

το οριακό ρεύµα διάχυσης, οπότε για µεγάλες τιµές της ταχύτητας κίνησης του διαλύµατος

το ρεύµα διάβρωσης αποκτά και διατηρεί σταθερή τιµή.

Αυτό οφείλεται στο ότι σε µεγάλες ταχύτητες κίνησης η αναγωγή παύει να

ελέγχεται από διάχυση και ελέγχεται πλέον από υπέρταση ενεργοποίησης, οπότε η

ταχύτητα διάβρωσης γίνεται ανεξάρτητη της ταχύτητας κίνησης.

Η διαφορά στην εξάρτηση της ταχύτητας διάβρωσης ενός ενεργού και ενός

ενεργού-παθητικού µετάλλου από την ταχύτητα κίνησης του διαλύµατος οφείλεται

απόλυτα στην ιδιαιτερότητα της συµπεριφοράς διάλυσης του ενεργού-παθητικού µετάλλου.

Πολυπλοκότητα του περιβάλλοντος-Ταυτόχρονες καθοδικές δράσεις

Στην πράξη συνήθως το διαβρωτικό περιβάλλον είναι πολύπλοκο µε αποτέλεσµα

στο σύστηµα να µην εµφανίζονται µόνο οι δύο δράσεις, δηλαδή της οξείδωσης του

µετάλλου και της αναγωγής ενός ιοντικού είδους, αλλά περισσότερες καθοδικές δράσεις.

Για παράδειγµα, όταν ένα µέταλλο βρίσκεται σε διάλυµα οξέος που περιέχει άλατα

τρισθενούς σιδήρου, το συνολικό σύστηµα περιλαµβάνει τρία οξειδοαναγωγικά συστήµατα

για τα οποία µπορεί να εφαρµοστεί η θεωρία των µικτών δυναµικών, όταν όλες οι δράσεις

ελέγχονται από µεταφορά φορτίου.

Επαφή ανόµιων µετάλλων


9

Η επαφή µεταξύ ανόµοιων µετάλλων συχνά οδηγεί σε πολύ αυξηµένες ταχύτητες

διάβρωσης που µπορούν να προσδιοριστούν χρησιµοποιώντας τη θεωρία των µικτών

δυναµικών.

Ραδιενέργεια (γενικά ακτινοβολίες)

Η έκθεση µετάλλου ή κράµατος σε ραδιενέργεια συνεπάγεται τη δηµιουργία

πρόσθετων αταξιών δοµής που καθιστούν το µέταλλο πιο ανοδικό και κατά συνέπεια

προκαλλούν την ταχύτερη διάβρωσή του (Radiation Damage).

Ηχητική ενέργεια

Έχει παρατηρηθεί ότι ενώ χαµηλές ηχητικές συχνότητες και εντάσεις δεν

επηρεάζουν την ταχύτητα της διάβρωσης του χάλυβα σε οξέα, µεγάλες εντάσεις την

αυξάνουν ελάχιστα, πιθανά επειδή διευκολύνεται ο σχηµατισµός φυσαλίδων υδρογόνου, ή

επηρεάζεται η µορφή και η δευτερεύουσα δοµή των προϊόντων διαβρώσεως.

Ύπαρξη τριεπιφάνειας

Η ύπαρξη τριεπιφάνειας συνεπάγεται εµφάνιση έντονης και εντοπισµένης

διάβρωσης, λόγω αύξησης στην τριεπιφάνεια των δυναµικών γραµµών του

ηλεκτροστατικού πεδίου που δηµιουργείται, µε συνέπεια την τοπική αύξηση της

πυκνότητας του ρεύµατος διαβρώσεως.

Ανοµοιογένεια της επιφάνειας

Η αύξηση της ανοµοιογένειας της επιφάνειας συνεπάγεται αύξηση της διάβρωσης,

λόγω δηµιουργίας τοπικών γαλβανικών στοιχείων. Η ανοµοιογένεια είναι δυνατό να

προέρχεται από διαφοροποιήσεις της χηµικής σύστασης και της δευτερεύουσας δοµής

(αταξίες γεωµετρικές, αταξίες δοµής) ή από τοπικές αποθέσεις από το διαβρωτικό

περιβάλλον.

Πλαστικές παραµορφώσεις


10

Πλαστικές παραµορφώσεις λόγω µηχανικών κατεργασιών ή θερµικών κατεργασιών

χωρίς ανόπτηση, οδηγούν στη δηµιουργία, τοπικά, σηµείων περισσότερο ανοδικών µε

συνέπεια την εµφάνιση τοπικών γαλβανικών στοιχείων που επιτείνουν τη διάβρωση.

Μηχανικές τάσεις

Η ύπαρξη εσωτερικών ή εξωτερικών µηχανικών ελαστικών τάσεων επιταχύνει τη

διάβρωση και οδηγεί συχνά σε ψαθυρή θραύση της κατασκευής.

2.6. Η σηµασία της διάβρωσης

Οι επιπτώσεις της διάβρωσης από οικονοµική άποψη είναι προφανείς, αρκεί να

αναφερθεί η πλέον γνωστή περίπτωση διάβρωσης στην πράξη, το σκούριασµα του σιδήρου

(rust, Rost).

Υπολογίζεται ότι το ¼ περίπου της παγκόσµιας παραγωγής σιδήρου και χάλυβα

καταστρέφεται από τη διάβρωση.

Η τεράστια αυτή απώλεια θα µπορούσε να αποφευχθεί σε σηµαντική έκταση (25-

30% περίπου) αν αξιοποιούντο κατάλληλα οι υπέρχουσες επιστηµονικές γνώσεις

προστασίας.

Σήµερα η διάβρωση και η προστασία τείνουν να εξελιχθούν σε αυτόνοµους

επιστηµονικούς κλάδους. Η διάβρωση και η προστασία, όπως πολλοί σύγχρονοι

επιστηµονικοί κλάδοι, έχουν τις ρίζες τους στις κλασικές επιστήµες της φυσικοχηµείας

(ιδιαίτερα της ηλεκτροχηµείας) της µεταλλογνωσίας και δέχονται ισχυρές επιδράσεις από

την επιστήµη των υλικών, τη χηµεία των πολυµερών και τη φυσική των επιφανειών. Είναι,

συνεπώς, το γνωστικό αντικείµενό τους διεπιστηµονικό.

Τα προηγούµενα εξηγούν τη διασπορά των πηγών πληροφόρησης για θέµατα

διάβρωσης και προστασίας σε διάφορους επιστηµονικούς κλάδους.

Τέλος, πρέπει να τονιστεί ο έντονα πειραµατικός χαρακτήρας του αντικειµένου της

διάβρωσης και προστασίας τόσο στον έλεγχο της αντοχής σε διάβρωση στο δεδοµένο

διαβρωτικό περιβάλλον, όσο και στις µεθόδους προστασίας.


11

3. ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ

3.1. Αντιµετώπιση της διάβρωσης

Η αντιµετώπιση των προβληµάτων της διάβρωσης επιβάλλεται για λόγους

οικονοµικούς, βελτίωσης της ασφάλειας του βιοµηχανικού εξοπλισµού και προστασίας

πλουτοπαραγωγικών πηγών. Συνήθως, το κύριο ελατήριο για έρευνες και λήψη µέτρων

στην περιοχή αυτή προέρχεται από οικονοµικούς λόγους, αφού το ετήσιο κόστος

διάβρωσης φτάνει σε ιδιαίτερα υψηλά ποσά. Συνήθως, οι υπολογισµοί αφορούν το άµεσο

κόστος, δηλαδή το κόστος για την προστασία και την αντικατάσταση των κατασκευών που

διαβρώθηκαν. Όµως, το κόστος αυτό αυξάνεται δραµατικά από το δύσκολα ή και

αδύνατον να υπολογιστεί έµµεσο κόστος, δηλαδή το κόστος από :

Την απώλεια παραγωγής από τα διαβρωµένα τµήµατα πριν τη συντήρησή τους ή

από την αναστολή των εργασιών των εγκαταστάσεων και τους µεγάλους χρόνους

συντήρησης και αντικατάστασης των διαβρωµένων τµηµάτων.

Την µείωση της απόδοσης της εγκατάστασης από συσσώρευση προϊόντων

διάβρωσης µε συνέπεια συχνά ενεργειακές απώλειες.

Την µόλυνση προϊόντων παραγωγής (π.χ. βιοµηχανία τροφίµων, σαπουνιού,

χρωµάτων κ.λ.π.) και του περιβάλλοντος.

Τις αυξηµένες δαπάνες από υπερσχεδιασµό των εγκαταστάσεων που φθάνει το

50-100% ως προς τα απαραίτητα υλικά π.χ. σε βιοµηχανίες κατεργασίας νερού.

Τις αυξηµένες ανάγκες συνεχούς συντήρησης για αποφηγή αναστολής της

παραγωγής.

Γενικές απώλειες µη υπολογίσιµου πάντοτε κόστους, αφού µπορεί να αφορούν

µικρά µεν αλλά κρίσιµα τµήµατα εγκαταστάσεων ή µπορεί να είναι αιτίες

πρόκλησης ατυχηµάτων.

Οπωσδήποτε έχει γίνει σαφές ότι, το να παρθούν στοιχειώδη µέτρα προστασίας µε

εφαρµογή της υπάρχουσας γνώσης και τεχνικής είναι οικονοµικότερο από το να αφεθεί η

διάβρωση στη φυσιολογική της πορεία.

Για ορθολογιστική αντιµετώπιση του προβλήµατος είναι απαραίτητο όχι µόνο να

εφαρµοστεί κάποια προστασία, αλλά να ληφθούν µέτρα για την πρόληψη της διάβρωσης.

Αυτά, ξεκινούν από τον σχεδιασµό της εγκατάστασης και της παραγωγικής διαδικασίας,


12

που καθορίζονται από τους παράγοντες που φαίνονται παρακάτω, και προχωρούν στην

επιλογή υλικών και την επίβλεψη των κατασκευών, στο συστηµατικό έλεγχο και τη

συντήρηση της εγκατάστασης κατά τη λειτουργία της, ιδιαίτερα στις κρίσιµες για

διάβρωση περιοχές, στην εφαρµογή και παρακολούθηση της απόκρισης διαφόρων

µεθόδων προστασίας.

Το τελευταίο στάδιο θεωρείται ιδιαίτερης σπουδαιότητας γιατί κάθε πρόβληµα

διάβρωσης εµφανίζει ιδιαιτερότητες και κατά συνέπεια η επιλογή λανθασµένων µεθόδων

προστασίας ή λανθασµένων συνθηκών εφαρµογής µπορεί όχι απλώς να µην προστατεύει,

αλλά και να κάνει πολύ εντονότερη τη διάβρωση.

3.2. Προστασία από τη διάβρωση- Μέθοδοι

Η οξείδωση των µετάλλων, όπως αναπτύχθηκε προηγουµένως, είναι δράση

θερµοδυναµικά αυθόρµητη αλλά και συνυφασµένη µε αναγωγική δράση. Εποµένως, η

προστασία από τη διάβρωση στοχεύει στην ανάσχεση των οξειδοαναγωγικών δράσεων στο

σύστηµα διάβρωσης µε την καταλληλότερη µέθοδο. Η επιλογή της µεθόδου εξαρτάται από

το διαβρωτικό σύστηµα, τις λειτουργικές απαιτήσεις του υλικού , τον αναµενόµενο

χρηστικό χρόνο ζωής του και το κόστος εφαρµογής της µεθόδου.

Οι µέθοδοι προστασίας µπορούν να οµαδοποιηθούν σε τέσσερις κατηγορίες µε

κριτήριο το είδος επέµβασης στο σύστηµα.

Α. Μέθοδοι επέµβασης στο ίδιο το υλικό, όπως χηµική σύσταση (π.χ.ανοξείδωτοι χάλυβες),

στη µικροδοµή του υλικού µε θερµική επεξεργασία, στη κραµατοποίηση κ.λ.π. Επίσης, µε


13

την κατάλληλη σχεδίαση του αντικειµένου και την ορθή τοποθέτησή του στο διαβρωτικό

περιβάλλον, ελαττώνονται οι κίνδυνοι από τη διάβρωση (προληπτική προστασία)

Β. Μέθοδοι επέµβασης στο σύστηµα (ενεργή προστασία), όπως π.χ. µε επιβολή

εξωτερικής ηλεκτρικής τάσης µέσω ανορθωτών (καθοδική προστασία σωληνώσεων στο

έδαφος, µεταλλικών κατασκευών, πλοίων), µε θυσιαζόµενα ηλεκτρόδια (προστασία

σωληνώσεων, θερµοσιφώνων, γάστρας πολίων).

