PM Ytbehandling Anodisering Christoffer Löfstrand 2011 01 16 Fördjupningsarbetet beskrivet med ett PM behandlar området Ytbehandling, med speciell inriktning på anodisering av olika metaller, framförallt aluminium.
Innehållsförteckning Inledning... 3 Syfte och mål... 3 Avgränsningar... 3 Frågeställning... 3 Ytbehandling... 4 Anodisering... 4 Historia... 4 Anodisering av aluminium... 5 Process... 6 Anodiseringsprocesser... 6 Kromsyra anodisering... 6 Svavelsyra anodisering... 6 Fosforsyra anodisering... 6 Slutsats... 7 Källhänvisning... 8
Inledning I kursen KPP039 Produktutveckling 3 tilldelades en grupp på sex personer ett projekt att tillverka en prototyp av en resårmadrass till en säng som skulle underlätta sömn. Resårmadrassen skulle erhålla vibrationer samt ljudkanaler för att skapa ljud. Som ett komplement till detta projekt tilldelades även en uppgift att skriva ett PM, detta som ett delmoment i kursen. Till en början var det tänkt att varje gruppmedlem skulle skriva om ett moment i den process som gruppen arbetade med under projektets gång. Detta blev ett problem då det ämne som gruppen behandlade till stor del bestod av akustik, där alla i gruppen konstaterade att det var ett väldigt komplext område som var svårt att få grepp om. Efter en diskussion med Rolf Lövgren som är examinator samt handledare för kursen framförde vi några exempel om vad som varje gruppmedlem kunde skriva om istället och fick ett godkännande. Detta PM kommer med denna korta inledning därför att behandla området ytbehandling vilket valdes för att det verkar vara ett relativt brett och intressant område, samt att ämnet i allra högsta grad har med den utbildning som jag läser att göra. Syfte och mål Syftet med detta PM är att skribenten samt läsaren skall få en bredare kunskap om det ämne som texten behandlar. Detta PM kommer som sagt att behandla området ytbehandlingar och målet är därför att läsaren samt skribenten ska efter att ha läst det ha en bredare uppfattning om vad en ytbehandling är. Ett annat mål är att få texten så systematisk och lättolkad som möjligt samt att lära sig något under skrivandets gång. Avgränsningar Området ytbehandling har många delområden vilket delvis beror på att det finns flera olika metoder, valet av metod beror på vad man vill uppnå och vilket material som ska ytbehandlas. Jag har därför valt att begränsa mig till en metod inom ytbehandling som heter anodisering. Frågeställning Följande frågeställningar ska besvaras för att uppnå syftet och målet med detta PM; Vad är ytbehandling i stort? Vad är anodisering? Varför anodiserar man aluminium? Hur ser processen ut? Vilka olika processer finns det?
Ytbehandling Ytbehandling är till för att ett material eller produkt skall uppfylla vissa kriterier, dessa kriterier uppfylls genom olika metoder som varierar. En metod för ytbehandling kan till exempel vara att få till en attraktivare produkt/material estetiskt medans en annan kan vara att göra produkten/materialet mer slittåligt mot olika faktorer som påverkar utifrån. Vilket sätt ytbehandling utförs på beror på vilket material det är som skall ytbehandlas, aluminium ytbehandlas till exempel genom anodisering och stål ytbehandlas genom varmförzinkning. Både stål och aluminium används mycket inom produktutveckling men detta PM kommer begränsas till aluminium eftersom det är ett av de vanligaste material som används. Anodisering Anodisering eller eloxering som det också kan kallas är en form av ytbehandling för olika sorters metaller, bland annat aluminium. Anodisering tillämpas för att undvika korrosion som innebär att materialet fräter. Historia Anodisering tillämpades första gången 1923 för att skydda sjöflygplan tillverkade av aluminiumlegeringen duraluminium från korrosion. Denna process baserad på kromsyra skulle komma att kallas för Bengough Stuart process och dokumenteras i det brittiska försvaret. Olika varianter av anodisering utvecklades hastigt och år 1927 tog Gower and O Brien fram den första processen baserad på svavelsyra. Processen kom att bli den vanligaste typen av anodisering. Japan började år 1923 tillämpa anodisering med hjälp av en process baserad på oxalsyra, processen kom att användas mycket i Tyskland framförallt för arkitektoniska tillämpningar. Anodiserat aluminium var populärt för arkitektoniska material under 1960 och 1970 talet, men ersattes av plast samt powercoating som visade sig vara ett billigare alternativ. Den senaste stora processen av anodisering är baserad på fosforsyra, och har än så länge enbart tillämpats för att förbehandla lim och organiska färger. Intresset växer allt mer för olika processer inom anodisering vilket leder till att nya mer komplicerade varianter utvecklats och kommer att fortsätta att utvecklas.
