Förbehandling av olika material

Av Anders Sundman utg. 1

För att underlätta för de olika förbehandlings metoderna att kunna ge ett tillfredsställande resultat så skall inte onödiga hanteringar och mellanlagringar ske för gods som skall bli ytbehandlade, eftersom hantering ofta orsakar olika föroreningar på detaljer och lagring kan då medföra att dessa föroreningar åldras och oftast blir svårare att avlägsna.

Vattenbaserade avfettningar av alkaliska typer är de som är vanligast. Detta kräver en god skölj teknik efter avfettningar samt en torkning av detaljerna för att inte godset skall efter korridera och kvalitetsproblem kan då uppträda för gods materialet.

Alkaliska avfettningar har används länge både som dopp avfettning och som elektrolytisk avfettning.

För att dessa skall fungera på alla de olika föroreningar så måste man tillämpa olika teknik för olika metaller och föroreningar för att föroreningarna skall kunna avlägsnas.

Vanliga parametrar man utgår ifrån är då hög temperatur, agitation och rätt bad koncentration i avfettnings baden. Men även vilken typ av förorening man har, och vid vilka material som innehar är av betydelse, dessa kommer senare att behandlas.

Vid val av rengöringsmedel är det viktig att godsmaterialet inte påverkas negativt t.ex. blir skört, korrosion uppkomst eller materialet påverkas kemisk på annat sätt.

Sura lösningar även milda sura kan påverka genom attacker på järn och stål och då ge upphov till korrosion och att materialet upplöses. Detta gäller även neutrala lösningar vid långvarig kontakt vilket kan ge problem vid sköljning och torkning efter alkalisk rengöring. Torkningen skall ske så snabbt som möjligt. Korrosion inhibiterande rengöringsmedel eller korrosioninhibitor, t.ex. natriumnitrat i sköljvattnet kan kanske behövas.

Vid elavfettning och då speciellt vid de höga strömtätheterna så kan det uppstå en viss brunfärgning hos stål material om det inte finns en inhibitor tillsats i badet. Avfettningar med silikater eliminerar denna uppkomst. Punkt angrepp på järn och då speciellt gjutjärn kan uppstå vid avfettning i starkt alkaliska avfettningar. Detta gäller vid längre exponerings tid i typ alkalisk rostborttagning och då vid höga temperaturer oftast över 80 ⁰C.

En viss försiktighet skall beaktas när det gäller korrosion inhibitorer för höga kol-haltiga stål material, därför en viss nedsättning i vidhäftning kan uppstå mellan beläggnings metall och grundmaterialet.

Rostfria stål är mycket mer resistenta än vad vanliga stål är för både sura och alkaliska lösningar.

Men däremot så måste man dock iakttaga en viss försiktighet då det finns olika kvaliteter av rostfrittstål. Kokande alkaliska lösningar kan ge angrepp på rostfria stål, samt även kontakt med saltsyra och varm svavelsyra skall ges en minimal behandlings tid för rostfria stål. Vissa legerade material kan dock uppvisa en passivitet i svavelsyra. Men alla rostfria legeringar har den benägenhet att de erhåller punktangrepp vid förlängd kontakt med sura lösningar som innehåller klorider.

Rostfria material kan rengöras i milda eller starka alkaliska medel, såsom fosforsyra eller organiska syror. Rostfritt material kan passiveras i starkt salpetersyra.

Aluminium angrips av alkaliska lösningar och är betydligt känsligare för milda alkalisk lösningar än för svagt sura lösningar. Ofta så är de alkaliska lösningar som inte etsar aluminium starkt inhibiterade för att förhindra att angrepp sker på metallen eller så är de mindre alkaliska. Den vanligaste inhibitorn för dessa avfettningar är av natriumsilikat av olika form, även så används kromater som skydd för ytor genom att förstärka aluminiumets oxid film. Kromater är dock mindre effektiva än vad silikaterna är och betydligt dyrare.

Aluminium angrips därför ett genom brott i dess oxidfilm uppstår, denna oxidfilm skall normalt skydda metallen för korrosionsangrepp. När redan detta angrepp redan har uppstått så kommer det oundvikligt att ske följande fenomen att vätgas bildas på ytan och ytterligare svårigheter för aluminiumet att kunna bilda en skyddande hinna för vidare korrosion.

Den övriga ytan har en bra skyddande film vilket kommer att medföra att angreppet kommer att bli lokaliserat till mycket små områden vilket därmed kommer att ge punktangrepp på aluminiumytan.

Mässing och kopparlegeringar mattas mycket ned snabbt i luft om de befinner sig varma och fuktiga atmosfärer liksom att de lätt kommer att missfärgas i starka alkaliska lösningar. Visserligen kan det vara mycket stora skillnader mellan olika mässinglegeringar när det gäller angrepp i alkaliska lösningar vid de mässing legeringar som varierar mellan 10-40 % zink halter. Dessa procenthalter av mässing innehåll är inte extremt känsliga för alkalier men långa rengörings tider och framför allt anodiska behandlingar i alkaliska lösningar kan ge problem, även en allt för lång exponeringstid i fuktig miljö skall undvikas.

Alkaliska medel med en hög silikat halt motverkar missfärgningar, men däremot så kommer ammoniak att orsaka spänningskorrosion och sprickbildningar i mässing. Det som gäller för mässing kan ofta att även att gälla för koppar legeringar men då i mindre utsträckning.

Koppar är dock mindre benägen än mässing att mattas och tål normalt starkare alkaliska lösningar än vad mässing är.

Zink har den benägenhet att det uppstår korrosion i fuktig atmosfär, vilket ger en porös vit

korrosionsprodukt "basiska karbonater". Detta försämrar vidhäftningen för lack och försämrar dels utseendet hos material ytan. Behandlingar med kromater, silikater eller annan kromfri passivering kan förhindra detta.

Formgjuten zink erhåller ett ytskikt vid kontakt med gjutformen. När detta ytskikt bryts ned, t.ex. på grund av bearbetning såsom slipning, polering eller material fel hos zink materialet så är den underliggande metallen ytterst känsliga för alkaliska lösningar. Exponering i sura eller alkaliska lösningar skall därför vara så kort som möjligt. Varför det kan vara bra att använda sig av ett lösningsmedel som förtvätt eller i en neutral inhiberad alkalisk lösning.

För varmförzinkade material vid rengöring med starka alkaliska medel och vid hög temperatur så upplöses även zinken och man erhåller en viss polering av ytan. Hos varmförzinkade typ aluzink så upplöses aluminiumoxiden och zinkoxid bildas på ytan.

För tenn och bly legeringar så är exponeringar i alkalier mer känsliga för dessa legeringar men i mindre utsträckning än vad det är för aluminium. Både silikater och kromater är effektiva inhibitorer. Bly är känsligt för heta alkaliska lösningar speciellt om de innehåller klorider.

Silikater har en inhiberande effekt.

Titan är inte känsligt för alkaliska lösningar utan det är risken för väteförsprödning om detaljen har blivit utsatt för onormala värmebehandlings temperaturer. Titan är för övrigt känsligt för klorider, blyerts, fruktsyror, handsvett.

Egenskaper som kan påverka valet av rengöringsprocess

Ett material som har en mycket rå ytstruktur kommer att binda en större mängd med föroreningar än vad ett material som har en slät yta gör. Ytråhet gör också att föroreningar binds hårdare till ytan än vad normalt släta ytor gör. Efter både dopp avfettningar och elektrolyt avfettningar så skall därför avrinningstiden ökas för de gods som har en rå ytstruktur. Även sköljningen skall vara mer noggrann för gods med ytråhet skölj tiden bör inte understiga 1 minut för svår sköljda ytor.

Porösa ytor kan både vara svåra att skölja som att torka. Dessa porer kan då innehålla rester från betbad och alkalier efter sköljningen och följden kan bli att det uppstår korrosion problem på dessa ytor. Alkalier som natriumhydroxid kan fungera som en katalysator för korrosion för en dellegeringar d.v.s. den startar en process utan att förbruka sig själv. Även om sköljningen är tillräcklig så kan det vara svårt att det torkar inuti i porerna, vilket i detta fallet ger problem med korrosion. I flera fall så är alkalier en katalysator för fortsatt korrosion.

Godset geometri

Spår, fickor, falsningar, kanaler och andra trånga utrymmen binder föroreningar och försvårar tvätt-och torkprocessen på samma sätt som porer gör. Det är viktigt att godset blir utformat så det kan behandlas i avfettnings processen samt vid sköljnings operationen så att avrinningen blir effektiv.

Spänningskorrosion

Spänningskorrosion kan uppstå när statiska dragspänningar kombineras med vissa korrosionmedium.

Detta förekommer hos olika slags legeringar då exempelvis höghållfasta stållegeringar.

Resultatet blir att materialet kan spricka vid belastningar som understiger materialets brottgräns. Visserligen så är det endast mekaniska dragspänningar över en viss storlek ordning som kan ge upphov till spänningskorrosion.

Mekaniska skjuvspänningar är ofarliga i dessa sammanhang. De dragspänningar det är tal om är de restspänningar från kalldeformering och vissa statiska spänningar som kan uppkomma vid belastning.

Olika korrosionmedier som kan ge spänningskorrosion är specifika för olika legeringstyper

Tabell

Korrosionsmedium	Legeringsmaterial
Nitrater	Kolstål
Klorider, bromider, svavelsyra och stark alkali vid hög temperatur	Austenitisk, rostfrittstål
Ammoniak och motsvarande kväveföroreningar, kvicksilver och kvicksilverföreningar	kopparlegeringar

Som korrosionmedium så kan flera elektrokemiska processer orsaka spänningskorrosion ofta vanligt för höglegerade material.

Vid all förbehandling vilket inkluderar både avfettning - och betning, så skall man kontrollera om godset innehåller statiska dragspänningar om så är fallet så skall man utföra en avspänningsbehandling genom värmebehandling i ugn före förbehandlings processen. Se tabell för olika värmebehandlingar.

Väteförsprödning

Väteförsprödning är ett fenomen som kan uppträda i höghållfasta stål i samband med kemiska och elektrolytiska ytbehandlingar som kan ge upphov till en vätgasutveckling. Katodiska avfettningar och kemiska betningar, dekaperingar eller aktiveringar kan ge denna egenskap beroende på kemisk sammansättnings lösning.

Atomvärt väte som bildas på godsytan kommer att diffundera in i materialet. Väte kommer här att omvandlas till molykylärt väte i materialets korngränser, om det finns fel i materialets gitterstruktur eller att det mot förmodan finns rester av slaggprodukter där, så kommer detta att skapa små mikroporer i grundmaterialet och ett högt tryck kommer att uppstå som tenderar till att en sprickbildning uppstår, eller att ett brott i materialet kan uppstå.

Generellt så gäller följande att stål med hög draghållfasthet ger en högre risk för väteförsprödning, vilket sammanhänger att med stålets sammansättning, värmebehandling och stålets mikrostruktur påverkar egenskapen för väteförsprödning.

Värmebehandling vid 190-210 ⁰C under minst 12 timmar driver ut vätet ur stål legeringar.

Andra spänningar såsom drag spänningar som kan misstänkas efter bearbetning etc, kan utföras vid en temperatur av 145 ⁰C utan att materialet egenskaper kommer att riskeras såsom urkolning av materialet för metallgods med en hårdhet över HRC 35. Väteutdrivning skall ske inom 1-4 timme efter avslutad behandling enligt de flesta specifikationer. Detta för att eliminera risken för att väteutdrivningen blir verkningslös då vätet kan bli legerat med materialets struktur.

Olika typer av föroreningar

Till föroreningar räknas rester av processvätskor och korrosionskyddsmedel, partiklar från godsmaterialet, verktyg och använda process hjälpmedel, oxider och andra kemiska förändringar av materialets yta samt de förändringar som allmänna smuts föroreningar från atmosfären kan ge upphov till. Det är mycket vanligt att olika föroreningar samverkar och bildar då svårlösliga föreningar, såsom damm och fett kan bilda vid svetsning genom bli inne brända eller att bränna fast i godset.