Γ. Μέθοδοι επέµβασης στο διαβρωτικό περιβάλλον του συστήµατος όπως π.χ. µε

προσθήκη ουσιών που επιβραδύνουν τη διάβρωση (αναστολείς σε κυκλώµατα ψύξεως,

inhibitors) ή αντισρόφως αποµάκρυνση επιταχυντών της διάβρωσης, όπως π.χ.

αποµάκρυνση οξυγόνου στο νερό τροφοδοσίας των λεβήτων µε προσθήκη υδραζίνης

(ΝΗ2ΝΗ2) ή θειώδους νατρίου Na2SO3.

∆. Μέθοδοι επέµβασης στην επιφάνεια του υλικού (παθητική προστασία). Η κατηγορία

αυτή είναι η συνηθέστερη στη πράξη και χρησιµοποιεί µεγάλη ποικιλία υλικών (πολυµερή,

οξείδια, άλατα, µέταλλα, οργανικοί διαλύτες ή συνδυασµό τους) καθώς και τρόπων

εφαρµογής (µηχανικός, θερµοµηχανικός, χηµικός, ηλεκτροχηµικός).

Εδώ εντάσσονται οι οργανικές επικαλύψεις (χρώµατα) που πρακτικά αποτελούν

την κυριότερη µέθοδο προστασίας από τη διάβρωση. Για την αντιδιαβρωτική προστασία

των υλικών είναι συνήθης ο συνδυασµός µεθόδων π.χ. φωσφάτωση (χηµική επεξεργασία)/

χρώµα, ανοδίωση/ χρώµα. Επίσης χρώµατα, όπως το υψηλής περιεκτικότητας σε

ψευδάργυρο εποξειδικό, ανήκει από τη σκοπιά του µηχανισµού δράσης στα θυσιαζόµενα

ηλεκτρόδια.

Ακόµη πρέπει να τονιστεί ότι οι µέθοδοι παθητικής προστασίας από τη διάβρωση

είναι τελικά επιφανειακές επεξεργασίες των υλικών που δεν αποσκοπούν µόνο στην

προστασία αλλά και στη βελτίωση άλλων επιθυµητών ιδιοτήτων των επιφανειών ή και την

επίτευξη νέων ιδιοτήτων όπως π.χ. στα χρώµατα (αντιδιαβρωτικά, αντιρρυπαντικά), το

εµαγιέ κ.λ.π.

3.3. Έµµεσες µέθοδοι

Στις έµµεσες µεθόδους προστασίας από τη διάβρωση, όπως προαναφέρθηκε, µε

καταπολέµηση του δυναµικού διάβρωσης, περιλαµβάνεται µια σειρά επειφανειακών


14

επεξεργασιών των µετάλλων και κραµάτων, που οδηγούν στη δηµιουργία πάνω τους

επιστρωµάτων άλλων φυσικών και χηµικών ιδιοτήτων. Το δυναµικό διάβρωσης των

επιστρωµάτων αυτών είναι µικρότερο. Γίνεται, δηλαδή, κάλυψη µε ουσίες, που έχουν

προδιάθεση για διάβρωση µικρότερη απ’το αρχικό µέταλλο ή κράµα, γιατί οι ουσίες αυτές

είναι ευγενέστερες ή παθητικότερες.

Οι µέθοδοι αυτές είναι οι παρακάτω:

Εναζώτωση, φωσφορυλίωση, ενανθράκωση

Αν είναι δυνατό να θερµανθεί ο χάλυβας αρκετά, διοχετεύονται ατµοί αµµωνίας

στην επιφάνειά του. Οι ατµοί αυτοί διασπώνται σε άζωτο και υδρογόνο µε την κατάλληλη

επίδραση του σιδήρου και σχηµατίζονται νιτρίλια. Αυτά δεν είναι αγώγιµα, αλλά και το

δυναµικό διάβρωσής τους είναι µικρότερο από το δυναµικό διάβρωσης του µετάλλου.

Το δυναµικό του µετάλλου δεν έχει βέβαια εξουδετερωθεί, αλλά καλύπτεται από το

στρώµα των νιτριλίων και αυτό το στρώµα είναι που παθαίνει τη διάβρωση. Το δυναµικό

τους είναι µικρότερο και εποµένως το σίδερο προστετεύεται µερικά, µε την προυπόθεση

ότι εξακολουθεί και υπάρχει ένα οµοιόµορφο στρώµα νιτριλίων στην επιφάνειά του.

Στην ίδια κατηγορία µεθόδων και για τους ίδιους λόγους ανήκει η φωσφορυλίωση

της επιφάνειας και η ενανθράκωσή της. Η ενανθράκωση γίνεται µε τη βοήθεια της

ισσοροπίας ανάµεσα στο διοξείδιο του άνθρακα, το µονοξείδιο του ένθρακα και του

άνθρακα και µε την αναγωγική επίδραση του ίδιου του µετάλλου, που αφού διαβρώνεται,

προκαλεί στο περιβάλλον αναγωγές. Με την ισορροπία αυτή αποβάλλεται κολλοειδής

άνθρακας και µε θέρµανση γίνεται τοπική ενανθράκωση.

Επιµεταλλώσεις

Πάνω στα µεταλλικά σώµατα και τις πλαστικές ύλες αποτίθενται στρώσεις νικελίου,

χρωµίου, χρυσού, αργύρου, πλατίνας κ.ά. µε τη µέθοδο της ηλεκτρόλυσης, της

επιµετάλλβσης «εν κενώ», της εµβάπτισης στο λιωµένο κράµα και της χηµικής

«απόθεσης». Πριν την επιµετάλλωση, ακολουθείται µια διαδικασία προπαρασκευής των

αντικειµένων, που είναι απαραίτητη για τη στιλπνότητα και την καλή εφαρµογή του

αποτιθέµενου στρώµατος.


15

Κάλυψη των χαλύβων µε Fe3O4 και των κραµάτων αργιλίου µε Al2O3 .3H2O

Στην κατηγορία των έµµεσων µεθόδων καταπολέµησης του δυναµικού διάβρωσης

ανήκει µια ειδική µέθοδος. Πρόκειται για τη δηµιουργία οξυγονούχων στρωµάτων στην

επιφάνεια ορισµένων µετάλλων και κραµάτων.

Μεγάλη εφαρµογή έχει η δηµιουργία επιτεταρτοξείδιου του σιδήρου στην

επιφάνεια των χαλύβων και υδρίτη του τριοξειδίου του αργιλίου στην επιφάνεια κραµάτων

αργιλίου. Τα οξείδια αυτά, παράγονται βέβαια κατά την αυθόρµητη διάβρωση των

αντίστοιχων κραµάτων, µε τη διαφορά ότι, κατά την αυθόρµητη αυτή παραγωγή των

οξειδίων, οι συνθήκες είναι τυχαίες και εποµένως, δηµιουργούνται οξείδια µε εσωτερικές

µηχανικές τάσεις και µε ενεργά κέντρα. Αυτό σηµαίνει, ότι οξείδια που δηµιουργούνται

αυθόρµητα έχουν προδιάθεση ρήξης και δηµιουργίας εσοχών.

Αν όµως τα οξείδια αυτά δηµιουργηθούν µε ανοδική οξείδωση, τότε µπορεί οι

ιδιότητές τους να ικανοποιούν τους όρους που απαιτούνται για ένα επίστρωµα, σε ό,τι

αφορά στην πρόσφυση, στην καλη µηχανική αντοχή, την σκληρότητα και την έλλειψη

πόρων.

Ανοδική προστασία

Αυτά που αναφέρθηκαν για την τύχη των οξυγονούχων επιστρωµάτων και την

ανάγκη να χρησιµοποιηθούν οξυγονούχα στρώµατα σε άλλα µέταλλα εκτός από το χάλυβα

και το αλουµίνιο, που οι µηχανικές ιδιότητές τους δεν επιτρέπουν την από πριν δηµιουργία

µε ανοδική οξείδωση ανθεκτικών στρωµάτων, οδήγησαν τον Edeleanu το 1954 στην

επινόηση µεθόδου προστασίας, που ονοµάστηκε «ανοδική προστασία».

Κατά τη µέθοδο αυτή, η εγκατάσταση, που θέλουµε να προστατευτεί, συνδέεται µε

το θετικό πόλο πηγής συνεχούς ρεύµατος, µε τη βοήθεια ηλεκτρόδιου αναφοράς,

βοηθητικού ηλεκτρόδιου και µε τη βοήθεια δυναµοστάτη. Έτσι, η τάση που επιβάλλεται

στην εγκατάσταση ως προς το ηλεκτρόδιο αναφοράς είναι σταθερή σε συνάστηση µε το

χρόνο, ανεξάρτητα από τη διακύµανση των ιδιοτήτων του διαβρωτικού περιβάλλοντος.

Η τιµή της τάσης είναι τέτοια, ώστε να δηµιουργείται πάνω στην επιφάνεια της

εγκατάστασης αµέσως οξείδιο του µετάλλου, που από αυτό είναι φτιαγµένη η

εγκατάσταση, αν το οξείδιο αυτό µηχανικά ή χηµικά ή από βελονισµούς αποπλυθεί ή


16

αποφλοιωθεί ή πάθει ρήξη και αποκαλυφθεί το γυµνό µέταλλο. Σύµφωνα µε τα παραπάνω,

η ανοδική προστασία µπορεί να εφαρµοστεί µόνο για αγώγιµο διαβρωτικό περιβάλλον.

3.4. Απαιτούµενες ιδιότητες των επιστρωµάτων

Όλα τα επιστρώµατα που αναφέρθηκαν πρέπει να εκπληρώνουν ορισµένου ορους,

ώστε η σχετική προστασία από την διαβρωση που προκαλούν να είναι η καλύτερη. Έτσι

γινεται ελεγχος αν τα επιστρώµατα που έγιναν µε εναζώτωση, φωσφορυλίαση,

εναθράκωση, επιµετάλλωση και ανοδική οξείδωση, εκπληρώνουν τους ακόλουθους όρους:

Πάχος

Γενικότερα, ενδιαφέρει το πάχος των επιστρωµάτων. Είναι φανερό ότι όσο

µεγαλύτερο είναι το πάχος, τόσο µεγαλύτερη χρονική αντοχή θα έχει το µέταλλο ή κράµα

που προστατεύουν. Αυτό, γιατί το επίστρωµα θα καταναλωθεί µετά µεγαλύτερο χρόνο,

αλλά και γιατί κατά την διάβρωση µε βελονισµούς τα ιόντα του µετάλλου ή κράµατος, που

προστετεύεται, έχουν να διατρέξουν µεγαλύτερο δρόµο.

Για την µέτρηση του πάχους µπορεί να χρησιµοποιηθεί µία απ’ τις µεθόδους που

αναφέρθησαν.

∆εν υπάρχουν διεθνείς προδιαγραφές για τα πάχη. Αναφέρονται παρακάτω τα πάχη

των διαφόρων επιστρωµάτων που είναι γενικά δεκτά. Πάντως οι τιµές αυτές είναι

προσωρινές και σε συνεχή µεταβολή γιατί εξαρτώνται και απ’ το είδος του διαβρωτικού

περιβάλλοντος.


17

Συνάφεια

Άλλη ιδιότητα µε εξαιρετικό ενδιαφέρον, που πρέπει να έχουν τα επιστρώµατα,

είναι η δυνατή πρόσφυση δηλ. η συνάφειά τους µε το βασικό µέταλλο, που µε αυτή

εξασφαλίζεται αντοχή στην αποφλοίωση. Αν πρόκειται για µεταλλικά επιστρώµατα,

κατασκευάζεται κύλινδρος απ’ το βασικο µέταλλο ή κράµα και µε τις ίδιες συνθήκες

επιµετάλλωσης, που χρησιµοποιήθηκαν για το αντικείµενο, επιµεταλλώνεται η άκρη του.

