Avlägsnande av förkromning: En guide för underhåll av förkromningsverktyg
Innehållsförteckning
Inledning
Industriell tillverkning är i stor utsträckning beroende av verktygskomponenternas hållbarhet och exakthet. I dessa fall kan krompressverktyget sägas vara det viktigaste vapnet i kampen, eftersom det används i en mängd olika branscher, t.ex. bilstämpling och formsprutning. För att höja ythårdheten, sänka friktionen och öka slitstyrkan och korrosionsbeständigheten hos matriserna belägger tillverkarna dem med förkromning. Även den starkaste förkromningen kommer dock att slitas ut så småningom. För att underlätta reparation eller omplätering är det nödvändigt att ta bort den gamla pläteringen när slitmönster, repor eller dimensionsförändringar har uppstått.
Att avlägsna krom från ett metallsubstrat är antingen en mycket specifik kemisk eller mekanisk operation. Det kräver ingående kunskaper i metallurgi så att den kvarvarande basmetallen inte skadas. Medan gör-det-självare kanske vill ta bort dekorativt krom från bilstötfångare, har industriingenjörer en mer komplicerad uppgift. De måste ta bort hårdkromet från en kromform på ett sådant sätt att formens kritiska toleranser inte ändras. Den här artikeln handlar om de vetenskapliga begreppen, borttagningsteknikerna och de säkerhetsåtgärder som måste vidtas när man avlägsnar förkromningen, med tonvikt på bevarandet av industriell förkromning.
Förstå förkromningsprocessen
För att kunna ta bort krom på ett effektivt sätt måste man först förstå hur teknikerna lägger på krom. Vid förkromning används elektroplätering, som är en elektrokemisk process där ett kromskikt läggs på en metall som leder elektricitet. Teknikerna sänker ner substratet - vanligtvis stål, aluminium eller en kopparlegering - i ett elektrolytiskt bad som innehåller kromsyra (kromtrioxid).
Genom lösningen leds en likström (DC). Substratet fungerar som katod (negativ elektrod), medan bly- eller kolanoder (positiva elektroder) är de som sluter kretsen. Den elektriska strömmen reducerar de kromjoner som finns i lösningen och som befinner sig nära katodytan, vilket leder till att fast metall avsätts. På detta sätt uppnås en mycket stark atomär bindning mellan kromet och basmetallen.
När man talar om en förkromad matris är tjockleken på pläteringen mycket högre än för en dekorativ applikation. Ingenjörerna har kontroll över nedsänkningstid och strömtäthet för att få en "hårdkromad" yta. Det är skiktet som ger området den Rockwell-hårdhet som krävs för att det ska tåla upprepade stötar och högtrycksformning. När skiktet är på väg att ge vika ska strippningsprocessen antingen kunna lösa upp bindningen eller kemiskt lösa upp kromet utan att angripa den exakta geometrin hos det verktyg som finns under.
Det är absolut nödvändigt att strippa förkromade matriser
Varför tar tillverkare bort en krombeläggning från en matris?
Livscykelhantering är det främsta skälet. Stansverktyg är en av de dyraste sakerna att investera pengar i. Det är inte ekonomiskt effektivt att byta ut en matris helt och hållet bara för att ytan är sliten. Därför tar underhållspersonalen bort den gamla kromen, reparerar stålunderlaget om det finns några defekter och pläterar verktyget på nytt.
Några av dessa defekter kan vara:
- Spjälkning eller avskalning: Kromskiktet lossnar från underlaget på grund av dålig vidhäftning eller för hög ytspänning.
- Slitage och gallring: Kromet slits av den upprepade friktionen och därmed förändras verktygets måttnoggrannhet.
- Korrosion: Driftsmiljön är så tuff att till och med kromskiktet penetreras och därmed rostar den oädla metallen.
- Förändringar i konstruktionen: Ingenjörerna kan behöva modifiera verktygets geometri, så att de måste ta bort det hårda yttre skalet för att kunna bearbeta det mjukare stålet under.
Strippningen tar verktyget tillbaka till dess "gröna" tillstånd. I detta skede är svetsning, polering och maskinbearbetning möjlig innan ett nytt lager krom gör verktyget färdigt för drift specifikationer.