Organiska föroreningar

Förtvålningsbara = Animaliska och vegetabiliska oljor och fetter.

Ej förtvålningsbara = Mineraloljor och vaxer.

Blandade = Kan innehålla bägge ovanstående grupper, men därtill reaktionsprodukter mellan metall och organisk ämne t.ex. metallsåpa från dragningoperationer.

I denna grupp är generellt rena mineraloljor lättast att avlägsna från metallytan. Till detta gäller också att ju tunnare oljan och låg viskositet underlättar för avfettnings uppgiften, detta gäller inte porösa material där man får kompensera detta med en hög temperatur i avfettningslösningen.

I många fall så tillförs speciella tillsatser till oljorna för att ge ett bättre funktionella egenskaper, som t.ex. för dragning, smörjning, tryck, kylning etc. Dessa tillsatser kan försvåra avfettnings uppgift.

I synnerhet om de initierar bildandet av metallorganiska föreningar.

Vegetabiliska oljor och fetter är generellt svårare att avlägsna från gods ytor. Det är den kemiska sammansättnings egenskapen hos dessa och vilken uppbyggnad de har som kommer att bestämma svårighetsgraden för avfettnings resultatet. Beroende på om fettet är mättat eller omättat och i vilken utsträckning det förekommer fria fettsyror. Fettsyror har en hög affinitet till metallytan och omättade fetter är mera negativa och benägna till polymerisation - bägge egenskaperna kommer att försvåra avfettningen. Vid flera formnings operationer så bildar dessa grupper metalltvålar som kan vara mycket svåra att avlägsna.

Polervaxer tillhör de svåra föroreningar att avlägsna i denna grupp, på grund av dess höga smältpunkt, inblandning av oorganiska slipmedel och kemisk sammansättning som kan variera avsevärt.

Här krävs ökade temperaturer för avfettningsbaden som måste överstiga vaxets smältpunkt även att ha rätt sammansättning för kemin i avfettningsbaden måste till för att erhålla ett bra resultat.

Oorganiska föreningar

Ordet avfettning innebär i vanligt tal primärt avlägsnande av oljor och fett från metallytor. Fett - eller oljefilmen innehåller emellertid nästan alltid oorganiska ämnen och partiklar och dessa måste i flertalet fall också avlägsnas. Många oorganiska ämnen och även själva metallytan kan reagera med vissa organiska ämnen och därmed försvåra själva avfettnings operationen.

Organiska föroreningar kan indelas efter följande:

- Rost och andra korrosionprodukter från lagring och transporter.

- Oxider och partiklar från bearbetningsoperationer.

- Salter i form av flussmedelrester, handsvett mm.

- Allmänna verkstads smuts från lagring, hantering och transporter.

Av dessa oorganiska föroreningar är det endast salterna som är lättlösliga i vatten, övriga är endast begränsat lösliga eller helt olösliga.

Föroreningar hos material ytor

- Korrosionskyddsmedel som tillförs gods före leverans eller vid lagring.

Dessa består oftast av mineralolja, men kan också bestå av vattenburna eller lösningsmedelburna vaxprodukter (Tectyl) .

- Flussmedel som används vid lödning. Dessa innehåller en mängd oorganiska och organiska föroreningar. Enklast att avlägsna flussmedel är direkt efter lödning doppa detaljerna i varmt vatten.

- Damm och smuts som fastnar på godset under tiden i verkstaden.

Enkla emballage skydd anpassade för godset avhjälper detta.

- Slip och polermedel som tillförs godset i samband med polering och avgradning.

Dessa består av slipmedel upplöst i mineraloljor. För att avlägsna dessa i alkaliska lösningar så är det viktigt att temperaturen är hög i avfettningsbadet för att badet temperatur måste överstiga vaxets smältpunkt för upplösas. Man kan även med enkelhet använda sig av olika lösningsmedel för att avlägsna vaxet.

- Spånor och andra fragment som uppstår vid bearbetningsprocesser från gods- och verktygsmaterial. Fiber optik kan användas för att se om spånor eller andra fragment finns kvar i trånga utrymmen.

- Oxidskikt och korrosionprodukter finns alltid på godsytor i olika variationer av tjocklek.

- Slagg och svetsstänk uppkommer vid svetsning, vilket oftast svetsstänk är fastbrända av smält metall. Slagg består av smälta rester från elektrodbeklädnaden.

- Smörjmedel används för att friktionen skall minska mellan två ytor och även underlätta bearbetningen. Det finns många olika typer av smörjmedel på marknaden. Dessa kan bestå av fasta eller flytande, organiska eller oorganiska, lösningsmedelbaserade och vattenbaserade smörjmedel kan förekomma.

- Vid pressning och djupdragning används dragolja eller dragmedel eller av bearbetnings metoder såsom svarvning, fräsning och borrning så används även kyl- och smörjmedel. För att underlätta för ytbehandlaren så borde dessa gods ytor som har bearbetas bli rengjorda i ex tvättmaskiner efter bearbetnings operationen.

Val av metod för rengöring

Det finns olika bedömningar av hur svår en förorening är att avlägsna dessa är mängden av förorening, typen av förorening och tiden som föroreningen har funnits på godsytan.

Även lagringsförhållanden såsom fukt och temperatur avgörande då dessa kan påverka tvättbarheten liksom vilken typ av gods och dess yta som föroreningar finns på. Vid lagring så skall den relativa luftfuktigheten vara under 55 % denna luftfuktighet brukar inte medföra någon korrosion.

Ofta så brukar det löna sig att göra enkla tvätt operationer i anslutning till den bearbetning som sker med olika metoder för att underlätta för den förbehandling som ändå kommer att ske ute hos ytbehandlings företaget.

Alla rester av processkemikalier är lättare att tvätta i våta tillstånd, om man väntar så förvårar man detta då de torkar in och kan oxideras samt polyminieras eller komma att reagera med andra ämnen som ger problem vid avfettning eller rengöring processer. Vilket gör att man måste ta till mekaniska metoder för att underlätta rengöringen.

Blästring är en mekanisk metod som lätt tar bort föroreningar, men man måste här tänka på att med en blästring så påverkar man material i form att en förändring av godsytan uppstår då den blir hårdare och en viss porositet hos ytan uppstår. Hos vissa material så får detta en negativ effekt.

I många fall så ersätt vissa processkemikalier av biologiska ersättnings produkter av vegetabiliska oljor, dessa har dessvärre den benägenheten att brytas ned med tiden och dessa nedbrytningsprodukter är mycket svåra att avlägsnas även om inte urprungsämnet är det.

Förorenings typ och bindningskrafter

Det som avgör svårighetsgraden vid avfettning är den kemiska sammansättningen hos ytföroreningen på gods ytan och i vilken grad dess föroreningar kan reagera kemisk med metallytan. Under avfettningen måste ett antal bindningskrafter övervinnas för att föroreningarna ska kunna avlägsnas från metallytan.

Dessa bindnings krafter är:

Kohesion som är bindningskraften mellan molekylerna inom själva föroreningen ( fett och olja)

Adhesion som kan beskrivas som vidhäftningen mellan föroreningen och metallytan.

Denna kraft varar också för vidhäftningen mellan partikelföreningarna och metallytan.

Adsorption som avser ett ämnes förmåga att på sin yta ta till sig främmande molekyler.

Viskositet är en fysikalisk egenskap som också har en stor betydelse för hur lätt eller besvärlig avfettning kan vara. Viskositeten är starkt temperaturavhängig.

Exempel på viskositeten hos en lätt maskinolja:

Vid 15 ⁰C = 113,8 cP

40 ⁰C = 34,2 cP

100 ⁰C = 4,9 cP

Rena ytor

Vid bedömning av typ av ytförorening så finns det några olika begrepp på hur man bäst kan göra bedömningen för att avlägsnar dessa. Man bör titta på hur stor mängden av föroreningar, vilken typ av förorening och den tiden som föroreningen har funnits på material ytan. Även så är lagrings förhållanden viktiga såsom fukt och temperaturer, dessa är avgörande för förbehandlingen liksom vilken typ av förorening och material som denna förorening finns på. "Se aluminium kapitlet".

Mängden föroreningar är avgörande för tiden i rengörings - och betbaden. Det är därför viktigt att genom enkla medel att redan vid de olika tillverknings stegen av detaljer att redan där utföra vissa rengöringar. Genom att påverka källan till föroreningarna så kan problemet med rengöring förenklas.

Typer av föroreningar är helt avgörande för valet av metod för rengöring, man bör nog överväga om de processkemikalier och korrosionskyddsmedel som används om de är nödvändiga.

Säkert i flera fall så kan de nog ersättas med produkter som är lättare att avlägsna.

Ett exempel är skäroljor som innehåller klorerade eller svavelhaltiga EP-tillsatser. På stålytor lämnar de ett skikt av järnklorid eller järnsulfat som gör att de är svårare att tvätta bort än vad rena mineral oljor är.

Alla rester av processkemikalier är oftast lätta att tvätta bort i vått tillstånd. Om man väntar så torkar föroreningsresterna in och det kan ske olika typer av oxidationer och polymerisation eller att reaktioner med andra ämnen kan uppstå vilket kan försvåra förbehandlingen.

Vidhäftningen för vissa föroreningar kan bero på att en viss växelverkan kan uppstå mellan förorening och metallytan. Mineralolja binds fastare till en oxidfri yta medan fettsyror "vegetabiliska oljetillsatser" binds fastare till en yta som har oxider. Dessa fettsyror kan dessutom reagera med oxider och då bilda ett lager av "metalltvål" vilket båda kan genom en bindning med de övriga föroreningar och då vara svåra att avlägsna.

Metoder för renhetsmätning

Den vanligaste metoden för att bedöma renheten hos ett material är alltid att utföra en visuell bedömning av ytan på godset. Med tejp så kan avtryck tas av föroreningar och även lagras för vidare analyser. Metoder med att använda sig av vita trasor eller vita papper " typ filter papper" för att fånga upp föroreningar för inspektioner är en bra metod.

Enkla tester såsom med att undersöka om det uppstår av bruten vattenfilm på ytor "waterbreak" efter avfettning vid den sista sköljningen är också en bra metod. Med en bruten vattenfilm så uppvisar denna en ytas förmåga att vätas av vatten. Genom att spruta vatten med en vattenspruta så blir resultatet mer noggrant. Vid bedömning så måste föregående processteg vägas in.

Vissa rengöringsmetoder, t.ex. avfettning med trikloretylen eller andra lösningsmedel ger inte en hydrofoba yta "vattenavvisande" egenskaper. En alkalisk vattenbaserad avfettning kan däremot göra ytan hydrofil "vattentilldragande", även om det förekommer yt-aktiva ämnen i processoljorna så kan resultatet också bli missvisande för studien.

Laboratoriemässigt kan vätningsmätningar utföras med vätningsvåg, kontaktvinkelmätare och vatten/alkohol-blandningar med olika koncentrationer. För att resultatet vid en vattendoppning ska kunna registreras kan en kopparsulfatlösning användas. De ytor som är fria från olja får då en kopparbeläggning.

Om en hög precision i mätningarna önskas rekommenderas IMC-metoden som baseras på förbränning av de kolväten som finns på ytan och därefter IR-analys av bildad mängd kolväten.

Med SEM "svepelektronmikroscopi" så kan även låga halter av olja och fett upptäckas och dessutom undersöka hur olja ligger fördelad på ytan.

För ytterligare beskrivningar så hänvisas jag till Renhetsmätningen uppslagsbok om mätmetoder.

Andra spektroskopiska metoder som kan användas är GD-OES och XPS.