Με µηχανική επαξεργασία δίνουµε στο δοκίµιο τη µορφή του σχήµατος. Το βάζουµε στο

βάθρο και ασκούµε δύναµη µέχρι να αποκολληθεί. Η δύναµη αυτή ανάγεται ανά

τετραγωνικό χιλιοστό της επιφάνειας των δύο µετάλλων, δηλ. βρίσκεται η σ σε Kg/mm2.

Η σ πρέπει να έχει τιµή µεταξύ της σ θραύσης του βασικού και του καλυπτικού µετάλλου.

Ένας άλλος απλός τρόπος είναι να λυγίσει το επιµεταλλωµένο µέταλλο κατά 90° και η

συνάφεια θεωρείται αρκετή, αν δεν ξεφλουδίσει το επίστρωµα. Η µέτρηση της συνάφεια

ανάµεσα στο Fe3O4 ή Al2O3 και το βασικό µέταλλο ή κράµα γίνεται µε τον παραπάνω

τρόπο. Για το Al2Ο3 το δείγµα λυγίζεται κατά 45° και, αν το γ1- Al2O3 ρηγµατώνεται

προτού ξεφλουδίσει, η συνάφεια είναι καλή.


18

Σκληρότητα

Μια τρίτη ιδιότητα, που εξετάζεται, είναι η σκληρότητα. Εάν τα επιστρώµατα δεν

είναι αρκετά σκλήρά, υπάρχει κίνδυνος τραυµατισµού και αποφλοίωσής τους, κατά τη

χρησιµοποίηση των αντικειµένων. Η σκληρότητα δεν µπορεί να µετρηθεί µε την µέθοδο

Brinell, γιατί τα επιστρώµατα είναι λεπτά. Μετριέται µε την µέθοδο Vickers, πυραµίδας

διαµαντιού πανω σε φακό. Υψώνεται µε κατάλληλη διάταξη ο φακός του µεταλλογρα-

φικού µισκροσκοπίου, ώστε η πυραµίδα να αφήσει πανω στο δοκίµιο ίχνος, και µετά

φέρνουµε τον φακό σε θέση παρατήρησης, µετριώνται οι διαγώνιοι της τετράγωνης βάσης

της πυραµίδας και ο µετρήσεις γίνονται σε Kg/mm2.

Η σκληρότητα των µεταλλικών επιθεµάτων πρέπει να είναι µεγαλύτερη από το

80% της γνωστής σκληρότητας του αντίστοιχου µετάλλου. Η σκληρότητα των οξειδίων

πρέπει επίσης να είναι µεγαλύτερη από το 60% της γνωστής σκληρότητας των οξειδίων,

που παρουσιάζουν χηµικά. Τις περισσότερες φορές η σκληρότητά τους ξεπερνάει το 100%

και 200% της σκληρότητας των τελευταίων.

Πορώδες

Η έλλειψη προρώδους εµποδίζει την άµεση επαφή του διαβρωτικού περιβάλλοντος

µε το µέταλλο, που προστατεύεται µε στρώµα άλλου µετάλλου και αυτό µεγαλώνει τη

χρονική διάρκεια του επιστρώµατος. Το πορώδες εκφράζεται :

100/ µέσος όρος αριθµών πόρων ανά mm2

Το επίστρωµα είναι τόσο καλύτερο, όσο η τιµή του κλάσµατος µαγαλώνει πάνω

από 50, δηλαδή είναι δεκτοί πάνω από δύο πόροι κατά µέσο όρο ανά mm2.

3.5. Η τύχη των απιστρωµάτων σε συνάρτηση µε το χρόνο

Τα επιστρώµατα που αναφέρθηκαν παραπάνω, προκαλούν βέβαια καθυστέρηση

στη διάβρωση, κυριότερα το σύνθετο επίστρωµα χαλκού-νικελίου-χρώµιου-νικελίου-

χρώµιου.

Όµως, δεν πρέπει να θεωρηθεί ότι µε αυτά εξασφαλίζεται τέλεια από τη διάβρωση

το από κάτω µέταλλο ή κράµα, ακόµη και αν τηρηθούν όλες οι κατάλληλες συνθήκες, που

αναφέρθηκαν για την εξασφάλιση καλής ποιότητάς τους. Και αυτό διότι το δυναµικό των


19

από κάτω τους µετάλλων ως προς το περιβάλλον, δηλαδή το δυναµικό διάβρωσης, δεν έχει

εξουδετερωθεί, ούτε ελαττωθεί, αλλά έµµεσα. Εποµένως, η προδιάθεση διάχυσης των

ιόντων του µετάλλου προς το διαβρωτικό περιβάλλον δεν έχει εξουδετερωθεί και

εκδηλώνεται µε διάβρωση µε βελονισµούς, µε αποτέλεσµα την τοπική ρήξη των

επιστρωµάτων και τελική αποφλοίωσή τους. Βέβαια, οι βελονισµοί και η θραύση των

επιστρωµάτων θα εκδηλωθούν σε µακρύτερο χρόνο, παρά αν τα µέταλλα ήταν γυµνά και

σχηµατιζόταν πάνω τους αυθόρµητα οξείδιο. Όµως, µετά τη θραύση τους σε ορισµένα

σηµεία, γίνεται γρήγορη η διάβρωσή τους.

Εκτός από αυτό, τα επιστρωµατα αυτά µπορεί να καταστραφούν από µηχανικλες

κακώσεις, να πάθουν απόπλυση (ιδιαίτερα τα οξυγονούχα), αποφλοίωση ή ανοδική

διάλυση.

3.6. Χρησιµοποίηση των επιστρωµάτων

Τα επιστρώµατα αυτά δεν εφαρµόζονται σε µεγάλη κλίµακα στην βιοµηχανία,

επειδή το σύνθετο επίστρωµα είναι βέβαια ανθεκτικό από χηµική άποψη σε χηµικά µέσα,

αλλά ακριβό. Για αυτό εφαρµόζεται σε τµήµατα µηχανών.

Το σύνθετο αυτό επίστρωµα εφαρµόζεται σε µεγάλη κλίµακα σε εξαρτήµατα

αυτοκινήτων (προφυλακτήρες, τάσια, πόµολα), αεροπλάνων, σιδηροδρόµων κ.λ.π.,

επιστρώµατα λευκόχρυσου, χρυσού και αργύρου πάνω σε χαλκό ή ορείχαλκο σε είδη

πολυτελείας, οικιακής χρήσης κ.λ.π.

Μεγάλη χρήση έχουν τα χυτοσιδερένια ή χαλύβδινα ελάσµατα, σύρµατα

περίφραξης κ.λ.π. ψευδαργυρωµένα, γαλβανισµένα ή κασσιτερωµένα. Εφαρµόζεται και

επικαδµίωση (βίδες κ.λ.π.).

Το επίστρωµα Fe3O4, όπως αναφέρθηκε, χρησιµεύει στην προστασία των λεβήτων

και σωλήνων.

Η επιβράδυνση της διάβρωσης µε επιστρώµατα µπορεί να εφαρµοστεί σε

ηλεκτροχηµικής και χηµικής φύσης διάβρωση.


20

4. ΕΠΙΜΕΤΑΛΛΩΣΕΙΣ

4.1. Εισαγωγή-Μεταλλικές επικαλύψεις ή επιµεταλλώσεις

Η προστασία µέσω µεταλλικών επικαλύψεων ή επιµεταλλώσεων επιτυγχάνεται µε

σχετικά λεπτές στοιβάδες (στη περίπτωση των ηλεκτροχηµικών επιµεταλλώσεων 8-10 mµ)

που εφαρµόζονται στην επιφάνεια µε διαφόρους µεθόδους, Ως πλεονέκτηµα των

µεταλλικών επικαλύψεων µπορούν να αναφερθούν: η σηµαντική αντιδιαβρωτική

ικανότητα, η υψηλή µηχανική αντοχή και η καλή αισθητικά εµφάνιση της επιφάνειας. Ως

µειονέκτηµα των µεταλλικών επικαλύψεων µπορούν να αναφερθούν τα εξής: εξαιρετικά

δυσχερής η επίτευξη µεταλλικών επικαλύψεων χωρίς ελαττώµατα, πόρους, ασυνέχεια, κ.ά.

στη περίπτωση των γαλβανικών επιµεταλλώσεων συχνά εκλύεται υδρογόνο το οποίο

µπορεί να προκαλέσει ρωγµές στην επικάλυψη, υψηλές εφελκυστικές και θλιπτικές τάσεις

αναπτύσσονται στις επικαλύψεις και επίσης να προκαλέσουν ρωγµές, η πρόσφηση τέλος

της µεταλλικής επικάλυψης µε το υποκείµενο µέταλλο (υπόστρωµα, substrate, Untergrund)

εξαρτάται σε µεγάλο βαθµό από την προκατεργασία της επιφάνειας π.χ. κατάλοιπα

χηµικών από τη φάση της απολίπανσης ή και της αποξείδωσης επιδρούν αρνητικά στη

πρόσφυση. Παρόλα αυτά, η εφαρµογή των µεταλλικών επικαλύψεων είναι ευρήτατη.

4.2. Σηµαντικότερες µέθοδοι επικαλύψεων

• Ηλεκτροχηµικές ή γαλβανικές επιµεταλλώσεις

Ως γαλβανική επιµετάλλωση εννοείται η καθοδική αποβολή µετάλλου στην

επιφάνεια µεταλλικών υλικών από ηλεκτρολυτικά λουτρά τα οποία περιέχουν το προς

απόθεση µέταλλο. Τα σηµαντικότερα µεταλλικά υλικά που επιµεταλλώνονται είναι: τα

σηδιρούχα υλικά, ο χαλκός, το νικέλιο, το χρώµιο, ο ψευδάργυρος, ο κασσίτερος, το

κάδµιο και ο ορείχαλκος. Συνήθως, οι επιµεταλλώσεις διαµορφώνονται υπό µορφή

πολλαπλών στοιβάδων, όπως π.χ. ο συνδυασµός χαλκός-ορείχαλκος-χρώµιο.

Η αντιδιαβρωτική ικανότητα των γαλβανικών επιµεταλλώσεων εξαρτάται από τις

εξής κυρίως παραµέτρους:

-προκατεργασία της επιφάνειας


21

-συνθήκες αποβολής στο λουτρό

-είδος και πάχος της επιµετάλλωσης

-δοµή της προστατευτικής στοιβάδας

Τα πάχη (όπως αναφέρεται και παραπάνω) των σηµαντικότερων επικαλύψεων

έχουν προτυποποιηθεί λαµβάνοντας υπόψη τα ηλεκτροχηµικά χαρακτηριστικά τους και τη

προβλεπόµενη εφαρµογή.

• Επιµεταλλώσεις απουσία ρεύµατος ή µη γαλβανικές

Επιτυγχάνονται µε κατάλληλες αντιδράσεις αναγωγής µεταλλοϊόντων. Οι

σηµαντικότερες είναι η επινικέλωση και η επιχάλκωση.

• Επιµεταλλώσεις τήγµατος

Η σηµαντικότερη επιµετάλλωση του είδους αυτού είναι η επιψευδαργύρωση του

χάλυβα (γαλβανιζέ λαµαρίνα).

• Ψεκασµός µετάλλου

Πρόκειται για µέθοδο κατά την οποία τήγµα µετάλλου διασκορπίζεται σε µικρά

σωµατίδια µε τη βοήθεια πεπιεσµένου αέρα και µέσω ακροφύσιου εκτοξεύεται στη

προκατεργασµένη προς επιµετάλλωση επιφάνεια.

• Μέθοδοι διάχυσης

Πρόκειται για επιφανειακές κατεργασίες χαλύβων θερµοχηµικού χαρακτήρα.

Επειδή µέσω της διάχυσης επηρεάζονται µόνον οριακές ζώνες της επιφάνειας, ο

σχηµατισµός µιξοκρυστάλλων εξελίσσεται µέχρι πολύ µικρά βάθη. Κατά συνέπεια, οι νέες

ιδιότητες που αποκτά η επιφάνεια περιορίζεται στις οριακές αυτές ζώνες. Παρόλα αυτά,

από τη σκοπιά της αντιδιαβρωτικής προστασίας το αποτέλεσµα είναι κατά κανόνα

ικανοποιητικό π.ζ. χρωµίωση.