Säkerhetsprotokoll och riskreducering
Borttagning av förkromning är en farlig och energiintensiv process som innebär användning av farliga material. Industriella säkerhetsstandarder kräver att alla säkerhetsprotokoll följs strikt. En av egenskaperna hos krom, särskilt sexvärt krom i pläterings- och strippningsbad, är att det är ett cancerframkallande ämne som kan orsaka cancer. Det orsakar också allvarliga luftvägs- och hudproblem.
Operatörerna ska använda rätt personlig skyddsutrustning (PPE). En del av utrustningen bör vara syrafasta handskar, skyddsglasögon mot kemiskt stänk, ansiktsskydd och NIOSH-godkända andningsskydd. För att fånga upp avgaser från processen bör anläggningar installera lokal avgasventilation, särskilt för kromsyradimma och vätgas som frigörs under kemiska reaktioner.
Dessutom medför processen elektriska faror. Elektrokemisk strippning sker med hjälp av likriktare med hög spänning. För att förhindra strömstötar måste teknikerna stänga av strömkällorna och kontrollera isoleringen. Avfallshanteringen kan å andra sidan inte förbises; anläggningarna bör behandla de använda strippningslösningarna som avfall med farliga ämnen och följa miljöbestämmelserna för tunga metaller.
Skillnad mellan olika typer av förkromning
Effektiv strippning är till stor del beroende av att man känner igen typen av plätering. I grund och botten finns det två huvudkategorier:
Hårdförkromning (industriell)
Detta är vad en kromform normalt är tillverkad av. Hårdkrom, eller ingenjörskrom som det också kallas, varierar i tjocklek från 0,0005 till 0,010 tum eller ännu mer. Dess viktigaste egenskaper är hårdhet (65-70 HRC), slitstyrka och oljeretention. Eftersom skiktet är både tjockt och tätt, kräver borttagning av hårdkrom en långvarig, aggressiv kemisk nedsänkning eller elektrokemisk strippning med hög strömstyrka. Bindningsstyrkan är mycket stark och det är därför nödvändigt att använda kraftfulla metoder för att bryta den.
Dekorativ förkromning
Dekorativ krom är en ljus, spegelliknande yta som ger produkten ett estetiskt tilltal. Den är ultratunn, vanligtvis mellan 0,000002 och 0,00002 tum. Tillverkarna applicerar det vanligtvis på nickel- och kopparskikten så att de senare kan skyddas mot korrosion och utjämning kan underlättas. Borttagningen av dekorativ krom går snabbare och är mindre hårdhänt än borttagningen av en krompress. Ibland avlägsnas dock nickelskikten under separat, vilket gör processen mer komplex.
Mekaniska metoder för borttagning
Mekaniska metoder använder fysisk kraft för att avlägsna kromskiktet. Dessa metoder är kraftfulla men kan lätt skada den underliggande ytan.
1. Blästring med abrasivmedel bombarderar ytan med ett eller flera av följande medier: aluminiumoxid, glaspärlor, stålkorn eller kiselkarbid. Detta görs med hjälp av tryckluft. De energirika partiklarna spräcker det spröda kromskiktet, vilket innebär att ytan slipas "mekaniskt".
Om det är ett mönster av en kromform bör operatörerna vara extremt försiktiga. En alltför aggressiv blästring kan inte bara ta bort matrisens vassa kanter utan också dess struktur eller till och med de kritiska avgränsningslinjerna. Vissa tekniker föredrar plastmedia eller valnötsskal för ömtåliga ytor, även om dessa material kanske inte är särskilt effektiva mot tjock hårdkrom. Dessutom är blästring bra för ett förberedande steg eller för att avlägsna löst vidhäftande eller flagnande krom, men det är inte lämpligt för precisionsstrippning av hela matrisen.
2. Rengöring med ultraljud
Ultraljudsenheten avger högfrekventa ljudvågor (vanligtvis 20-40 kHz) i en flytande miljö. Dessa vågor skapar små kavitationsbubblor runt detaljens yta som, när bubblorna kollapsar, gör det med en mycket stor kraft.
I allmänhet kan ultraljudsrengöring ta bort föroreningar från de delar som ska rengöras, men specialiserade ultraljudsuppsättningar kan användas i strippningsoperationer, om de kombineras med kemiska lösningsmedel. Kavitationsenergin påskyndar den kemiska reaktionen och gör det lättare att frigöra krompartiklar när de lossnade partiklarna kommer in i de djupaste fördjupningarna i en kromform. Ultraljudsenergi kan dock inte användas för att avlägsna hårdkrom; det är bara en underlättare av de kemiska metoderna när de används .