Salter

Det vanligaste sättet att mäta halter av saltföroreningar på en yta är att lösa de föroreningar som finns på ytan i en tvättlösning (75% Isopropanol och 25% destillerat vatten) och sedan mäta ledningsförmågan i tvättlösningen. En hög ledningsförmåga i tvättlösningen indikerar på mer elektrisk ledande föroreningar på ytan. Tekniken har främst används för bestämning av halten jonogena föreningar.

En utveckling av denna metod är jonokromatografi som förutom att bestämma hur mycket föroreningar det finns på ytan att även bestämma exakt vilken förorening som finns på ytan.

Visuell inspektion och mikroskopimetoder kan användas för att bestämma sammansättningen på föroreningarna.

Fast sittande föroreningar

Man kan använda en typ av "beläggningsmetod" med t.ex. kopparsulfat beläggning som kan avslöja mindre eller större områden av sammanhängande oxid- och kromatskikt. Visuell inspektion och mikroscopimetoder kan användas på motsvarande sätt som för olja och fett.

Löst sittande föroreningar

Dessa upptäcks med hjälp av ett enkelt tejp test eller med blotta ögat, även en vit bomullsduk kan användas. Metoder kan också ske med olika analys förfarande men tas inte här upp.

Tabell över förorenings typer som kan uppstå

Föroreningstyp

Skärande bearbetning

Polering

Klippning

Valsning

Bockning

Dragning

Extrudering (varm)

Extrudering (kall)

Kall formning

Varmformning

Limning

Mjuklödning

Hårdlödning

Svetsning

Nitning

Skärning (flam, plasma)

Värmebehandling

Gnistbetning

Metanol

Petroleum

Mineral olja

Vegetabiliska olja

Konsitensfett

Vaselin

Vax

Emulsion

Halvsyntetiska vätskor

Helsyntetiska vätskor

Tvål

EP-additiv

Fosfater

Sterater

Metakrylharts

PTFE Teflon

Plastfilm

Borax

Kalk

Glas

Grafit

Magnesium

borat

Keramik

Molybdensulfid

Metallskikt

Sågspån

Zink klorid

Ammonium klorid

Harts

Borföreningar

Fluorföreningar

Förorenings typ

Skärande bearbetning

Polering

Klippning

Valsning

Bockning

Dragning

Extrudering (varm)

Extrudering (kall)

Kall formning

Varmformning

Limning

Mjuklödning

Hårdlödning

Svetsning

Nitning

Skärning (flam, plasma)

Värmebehandling

Gnistbetning

Klorföreningar

Svetstänk

Svets slagg

Härd salt

Oxider (färgade)

Tjocka oxid skikt

Partiklar

Ingredienser och deras funktion i rengörings processer

Natriumhydroxid och kaliumhydroxid

Natriumhydroxid NaOH och kaliumhydroxid KOH är den primära smutslösaren. Kaliumhydroxid har en bättre löslighet än vad natriumhydroxid har vid låga temperaturer, vilket kan vara en fördel vid flytande lösningar. Kaliumhydroxid har också bättre ledningsförmåga vid samma koncentrationer än vad natriumhydroxid har.

Natriumkarbonat har en sekundär funktion för smutslösning. Den har också en god alkalireserv genom hydrolys.

Metasilikaten

Natriummetasilikat Na₂SiO₃ * 5H₂O, fungerar som en sekundär smutslösare men den primära funktionen är som dispergeringsmedel och som inhibitor.

Detta ämne ökar väsentligt avfettningsbadets dispergerings kraft och den smutsborttagande förmågan. Genom uppkomst av kollodial kiselsyra kan smutsflockar bildas varvid smutsen lättare kan avlägsnas från metallytan.

Metasilikaten bidrar även till att förhindra återutfällning av smutsflockar på metallytan.

Silikat fungerar också som en inhibitor i alkaliska lösningar för de alkalikänsliga metallerna zink, mässing och aluminium och förhindrar därför angrepp på dessa metaller vid pH då angrepp som annars skulle ske på metallytan.

Användningen av silikat innebär emellertid också en risk vid användning före elektrolytisk metallbeläggning. Vid varma badlösningarkombinerat med en lång överföringstid till sköljbadet kan en mycket svårsköjld silikatfilm som bildas på ytan. En annan risk är bildandet av en kiselsyrautfällning om sköljningen varit otillräcklig. Skall undvikas för behandling av aluminium.

Fosfater

De vanligaste fosfaterna som användas i vattenbaserade avfettningsmedel är trinatriumfosfat,

Na₃PO₄* 12H₂O och Teranatriumpyrofosfat, Na₄P₂O₇. Genom hydrolys så ger de avfettningslösningarna en bra alkalireserv.

Fosfat har sekundära funktioner för både som smutslösare och dispergeringsmedel samt för att öka sköljbarheten.

Polyfosfater arbetar som en primärfunktion som dispergeringsmedel och som mjukgörare samt för sköljbarheten. Deras sekundära funktion är som smutslösare och som inhibitorer.

Polyfosfaten fungerar också som en "snäll" komplexbildare för vattnets hårdhetsbildare, Ca och Mg. Natriumtetrafosfat och natriumfosfat är fosfater som används vid lågalkaliska och neutrala avfettningsmedel.

Borater

Borater har en primär funktion som mjukgörare och som inhibitor samt en viss sekundär funktion vid sköljbarheten. Detta ämne används huvudsakligen i låg alkaliska avfettningsmedel och i stor utsträckning för aluminium avfettningar före anodisering och kromatering där man undviker silikater på grund av risken för med silikatutfällningar.

Natriumglukonat, C₆H₁₁O₇Na "komplexbildare" har en primär funktion för mjukgörande egenskaper och sköljbarheten.

Organiska föreningar primära funktion är som inhibitorer.

Aminer har en primär funktion som inhibitor.

Tensider "yt-aktiva ämnen" och dess primära egenskap är som dispergeringsmedel och för sköljbarheten. Yt-aktiva ämnen har ytkemiska egenskaper som att påverka ytenergin i gränsytan mellan två faser, t.ex. mellan fast kropp/vätska mellan två vätskor ej lösliga i varandra.

Utmärkande är vidare att tensidmolekylerna anrikas till gränsytan mellan de olika faserna.

Den moderna tekniken som tensiden har är att bryta sönder de kolväten som finns i mineralolja till eten och som sedan omvandlas till etenoxid genom katalytisk oxidation med luft.

Tensidernas uppbyggnad

Gemensamt för alla tensider som används för avfettnings ändamål är att de är uppbyggda av en molekyldel som är löslig i fett och olja - den hydrofoba delen - och molekyldel är mer eller mindre löslig i vatten- den hydrofila delen. De viktigaste ämnesgrupper bland vilka de olika byggstenarna väljer är följande.

Bas - den hydrofoba delen

- mättade kolväten alkaner (parafiner

- omättade kolväten alkener (olefiner)

- cykliska kolväten alkylbensol

- envärdiga alkoholer alkylbensen

- flervärdiga alkoholer polyglykoler

- fettaminer

Den hydrofila delen (liganden)

- karboxylater COO

- sulphater OSO

- sulfonater SO

- fosforsyraestrar OPO

- etylenoxid -----

Andra organiska ämnen vid reaktioner med byggstenarna såsom t.ex. karbonsyraestrar, sulfonamider m.fl. används också.

Beroende på vilken ligand som är bärare av de yt-aktiva egenskaperna så uppdelas tensiderna i fyra olika grupper:

- Nonjonaktiva, som ej är elektrisk laddade i vattenlösning.

- Anjonaktiva, som har en negativ laddning i sin molekylända.

- Katjonaktiva, som har en positiv laddning i sin molekylända.

- Amfotära, som innehåller både positiv och negativt laddade grupper. Vilken del som är verksam är beroende på avfettningens pH-värde.

En tensid molekyl är asymetrisk uppbyggd. Den består av en hydrofil (vattentilldragande och en hydrofob (vatten frånstötande) del. Tensidmolekylens hydrofoba del tränger in i ytföroreningen, angriper den reagerar med kemisk mot den och får den att dispergera i (blanda sig med) vatten.

Olje- och fettföroreningen bildar droppar som svävar i vattenlösningen. Dropparna slår sig så ihop och flyter upp till ytan, tack vare att olja har en lägre densitet än vad vatten har.

"Se avfettningens mekanism nedan".

Tensiderna påverkar ytenergin mellan två faser då metallytan och avfettningslösningen och mellan avfettningslösningen och oljefasen. Detta uttrycks som "ytspänning". Denna är t.ex. mellan luft och vatten 72mN/m. Redan små mängder tensid i vattnet sänker ytspänningen till ca 20 m N/m.

Detta beror på tensidernas förmåga att anrikas i gränsytan.

Trots vissa gemensamma egenskaper är dock spännvidden när det gäller övriga egenskaper mycket stor, t.ex. när det gäller tensidens löslighet i vatten och dess förmåga att mer eller mindre permanent binda oljan i avfettningslösningen.

Tensidens löslighet kan vara temperaturberoende och uttrycks då som dess "grumlings punkt", dvs som vid den temperatur vilken tensiden ej längre är löslig i.

Tensidens förmåga att bilda mer eller inre stabila emulsioner är av betydelse när man önskar formulera avfettnings produkter med "själv spaltande" eller icke "själv spaltande" egenskaper.

Dessa begrepp är på inget sätt entydigt men har ändå en viss berättigande för att karakterisera produkttyp av avfettnings medel.

En annan egenskap av betydelse är tensidens skumnings egenskaper. Användningen av tensider och ett riktigt val av kombinationer av dessa för tänkt användningsområde är avgörande betydelse för formuleringen av effektiva avfettningsmedel.

Tensidernas betydelse för det goda avfettnings resultatet kan ge negativa resultatet efter plätering förfarandet. Om man inte fokuserar på en förbättrad och effektiv sköljnings process efter förbehandlingen.

Avfettningens operations steg

Avfettningsförloppet kan beskrivas som ett antal deloperationer:

1. Tensidmolekylerna tränger med sin hydrofoba del in i gränskiktet i den organiska föreningen (olja och fett). Genom att ytspänningen är låg så underlättar det för tensidmolekylens inträngning mellan metallyta och förorening. Detta förlopp kan påskyndas med hjälp av en hög temperatur och en agitering av avfettningslösningen.

2. Oljan "rullas" av metallytan under fortsatt inverkan från tensiderna och med aktivt stöd från silikater och fosfater i avfettningsbadet. Oljan söker i förhållande till ytan sin minsta volym, dvs klotets, och hålls svävande i badlösningen buren och omgiven av tensidmolekylerna (emulgerad olja).

3. De fasta partiklarna som fanns inbäddade i oljeskiktet frigörs och kommer att hållas svävande i badlösningen med hjälp av den dispergerande effekten hos silikater och fosfater.

4. Vegetabiliska och animaliska oljor innehållande fettsyror och estrar påverkas kemisk vid högt pH och en förtvålningprocess inleds som underlättar rengöringen.

5. Återutfällningen av flockar av både fasta föroreningar och organiska föroreningar på metallytan förhindras genom att alkalisalterna anjoner adsorberar till föroreningen och metallytan.

Därigenom uppstår elektrostatiska repulsioner som förhindrar återutfällning av föroreningarna.

För denna effekt är speciellt fofater och silikater av en stor betydelse, men även flera tensidtyper bidrar till att förhindra denna återutfällning.

Den kraft med vilken oljepartiklar hålls bundna och därmed emulgerande i badet är beroende av vilka tensidtyper som används. Detta påverkar hur snabbt tensidmolekylerna släpper oljan och därmed också tekniken för oljeavskiljning i badet ( själv spaltande eller emulgerade tensider).

I normala fall brukat ett avfettnings bad klara upptill 10 mg/L mineralolja beroende på typ av tensid tillsats.