• Θερµοµηχανική επιµετάλλωση


22

Η µηχανική συναρµογή ενός µετάλλου µε άλλο µέταλλο µέσω µηχανικής

συµπίεσης για την αντιδιαβρωτική του προστασία.

Κατά τον ηλεκτρολυτικό τρόπο που προαναφέρθηκε αναλύεται η παρακάτω διαδικασία,

που ακολουθείται :

4.3. Προτεργασία της επιφάνειας

Τονίζεται ιδιαίτερα, η ανάγκη κατεργασίας της επιφάνειας πριν την επιµετάλλωση.

Αυτή αποτελεί την πράξη τέλειας αποµάκρυνσης από την επιφάνεια και του παραµικρού

ίχνους οξειδίου του µετάλλου και οποιασδήποτε ακαθαρσίας (λίπη σαπωνοποιούµενα ή όχι,

σκόνες κ.λ.π.), γιατί και από αυτή εξαρτάται ο χρόνος ηµιζωής του στρώµατος. Η

αποµάκρυνση των οξειδίων γίνεται στην αρχή µηχανικά. Μια µέθοδος που

χρησιµοποιείται πολύ είναι αυτή της αµµοβολής, δηλαδή η µέθοδος της εκτόξευσης µε

πίεση ατµού ή ψηγµάτων χάλυβα ή κόκκων οξειδίων, καολίνη κ.λ.π., ακόµη και πάγου

πάνω στην επιφάνεια που πρέπει να καθαριστεί. Η µέθοδος αυτή εφαρµόζεται αρκετά αλλά

δεν είναι η καλύτερη. Γιατί, κατά την αµµοβολή, µένουν συνήθως στην επιφάνεια κόκκοι

άµµου, κατά την άλλη µέθοδο , ψήγµατα χάλυβα, κ.λ.π. Οι κόκκοι άµµου δηµιουργούν

ανοµοιογένεια και τα ψήγµατα χάλυβα τοπικά γαλβανικά στοιχεία, µε αρνητικό πόλο το

µέταλλο για προστασία. Ακόµη, είτε πρόκειται για αµµοβολή, είτε για εκτόξευση

ψηγµάτων χάλυβα η επιφάνεια που δηµιουργείται είναι τραχειά. ∆ηλαδή, µε τις µεθόδους

αυτές, προδιαθέτονται οι επιφάνειες για µια έντονη διάβρωση µε βελονισµούς. Παρόλα

αυτά, σε πολλές περιπτώσεις επειδή ο τρόπος αυτός καθαρισµού είναι ο µόνος

εφαρµόσιµος χρησιµοποιείται όπου είναι δυνατό και ευσταθεί οικονοµικά, η κάθαρση

πρέπει να πραγµατοποιείται µε άλλο τρόπο: µε σµυριδοτροχούς, όλης της σειράς µεγεθών

κόκκων, και µε αιώρηµα αλουµινίου κ.λ.π. ώστε να γίνει όσο το δυνατό πιο λεία η

επιφάνεια. Εποµένως, η µηχανική κατεργασία αποβλέπει και στη κάθαρση από τα οξείδια

αλλά και στη λεία επιφάνεια ώστε να αποφευχθούν αταξίες δοµής. Και µάλιστα, ακολουθεί

(µετά από απολίπανση) ηλεκτρολυτική λείανση, για να πραγµατοποιηθεί όσο γίνεται πιο

λεία επιφάνεια. Αυτό γίνεται και για λόγους αισθητικούς, αλλά βασικά για λόγους αντοχής

του επιστρώµατος.

Η τέλεια κάθαρση της επιφάνειας από τα οξείδια πρέπει να ελεγχθεί, γιατί κάθε

ίχνος οξειδίου που θα µείνει σχηµατίζει µια περιοχή καθαρού µετάλλου, τοπικό γαλβανικό


23

στοιχείο, µε αποτέλεσµα την επιτάχυνση της διάβρωσης, πατά τις µεθόδους προστασίας,

που θα έχουν εφαρµοστεί. Η παρουσία οξειδίου δεν µπορεί να ελεγχθεί µε το µάτι, γιατί το

οξείδιο που µένει στην επιφάνεια είναι διάφανο και άχρωµο και για τον λόγο αυτό πρέπει

να χρησιµοποιηθούν ειδικές µέθοδοι.

4.4. Επιµετάλλωση

Ως επιµετάλλωση ορίζεται η επίθεση µετάλλου σε µια επιφάνεια. Εκείνο που

ενδιαφέρει είναι να δηµιουργηθεί µεγάλη συνάφεια ανάµεσα στα δύο µέταλλα, µεγάλη

πρόσφυση, και αυτό το πετυχαίνουµε µε τη δηµιουργία µιξοκρύσταλλου ανάµεσα στα δύο

µέταλλα. Μιξοκρύσταλλοι δεν δηµιουργούνται µεταξύ οποιωνδήποτε µετάλλων. Πρέπει

κυρίως οι ακτίνες των ιόντων τους να µην είναι διαφορετικές σε µέγεθος πάνω από 15%

για να δηµιουργηθούν µικροκρύσταλλοι µε διείσδυση, πάνω από 8% µικροκρύσταλλοι µε

αντικατάσταση.

Είναι φανερό ότι η πρόσφυση θα είναι µεγαλύτερη, όταν δηµιουργούνται

µιξοκρύσταλλοι µε αντικατάσταση, που έχουν µεγαλύτερη αντοχή και φέρνουν σε

στενότερη επαφή και µε ισχυρότερες δυνάµεις τα δύο µέταλλα. Γιατί, στο µιξοκρύσταλλο

µε αντικατάσταση αντικαθίστούνται ορισµένα ιόντα του ενός µετάλλου από το άλλο, ενώ

στο µιξοκρύσταλλο µε διείσδυση, διεισδύει αριθµός ιόντων του ενός µετάλλου στο

κρυσταλλικό πλέγµα του άλλου, σε παραπλεγµατικές άτακτες θέσεις. Αυτό δηµιουργεί µια

ενεργειακή αναβάθµιση, άρα απαιτείται µικρότερη ενέργεια για να αποκολληθούν τα δύο

µέταλλα. Αν τα µέταλλα δεν ικανοποιούν τον όρο, παρεµβάλλεται ένα µέταλλο ενδιάµεσης

ακτίνας, ώστε ανά δύο ακτίνες να διαφέρουν κάτω του 8%. Για τα περισσότερα µέταλλα,

που επιθυµείται να επιµεταλλωθούν χρησιµοποιείται για τον σκοπό αυτό ο χαλκός.

Επιχάλκωση

Σύµφωνα µε τα παραπάνω, το µέταλλο που πρέπει να επιµεταλλωθεί πρώτα

επιχαλκώνεται. Αυτό εφαρµόζεται για χάλυβα, ορείχαλκο, άργυρο κ.λ.π. Η επιχάλκωση

προϋποθέτει ένα λουτρό, που περιέχει ιόντα χαλκού, ένα ανοδικό ηλεκτρόδιο από χαλκό

και το καθοδικό ηλεκτρόδιο είναι το αντικείµενο για επιχάλκωση. Η επιµετάλλωση των

κραµάτων σιδήρου δεν µπορεί να πραγµατοποιηθεί από όξινο λουτρό, γιατί γίνεται

αυτόµατη αντικατάσταση του σιδήρου από χαλκό: διάλυση σιδήρου και απόθεση χαλκού.

Η απόθεση αυτή δεν γίνεται έτσι µε συνθήκες που ελέγχονται και οδηγεί σε κακό


24

επίστρωµα. Για αυτό στη περίπτωση σιδήρου πρέπει το λουτρό επιχάλκωσης να είναι

αλκαλικό (σύµπλοκα κυανιούχα). Συνήθεις συνθέσεις αλκαλικών λουτρών επιχάλκωσης

είναι οι ακόλουθες :

Εκείνο που διαφέρει ιδιαίτερα στις επιµεταλλώσεις είναι να σχηµατιστεί πυκνός

µιξοκρύσταλλος ανάµεσα στα δύο µέταλλα και ο χαλκός να αποτίθεται µε ταχύτητα ίση

προς την ταχύτητα κρυστάλλωσής του. Αν η πυκνότητα ρεύµατος είναι µικρή, ο

µιξοκρύσταλλος που σχηµατίζεται είναι αραιός και η συνάφεια των δύο µετάλλων µικρή.

Αν η πυκνότητα ρεύµατος είναι µεγάλη, τα ιόντα χαλκού που αποθέτονται δεν

προφταίνουν να ταξινοµηθούν στις θέσεις, που προβλέπονται από το κρυσταλλικό του

πλάγµα. Έτσι, ο χαλκός αποτίθεται ως άµορφος. Άρα, υπάρχει ένα χαµηλό όριο

πυκνότητας ρεύµατος, που κάτω από αυτό δεν υπάρχει συνάφεια ανάµεσα στα δύο

µέταλλα, και ένα ψηλό όριο, που από αυτό δεν πραγµατοποιείται καλή κρυστάλλωση.

Εκτός από αυτό, το στρώµα του χαλκού δεν θα πρέπει να είναι πορώδες. Το πορώδες είναι

αµελητέο, αν οι κρύσταλλοι του χαλκού είναι προσανατολισµένοι µεταξύ τους και ως προς

την επιφάνεια του µετάλλου κατά την πλευρά (100), αντί της πλευράς (111). Ενώ οι πόροι

είναι περισσότεροι, αν δεν υπάρχει προσανατολισµός. Ακόµη, αποδείχθηκε ότι αν αποτεθεί

ηλεκτρολυτικά χαλκός σε οποιαδήποτε αγώγιµη επιφάνεια, πάνω από ορισµένο πάχος,

παρουσιάζεται µια αύξηση της σκληρότητας, που παράλληλα µε την αύξηση του

προσανατολισµού των κόκκων στην επιφάνεια του µετάλλου, αυτά ισχύουν για όξινο

λουτρό. Αν το λουτρό είναι αλκαλικό, δεν γίνεται αυτό. Εποµένως, αν θέλουµε το

επίστρωµα σε σίδηρο να έχει µεγαλύτερη αντοχή στη διάβρωση, κάνουµε µια µικρού


25

πάχους απόθεση χαλκού από αλκαλικό λουτρό και συνεχίζουµε την απόθεση χαλκού µε

όξινο λουτρό: 150-240 g/lt CuSO4.5H2O+45-100 g/lt H2SO4. Έτσι θα έχουµε

προσανατολισµό του χαλκού (των κρυστάλλων του) κατά [100].

Μετά την επιχάλκωση, ακολουθεί ελαφρή λείανση µε τροχούς από ύφασµα και

κατάλληλες αλοιφές – γιατί ο χαλκός ως, «νεαρός», µόλις έρθει σε επαφή µε την

ατµόσφαιρα, οξειδώνεται – και στη συνέχεια φίνεται κατεργασία µε διαλυτικά µέσα, για

την αποµάκρυνση των λιπαρών ουσιών και αλοιφών. Αυτά αποφεύγονται, αν τα

αντικείµενα, που επιχαλκώθηκαν τοποθετηθούν απ’ευθείας από το λουτρό επιχάλκωσης

στο λουτρό επινικέλωσης, µετά από πλύσιµο σε νερό.

Η απόδοση ρεύµατος είναι 30-70% ανάλογα µε την πυκνότητα ρεύµατος.

Επινικέλωση

Τα λουτρά επινικέλωσης περιέχουν άλατα νικελίου, χλωριούχο αµµώνιο (αύξηση

αγωγιµότητας), βορικό οξύ (για την καταπολέµηση της παθητικότητας της ανόδου και τη

ρύθµιση της οξύτητας) και ποικιλία άλλων προσµίξεων. Υπάρχει µεγάλος αριθµός

συνταγών σύνθεσης των λουτρών αυτών βασικά όµως, περιέχουν τις παραπάνω ουσίες,

που αναφέρθηκαν.


26

Παρακάτω φαίνεται η σύνθεση διαφόρων λουτρών νικελίου.

Το pH των διαλυµάτων µπορεί να είναι από 1,5-5,6. Η απόδοση ρεύµατος είναι 20-

60%.