Anodisering av aluminium Olika aluminiumlegeringar anodiseras i olika syften, bland annat för att förhindra korrosion men också för att göra det möjligt att till exempel måla eller smörja den legering som anodiseras. Vill man öka hårdheten i ytan uppnås även detta genom anodisering av materialet. Det anodiserade skiktet är inte ledande. Rent aluminium görs passivt när det utsätts för luft vid rumstemperatur eller gaser som innehåller syre, detta sker genom bilda ett ytskikt av amorft aluminiumoxid med tjockleken 2 till 3 nanometer, ytskiktet ger ett mycket effektivt skydd mot korrosion. Aluminiumlegeringar formar vanligtvis ett tjockare oxidskikt med tjockleken 5 till 15 nanometer, men det är bevisat att aluminiumlegeringar är mycket känsligare mot korrosion i jämförelse med rent aluminium. Härdigheten mot korrosion minskas avsevärt när det gäller vissa aluminiumlegeringar som till exempel koppar, järn och kisel. Anodiserade beläggningar har en lägre värmeledningsförmåga samt längdutvidgningskoefficient än vad aluminium. Det medför att beläggningarna kommer att spricka från termisk stress om de utsätts för temperaturer över 80 grader. Smältpunkten för aluminiumoxid är 2050 grader vilket är mycket högre än ren aluminium som har smältpunkten 658 grader. Anodiserat aluminium har hårdare ytor än vad aluminium men har en slitstyrka som är låg till måttlig, slitstyrkan kan förbättras med hjälp av större mått på tjockleken samt tätning. Sapa profiler är ett företag som använder sig av bland annat anodisering. De förstärker aluminiumet genom att öka det skyddade oxidskiktet. De färgar sedan den fortfarande kvalitativa ytan i spännande nyanser. De levererar också profiler med infärgade oxidlager. Bland dessa finns kulörer med mycket god kulörbeständighet, lämpliga för utomhusbruk.
Process Processen utförs normalt i fyra steg, nämligen förbehandling, anodisering, infärgning och eftertätning. Naturananodisering är den vanligaste formen av anodisering men det finns självklart andra former. Den elektrolytiska processen vilket är att förfina metaller äger rum efter att metallytan har fått den önskade förbehandlingen samt är ordentligt rengjord. Likström ansluts till det föremål som ska anodiseras vilket gör att föremålet blir anod, anod är den positiva elektroden. Detta moment i processen bidrar till att en elektrolytisk cell bildas. Det vanligaste är att elektrolyten består av utspädd svaveloxid, detta vid rumstemperatur. Ytan på metallen omvandlas till oxid vid elektrolysen. När önskad skiktstorlek är uppnådd är processen normalt klar, vanligen mellan 5 25 mikrometer. Ett oxidskikt har ett stort antal poler som måste slutas efter man skapat skiktet. Man behandlar då skiktet i 95 98 gradigt vatten som ska vara avjoniserat, denna behandling kallas för eftertätning. Det ytskikt som skapas genom naturanodisering är genomskinligt, men färgade ytskikt kan även uppnås. Det färdiga föremålet som genomgått en naturanodisering levereras med en matt till halvmatt yta. Anodiseringsprocesser Det finns en mängd olika varianter av processer när man ska använda sig av anodisering. Det som skiljer processerna är bland annat vilken gas processen är baserad på. En kort beskrivning om några av dessa kommer nedan. Kromsyra anodisering Är den äldsta anodiseringsprocessen och används inom områden som kan komma i kontakt med drivmedel. Processen är baserad på kromsyra vilket medför tunnare ytbeläggningar som är mjuka, mer formbara samt delvis självläkande. Kromsyra används ofta som förbehandling till målning, vilket beror på att den är svår att färga. Processen är allmänt känd som Bengough Stuart process. Svavelsyra anodisering Är den vanligaste anodiseringsprocessen vilket beror på att den är billigare, mer miljövänlig samt lättare att färga. Färgen varierar beroende av vilken legering det är som anodiseras, ytbeläggningen kan även färgas i nästan alla nyanser. Fosforsyra anodisering Är en anodiseringsprocess som bildar en relativt tunn ytbeläggning, och används ofta som förbehandling innan limning. Processen är överlägsen när det gäller att skapa stabila ytor för limning.
Slutsats Med tanke på att jag är relativt oerfaren när det gäller att framställa ett PM anser jag att detta fördjupningsarbete har hjälpt mig att få en bredare förståelse om hur man framställer ett PM. Om man ser till ämnet som jag har behandlat så hade jag ingen kunskap om just anodisering som ytbehandling sedan tidigare. Detta gjorde att jag var tvungen att börja söka information från grunden vilket jag tror var nyttigt eftersom en relativt bred kunskap inom området har byggts upp. Jag tror att anodisering är en viktig del för att få en inte bara fin yta utan även en skyddad yta. En förståelse att anodisering används mycket mer i vardagen än vad jag personligen trodde har även byggts upp. Den frågeställning som ställdes i början av detta PM anser jag vara väl beskrivet i texten och därför anser jag att mitt PM har uppnått sitt syfte. När det gäller målet att få en systematisk samt lättolkad text anser jag mig ha lyckats delvis, varför bara delvis beror på att området är relativt komplext och det krävs att läsaren sätter sig in i vad de läser.
Källhänvisning Anodizing, 2010 01 17, http://www.anodizing.org/anodizing/what_is_anodizing.html Saga group, 2010 01 17, http://www.sapagroup.com/sv/company sites/sapa Profiler AB/Vierbjuder/Ytbehandling/Anodisering/ Silvexinc, 2010 01 17, http://www.silvexinc.com/anodizing/chromic acid anodizing.php Silvexinc, 2010 01 17, http://www.silvexinc.com/anodizing/sulfuric acid anodizing.php Wikipedia, 2010 01 17, http://en.wikipedia.org/wiki/anodizing