Betning & Aktivering ( Dekapering )

Aktivering, dekapering och betning vad är vad?. Det är en stor skillnad mellan dessa begrepp, Kanske ett av det viktigaste näst efter rengöring "avfettning". För att klargöra dessa begrepp så kan man beskriva dessa enligt följande:

Betning- Detta för att avlägsna oxidskikt av typ värmebehandlings oxid, rost, glödskal etc.

Aktivering- Att ge metallen som skall metallbeläggas dess egenskap för att kunna bilda en metallisk bildning för efterföljande metall beläggning. Såsom att avlägsna de metalloxider som vissa legeringar kan bilda i andra lösningar. Vid efterkommande fall där avfettningen innehåller silikater så skall en aktivering av metall ytan ske i en lösning av i fluorväte syra som exempelvis eftersom dessa avfettningar ofta bildar kiselsyra på ytan.

Etsning är till för att erhålla en önskvärd struktur på metall ytan ex för material studier och även vid ytbehandling.

Dekapering- Är tillför att ge materialet samma pH-värde som pläterings badet innehar, samt att avlägsna eventuell "flygrost". Dekapering skall inte anses som en aktivering då dessa skiljer sig väsentligt från varandra.

Metalloxider avlägsnas vanligtvis i saltsyra eller svavelsyra men kan också avlägsnas i starka natriumhydroxid lösningar. Svårlösliga oxider såsom oxider på Titan, Nickellegeringar, Wolfram, Beryllium, Kobolt, Magnesium och Aluminium legeringar kan andra syra baserade lösningar användas som ex salpetersyra med flourväte syra, kaliumpergamanat, järnsulfat, väterperoxid mm.

Det man måste ta hänsyn till vid all betning, aktivering och dekapering är vilken metalloxid man skall ta bort och hur reagerar materialet vid betning vad händer vid aktivering och dekapering.

Olika material reagerar olika och vissa oxider kan bilda oxider vilka kan bli mycket svårlösliga.

Vissa material bildar oxider mycket snabbt såsom titan, magnesium och aluminium etc. Man kan ha värmebehandlings oxider på materialet vissa legeringar bildar ännu svårare oxider med olika syror.

Bly bildar svårlösliga blysulfat i svavelsyra och bildar återigen lättlösliga oxider i salpetersyra. Magnesium bildar svårlösliga oxider i salpetersyra och lättlösliga i svavelsyra. Titan reagerar med luft och vatten och tillsammans med syret bildas det på en bråkdels sekund oxider som är mycket svårlösliga.

Järn och stål legeringar

Vanligtvis använder man i den kommersiella ytbehandlingen saltsyra eller svavelsyra. Betbad som är baserat på svavelsyra kan användas uppvärmt med en temperatur på 50 ⁰C eller mer, vilket inte en saltsyra bet bör. Vid denna temperatur så skulle man få problem med klorgas från saltsyra betbad. Saltsyra skall användas vid rumstemperatur 15-20 ⁰C. De detaljer som är lämpliga att betas i dessa bad är av följande material. Dessa båda bet bad kan även innehålla tillsatser av flourider järnsulfat och vätmedel.

Järn legeringar

Stål legeringar

Gjutjärns legeringar

Rostfria material 18/8

De vanligt förekommande material som behandlas här är de inom den kommersiella ytbehandlingen som oftast är av järn eller stål legeringar. Dessa material kan då ha följande olika oxider på ytan. Enligt följande:

Fe₂ O₃ = Hematit

Fe₃ O₄ = Magnetit

Fe O = Wűstit

Endast wűstiten är av de tre lättlösliga i saltsyra. Hematit och Magnetit är svåra att lösa.

Betning i saltsyra

Om en detaljs yta består av valshud av hematit eller magnetit, så tar behandlingen längre tid i betning i saltsyra. Består ytan av hematit och magnetit, så uppstår det en oxid av Wûstit vilket gör att bettiden blir kortare. Betförloppet sker enligt följande.

Saltsyran tränger in i de sprickor som i hematiten och magnetiten ända tills den når wűstiten som är lättlöslig. Vilket resulterar till att de övriga oxiderna också ramlar av. Men de blir inte upplösta i saltsyra så lätt, dessa oxider sprängs bort från metallytan. Detta kan man se om man tittar i saltsyran så kan man se att det blir rester olösta oxider i badet i form av ett slam.

Består valshuden därmed av Magnetit så kan man påskynda bet processen med en höghalt av järn klorid ( FeCl₂ ) i bet badet. Lösligheten av andra järnoxider är starkt beroende av halten järnklorid i betsyran. Järnklorid bildas efter hand som syran används, varför det kan vara bra att behålla en mängd förbrukad syra när man byter badet mot ny bet syra. Om en järn- eller stål legerings yta består av vanlig rost så bildas det andra oxider som mera är lättlösliga. Dessa oxider innehåller mer eller mindre mängder bundit vatten. Dessa är mer lättlösliga i saltsyra än i svavelsyra .

Även en bildande av så kallade järn salter är lättare att avlägsna efter betning i saltsyra än i svavelsyra En fördel med saltsyra är att den arbetar bra i låga temperaturer tillskillnad från svavelsyran. Nackdelen är den att den luktar och den omgivande miljön i fabriken tar skada av denna.

Tumregeln vid betning är att tätade stål tar längre tid att få ren från oxider än vad otätade stål är. Mangan haltiga stål och automatstål är också lätta att beta ren från oxider. Reaktion är exoterm dvs den bildar värme enligt följande förlopp Me O + 2 HCl = MCL₂ + H₂O, vid reaktionen bildas det vätgas.

Höjer man koncentrationen i saltsyran så blir inte resultatet bättre eller det att bettiden blir kortare.

Koncentrationen skall vara ca 150-180 g/l syra. En ökning av koncentrationen har endast en ringa begränsad inverkan på bettiden. Däremot så har en ökning av temperaturen på 10 ⁰C en halvering av bettiden.

En ny beredd saltsyra utan järnklorid kan hindra att en reaktion kommer igång eller att den arbetar mycket långsamt. Detsamma gäller för betbad som är mättat med järnklorid. Man kan se om syran är mättad genom att det bildas gröna kristaller som långsamt sjunker till botten eller att häftar sig fast i godset.

Den järnklorid som finns i badet utgörs av järn-III-klorid. En uppdoxidering till järn-III-klorid ger en betydande ökning av bethastigheten. Uppoxideringen kan ske genom små tillsatser av t.ex. salpetersyra, väteperoxid eller en agitering med luft. Däremot så inhibiterar zink betbadets upplösning av oxider.

Reaktionen mellan saltsyra och metall

Metaller som ligger före väte i den elektrolytiska spänningskedjan reagerar med saltsyra enligt den generella formeln:

Me+2HCLdMeCl₂+H₂

Vid reaktionen bildas alltså vätgas som till övervägande delen går ut ur betlösningen som små bubblor och sedan vidare till atmosfären genom badytan.

Hos stål av högre hållfasthetsklass (HRC >33) kan en del väte upptas i stålet och orsaka väteförsprödhet. Väteproblemet kan elimineras med en efterföljande värmebehandling Hög halt järnklorid i badet minskar stålets väteupptagning. Betsyrans förmåga att lösa järnets legeringselement och föroreningar och föroreningar är olika för olika element och helt beroende av stålkvaliteten.

På stål ytor kan det bildas svarta beläggningar av s.k. betsot som i huvudsak består av kol och koppar. Kol löser sig inte alls och Mangan sulfider löser sig långsamt även då dessa räknas som mycket lätta att beta i saltsyra.

Betning av stål i saltsyra är emellertid mer vanlig i Europa medan betning i svavelsyra är mer vanlig i USA.

Saltsyra

Saltsyra är en vattenlösning av gasen klorväte HCL. Vanlig koncentrerad ren saltsyra av handelskvalitet innehåller 37% HCl vilket motsvarar ca 440g HCl per liter. Handelskvalitet av teknisk rensyra har en koncentration på 32-33% HCL, vilket motsvarar ca 373-385 g per liter HCL.

Tabell Sambandet mellan densitet, koncentration och normalitet hos saltsyra.

Vikt % HCL	G/l HCL	Densitet 20⁰ 4⁰	Normalitet N	Vikt % HCL	G/l HCL	Densitet 20⁰ 4⁰	Normalitet N
1	10,03	1,0032	0,275	20	219,6	1,0980	6,02
2	20,16	1,0082	0,553	22	243,8	1,1083	6,69
4	40,72	1,0181	1,12	24	268,5	1,1,1187	7,36
6	61,67	1,0279	1,69	26	293,5	1,1290	8,05
8	83,01	1,0376	2,28	28	319,0	1,1392	8,75
10	104,7	1,0474	2,87	30	344,8	1,1492	9,46
12	126,9	1,0574	3,48	32	371,0	1,1593	10,2
14	149,5	1,0675	4,10	34	397,5	1,1,1691	10,9
16	172,4	1,0776	4,73	36	424,4	1,1789	11,6
18	195,8	1,0878	5,37	38	451,6	1,1885	12,4

Om stark syra vid rumstemperatur får stå en längre tid i öppet kar så bortgår klorvätgas, så att syran koncentration sjunker till ett konstant värde, vilket varierar med temperaturen.

Saltsyrans ångtryck är såväl temperatur- som koncentration beroende. Vid rumstemperatur så är ångtrycket ganska lågt. Det hygieniska takgräns värdet 8 mg HCL/m³ eller 5 ppm.

Dessa värden kan lätt överskridas med varm saltsyra. Försiktighet skall därför beaktas med saltsyra betar varmare än 30⁰C.Saltsyra koncentrationen i luft kan lätt bestämmas med Drägerapparat.

Sparbetsmedel (inhibitorer)

Inhibitorer, eller sparbetsmedel som de också kallas, är organiska ämnen som avger en ytterst tunn film över rena metallytor och hindrar att de angrips av syra under vätgasutveckling. Dessa är inte obegränsat hållbara i betlösningen. Vid högre halt järnklorid i betlösningen som innehålls, desto mindre inhibitor behövs därför även kloriden verkar här som inhibitor. Några exempel på inhibitorer ät tiokarbamid, kinolin och dietylentriamin.

Inhibitorns skyddsvärde, som varierar med typ av stål, syra och temperatur. Dess normala värden ligger vid betning i saltsyra mellan 50-95% och för betning svavelsyra så kan effekten ligga vid 85-98%.

Exempel på stålupplösning utan användning av inhibitorer är följande:

Saltsyra 5-20% lösning vid 20-25⁰C 2-7g/m² per timme.

Svavelsyra 5-15% lösning vid 60-80⁰C 170-270gg/m² per timme.

Användandet av sparbetmedel kan i vissa fall i samband med kemisk- eller elektrolytisk ytbehandling vara mindre lämplig då ytor beläggs med inhibitorn vilket stör eller omöjliggör en fortsatt behandling.

Vätmedel (tensider)

Vätmedel är organiska ämnen som har den egenskapen att minska ytspänningen mellan betgods och lösningen. Detta ger en viss avfettande effekt åt betbadet och bidrar därmed till en jämnare betning i de fall ytan inte är helt ren från olja eller fett före betningen. Genom minskning av ytspänningen minskas också aerosolbildningen och bidrar därmed till bättre arbetsmiljö.

Betning i Svavelsyra

Svavelsyra arbetar snabbare i temperaturer runt 50-80⁰C och ger heller inte några besvärande ångor som saltsyran gör. Svavelsyra finns i koncentrationer mellan 94 och 98 %. Orsaken är den att koncentrations intervallen är för vatten fri syra + 10^oC och för 94 % är minus 35^oC.