Το ανοδικό ηλεκτρόδιο είναι µεταλλικό νικέλιο. Τα αντικείµενα που πρόκειται να

επινικελωθούν, αποτελούν το καθοδικό ηλεκτρόδιο. Το νικέλιο, µπορεί να είναι το τελικό

στρώµα. Όµως, τα αντικείµενα αποκτούν µεγαλύτερη αντοχή στη διάβρωση, αν

πειχρωµιωθούν.

Επιχρωµίωση

Πριν την επιχρωµίωση, πραγµατοποιείται ελαφρή λείανση και απολίπανση. Η

επιχρωµίωση γίνεται σε λουτρά, που περιέχουν διάλυµα τριοξειδίου του χρωµίου και λίγο

θειϊκό οξύ. Τα λουτρά είναι της ακόλουθης σύνθεσης:


27

Η αναλογία CrO3: SO42-=100 κατά βάρος πρέπει να τηρείται αυστηρά. Η απόδοση

ρεύµατος είναι περίπου 15%, εξαιτίας της σύγχρονης µε την επιχρωµίωση παραγωγής και

υδρογόνου.

Ως άνοδος δεν χρησιµοποιείται χρώµιο, γιατί αυτό ως παθητικό δεν διαλύεται

ανοδικά, κατά ισοδύναµο ποσό προς εκείνο που αποτίθεται, αλλά µόλυβδος. Το χρώµιο,

που αποτίθεται, είναι πορώδες γιατί η τάση απόθεσης των χρωµιόντων είναι γειτονική προς

την τάση διάσπασης του νερού. Έτσι, αποθέτονται χρώµιο και υδρογόνο µαζί. Στο

τελευταίο οφείλεται η δηµιουργία πόρων.

Έτσι, εξαιτίας του πορώδους, δεν πρέπει να επιχρωµιωθεί το µέταλλο ή ο χαλκός,

που µε αυτόν καλύφθηκε το µέταλλο. Είναι δηλαδή απαραίτητη η προηγούµενη

επινικέλωση. Εκτός από αυτό, για να εξουδετερωθεί περισσότερο το πορώδες του χρωµίου,

επινικελώνεται ξανά και µετά επιχρωµιώνεται άλλη µια φορά.

Επικαδµίωση

Αυτή γίνεται από λουτρό 30g/lt CdO, 100g/lt NaCN. Θερµοκρασία περιβάλλοντος,

πυκνότητα ρεύµατος 0,5-5,4 A/dm2. Άνοδος κάδµιο. Επίστρωµα καδµίου µεγαλύτερο από


28

5 µm είναι πρακτικά συµπαγές (χωρίς πόρους). Το κάδµιο δεν αντέχει σε επίδραση

χηµικών ουσιών, παρά µόνο σε αλκάλια. Για αυτό χρησιµεύει για την επικαδµίωση

ροδέµατος (µεταξύ οπλισµού και σκυροδέµατος δηµιουργείται pH περίπου 13) για την

προστασία του οπλισµού από τη διάβρωση. Χρησιµοποιείται ευρύτατα για βίδες και άλλα

µικροεξαρτήµατα από χάλυβα.

Επιχρύσωση

Για την Παρασκευή ειδών πολυτελείας από χαλκό, ορείχαλκο και σίδηρο

πραγµατοποιείται επιχρύσωση.Η επιχρύσωση γίνεται µε τρεις τρόπους:

α) Με ηλεκτρόλυση χρησιµοποιώντας λουτρό από τις παρακάτω συνθέσεις και άνοδο από

χρωµιονικέλιο, γραφίτη ή λευκόχρυσο.

Αν χρησιµοποιηθεί η σύσταση του λουτρού της τελευταίας στήλης και άνοδος από

λευκόχρυσο ή χρυσό-αργυρό, το επίθεµα θα είναι ο λεγόµενος «πράσινος χρυσός».

β) Μια άλλη µέθοδος που χρησιµοποιείται για την επιχρύσωση µικρών αντικειµένων είναι

η µέθοδος του «υδατικού διαλύµατος αλάτων χρυσού».

Κατά τη µέθοδο αυτή χρησιµοποιείται ένα γαλβανικό στοιχείο µε διάφραγµα, που ο

ανοδικός του χώρος αποτελείται από ψευδάργυρο βυθισµένο σε πυκνό διάλυµα NaCl και ο

καθοδικός του από διάλυµα: Χρυσός [ως Au(NH3)2(OH)3] 1,2g/lt +Na4Fe(CN)6.10H2O


29

15g/lt+Na2HPO4.12H2O 7,5g/lt+Na2CO3 4g/lt+Na2SO3 0.15g/lt και κάθοδο τα προς

επιχρύσωση αντικείµενα. Η επιχρύσωση αρχίζει µε τη βραχυκύκλωση του στοιχείου.

γ) Μια τρίτη µέθοδος επιχρύσωσης είναι η µέθοδος «εµβάπτισης». Χρησιµοποιείται

λουτρό από: χρυσό [ως Au(NH3)2(OH)3] 2,1g/lt, Na2CO3 45g/lt και NaCN 30g/lt,

θερµοκρασία 80οC. Προφανώς η µέθοδος κάνει για οποιδήποτε µέταλλο της

ηλεκτροδιαλυτικής σειράς πάνω από το χρυσό, αλλά µόνο στο χαλκό και τον ορείχαλκο

δίνει καλά αποτελέσµατα µε πάχος επιστρώµατος µέχρι 0,025 µm. Εφαρµόζεται για µικρά

και όχι αξίας αντικείµενα.

Αξίζει να σηµειωθεί το εξής: Ο χρυσός χρησιµοποιείται συνήθως για να

επιµεταλλώσει µε ηλεκτρόλυση τα συστατικά σε προϊόντα όπως είναι οι υπολογιστές και

τα κινητά τηλέφωνα, επειδή έχει τις άριστες ιδιότητες διεύθυνσης και είναι σχετικά

σταθερός όταν εκτίθεται στην ατµόσφαιρα. Ο χρυσός συνδυάζεται συνήθως µε στοιχεία

όπως το νικέλιο, το κοβάλτιο, ο σίδηρος ή το αρσενικό για µείωση των δαπανών και για

βελτίωση της σκληρότητας του.

Ακόµη τα νιτρίδια είναι χαρακτηριστικά πιο ανθεκτικά από το ίδιο το µέταλλο από

το οποίο προέρχονται. Έτσι, οι ερευνητές από καιρό έχουν θεωρήσει ότι το χρυσό νιτρίδιο

θα µπορούσε να χρησιµοποιηθεί εναλλακτικά του χρυσού. Στις 27 Οκτωβρίου 2003 οι

ερευνητές στην Αγγλία δηµιούργησαν αυτό το νέο υλικό που µείωσε τις δαπάνες στη

βιοµηχανία ηλεκτρονικών προϊόντων.

Παρακάτω φαίνονται αντικείµενα που έχει επιχρυσωθεί:


30

Το παρακάτω όργανο µουσικής έχει επιχρυσωθεί µερικώς (20%):

Επαργύρωση

Χρησιµεύει για την επικάλυψη µε άργυρο πηρουνιών, µουσικών και χειρουργικών

οργάνων, τµήµατα ηλεκτρικών κυκλωµάτων κ.τ.λ.

Ο άργυρος έχει καλή αντοχή στη διάβρωση, αλλά προσβάλλεται από τρόφιµα όπως

αυγά, µουστάρδα, κ.τ.λ.και το SO2, ρύπανση του αέρα. Παρακάτω φαίνονται τα διάφορα

λουτρά επαργύρωσης µε άνοδο άργυρο.


31

*Άσπρο επίστρωµα **Γυαλιστερό ***Ανθεκτικό σε H2S, SO2 ****µε εµβάπτιση χωρίς

ρεύµα.

Επικασσιτέρωση

Χρησιµεύει κυρίως για την επικάλυψη χάλυβα σε ραδιόφωνα και τηλεοράσεις, σε

ηλεκτρικά ψυγεία και στην οικιακή οικονοµία. Χρησιµοποιούνται τα ακόλουθα είδη

λουτρών και άνοδοι από καθαρό κασσίτερο.

Έλασµα χάλυβα µπορεί να επικασσιτερώνεται σε συνεχή διάταξη. Επικασσιτέρωση γίνεται

µε εµβάπτιση σε τηγµένο κασσίτερο (συνεχής µέθοδος).

Επιψευδαργύρωση

Αυτή γίνεται συνήθως µε εµβάπτιση σε τηγµένο ψευδάργυρο (συνεχής µέθοδος),

µπορεί όµως να γίνει και ηλεκτρολυτικά. Η επιψευδαργύρωση (γαλβανισµός) έχει ευρεία


32

εφαρµογή σε σύρµατα, συρµατοπλέγµατα, λαµαρίνες, βίδες κ.τ.λ. Χρησιµοποιείται άνοδος

ψευδαργύρουκαι λουτρά, όπως τα παρακάτω.

Επιµετάλλωση γυαλιού και πορσελάνης

Στην περίπτωση αυτή απαιτείται η αγωγιµοποίηση των τµηµάτων των επιφανειών

που θέλουµε να επιµεταλλώσουµε. Η αγωγιµοποίηση αυτή γίνεται µε επίχρυση πυκνού

διαλύµατος νιτρικού αργύρου και αναγωγή του µε διάλυµα φορµαλδεϋδης. Έτσι

αποτίθεται ένα λεπτό στρώµα αργύρου στις επιφάνειες αυτές που µετά µπορούν να

επιµεταλλωθούν ως κάθοδος και συνδεθούν οι αγώγιµες επιφάνειες µε τον αρνητικό πόλο

πηγής.

Επιµετάλλωση µε πιστολισµό

∆ηµιουργείται ηλεκτρικό τόξο µεταξύ ηλεκτροδίων από το µέταλλο που πρόκειται

να επιστρωθεί και οι ατµοί του οδηγούνται στην επιφάνεια του µετάλλου, που πρόκειται να

καλυφθεί. ∆ηµιουργείται έτσι ένα παχύ, αλλά ανισόπαχο στρώµα. Η µέθοδος εφαρµόζεται

επιτόπου σε τµήµατα, όπου δεν µπορεί να γίνει ηλεκτρόλυση µε µεταφορά τους σε


33

εργοστάσιο. Εφαρµοζεται ακόµη για την επιτόπου συµπλήρωση υλικού, όταν αυτό έχει

φαγωθεί από διάβρωση.

Επιµετάλλωση µε καθοδική διασκόρπιση

Τα αντικείµενα που πρόκειται να επιµεταλλωθούν τοποθετούνται σε χώρο χαµηλής

πίεσης αδρανούς αερίου π.χ. αργού. Μεταξύ ανόδου και καθόδου, που είναι το µέταλλο για

απόθεση, παράγονται σπινθήρες, που οδηγούν σε εξάχνωση του µετάλλου της καθόδου. Οι

ατµοί αυτοί του µετάλλου κατακάθονται στην επιφάνεια των αντικειµένων για

επιµετάλλωση και τα επιµεταλλώνουν. Με την µέθοδο αυτή δεν σχηµατίζεται κράµα

µεταξύ των µεταλλικών αντικειµένων και του µεταλλικού επιθέµατος που συγκρατείται

µηχανικά. Αυτό είναι ένα απο τα µειονεκτήµατα της µεθόδου (µικρή συνάφεια).

Ένα άλλο µειονέκτηµα είναι η θέρµανση των αντικειµένων και ο µικρός ρυθµός

απόθεσης. Πλεονέκτηµα της µεθόδου είναι ότι είναι δυνατή η επιµετάλλωση µη αγωγών

αντικειµενων.

Επιµετάλλωση µε διάχυση

Αυτή η µέθοδος απαιτεί ένα προηγούµενο στάδιο επιµετάλλωσης, που έχει

πραγµατοποιηθεί µε οποιαδήποτε µέθοδο, και ακολουθείται από µία θερµική κατεργασία.

Έτσι πραγµατοποιείται αµοιβαία διάχυση των µετάλλων, όπως είναι ο γαλβανισµένος

χάλυβας.

Ηλεκτροφορητική επιµετάλλωση

Κολλοειδών διαστάσεων κόκοι µετάλλων, διασκορπισµένοι σε αραιό διάλυµµα

ηλεκτρολύτη, αποκτούν ηλεκτρικα φορτία από εκλεκτική ρόφηση ενός είδους από τα ιόντα

του ηλεκτρολύτη. Τα αντικείµενα για επιµετάλλωση εµβαπτίζονται στο διάλυµα και µε τη

βοήθεια αδρανούς ηλεκτροδίου οι κολοειδείς κόκοι του µετάλλου ηλεκτροφορούνται και

αποθέτονται πάνω στο µέταλλο. Αν οι κόκοι είναι φορτισµένοι αρνητικά τα αντικείµενα

για επιµετάλλωση συνδέονται µε την άνοδο, αν θετικά µε την κάθοδο. Οι εµπορικές

εφαρµογές της µεθόδου είναι προς το παρόν περιορισµένες.


34

Παρακάτω φαίνεται σχηµατικά η ηλεκτροφορητική επιµετάλλωση:

Επιµετάλλωση χωρίς ρεύµα

Η µέθοδος είναι γνωστή και ως «χηµική επιµετάλλωση» ή «επιµετάλλωση µε εµβάπτιση»

και πραγµατοποιείται σε χαµηλές θερµοκρασίες. Η δηµιουργία µεταλλικού επιστρώµατος

είναι αποτέλεσµα χηµικής αναγωγής ιόντων µετάλλου από το διάλυµά του. Το διάλυµα

πρέπει να περιέχει ένα αναγωγικό µέσο και η επιφάνεια που πάµω της γίνεται η απόθεση,

να υποβοηθεί την αναγωγή και να διατηρεί αυτή την ιδιότητα κατά την διάρκεια της

απόθεσης. Μέταλλα, που συνήθως επιµεταλλώνονται µε αυτή την τεχνική, είναι ο χαλκός,

ο άργυρος, το κοβάλτιο και το παλλάδιο. Η επαργύρωση των καθρεφτών εµπίπτει σε αυτή

την κατηγορία. Τυπικές αναγωγικές ουσίες είναι τα υποφωσφορώδη, βορικές αµίνες,

φορµαλδεύδη, βοροϋδρίδια, υδραζίνη κλπ. Τα επιστρώµατα του νικελίου χωρίς ρεύµα

δηµιουργούνται σε υποφωσφορώδη λουτρά. Πολλές από τις ιδιότητες των επιστρωµάτων

εξαρτώνται από το ποσό του περιεχοµένου φωσφόρου στο µεταλλικό πλέγµα τους.

Επιµετάλλωση µε έκρηξη

Η µέθοδος περιλαµβάνει την ανάπτυξη ενός δεσµού µεταξύ δύο µετάλλων µε την

εφαρµογή µεγάλης συµπιεστικής συνοχής που παράγεται υπο πίεση. Αυτή δηµιουργείται


35

από ελεγχόµενη έκρηξη. Η συνάφεια µεταξύ των δύο µετάλλων εξαιτίας του

δηµιουργούµενου κενού είναι µεγάλη.

Επιµετάλλωση µε διασκόρπιση µε φλόγα

Σε αυτή την µέθοδο λεπτοµερής σκόνη ή σύρµα περνάει µπροστά από µία φλόγα

υψυλής θερµοκρασίας, που λιώνει το µέταλλο και το κρατάει σε τήξη µέχρι τα σταγονίδιά

του να έρθουν σε επαφή µε το προς επικάλυψη αντικείµενο. Συνήθως, χρησιµοποιείται

προς απόθεση αντικείµενο ή ψευδάργυρος. Η πυκνότητα του αλουµινίου που προέρχεται

από την µέθοδο αυτή, είναι µικρότερη του κανονικού µετάλλου, γιατί κατά την µέθοδο

δηµιουργούται και πόροι.

Επιµετάλλωση µε σύντηξη

Μέταλλο µε χαµηλό σηµείο τήξης όπως κασσίτερος, µόλυβδος, ψευδάργυρος και

αλουµίνιο µπορεί να χρησιµοποιηθούν µε την µορφή λάσπης από σκόνη τους, που

επιστρώνονται στις επιφάνειες για επιµετάλλωση. Μετά µε θέρµανση πάνω από το σηµείο

τήξης τους δηµιουργείται ένα επίστρωµά τους πάνω στα αντικείµενα για επιµετάλλωση.

Επιµετάλλωση από αέριο

Μερικές µεταλλικές ενώσεις µπορούν να αποσυντεθούν µε την επίδραση

θερµότητας και να αποθέσουν το µέταλλο. Τέτοιες ενώσεις είναι καρβονύλιο και

αλογονίδιο µετάλλων και οργανοµεταλλικές ενώσεις. Μπορούν να δηµιουργηθούν

νικελιούχα επιστρώµατα από την διάσπαση καρβονυλίου του νικελίου. Επίσης, ιωδιούχες

ενώσεις µετάλλων σε αέρια φάση µπορούν να διασπαστούν θερµικά και να

επιµεταλλώσουν χάλυβα.

Επιµετάλλωση µε συνέλαση

Γίνεται συνέλαση φύλλων, χάλυβα µε λεπτά φύλλα δύο ή περισσοτέρων µετάλλων

χωρίς την παρεµβολή άλλων υλικών. Για την καλή πρόσφυση του επιστρώµατος

απαιτούνται επιφάνιες,που δεν έχουν οξείδια, λίπη, υγρασία και άλλες ουσίες πριν το

στάδιο της συνέλασης. Η πιο κοινή κατασκευαστική µέθοδος είναι η συνέλαση µε µείωση


36

50-75% του πάχους. Η συνέλαση µπορεί να γίνει µε η χωρίς θέρµανση των µετάλλων.

Επιµετάλλωση µε πλάσµα

Αυτή η µέθοδος µοιάζει µε την διασκόρπιση µε φλόγα, εκτός από το γεγονός ότι η

ενέργεια, που εφαρµόζεται, για την θέρµανση του µετάλλου, προέρχεται από ηλεκτρική

εκκένωση, που οδηγεί σε δηµιουργία πλάσµατος του µετάλλου για επίστρωση.

Επιµετάλλωση µε εµβάπτιση σε τήγµα

Μεγάλες ποσότητες χάλυβα µε την µορφή φύλλων, σωλήνων, αγκαθωτών

συρµάτων επιψευδαργυρώνονται σε συνεχή παραγωγή µε εµβάπτισή τους σε λιωµένο

λουτρό ψευδαργύρου: γαλβανισµένες λαµαρίνες, γαλβανισµένοι σωλήνες, γαλβανισµένα

σύρµατα αντίστοιχα.

Η δηµιουργία καλής πρόσφυσης στην διεπιφάνεια ψευδαργύρου-χάλυβα απαιτεί

την παρουσία µικρών ποσοτήτων αλουµινίων στο λουτρό. Το πάχος του επιστρώµατος

ψευδαργύρου ελέγχεται από αυστηρή ρύθµιση της θερµοκρασίας του λουτρού

γαλβανισµού, την ταχύτητα, που µ’αυτή περνάνε τα αντικείµενα απ’το λουτρό, την αρχική

θερµοκρασία του χάλυβα πριν την εµβάπτιση και την χρήση ροής αερίου ή αέρα από

ακροφύσια, που καθαρίζουν τα αντικείµενα την στιγµή που βγαίνουν από το λουτρό.

Μέχρι πρόσφατα έτσι γινόταν και η επικασσιτέρωση του χάλυβα, που τώρα όµως γίνεται

µε ηλεκτρολυτική απόθεση, γιατί ελέγχεται πολύ πιο αποτελεσµατικά το πάχος του

επιστρώµατος.

4.5. Έλεγχοι των επικαλύψεων

Η προστασία µε οργανικές επικαλύψεις (στις οποίες ανήκουν και οι

επιµαταλλώσεις που αναλύονται παραπάνω) είναι η σηµαντικότερη µέθοδος παθητικής

προστασίας των υλικών. Οι έλεγχοι αντοχής σε διάβρωση βαµµένων µεταλλικών

επιφανειών µπορούν να οµαδοποιηθούν σε τέσσερις κατηγορίες όπως φαίνεται και στον

παρακάτω πίνακα.


37

Αξίζει ν’αναφερθεί ότι, οι αναφερόµενοι στον πίνακα έλεγχοι, µε εξαίρεση

ορισµένων εξειδικευµένων ελέγχων που αφορούν µόνο τις οργανικές επικαλύψεις ισχύοθν

και για τα γυµνά µέταλλα ή γενικότερα για µέταλλα που έχουν υποστεί παθητική

προστασία (π.χ. επιµεταλλώσεις, επικαλύψεις χηµικής µετατροπής).

Πολλοί από τους αναφερόµενους ελέγχους είτε αυτούσιοι είτε τροποποιηµένοι

εφαρµόζονται γενικότερα στις επικαλύψεις µε την ευρύτερη έννοια του όρου, άσχετα

δηλαδή από τη χηµική φύση της επικάλυψης π.χ. µηχανικοί έλεγχοι (κατηγορία Β)

εφαρµόζονται στις επισµαλτώσεις. Οι κατηγορίες Α,Γ,∆ του πίνακα εφαρµόζονται στις

επιµεταλλώσεις, στις επικαλύψεις επιφαβειακής χηµικής µετατροπής και στα γυµνά

µέταλλα.

Η πρώτη κατηγορία ελέγχων είναι συνήθης στα βιοµηχανικά εργαστήρια.

∆ιατυπώνονται όµως επιφυλάξεις ως προς την αξιοπιστία των µεθόδων αυτών µε

επιχειρήµατα όπως ότι είναι χρονοβόρες, η αξιολόγηση των αποτελεσµάτων δεν είναι

πάντοτε αντικειµενική (συνήθως οπτική παρατήρηση), τα αποτελέσµατα δεν εκφράζονται

ποσοτικά, η µεθοδολογία δεν επιτρέπει τη διερεύνηση του µηχανισµού της διάβρωσης κ.α.

Πλεονεκτήµατα των µεθόδων αυτών είναι η απλότητά τους και η εφαρµογή τους µε

σχετικά φθηνό εξοπλισµό χωρίς να απαιτείται εξειδικευµάνο προσωπικό.

Η δεύτερη και τρίτη κατηγορία µεθόδων είναι χρήσιµες, δίνουν αξιόπιστα

αποτελέσµατα αλλά είναι συµπληρωµατικές των µεθόδων τηε πρώτης κατηγορίας. Η

τελευταία κατηγορία µεθόδων, οι ηλεκτροχηµικές, εµφανίζουν δύο σαφή πλεονεκτήµατα:

είναι ταχύτατες, επιτρέπουν τη διερεύνηση του µηχανισµού της διάβρωσης, τα

αποτελέσµατα τους εκφράζονται ποσοτικά και είναι αντικειµενικές. Ως προς την

αξιοπιστία των µεθόδων έχουν και εδώ διατυπωθεί επιφυλάξεις µε κύριο επιχείρηµα το


38

γεγονός ότι επιβάλλεται στο εξεταζόµενο δοκίµιο εξωτερική τάση που επιταχύνει τη

διάβρωσή του, και θεωρητικά θα µπορούσε να επηρεαστεί ο µηχανισµός του φαινοµένου,

κατά συνέπεια η πρόβλεψη της συµπεριφοράς του υλικού στη διάβρωση θα ήταν

επισφαλής.

Επίσης ο εξοπλισµός για την εφαρµογή των ηλεκτροχηµικών µεθόδων (πόλωση και

εµπέδηση) είναι σχετικά δαπανηρός και απαιτείται εξειδικευµένο προσωπικό για την

αξιολόγηση των αποτελεσµάτων.

Παρόλα αυτά, διεθνώς κατα βάλλονται προσπάθειες συσχέτισης των αποτελεσµά-

των των µεθόδων Α και ∆ του πίνακα µε ικανοποιητικά αποτελέσµατα (π.χ. συσχέτιση

αποτελεσµάτων αλατονέφωσης µε ηλεκτροχηµικές παραµέτρους). Τέλος, πιστεύεται ότι

µελλοντικά οι ηλεκτροχηµικές µέθοδοι που σήµερα έχουν ακόµη ερευνητικό χαρακτήρα,

θα καταστούν στα Ανώτατα Εκπαιδευτικά Ιδρύµατα και τα βιοµηχανικά εργαστήρια

µέθοδοι ρουτίνας.