Man kan även utföra betning i svavelsyra med hjälp av ström och då kopplas gods ytan som +-pol (anod). Vänder man polerna så att gods ytan blir katod så får man en bra aktivering av gods ytan, förutsatts att syran är fri från metallföroreningar och dyl. I likhet med betning i saltsyra så är de svårlösliga hematit (Fe₂O₃) och magnetit (Fe₂O₄) sämre lösliga i utspädd syra än wũstiten (Fe₂O) och har samma egenskaper som vid betning som saltsyra. I glödskal på stål så förekommer det flera microsprickor i ytan, detta ger syran en möjlighet att tränga ned i dessa sprickor tills den når wũstitskiktet eller stålets yta.

De syrerika oxiderna ramlar av och bildar ett slam på karets botten. Om syran inte har tillräcklig mängd inhibitorer angrips stålet under utveckling av vätgas.

Bet tiden eller den tid det tar för att lösa oxider från ytor är beroende på vilka oxider som finns där och andra föroreningar, temperatur, syra koncentration och mängden järn i badet. Även omrörning och val av koncentration av inhibitor har en betydelse.

Järnhalten i betbadet som överstiger 75-80% är sällan ekonomisk försvarbart att använda sig av då reaktionen i badet går mycket långsamt.

Koncentrationen av svavelsyra

Låg koncentration av svavelsyra (1-4%) ger en låg aktivitet mot stål och glödskal. Koncentration området från 5-25% ger en snabbare reaktion medan syra koncentrationer över 50- till 98% är praktisk taget inaktiv mot stål och glödskal varför betningen upphör.

Tabell sambandet mellan densitet, koncentration och normalitet hos ren svavelsyra.

Vikt % H₂SO₄	g/l H₂SO₄	Densitet 20⁰ 4⁰	Normalitet N	Vikt % H₂SO₄	g/l H₂SO₄	Densitet 20⁰ 4⁰	Normalitet N
1	10,05	1,0051	0,205	16	177,5	1,1094	3,62
2	20,24	1,0118	0,413	17	189,9	1,1168	3,87
3	30,55	1,0184	0,623	18	202,4	1,1243	4,13
4	41,00	1,0250	0,836	19	215,0	1,1318	4,38
5	51,59	1,0317	1,05	20	227,9	1,1394	4,65
6	62,31	1,0385	1,27	21	240,9	1,1471	4,91
7	73,17	1,0453	1,49	22	254,1	1,1548	5,18
8	84,18	1,0591	1,72	23	267,4	1,1626	5,45
9	95,32	1,0591	1,94	24	280,9	1,1704	5,73
10	106,6	1,0661	2,17	25	294,6	1,1783	6,01
11	118,0	1,0731	2,41	30	365,6	1,2599	7,46
12	129,6	1,0802	2,64	35	441,0	1,2599	8,99
13	141,4	1,0874	2,88	50	697,6	1,3951	14,2
14	153,3	1,0947	3,13	70	1127	1,6105	23,0
15	165,3	1,1020	3,37	90	1633	1,8144	33,3

Betning av stål i fosforsyra

I vattenfritt tillstånd utgörs syran av en färglös kristallmassa som är löslig i vatten i alla proportioner. Normalt förekommer fosforsyran i handel som en ca.85% viskös, färg- och luktfri vätska med densiteten 1,71. Ortofosforsyran är i dagligt tal egentligen fosforsyra som är en trebasisk medelstark syra som dissosieras enligt följande:

H₃PO₄+H₂O f H₂O⁺ +H₂PO₄^-

H₂PO₄^-+ H₂O f H₃O⁺ +HPO₄^2-

HPO₄^2- + H₂O f H₃O⁺ + PO₄^3-

Den bildar följaktligen tre typer av salter varav t.ex. trinatriumfosfat ( Na₃PO₄Û12H₂O) har en stor användning inom tvättmedelsindustrin. Fosforsyra är snällare vid betning än vad både svavelsyra och saltsyra är vid stänk på huden eller kläder.

Fosforsyra används vid olika typer av betningar, men den största användningen inom ytbehandlings industrin är som komponent vid fosfatering.

Vid betning verkar fosforsyran på samma sätt som de andra syrorna. Den har god lösningsförmåga för rost och glödspån på stål. Den reagerar med järnoxiden, oxidhydraten och blandoxiderna till sekundär och tertiär järnfosfat. Fosforsyran angrepp på järn är betydligt mindre än motsvarande angrepp av saltsyra eller svavelsyra. Vid betning i svag syra 1-2 % erhålls ett tunt skyddande skikt av sekundär och tertiär järnfosfat, som ger ett vist skydd för ny korrosion. Vid högre koncentrationer 15-20 % så upplöses de bildade järnfosfaten varvid ytan är mer lämplig för elektrolytisk ytbehandling. Användningen av fosforsyrabetning sker i temperaturer av 30 ⁰C varvid en högre temperatur förkortar bettiden. Som förbehandling "dekapering" i utspädd fosforsyra (0,5 %) vara lämplig om godset tidigare har betats i svavelsyra eller saltsyra för att förhindra flygrost.

Tabell sambandet mellan densitet vid 20 ⁰C och andelen H₃PO₄

Vikt % H₃PO₄	Densitet	Vikt % H₃PO₄	Densitet	Vikt % H₃PO₄	Densitet
2	10092	18	1,1008	45	1,293
4	1,0200	20	1,1134	50	1,335
6	1,0309	22	1,1263	55	1,379
8	1,0420	24	1,1395	60	1,426
10	1,0532	26	1,1529	70	1,526
12	1,0647	30	1,1805	80	1,633
14	1,0764	35	1,1805	85	1,71
16	1,0884	40	1,254	89	1,75

Betning i salpetersyra

Salpetersyra kallas också för "skedvatten", syran är en stark oxiderande oorganisk syra med kokpunkten 84 ⁰C.

Vid betning i salpetersyra så frigörs inte väte som kan adsorberas i stålet, väteförsprödning kan sålunda inte uppkomma. Vanligen så används salpetersyra för betning av rostfria stål och nickel legeringar samt olika kopparlegeringar som beryllium koppar och aluminiumbrons.

De flesta metaller, dock ej guld och platina angrips av salpetersyra under utveckling av kväveoxid.

Sambandet mellan densitet, koncentration och normalitet hos ren salpetersyra

HNO₃ Vikt %	HNO₃ g/l	Densitet 20 ⁰C 4 ⁰C	Normalitet	HNO₃ Vikt %	HNO₃ g/l	Densitet 20 ⁰C 4 ⁰C	Normalitet
1	10,4	1,0036	0,159	30	354,0	1,1800	5,62
2	20,18	1,0091	0,320	35	424,9	1,2140	6,74
3	30,44	1,0146	0,483	40	48,5	1,2463	7,91
4	4080	1,201	0,647	45	575,2	1,2783	9,13
5	51,28	1,0256	0,814	50	655,0	1,3100	10,4
10	105,4	1,0543	1,67	55	736,6	1,3393	11,7
15	162,6	1,0842	2,58	60	820,0	1,3913	14,4
20	223,0	1,1150	3,54	65	904,3	1,3913	14,4
25	286,7	1,1469	4,55	70	989,4	1,4134	15,7

Samtliga förbehandlings lösningar skall analyseras efter ett schema på fri syra-halt och järn- föroreningar i bet och dekaperings baden.

Goda råd

- Avfetta godset väl före betning.

- Avlägsna svetsslagg, märkfärg och annat som inte tas bort vid avfettningen eller betningen med mekanisk hjälpmedel typ bläster.

- Cirkulera betlösningen om det är möjligt.

- Avlägsna "feta" ämnen som bildas på betbadets yta.

- Ha en relativ hög halt av järnklorid i betbadet.

- Koncentrationen syra skall inte vara högre än nödvändig.

- Överdosera inte inhibitor "sparbetmedel" eller tensider (vätmedel).

Dekapering

Med dekapering så menas det en lätt betning i en svagare lösning för att avlägsna de oxider som uppkommer vid den transport som sker mellan de olika baden innan detaljerna når processbadet.

Men den har även ett syfte till, den skall även se till att ytan får rätt pH för det efterföljande process badet innehar, och går då under benämningen neutraliserings bad. Dessa bad innehåller för ändamålet lämpliga syror, alkalier eller cyanider. Dekapering för stål brukar vanligtvis utföras i

5-10 %-ig svavelsyra lösning under 10-20 sekunder.

Låg - hög kol haltiga stål

Betning av stål i alkaliska lösningar

Natriumhydroxid 120-180 g/l

Kaliumpermanganat KmnO₄30-50 g/l

Temperatur 90-100 ⁰C

Elektrolytisk betning av stål

Betning och avrostning kan även genomföras elektrolytisk. Fördelarna är kortare behandlingstid och vid anodisk förfarande att undvika att väteförsprödning sker. Dessutom ger en elektrolytisk betning oftare renare ytor som är befriande från "betsot" (amorft kol)

Innehåll	Gram per liter g/l	Strömtäthet A/dm²	Temperatur ⁰C	Behandlings tid i minuter	Strömart
Svavelsyra	180-380	5-100	20-70	0,2-2	Katodisk
Svavelsyra	180-280	6-12	20-80	10-25	Anodisk
Svavelsyra	100-150	8-15	85-95	5-10	Växelström
Saltsyra Fluorvätesyra	300-400 0,5-1,0	5-12	20-30	2-10	Anodisk

Den sista är för kisellegerat stål. För svavelsyra baserade bad används bly som elektrod material och för saltsyra-fluorvätesyra baden används grafit.

Rostfria material

Rostfria stål är normalt resistenta mot olika korrosion element därför att en tunn oxid film befinner sig på rostfritt material. Denna tunna oxid film kommer att återinträda även efter de olika förbehandlings stegen, en ytbehandling kan inte ges med en bra vidhäftning på denna oxid film. Det är därför man tillämpar ett strike anslag i nickel klorid "Woods bad" eller en strike i sulfat bad "watts bad" före ex en förnickling. Ett strike anslag skall ges under 3-5 minuter med en strömtäthet på 6,5 A/dm². Vid en nickel strike så kommer det att samtidigt att reduceras oxider och ske en samtidigt metallbeläggning på den rena metall yta som nu är fria från oxider.

Förbehandling cykeln för rostfria material bör undgå att behandlas anodiska i aktiverings stegen, då det finns en stor risk att materialets naturliga oxid hinna kan komma att förstärkas vid dessa steg. Undantag kan vara en elektrolytisk etsning i svavelsyra som utförs genom att materialet är anod i lösningen. En allt för lång bettider i saltsyra skall undvikas då det finns en risk för pittings korrosion på metallytan, beroende på vilken kvalité det rostfria stålet är av. Rostfria material förekommer i olika kvaliteter på marknaden. Se kap metalliska material

Om rostfria material behandlas i betlösningar innehållande salpetersyra så bör man vara noga med att ytterligare dekapera i en lösning bestående av svavelsyra eller saltsyra lösning före nickelstriken. Salpetersyra ger den rostfria ytan en passiv oxid film. Salpetersyra används även för att passivera rostfria stål material.

När glansen är viktigt för rostfria material så skall de alkaliska förbehandlings stegen ha en så låg strömtäthet och en låg temperatur i badlösningen som är möjligt. Förbehandlings bad som används för kolhaltiga stål skall inte användas för rostfria material om detta går att undvika.

Elektrolytiska bet bad

Elektrolytisk betning av rostfria stål.

Natriumhydroxid 90 g/l

Natriumnitrat 45 g/l

Natriumklorid 7-10 g/l

Natriumkarbonat 7-10 g/l

Strömtäthet 10-70 A/dm²

Temperatur upptill 100 ⁰C

Tid 45-90 minuter

Ström anodisk och katodisk

Katodisk aktivering.

Svavelsyra 96-98% 300 g/l

Vatten Till 1 liter

Temperatur RT

Strömtäthet 0,5 A/dm² Katodisk

Anoder Bly

Tid 1-5 minuter

Elektrolyten måste vara ren från föroreningar när man utför en katodisk aktivering.