Η αξιολόγηση αποτελεσµάτων µεθόδων όπως η αλατονέφωση που θεωρείται

κλασική βιοµηχανική µέθοδος δεν παύει να έχει υποκειµενικό χρακτήρα.

Τέλος, όλες σχεδόν οι µέθοδοι που αναφέρονται στον προηγούµενο πίνακα

ανήκουν στην κατηγορία των καταστρεπτικών µεθόδων ελέγχου. Ιδιαίτερη σηµασία τόσο

στην έρευνα όσο και στην πράξη έχουν αποκτήσει οι µη καταστρεπτικές µέθοδοι ελάγχου

( NDT-Non Destructive Testing).

Αξίζει, ακόµη, ν’αναφερθεί η επιρροή των οργανικών επικαλύψεων που

προαναφέρθηκαν στην υγεία και στο περιβάλλον γενικότερα:

4.6. Οργανικές επικαλύψεις, υγεία και περιβάλλον

Οι οργανικές επικαλύψεις, δηλαδή τα χρώµατα, βερνίκια και παρεµφερή υλικά

προστατεύουν και καλλωπίζουν τις επιφάνειες των πάσης φύσεως υλικών που

χρησιµοποιούνται στην πράξη (π.χ. σίδηρος, χάλυβας, αλουµίνιο, σκυρόδεµ, ξύλο).

Έµµεσα η προστασία των υλικών συµβάλλει στη συντήρηση των γήινων

αποθεµάτων σε πρώτες ύλες (π.χ. ξύλο, ορυκτά) και περιορίζει την κατανάλωση ενέργεας

για την παραγωγή νέων. Παράλληλα το κύκλωµα «οργανικές επικαλύψεις» (πρώτες ύλες,

βιοµηχανική παραγωγή, µηχανολιγικός εξοπλισµός. Εφαρµογή, διάθεση) αποτελεί

σηµαντική οικονοµική δραστηριότητα. Με την αυξανόµενη ευαισθητοποίηση της κοινή

γνώµης σε θέµατα υγείας και περιβάλλοντος αναπτύσσεται διεθνώς έντονος

προβληµατισµός για τις επιπτώσεις των προϊόντων της βιοµηχανίας χρωµάτων, στην υγεία


39

των εργαζοµένων, των χρηστών και γενικότερα στο περιβάλλον.

Ο προβληµατοσµός είναι εύλογος δεδοµένου ότι δε µεγάλες µονάδες παραγωγής

εκτιµάται ότι χρησιµοποιούνται ή κατεργάζονται 2000-3000 πρώτες ύλες, ενώ η

παγκόσµια αγορά πρώτων υλών για την βιοµηχανία οργανικών επικαλύψεων διαθέτει 2500

πρώτες ύλες.

Στο τεράστιο αυτό αριθµό υπάρχουν αρκετές πρώτες ύλες που δεν µπορούν να

θεωρηθούν για τον ανθρώπινο οργανισµό αλλά και το περιβάλλον. Η αντικειµενική

αξιολόγηση όλων αυτών των υλικών ως προς την τοξικότητά τους και τις επιπτώσεις τους

στο περιβάλλον είναι πολύπλοκη και χρονοβόρα.

4.7. Κίνδυνοι της υγείας των εργαζοµένων

Οι εργαζόµενοι στη βιοµηχανία παραγωγής ή εφαρµογής οργανικών επικαλύψεων

εκτίθενται σε κινδύνους της υγείας τους εξαιτίας κυρίως της εισπνοής ή επαφής τους µε

πρώτες ύλες.

Παρακάτω φαίνονται επαγγελµατικές ασθένειες των εργαζοµένων στην παραγωγή ή

εφαρµογή των οργανικών επικαλύψεων.

Ο βαθµός κινδύνου των εργαζοµένων εξαρτάται από πολλές παραµέτρους, όπως


40

συνθήκες εργασίας, µέχρι προστασίας (π.χ. αερισµός), χρήση ατοµικών µέσων προστασίας

(π.χ. µάσκες, γάντια). Για πολλές ουσίες που εκπέµπονται στον εργασιακό χώρο έχουν

καταρτιστεί πίνακες τιµών των µεγίστων συγκεµτρωσεών τους. Ως µέγιστη συγκέντρωση

στον εργασιακό χώρο θεωρείται η µέγιστη επιτρεπτή συγκέντρωση µιας ουσίας, υπό

µορφή ερίου, ατµού ή αιωρούµενου σωµατιδίου, η οποία δεν επηρεάζει την υγεία του

εργαζόµενου ή δεν τον παρενοχλέι. Οι τιµές αυτές υπολογίζονται µε βλαση την οκτάωρη

εργασία (40 ώρες εβδοµαδιαίως) και αφορούν την επανειληµµένη και µακροπρόθεσµη

έκθεση.

Με µετρήσεις των συγκεντρώσεων στον εργασιακό χώρο και συσχέτιση των

µεγίστων συγκεντρώσεωων, µπορούν να εξαχθούν συµπεράσµατα ως προς τις συνθήκες

καταλληλότητας των εργασιακών χώτων και να ληφθούν µέτρα. Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει

να δοθεί στο δέρµα των χεριών, όταν χρησιµοποιούνται διαλύτες οι οποίοι αφαιρούν το

λίπος της επιδερµίδας. Επίσης, βαρύτητα πρέπει να δοθεί στους προληπτικούς ιατρικούς

ελέγχους των εργαζοµένων από εξειδικευµένους γιατρούς.

Ανάλογες τιµές, προς τις µέγιστες συγκεντρώσεις στον εργασιακό χώρο, έχουν

καθοριστεί για την βιολογική ανοχή των ουσιών στον ανθρώπινο οργανισµό. Ως τιµή

βιολογικής ανοχής µιας ουσίας ορίζεται η µέγιστη επιπτρεπτή ποσότητα της ουσίας η

οποία προκαλεί απόκλιση ενός βιολογικού δείκτη από την προτυποπποιηµένη του τιµή σε

βαθµό όµως τέτοιο που δεν επηρεάζει γενικά την υγεία του οργανισµού.

Οι τιµές βιολογικής ανοχής υπολογίζονται κατά κανόνα για οκτάωρη έκθεση

ηµερησίων ή 40 ωρων εβδοµαδιαίως και ανφέρονται στη δράδη ουσιών στο αίµα ή και στα

ούρα (ως συγκεντρώσεις ή ως ρυθµοί σχηµατισµού ή αποβολής).

Ο συνδυασµός µετρήσεων των τιµών των µεγίστων συγκεντρώσεων και των τιµών

βιολογικής ανοχής των ουσιών επιτρέπει την ασφαλέστερη αξιολόγηση των συνθηκών του

εργασιακού χώρου.

Περιβαλλοντικές συνέπειες των οργανικών επικαλύψεων

Οι περιβαλλοντικές συνέπειες των οργανικών επικαλύψεων εξατρώνται άµεσα από

τη σύστασή τους (φορέας-ρητίνη, διαλύτες, πιγµέντα, πρόσθετα), από το µηχανισµό

δηµιουργίας του υµένα (φυσική ξήρανση, έψηση, πολυµερισµός µε καταλύτη, ακτινοβολία

κ.τ.λ.). και τον τρόπο εφρµαγής (βαφή µε πινέλο ή ρολό, ωεκασµός µε ή χωρίς αέρα,

ηλεκτροφόρηση, ηλεκτροστατική βαφή κ.τ.λ.)

Το σηµαντικότερο πρόβληµα από την περιβαλλοντική άποψη αφορά τους


41

οργανικούς διαλύτες και γενικότερα, την εκποµπή πτητικών οργανικών ενώσεων στην

ατµόσφαιρα.

Πτητικές οργανικές ενώσεις-διαλύτες

Στον παρακάτω πίνακα συγκρίνεται η σύσταση των κλασικών οργανικών

επικαλύψεων (µε διαλύτη) µε άλλες περιβαλλοντικά φιλικές επικαλύψεις.

Από τον προηγούµενο πίνακα είναι φανερό ότι οι κλασικές οργανικές επικαλύψεις

συµµετέχουν στο µεγαλύτερο ποσοστό στην εκποµπή οργανικών ενώσεων στην

ατµόσφαιρα ενώ στα χρώµατα υδατικής διασποράς οι οργανικές εκποµπές είναι πολύ

περιορισµένες.

Η όξυνση της µόλυνσης της ατµόσφαιρας από οργανικές ενώσεις επιβάλλει την

περαιτέρω ανάπτυξη των φιλικών προς το περιβάλλον οργανικών επικαλύψεων.

Από µελέτες έχει προκύψει ότι στην Ελλάδα το 40% των διαλυτών

καταναλίσκονται στο λεκανοπέδιο Αθηνών.

Οι εκποµπές πτητικών οργανικών επικαλύψεων από διεργασίες εφαρµογής

οργανικών επικαλύψεων στο λεκανοπέδιο Αθηνών εκτιµώνται 12.000 t/έτος. Με σύγκριση


42

των άλλων πηγών ρύπανσης (οχήµατα µεταφοράς, βιοµηχανία, θέρµανση, αποθήκευση

διακίνηση υδρογονανθράκων, διεργασίες καθαρισµού) εκτιµάται ότι οι οργανικές

επικαλύψεις είναι ο δεύτερος κατά σειρά µεγέθους ρυπαντής της ατµόσφαιρας του

λεκανοπεδίου (στοιχεία του 1987).

Η µόνιµη πλέον εµφάνιση στην Αθήνα «νέφους» όπου οι οργανικές πτητικές

ενώσεις µέσω πολύπλοκου µηχανισµού συµβάλλουν στο φωτοχηµικό χαρακτήρα του,

επιβάλλει επιτακτικά τον έλεγχο και την αντιµετώπιση όλων των πηγών ρύπανσης.

Πιγµέντα

Η σηµασία των πιγµέντων στη διαµόρφωση των ιδιοτήτων του χρώµατος είναι

θεµελιώδης. Η χρήση των ενώσεων του µολύβδου ως πιγµέντων είναι µεν φθίνουσα,

εξακολουθεί όµως παγκοσµίως να παραµένει σηµαντική.

Το µίνιο (επιτεταρτοξείδιο του µολύβδου) είναι σηµαντικό αντιδιαβρωτικό

πιγµέντο των αντιδιαβρωτικών υποστρωµάτων, επιπλέον δε, είναι ικανό να δεσµεύει το

αδιάλυτο θειϊκό µόλυβδο.

Στις ΗΠΑ η χρήση του έχει περιοριστεί σηµαντικά σε σχέση µε την Ευρώπη. Στην

Ελλάδα η κατανάλωσή του εξακολουθεί να είναι σηµαντική (υπάρχει και µονάδα

παραγωγής του ως πρώτης ύλης).

Η δεύτερη σηµαντική ένωση του µολύβδου είναι ο χρωµιούχος µόλυβδος που

χρησιµοποιείται ευρέως ως χρωστικό πιγµέντο (κίτρινο) εξαιτίας των πολύ καλών

τεχνικών χαρακτηριστικών του.

Ωστόσο, ο χρωµικός µόλυβδος έχει προκαλέσει έντονο προβληµατισµό ως προς

την τοξικότητά του και τις περιβαλλοντικές του επιπτώσεις, διότι εµπεριέχει αφενός µεν το

µόλυβδο που ως βαρύ µέταλλο βρίσκεται στο στόχαστρο των περιβαλλοντολόγων,

αφετέρου δε τη χρωµική ρίζα που είναι ύποπτος παράγοντας καρκινογένεσης.

Αξίδει ν’αναφερθεί ότι στο παρελθόν είχαν αναφερθεί δηλητηριάσεις µολύβδου σε

παιδιά, εξαιτίας παιχνιδιών επιχρισµένων µε µολυβδούχες οργανικές επικαλύψεις. ∆ιεθνώς

αλλά τώρα και στην Ελλάδα δεν χρησιµοποιούνται πλέον χρωµικά πιγµέντα στις οργανικές

επικαλύψεις παιχνιδιών.

Τα χρωµικά πιγµέντα (εκτός µολύβδου)

Στην κατηγορία αυτή άµεσο ενδιαφέρον εµφανίζουν χρωµικός ψευδάργυρος


43

(κίτρινο του χρωµίου), ο τετραοξυχρωµικός ψευδάργυρος και το χρωµικό στρόντιο.