Följande elektrolyt kan arbeta med växelström.

Svavelsyra konc. 35-40 g/l

Salpetersyra 65 % 25-30 g/l

Strömtäthet 5-11 A/dm²

Tid 5-10 minuter

Temperatur max 25 ⁰C

Mattbetning av rostfria stål

Rostfria stål kan också erhålla en matt yta på gods om man t.ex. vill minska ljusreflexionen.

Efter en normal avfettning betas godset under någon minut i följande betbad vid rumstemperatur.

Järn-III-kloridlösning

(ca.630 g/l densitet 1,469) 450 ml/l

Vatten 450 ml/l

Svavelsyra konc. 100 ml/l

Efter sköljning renbetas godset i följande lösning:

Salpetersyra 65% 650 ml/l

Svavelsyra konc. 175 ml/l

Fluorvätesyra 75 % 175 ml/l

Alternativ i följande lösning

Salpetersyra 65% 850 ml/l

Svavelsyra konc. 150 ml/l

Bet för rostfritt.

50 kg järnklorid / 100 liter bad.

26,7 l saltsyra / 100 liter bad.

Vatten.

Bet tid ca 2-3 minuter.

Temperatur RT.

Rostfria och höglegerade stål.

Salpetersyra 65% 750 ml/l

Amoniumbifluorid 100 g/l

Väteperoxid 35% 150 ml/l

Betning för gjutjärn

Kemikalier	Betning för sandbortagning	Betning för glödskal bortagning
Svavelsyra 96-98 %	50 ml / l	70 ml / l
Fluorvätesyra 75 %	50 ml / l	30 ml / l
Temperatur grader celsius	60-80	50-80

Koppar och kopparlegeringar

El-avfettningen som används för kopparlegering arbetar både som en anodisk avfettning och som katodisk avfettning, men dock inte i samma processbad. Anodiska avfettningar för mässing legeringar kan ge etsningar och missfärgningar på mässing ytan. En förorenad avfettning kan ge upphov till en sotig film vid katodiska avfettningar.

Separata avfettnings bad skall användas för katod resp anodisk avfettning.

Vid betning av koppar och dess legeringar så kan detta indelas i att utföras som oxiderande betning eller icke oxiderande betning.

Anslagsbad "metall strike"

Koppar anslag är till för att ge metallen en bra vidhäftning före förkoppring och förnickling för bly innehållande kopparlegeringar samt även de koppar legeringar som har blivit utsatta för lödning.

Alla ytor som har blivit utsatta för lödning och övriga ytor av bas metallen skall vara täckta av ett koppar anslag. Nickel strike kan vara ett tilläg tillsammans med kopparstriken före silver plätering.

Silverstrike skall alltid utföras före försilvrings utförandet. För en garanterad bra vidhäftning så skall alltid detaljerna nedsättas i badet med pre- kontakt "for live entry". Detta för både silver anslag som silver pläteringen. För att förhindra en spontan utfällning på kopparlegeringen av silver.

Nickelstrike för att erhålla en bra vidhäftning så skall ett nickel anslag utföra på material som innehåller nickel, krom och järn eller båda. Detta dels för att kontrollera diffusion uppträdande mellan pläterings skikt och grundmetallen.

Guld anslag är alltid nödvändig att utföra på metallytan före guldpläteringen.

Icke oxiderande betning

Vid icke oxiderande betning löses i stort sett endast oxidskiktet till skillnad från en oxiderande betning som också kan ge ett angrepp på grundmetallen. Oftast så används en 10 %-ig svavelsyra vid en temperatur av 40-60 ⁰C för icke oxiderande betningar av koppar. Om godset är kraftigt oxiderat genom olika värmebehandlingar så kan svavelsyran inte helt lösa koppar-I-oxid: Ett löst sittande skikt av koppar blir då kvar på ytan, som dock i de flesta fall borstas bort. Vid betning av mässing bör man arbeta vid rumstemperatur för att undvika rödfärgning av godsytan. Risken för rödfärgning av mässing ökar om badet innehåller stora mängder koppar. Behandlingstiden för denna typ av betning är vanligen 5-20 minuter. Agitering genom luft inblåsning eller rörelse av godset är gynnsamt för ett bra resultat.

Oxider av tenn, aluminium, bly, nickel och beryllium är svårlösliga i svavelsyra.

Legeringen innehållande legerings metaller fodrar därför en särskild behandling.

Det är viktigt att kopparhalten i badet hålls låg för att undvika en återfällning av koppar.

Som en gräns för mängden koppar anses 25 g/l räknat som metall. Mängden zink i betbadet är inte kritisk, men när den sammanlagda mängden metall ger densiteten 1,3g/ml så avtar effektiviteten märkbart för lösningen.

Oxiderande betning

För varmsmidda detaljer som oftast har tjockare oxidskikt så är en oxiderande betning ett bättre alternativ.

För att erhålla blanka ytor så kan detta utföras i två steg:

Steg I.

Salpetersyra 65 % 1 liter

Natriumklorid 5-10 g

Glansmedel 5-10 g

"Aktivt kol, dextrin eller trämjöl"

Steg II.

Salpetersyra 65 % 39,5 vol del

Svavelsyra 96-98 % 39,5 vol del

Saltsyra 37 % 1 vol del

Glansmedel fungerar enligt följande att ett organisk ämne så åstadkommer en reduktion av en del av salpetersyran så att denna övergår till salpetersyrlighet HNO₂ som har en katalytisk effekt på betningen.

Reaktionen för betning av koppar i salpetersyra är följande reaktion:

CuO+2HNO₃t Cu(NO₃)₂ +H₂O

Cu₂O + 6HNO₃ t 2Cu(NO₃)₂ + 3H₂O + NO₂ m

3Cu + 8HNO₃ t 3Cu(NO₃)₂ + 2NO m +4H₂O

För dessa bad så är behandlings tiden mycket kort, ofta några sekunder och ger bäst resultat om man utför korta dopp intervaller med sköljning i kallt vatten i mellan. Dessa bad kan behöva att kylas med hjälp av teflon kylare då betning sker under en temperatur ökning.

- Ökad salpetersyrlighet ökar kopparupplösningen varför ytan blir mera gul i färgtonen men en anrikning av zink.

- Ökad mängd svavelsyra över 500 g/l minskar metallupplösningen.

- Större mängd saltsyra kan ge upphov till rödaktiga ytor.

Bet bad för lättare glödskal.

Salpetersyra 260 ml/l

Fosforsyra 740 ml/l

Temperatur RT

Tid Erforderlig

Svavelsyra 50-100 ml/l

Vatten till 1 liter

Temperatur RT

Tid Erforderlig

Betbad för tjockare glödskal.

[1]

Svavelsyra 250 ml/l

Salpetersyra 120 ml/l

Vatten Till 1liter

Temperatur RT

Tid Erforderlig

Agitering Ja

[2]

Svavelsyra 650 ml/l

Vatten till 1 liter

Temperatur 50 ⁰C

Tid Erforderlig

Matta oxiderande kopparskikt.

Oftast så kan detta avlägsnas genom att behandla detaljen i 25 g/l natrium cyanid resterande vatten Eller följande lösning.

Ammoniumpersulfat 200 g/l (180-240)

Vatten Till 1 liter

Temperatur RT

Tid Erforderlig

Badet vid nyberedning har pH-värde runt 3,5-4,0 och dess verkan minskar när det når pH 1,5-2,0.

En för automat anpassad betlösning som ger mindre nitrösa gaser.

Vatten 80ml/l

Citronsyra 60g/l

Fosforsyra 85% 350 ml/l

Ättiksyra 350 ml/l

Salpetersyra 65 % 200 ml/l

Badet skall blandas i den ordning som är uppställt i receptet. Citronsyran måste till hundra procent vara upplöst i vattnet innan fosforsyran tillsätts. Badet skall blandas långsamt och under ständig omröring. Badet arbetar bäst vid temperaturer runt 30-40 ⁰C. Vid alltför hög temperatur nära 40 ⁰C så sönderdelas citronsyran, dessutom så avlägsnas ättiksyran från lösningen. Lösningen skall förvaras under tätslutande lock. Det bästa resultatet erhålls om godset behandlas när det är torrt, även om en förnyad betning efter sköljning kan ge ett snyggare resultat. Genom tillförsel av vatten så förkortar man badets livslängd. Badet underhålls genom att tillsätta ättiksyra under badets livslängd.

Oxiderande betning med hjälp av väteperoxid (H₂O₂)

Väteperoxid är en mycket bra alternativ för att beta koppar och dess legeringar i.

Tidigare talades om att väteperoxid hade en tendens till att ha en kort verkningsgrad.

Beroende på temperatur och katalyserande ämnen. Med olika stabiliserande tillsatser så kan denna hålla sig ganska konstant i koncentration i badet. Vilket gör denna lösning till ett bra alternativ till salpetersyra eller kromatbetning Lösningen har endast ett sönderfall av vatten och syre.

Väteperoxid saluförs i koncentrationer om 30 eller 65 %-ig lösning.

· Schlötter har en bra stabil process för väteperoxid betning som jag själv är mycket imponerad av.

Väteperoxidens verkningsätt enligt följande:

Cu₂ + H₂O + 2H₂SO₄t 2CuSO₄ + 3H₂O

Cu + H₂O₂ + H₂SO₄ t CUSO₄ + 2H₂O

Vid upplösning av svart koppar-II-oxid CuO har väteperoxid ingen större funktion, då mängden syre är tillräcklig för reaktionens förlopp.

Den maximalt rekommenderade temperaturen för badet är ca 40⁰C. Vid högre temperatur börjar det spontana sönderfallet av väteperoxiden. Något som förutom metalljoner också påskyndar det spontana sönderfallet är organiska föreningar, såsom damm, oljor och fetter. Användningen av väteperoxid för betningen kan dels baseras på tillgången på färdig stabiliserad 30-35 %väteperoxid eller att anskaffa en stabilisator från leverantör, som tillsätts separat.

Man skiljer på lagringsstabiliseringen och på tilläggs stabilisering. Vid lagringsstabilisering tillsätter tillverkan stabilisatorn, som i allmänhet utgörs av olika typer av komplexbildare, kolloidbildaren eller radikalfångare. De kan vara ensamma eller i blandningar. Mängderna är oftast mindre än 500 mg per liter totalt. Exempel på komplexbildare är pyrofosfat och fosfonater t.ex. aminofosfonsyra, kolloider t.ex. natriumstannat och radikalfångare t.ex. fenoler.

Vid betning av som ger föroreningar av tungmetaller såsom koppar, järn, nickel och krom krävs en tilläggstabilisering av väteperoxiden. Stabilisatorn är den samma som ovan men i större koncentrationer upptill 10-30 ggr större. För att få ett jämt betningsresultat är det viktigt att koncentrationen väteperoxid kontrolleras och hålls inom det rekommenderande värdet, 5-10 volymprocent av den "koncentrerade", d.v.s. 30-35 % handelslösning.

En typisk badsammansättning är följande:

Svavelsyra 96-98 % 100 ml/l

Väteperoxid 35 % 50 ml/l

Stabilisator 25 ml/l

Tid 0,5-5 minuter

Betningen i svavelsyra - väteperoxid bad lämnar ljusa matta ytor.

Glansbetning (kemisk polering) kan också genomföras om man ger badet en annan sammansättning. Vid denna betning så erhålls en tjock oxidbeläggning, som fungerar på samma sätt som vid en eletrolytisk polering.

En typisk badsammansättning är följande:

Svavelsyra 96-98 % 5-10 ml/l

Väteperoxid 35 % 250-300 ml/l

Stabilisator 25 ml/l

Tid 0,5-3 minuter

Den erhållna oxidbeläggingen avlägsnas i efterkommande dekapering i 2,5-5 % svavelsyra.