Από πλευράς όγκου παραγωγής κατατάσσονται µετά τα πιγµέντα µολύβδου και

χρησιµοποιούνται ως αντιδιαβρωτικά. Ο µηχανισµός δράσης τους στηρίζεται στην

απελευθέρωση χρωµικών ανιόντων τα οποία παθητικοποιούν και κατά συνέπεια

προστατεύουν την επιφάνεια του σιδήρου. Από την άλλη πλευρά η διαλυτότητα των

χρωµικών ερµηνεύει την τοξικότητά τους η οποία έχει τεκµηριωθεί ως παράγοντας

καρκινογένεσης.

∆ιεθνώς καταβάλλονται έντονες προσπάθειες υποκατάστασης µε άλλα πιγµέντα.

Στα πλαίσια αυτά είχε διαξαχθεί το 1989 µια έρευνα στο Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο

προκειµένου ο χρωµικός ψευδάργυρος να αντικατασταθεί µε τον φωσφορικό ψευδάργυρο

που θεωρείται µέχρι σήµερα αβλαβής.

Τα αποτελέσµατα σε αλκυδικό φορέα έδειξαν ότι είναι εφικτή η προσέγγιση των

υψηλών αντιδιαβρωτικών ιδιοτήτων του χρωµικού ψευδαργύρου µε φωσφορικό πιγµέντο.

Η άποψη αυτή επιβεβαιώθηκε στην πράξη, δηλαδή υπάρχουν πλέον εµπορικές οργανικές

επικαλύψεις µε φωσφορικό πιγµέντο.

Πρέπει πάντως, ν’ αναφερθεί ότι τόσο στα αντιδιαβρωτικά πιγµέντα του µολύβδου,

όσο και στα χρωµικά, επειδή χρησιµοποιούνται εγκλωβισµένα σε υποστρώµατα δεν είναι

εφικτή η άµεση διάχυσή τους προς το περιβάλλον π.χ. µέσω βροχής. Η όδευσή τους στο

περιβάλλον µπορεί να γίνει µόνο υπό µορφή απορριµάτων στη περίπτωση επισκευών,

οπότε τα επιχρίσµατα αποµακρύνονται µηχανικά. Οι κίνδυνοι κατά συνέπεια των

πιγµέντων αυτών αναφέρονται κυρίως στους εργαζοµένυος στην παραγωγή τους και όχι

στους χρήστες.

Τα χρωστικά πιγµέντα του καδµίου (υπό µορφή θειούχου καδµίου) τα οποία

παλαιότερα χρησιµοποιούνταν εξαιτίας των πολύ σταθερών κίτρινών και ερυθρών

αποχρώσεων, έχουν σχεδόν πλήρως αντικατασταθεί από οργανικά πιγµέντα για τα οποία

τουλάχιστον µέχρι σήµερα δεν υπάρχουν επιφυλάξεις ως προς την τοξικότητά τους ή τις

περιβαλλοντικές επιπτώσεις τους.

Φορείς-Ρητίνες

Για τις ισοκυανικές ρητίνες επισηµαίνονται κίνδυνοι για τους σρήστες λόγω

αποβολής τοξικών µονοµερών.

Οµοίως, καταβάλλονται προσπάθειες υποκατάστασης της επεξργασµένης

λιθανθρακόπισσας που χρησιµοποιείται σε συνδυασµό µε άλλες ρητίνες όπως οι


44

εποξειδικές σε χρώµατα υποθαλάσσιων εφαρµαγών (π.χ. πλοία).

Για τον πολυµερισµό µε µηχανισµό διασταύρωσης σε εποξειδικές ρητίνες

χρησιµοποιούνται εκτός των άλλων αµίνες οι οποίες γενικά είναι τοξικές (ήδη έχουν

αναπτυχθεί σκληρυντές µε δεσµευµένες αµίνες).

Πρόσθετα

Σε υδατικές διασπορές στην Ελλάδα και διεθνώς χρησιµοποιούνται ως µυκητο-

βακτηριοκτόνα οργανικές ενώσεις του υδραργύρου για τις οποίες έχουν διατυπωθεί

περιβαλλοντικές επιφυλάξεις από την ΕΡΑ των ΗΠΑ και έχουν προταθεί όρια

συγκεντρώσεων.

Για τις γνωστές επίσης οργανοµεταλλικές ενώσεις του µολύβδου ΤΒΤ και ΤΡΤ που

χρησιµοποιούνται στα αντιρρυπαντικά υφαλοχρώµατα, επισηµαίνεται ότι έχουν

περιβαλλοντικές επειπτώσεις στις θάλασσες και µελετώνται µέτρα περιορισµού τους. Το,

επίσης, ευρέως χρησιµοποιούµενο υποξείδιο του χαλκού είναι τοξικό αλλά σε µεγαλύτερο

βαθµό βιολογικά ανεκτό.

Στα πρόσθετα ρύθµισης της ξήρανσης (στεγνωτικά) εντάσσονται οι

οργανοµεταλλικές ενώσεις του µολύβδου. Η χρήση τους σταδιακά µειώνεται σε ορισµένες

κατηγορίες χρωµάτων όπως τα οικοδοµικά, έχει καταργηθεί.

4.8. ∆ιεθνείς τάσεις στη βιοµηχανία παραγωγής και εφαρµογής των οργανικών

επικαλύψεων

Η βιοµηχανία υπό την πίεση των συνεχώς αυξανόµενων περιβαλλοντικών

προβληµάτων στρέφεται προς τις φιλικότερες στο περιβάλλον επικαλύψεις και τεχνολογίες

εφαρµογής. Από τα στατιστικά στοιχεία προκύπτει ότι διεθνώς:

• Αυξάνεται η παραγωγή των υδατικών συστηµάτων, δηλαδή χρωµάτων µε βάση

ρητίνες που αραιώνονται µε νερό, µε ετήσιο βαθµό 15-20%

• Υποκαθίστανται διαλύτες των κλασικών οργανικών επικαλύψεων µε άλλους

λιγότερο επιβλαβείς.

• Αυξάνεται η παραγωγή χρωµάτων µε υψηλή περιεκτικότητα στερεών µε ετήσιο

βαθµό 18-23%.


45

• Αυξάνεται η παραγωγή χρωµάτων κόνεων πολυµερών µε ετήσιο βαθµό 15-17%.

Τα χρώµατα αυτά µε σχεδόν µηδενική αποβολή πτητικών καταναλώνονται

κυρίως στη βιοµηχανία οικιακών συσκευών, µεταλλικών επίπλων, προφιλ

αλουµινίου µε την τεχνική της ηλεκτροστατικής βαφής. Αξίζει να σηµειωθεί ότι

µονάδες παραγωγής κόνεων πολυµερων λειτουργούν στην Ελλάδα.

• Μειώνεται, υποκαθίσταται ή καταργείται η χρήση πιγµέντων µε βάση ενώσεις

του µόλυβδου και χρωµικά.

• Αυξάνεται η παραγωγή οργανικών επικαλύψεων που ξηραίνονται µε

ακτινοβολίες.

4.9. Παρατηρήσεις

Η υγεία και το περιβάλλον είναι άρρηκτα συνδεδεµένα µεταξύ τους και αποτελούν

τις κύριες συνιστώσες της ποιότητας ζωής. Στην προστασία τους δεν πρέπει να

πρυτανεύουν τεχνικές και οικονοµικές σκοπιµότητες.

Υπό την προηπόθεση ότι µε αυστηρώς θεµελιώµενα επιστηµονικά κριτήρια

τεκµηριώνεται η βλαπτικότητα µιας ουσίας πρέπει να αντικαθίσταται µε άλλη αβλαβή

χωρίς την ελάττωση ποιοτικών χαρακτηριστικών του προϊόντος. Στο θέµα περιβάλλον και

υγεία δεν αρµόζει ούτε πανικός αλλά ούτε και εφησυχασµός. Μια συνεπής και

αποτελεσµατική πολιτική προστασίας της υγείας και του περιβάλλοντος πρέπει να

χαράσσεται στις εξής κατευθύνσεις:

Συστηµατική και αντικειµενική πληροφόρηση εργαζοµένων και χρηστών.

Προληπτικός ιατρικός έλεγχος των οµάδων εργαζοµένων που εκτίθενται µονίµως

στις εκποµπές των οργανικών επικαλύψεων κατά την παραγωγή ή την εφαρµογή

τους (π.χ. βαφέων).

Ενίσχυση διεπιστηµονικών προγραµµάτων έρευνας όπως επιδηµιολογικών ερευνών,

πειραµατικών ελέγχων για την βιολογική επίδραση των πρώτων υλών στον

άνθρωπο και το περιβάλλον (π.χ. επίδραση οργανικών εκποµπών στη χλωροφύλλη

των φυτών).

Συστηµατική συνεργασία βιοµηχανίας και ερευνητών για τον έλεγχο υπόπτων

ουσιών, έγκαιρη επισήµανση και αντιµετώπιση επικίνδυνων ουσιών µέσω

εναλλακτικών τεχνολογιών.


46

Ανάπτυξη και εφαρµογή στη βιοµηχανία αντιρρυπαντικών τεχνολογιών για τις

εκποµπές πτητικών οργανικών εκποµπών, απορρόφηση).

Ενίσχυση της τυποποίησης στην περιοχή των οργανικών επικαλύψεων και

περαιτέρω διάδοσή της.

Παρέµβαση των κρατικών φορέων µέσβ κωδικοποιηµένου νοµικού πλαισίου

προστασίας της υγείας και του περιβάλλοντος.

Ενίσχυση της κρατικής υποδοµής ελέγχου που απορρέει από τη νοµοθεσία

προστασίαςτης υγείας και του περιβάλλοντος (π.χ. δυνατότητα µετρήσεων των

µεγίστων συγκεντρώσεων οργανικών εκποµπών στους χώρους εργασίας).

Κρατική παρέµβαση εφαρµογής της περιβαλλοντικής πολιτικής συναινετικού

χαρακτήρα και µε προσφορά κινήτρων.

Ειδικότερα στην Ελλάδα τα τελευταία χρόνια εµφανίζεται όξυνση των

περιβαλλοντολογικών προβληµάτων. Η βιοµηχανία παραγωγής και εφαρµογής οργανικών

επικαλύψεων πρέπει να εντείνει τις προσπάθειες απάλειψής τους όσο µπορεί.

∆υσκολίες προκύπτουν από την ύπαρξη πολλών µονάδων βιοτεχνικού χαρακτήρα

σε υποβαθµισµένους εργασιακούς χώρους και στοιχειώδη υποδοµή ποιοτικού ελέγχου.

5. ΕΙΚΟΝΕΣ

Παρακάτω δίνονται κάποιες εικόνες από επιµεταλλώσεις που έγιναν σε διάφορα

αντικείµενα τα οποία είχαν διαβρωθεί:


47


48


49


50

6. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

1. Θεoδώρου Ν.Σκουλικίδη, «Εφαρµοσµένη Ηλεκτροχηµεία Α», Αθήνα 1985

2. Θεοδώρου Ν.Σκουλικίδη, «Εφαρµοσµένη Ηλεκτροχηµεία Β,Γ,∆», Αθήνα 1985

3. Θ.Σκουλικίδη - Π.Βασιλείου, «∆ιάβρωση και Προστασία Υλικών», εκδ. Συµεών,

Αθήνα 2000

4. ∆.Κ.Υφαντής, «Υλικά ∆ιάβρωση και Προστασία», εκδόσεις Ε.Μ.Π., Αθήνα 2005

5. Νίκη Κουλουµπή, «∆ιάβρωση και Προστασία», εκδόσεις Ε.Μ.Π., Αθήνα 1999

6. David and Susan Frisch, «Metal, design and fabrication», εκδόσεις Whitney library

of design, New York 1998

Πηγές Internet:

www.physicsweb.org/articles/news

www.cow-internet.com

www.nugentec.com

www.rowantechnology.com

www.parker.com

www.goldplater.com

www.metalrepairsilzerplating.com

www.oegussa.at

www.harrelsontrumpets.com

Documents

ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΚΑΙ ΕΠΙΜΕΤΑΛΛΩΣΕΙΣ · 2018-07-05 · ∆ιάβρωση και προστασία υλικών Επιµεταλλώσεις 5 του, η δοµή