Bly legerade legeringar skall inte behandlas i svavelsyra då svavelsyra ger upphov till att en olöslig blysulfat hinna bildas på ytan. Istället kan svavelsyra ersättas av utspädd fosforsyra, salpetersyra eller tetrafluorborsyra.

För att passivera den renbetade ytan så kan det sista sköljvattnet doseras med 1 g/l av besotriazol (BTA).

Dikromatbetning

I de fall som ytföroreningarna består av svårt förkoksade smörjmedelrester så kan antingen en dikromat betning med dikromat som oxiderings medel i svavelsyra bad. En specifik egenskap för dikromat är att metallytan blir passiv vilket kan vara en fördel om ytan inte skall genomgå någon ytterligare ytbehandling t.ex. förnickling. Efter betning i dikromat bet så skall metallytan dekaperas i en

5-15 vikt % svavelsyra lösning eller saltsyra lösning under 10-20 sekunder, vid rumstemperatur.

Reaktionen vid dikromatbetning sker efter följande förlopp:

3Cu + Na₂Cr₂O₇ + 7H₂SO₄ t 3Cu₂(SO₄)₃ + Na₂SO₄ +7H₂O

3Cu₂O + Na₂Cr₂O₇ + 10H₂SO₄ t 6CuSO₄ + Cr₂ (SO₄)₃ + Na₂ SO4 + 10H2O

Ett amerikansk recept på kromatbetning.

Svavelsyra 69-98 % 125 ml/l

Natriumdikromat 15-30 g/l

Temperatur 20-80 ⁰C

Ett effektivare bad är.

Vatten 600 ml/l

Kromsyra 165-180 g/l

Salpetersyra 65 % 60 ml/l

Svavelsyra 96-98 % 240 ml/l

Temperatur 20-80 ⁰C

Badet blandas i den ordning som receptet anger. Saltsyran tillsätts sedan syrablandningen har kallnat.

För legeringar innehållande mer än 85% koppar och viss mässing.

[1]

Svavelsyra 125 ml/l (140-150)

Natriumdikromat 23 g/l ( 15-30)

Vatten Till 1 liter

Temperatur RT

Tid Erforderlig

[2]

Svavelsyra 50 ml/l

Kromsyra 40 g/l

Vatten Till 1 liter

Matt beting av kopparlegeringar

Bet för att erhålla matta ytor på mässing gods. Nedanstående recept ger en vacker finkornig matt yta.

Vatten 1000 ml

Kaliumdikromat 250 g

Svavelsyra 96-98% 135 ml

Natriumklorid 2-10 g

Temperatur ca 60 ⁰C

För en fortsatt ytbehandlings process så krävs en kort dekapering i syra. Se tidigare avsnitt.

En kraftig miljöenlig betlösning som ger helmatta ytor.

Järn-II - kloridlösning 1 volym del

(ca.630 g/l, densitet 1,46)

Saltsyra 37% 1 volym del

Temperatur 20 ⁰C

Betning av speciella kopparlegeringar

Blylegerad mässing

Tidigare har nämnts att vissa kopparlegeringar inte kan med ett bra resultat betas i hittills redovisade betbad. Detta beror på att de ingående legeringsmetallerna är svårlösliga i respektive betsyra eller att svårlösliga föreningar uppkommer på godsytan. Den vanligaste av dessa legeringar är de som innehåller bly. Om det är möjligt så skall man undvika att beta dessa legeringar i bad som innehåller svavelsyra. I alla avseende så bör man behandla metallytorna efter svavelsyrabeten med en som är baserad på tetrafluorborsyra HBF₄under en längre tid. Tetrafluorborsyran har lättare att bilda lättlösliga föreningar.

Nickel mässing (nysilver)

Kan betas i svavelsyra med dikromat, som oxideringsmedel. Efter sköljning dekaperas metallytan i 10-15 % svavelsyra vid en temperatur av 60 ⁰C.

Tennbrons

Kan betas med någon oxiderande metod, som lösgör oxiden och som sedan upplöses i en dekapering av 10-20 % lösning av tetrafluorborsyra.

Aluminiumbrons

Aluminiumbrons som innehåller minst 10 % får ofta en grå oxidfilm. Denna kan avlägsnas genom en behandling i 10 % natriumhydroxidlösning vid 75 ⁰C. Fortsatt betning kan sedan ske genom en kort behandling i följande lösning vid rumstemperatur.

Salpetersyra 65 % 800 ml/l

Ammoniumvätefluorid 80-90 g/l

Vatten Till 1 liter

Steg I aktiveringen.

Svavelsyra 900 gr/l

Salpetersyra 250 gr/l

Tid 5-10 s.

Skölj

Steg II aktiveringen.

Salpetersyra 800 ml/l

Bifluorid 80-90 gr/l

Vatten Till 1 liter.

Tid 0-5 s.

Berylliumkoppar (0,4- till 2,75 %Be)

[1]

Fosforsyra 85% 270-290 ml/l

Salpetersyra 65 % 15-20 ml/l

Ättiksyra 98-100 % 700-730 ml/l

Temperatur RT

[2]

Fosforsyra 85% 840-860 ml/l

Fluorvätesyra 35-40% 70-80 ml/l

Salpetersyra 65 % 70-80 ml/l

[3]

Svavelsyra96-98 % 2 volym procent

Salpetersyra 65 % 2 volym procent

Fluorvätesyra 35-40 % 2 volym procent

Betning av aluminium och aluminium legeringar

Vissa skillnader på lösningar på deoxidizer och desmutter kan förekomma hos de olika leverantörerna.

Zinkat I.

Natriumhydroxid 525 g/l

Zinkoxid 100 g/l

Temp 27 °C

För det bästa resultatet så skall natriumkarbonaten vara låg i koncentrationen helst under 2 % av vikten av natriumhydroxiden. Zink oxiden skall vara fri från bly arsenik föroreningar ( Kontrollera renheten ) Fråga leverantören.

Zinkat II.

Natriumhydroxid 525 g/l

Zinkoxid 100 g/l

Järnklorid 1,0 g/l

Rochellesalt 10 g/l

Temp 27 °C

Behandlings tid 30 till 1 minut.

Zinkat III.

Natriumhydroxid 50 g/l

Zinkoxid 5 g/l

Järnklorid 2,0 g/l

Rochellesalt 50 g/l

Natrium nitrat 1,0 g/l

Temp 20-25 °C

Zinkat IV.

Natriumhydroxid 120 g/l

Zinkoxid 20 g/l

Järnklorid 2,0 g/l

Rochellesalt 50 g/l

Natrium nitrat 1,0 g/l

Temp 20-25 °C

Detta bad har en högre zink reserv vilket lämpar sig där ett högt flöde av gods passerar.

Dessa zinkat bad är konventionella det finns sådana som innehåller koppar-nickel vilket kan skilja sig från de olika leverantörerna.

Karbonat-Fosfat rengöring.

Natrium karbonat " vattenfri " 25 g/l

Trinatrium fosfat "vattenfri " 25 g/l

Temp 60-80 °C

Deoxidizer Ets.

Svavelsyra ( densitet 1,83 g/ml ) 100 ml

Kromsyra CrO3 35 gr

Vatten 1 liter

Tid 2-5 minuter

Temp 70-80 °C

Sänker man temperaturen och ökar behandlings tiden till 5-30 minuter så erhåller man en bättre oxid uppluckring.

Natrium hydroxid Ets.

Natriumhydroxid 50 g/l

Tid 30-60 sek

Temp 50 °C

Desmutter.

Salpetersyra 500-700 ml/l

Amoniumbiflourid 30-120 g/l

Tid 30 sek

Temp 20-25 °C

Aktiviteten och aggressiviteten på denna syra är kraftig och kan variera vid olika koncentrationer.

En ökning av salpetersyran sänker aktiviteten och en ökning av ammoniumbiflouriden ökar aktiviteten.

Alternativ Desmutter.

Svavelsyra 100 ml

Väteperoxid 50 ml

Vatten 1 liter

Tid 15-60 sek

Temp RT

Salpeteryra.

Kommersiell salpetersyra 500 ml

( 67 mass % densitet 1,4 )

Vatten 1 liter

Temp RT

Svavelsyra.

Svavelsyra 150 ml

( 93 mass % densitet 1,83 g/ml )

Vatten 1 liter

Temp 80 °C

Tid 2-5 min

Mixad syra.

Kommersiell salpetersyra 750 ml

( 67 mass % densitet 1,4 )

Kommersiell HF 250 ml

( 48 mass % 1,16 densitet )

Tid 3-5 sek

Temp RT

Universal Deoxidizer.

Kommersiell salpetersyra 750 ml

( 67 mass % densitet 1,4 )

Svavelsyra 250 ml

( 93 mass % densitet 1,83 g/ml )

Vatten 250 ml

Ammoniumbifluorid 60 g/l

Duralaluminium.

Svavelsyra 60 ml/l

Natriumfluorid 10 g/l

Vatten till 1 liter

Temperatur RT

Tid 3-4 min

Aluminium legeringar med en kisel halt över 5 %.

400 ml/l Salpetersyra

100 g/l Ammoniumflourid

Resten vatten

Temp RT

För att lösa upp tjocka oxider av typ värmebehandlings oxider

100-150 ml/l Svavelsyra

10-20 g7l Natriumdikromat

Resten vatten

Temp 20-30 °C

SS- 4120, SS-4212 .

1. Alkalisk rengöring icke etsande.

Skölj

2. Etsande avfettning.

Skölj

3. Flourid bet

Skölj

4. HNO₃bet kan ev. uteslutas då Mg halten är relativ hög för SS-4120. (Alternativ är Alkavet bet ).

Skölj

5. H₂SO₄ bet 1-2 min

Skölj

6. Zinkat 30-60 sek.

Skölj

7. Upprepa punkt 3-4 tills en jämn svag grå zinkat film uppnås, framträder vid andra zinkat behandlingen annars upprepa.

SS-4250, SS-4263.

1. Mild alkalisk avfettning icke etsande

Skölj

2. Alkalisk etsande avfettning ( kort tid endast för att framhäva föroreningarna skall provas fram ).

Skölj

3. Fluorid bet ( eller alternativ kromsyra 12-25 g/l, svavelsyra 40-50 g/l, vatten, temp 40-80 ⁰C tid max 20 min.

Skölj

4. HNO₃ bet 1-2 min gäller SS-4250 och en minut för SS-4263

Skölj

5. H₂SO₄ bet 1-2 min ( Alternativ Alkavet bet ).

Skölj

6. Zinkat 30-60 sek. Ingen upprepning för dessa legeringar risken är att få grovkristallina skikt vid pläteringen.

Aluminium legeringar med en Kisel halt över 5 %.

400 ml / l Salpetersyra

100 g/ l Ammoniumflourid

Resten vatten

För att lösa tjocka oxider av typ värmebehandlings oxider.

100-150 ml / l Svavelsyra

10-20 g / l Natriumdikromat

Resten vatten

Temp 20-30C⁰

Betning Av zink

Zink är i likhet med aluminium en amfotär metall d.v.s. den bildar föreningar med såväl syror som alkalier. Den är dock betydligt motståndskraftigare gentemot alkalier än vad aluminium är varför man normalt betar zink i sura lösningar.

Vanlig betlösning för zink.

Svavelsyra 96-98% 10-30 ml/l

Vatten Till 1 liter

Temperatur 20 ⁰C

Tid 1-2 minuter

Denna syra löser bort zinkoxid samtidigt som den också löser en del av grundmetallen.

När det gäller gjutlegeringar kan den också lösa en del av de ingående legeringsmetallerna.

Gjutlegeringar kan betas i följande syra blandning, som har den egenskapen att den ger en större förutsättning att på ett effektivare sätt lösa legeringsmetallerna.

Zink gjutlegeringar.

Svavelsyra 96-98 % 80 ml/l

Salpetersyra 65 % 80 ml/l

Vatten till 1 liter

Temperatur 20 ⁰C

Tid 30-60 sekunder

Betning av nickel och nickellegeringar

Ren nickel kan betas i 10 %-ig svavelsyra för att avlägsna lättare oxider, arbetstemperatur för badet skallö vara 20-60 ⁰C under en tid av 1-10 minuter.

Oxidbeläggningar efter värmebehandlingar

Svavelsyra 96-68 % 80-140 ml/l

Natriumnitrat 60-90 g/l

Natriumklorid 60-80 g/l

Temperatur 85-95 ⁰C

Tid 15-60 minuter

För renbetning av lättare oxidbeläggningar (anlöpnings hinna) på nickel-järn-kromlegeringar.

Salpetersyra 65 % 60-120 ml/l

Fluorvätesyra 75 % 8-30 ml/l

Temperatur 20-50 ⁰C

Tid 10-30 minuter

Bet för lösa tjockare glödskal.

Natriumpermanganat 75 g (60-90 g)

Kaliumkarbonat 75 g

Vatten Till 1 liter

Temperatur 75-100 ⁰ C

Tid 10-30 minuter

Agitation Ja

Bet för bortagande av lättare glödskal.

[1]

Svavelsyra 96-98% 120 ml/l

Natriumnitrat 90 g/l

Kaliumklorid 90 g/l

Vatten Till 1 liter

Temperatur 85 ⁰C

[2]

Svavelsyra 96-98 % 55 ml/l

Järn sulfat ( anhydrous) 180 g/l

Vatten Till 1 liter

Temperatur 80 ⁰C

[3]

Saltsyra 37 % 85 ml/l

Järn-II-klorid 100 g/l

Vatten Till 1 liter

Temperatur 70-80 ⁰C

Bet för att avlägsna tjockare glödskal.

[1]

Salpetersyra 65 % 320 ml/l

Fluorvätesyra 75% 40 ml/l

Vatten 640 ml/l

Temperatur 65-75 ⁰C

Tid Erforderlig

[2]

Salpetersyra 65 % 1 liter

Natriumfluorid 120-200 g/l

Vatten 1 liter

Temperatur 20-50 ⁰C

Tid 15-30 minuter

[3]

Svavelsyra 96-98 % 50 ml/l

Rhochelle salt 100 g/l

Vatten Till 1 liter

Temperatur 70-80 ⁰C

Tid Erforderlig

Betnings stegen ovanför är för tjocka glödskal som kan bildas för typ Inconel legeringar som normalt innehåller 80 % Ni, 14 % Cr och 6 % Fe.

Saltsyra 37 % 330 ml/l

Kopparklorur 20 g/l

Vatten 670 ml/l

Temperatur 70-80 ⁰C

Efter betningen så skall detaljerna sköljas väl i varmt vatten och dekaperas i salpetersyra-svavelsyra lösning eller svavelsyra-dikromat lösning.

Nickel/silver legeringar / Monel metaller med 67% Ni och 30 % Cu

[1]

Svavelsyra 96-98 % 25 ml/l

Natriumdikromat 10 g/l

Vatten Till 1 liter

Temperatur RT eller högre

[2]

Svavelsyra 96-98 % 55 ml/l

Järnsulfat ( anhydrous) 100 g/l

Vatten Till 1 liter

Temperatur 60 ⁰C

Missfärgningar efter betningen tas bort med följande lösning.

Natriumcyanid 50 g/l

Vatten Till 1 liter

Betning av titan

Etsningslösning Nr 1.

HNO₃- HF

Tid 1 minut

Temperatur RT

250 ml HNO₃-HF Bet.

100 ml HNO₃

1,7 ml HF 40 %.

Citronsyra

Denna lösning kan passivera Vanadium i Beta fasen.

Etsningslösning Nr 2.

HCl-NaF-NaCl

Tid 1-2 minut

Temperatur RT

250 ml HCL-NaF

60 gr/l HCL

30 gr/l NaF

20 gr/l NaCl

Denna lösning kan bilda svårlöslig Aluminium oxid, men är till för att aktivera vanadium.

Kriteriet för att ytan är etsad är att den skall uppvisa en jämn ljusgrå yta efter etsningen och endast polera topparna. Man bör också vara observant på att HF förbrukas vid etsningen. Mycket viktigt är att man inne förstör den yta om har erhållit i blästringen.

Ytfinheten blir här 0,9µm efter etsningen. (Literature Plating on titanium by M. Thoma page 96)

Etsnings lösning Nr 3.

Na₂Cr ₂O₇- HF

Tid 5 minuter

Temperatur 75-85 ^oC

250 ml Na₂CrO⁷- HF

62,5 gr. Na₂Cr₂O₇

20 ml HF

Avjoniserat vatten

Denna lösning skall påverka aluminiumet i Alpha fasen och verka som en desmutter.

Dekapering / Aktivering

Aktivering påverkar både alpha fasen och Beta fas samt att den säkerställer ytans pH-värde. Aktiveringen kan avverka upptill ca 3,0 µm av titan ytan.

Aktivering lösning:

Citronsyra - HF

Tid 1 minut

Temperatur RT

50 ml / l 40 % HF

100 gr / l Citronsyra

Kriteriet för att ytan är aktiverad är att den skall uppvisa en jämn ljusgrå yta

( En rostfri yta utseende ) efter aktiveringen. Koncentrationen på lösningen är också mycket kritisk en alltför kraftig gasning får inte förekomma.

Även här så är det HF som förbrukas. Samma här som vid etsningen när man kopplar titan ytan som katod för att erhålla en hydrid bildning.

*Ytfinheten blir här 0,9µm efter aktiveringen. (Literature Plating on titanium by M. Thoma page 96)

Titan aktivering 1.

1. Alkalisk rengöring, 50gr/l Natriumhydroxid, 50gr/l Natriumkarbonat.

2. Skölj.

3. Ets i saltsyra 0,05 cloroplanie 30⁰C Tid 3 minuter efter gasning.

4. Skölj i Rochelsalt rums temp.

5. Koppar anslag, 50gr/l kopparsulfat, 160 gr/l rochellsalt, 5 min vid 0,4 A/dm²

6. Skölj i svavelsyra.

Mellan stegen 2 och 3 så kan en våtblästring med aluminiumoxid utföras för att få en bättre vidhäftning.

Titan aktivering 2.

1. Alkalisk rengöring, 50gr/l Natriumhydroxid, 50gr/l Natriumkarbonat.

2. Skölj

3. Våtblästring med aluminiumoxid Novaculite 200 4-6 Kpm/cm² med ett avstånd av 15 mm.

4. Aktivering, 325-450 g/l Saltsyra 3 minuter efter gasutveckling rumstemp.

5. Neutralisering, 50gr/l Kaliumnatriumtartrat 30-60 s.

6. Kopparanslag, Kopparsulfat 50gr/l, 180gr/l Kaliumnatriumtartrat, 50gr/L Natriumhydroxid,

Avjoniserat vatten till full volym. 2,3 A/dm² , 20 sek.

Analys:

Koppar anslag bad.

pH 11-14.

Kopparsulfat 7,5-15 gr/l.

Kaliumnatriumtartrat 110-120 gr/l.

Natriumhydroxid 40-60 gr/l.

Selektiv Aktivering och Förnickling på Titan: "Ti6Al4V"

Aktivering förslag Nr I.

1. Electro cleaning Röd scotch

2. Sköljning

3. Svabbetsning HNO₃-HF Rum Temp bomullstrasa. Tid 45-60 sec.

4. Sköljning

5. Nickelstrike, Ni-acid med röd scotch 2-3m µm skikttjocklek

6. Nickel plätering Aero nickel med vit scotch 50,100,150, 250 µm skikttjocklek

7. Värmebehandling 480 C^ounder 2 timmar.

Aktiverings förslag Nr II.

1. Electro cleaning Röd scotch 60 sec.

2. Sköljning

3. Svabbetsning Na₂Cr₂O₇ – HF 55-80^oC bomullstrasa. Tid 60 sec.

4. Sköljning

5. Svabbetsning HNO₃-HF Rums Temp bomullstrasa. Tid 45-60 sec.

6. Sköljning

7. Nickelstrike Ni-acid med röd scotch 2-3 µm skikttjocklek

8. Nickel plätering Aero nickel vit scotch 100, 250 µm skikttjocklek

9. Värmebehandling 480 C^ounder 2 timmar.

Aktivering av förkromad yta

Före man kromar en förkromad yta så gäller det att ytan är ren. Rengör i alkaliska rengöring eller använd pimmsten. Starta med etsning i kromsyra i en separat tank eller i krombadet.

Etsningen får inte starta innan detaljen har uppnått badtemperaturen. Etsningen genomförs med en reverserad ström på 15,5 A/dm² under tre minuter. När etsningen är klar så börjar man med den egentliga aktiveringen som görs i krombadet detaljen skall alltid ha badets temperatur.

Starta med en ström på 2,0 A/dm²under 5 minuter öka denna till 4,6 A/dm² inte högre, för ytterligare fem minuter. Dubbla strömmen till 9,3 A/dm² i ytterligare fem minuter.

Höj sedan strömmen till kalkylerad ström mycket långsamt.

Aktivering av kemförnicklade ytor

Kem förnicklade ytor blir fort passiva och är då inte oemottagliga för att ytterligare beläggas med ett metall skikt, detta passiva tillstånd ökar med värmebehandling och ålder.

Det är tre steg som kan göra att kemnickel skiktet blir aktivt för att ett kromskikt kan ges en bra vidhäftning.

Det lättaste sättet är att ha kemnickel och hårdkrom i samma line, där det är endast efter kemnickel att ge ytan ett nickel anslag och därefter skölja detaljen i varmt vatten och sedan kromplätera den. Tiden är mycket avgörande för att metallytan får inte torka eller bli avkyld. Nickel striken är endast en försäkring för en bra vidhäftning, om detaljen har blivit avmaskerad eller noggrann avsynad så att den passiva hinnan redan framträtt.

Den andra metoden är att lätt blästra ytan med pimmsten i en våt eller torr bläster. Metoden kanske lämpar sig för större detaljer eller färre antal detaljer.

Den tredje metoden är vanlig och mera säkerställd för detaljer som kanske var körda för en vecka sedan eller vid förra skiftet.

För att aktivera en kem förnicklad yta, så är följande process gång att rekommendera.

1. Dopp avfettning.

2. El avfettning katodisk 2 min. Med en yt-aktiv avfettning och 30-40 g/l Na Cn.

3. Dekapering i saltsyra 10%-ig 1-2 min.

4. Katodisk aktivering i svavelsyra 30%-ig,3,5 volt i 5 sekunder för att ytterligare öka strömmen till 4 volt 30 sek eller tills det gasar.

5. Aktivera i en nickel aktivator som är varm. ( Fråga leverantören)

6. Skölj detaljen i varm vatten "mycket viktigt"

7. Hård förkromning utförs med ström på vid 1 vol. Därefter så ge snabbt ett strike anslag till 2-3ggr arbetsström under 10-15 sek. Blåsor vid lågströms områden indikerar på att strike anslaget var för långsam eller att ej tillräcklig högström har används.

8. Därefter så sänks strömmen till normal arbetsström.

Not

Om man skall kem förnickla mycket stora detaljer så måste man förvärma dessa tills de har uppnått bad temperaturen, detta måste ske utan att riskera att detaljerna blir passiva. Förvärmer man då i en lösning av 10 g/l natriumhypofosfit med ett pH 5-6 med en temperatur som är det efterföljande badets temperatur, så kan man ytbehandla utan risk för att ytan blir passiv eller att detaljen sänker badets temperatur under kem förnicklingen.

Förbehandling av olika material

Betning för gjutjärn

Kemikalier

Svavelsyra 96-98 %

Fluorvätesyra 75 %

Temperatur grader celsius

Aktivering av förkromad yta