Kemiska metoder för borttagning
Kemisk strippning är en metod där metallen löser upp kromet, vilket gör det möjligt att rengöra på de mest svåråtkomliga ställena i kylkanalerna och underskärningarna utan risk för mekaniska skador eller nötning.
Nedsänkning i saltsyra
Saltsyra (HCl) är ett mycket reaktivt ämne med krom. Den omvandlar snabbt metallen till kromklorid och avlägsnar på så sätt effektivt pläteringen.
- Förfarandet: Laboranterna bereder en lösning i vatten av 30% till 40% saltsyra. De lägger formdelen i en tank av syrafast material.
- Reaktionen: Syran börjar genast äta upp kromet. Vätgasbubblor bildas i hög takt och visar att processen pågår.
- Överväganden om substrat: HCl är ett mycket hårt ämne. Förutom att den avlägsnar krom i hög hastighet kan den också korrodera stålsubstratet om angreppet sker under för lång tid. Faktum är att det är helt olämpligt för höghållfast stål som är benäget för väteförsprödning om inte en bake-out-cykel tillämpas omedelbart efteråt.
Natriumhydroxid (alkalisk strippning)
Natriumhydroxid (NaOH), eller kaustiksoda, är ett bra val som metod för att avlägsna kromade delar, särskilt järnmetaller. Normalt innehåller lösningarna kelatbildande ämnen för att underlätta arbetet.
- Tillvägagångssättet: Arbetarna löser upp fast natriumhydroxid i vatten (vanligtvis 8-12 ounces per gallon) för att skapa en starkt alkalisk tank.
- Kompatibilitet med material: Denna teknik är perfekt för stålformar eftersom natriumhydroxid inte skadar järnunderlaget. Processen avstannar av sig själv när allt krom har avlägsnats.
- Aluminiumfaran: Det är absolut nödvändigt att arbetarna inte utför denna operation på aluminiumbaserade verktyg. Natriumhydroxid löser snabbt upp aluminium, vilket leder till att enorma mängder vätgas frigörs medan detaljen förstörs.
Elektrokemisk borttagning (omvänd plätering)
Reversering elektrolys är den metod som föredras av majoriteten av industrin för kromverktyg som har ett högt nominellt värde och kräver underhåll. Detta beror på att det är den snabbaste och mest kontrollerbara av alla metoder.
Processen är i princip en omvänd plätering. En tekniker sänker ner matrisen i en blandning av kromsyra och svavelsyra, men i stället för att fästa katoden på matrisen ansluts den till den positiva terminalen (anoden). Blyplattorna blir katoden.
Kromet på matrisens yta, som är källan till strömmen, oxideras och avlägsnas därför och löses upp i form av kromsyra som återförs till lösningen. Fördelarna är betydande:
- Hastighet: Med maximal strömtäthet kan ett mycket tjockt hårdkromskikt avlägsnas på några minuter.
- Noggrannhet: Spänningen kan övervakas noga av operatören. Öppning av spänningen innebär mycket ofta den punkt där de sista spåren av krom har avlägsnats, vilket innebär att operatören stoppar ingreppet direkt.
- Materialets säkerhet: Lösningen angriper inte stålsubstratet om den används vid rätt temperatur och koncentration, vilket innebär att matrisen kan behålla sina korrekta dimensionella toleranser.
Metoder för hushållsbruk och mild borttagning
Medan industrianläggningar är kända för att använda starka syror och likriktare, kan mindre verkstäder eller mindre viktiga delar använda mildare slipmedel eller lösningsmedel. Dessa är vanligtvis inte tillräckliga för en härdad kromform men är lämpliga för kosmetiska reparationer.
Abrasion med bikarbonat
En blandning av natriumbikarbonat och vatten fungerar som ett mycket milt slipmedel. Manuell skrubbning kan hjälpa till vid borttagning av mycket tunn, misslyckad dekorativ krom. Processen är helt säker för den som utför arbetet men är ganska arbetskrävande och har liten effekt på plätering av ingenjörskvalitet.
Blötläggning med blekmedel
Natriumhypoklorit (blekmedel) kan gradvis avlägsna tunna krombeläggningar. Processen är dock mycket långsam och kan leda till gropfrätning på vissa oädla metaller om den pågår under lång tid. Denna metod väljs nästan aldrig i en professionell industriell miljö på grund av produktionen av klorgas i händelse av ett misstag och resultatets oförutsägbarhet förutom den långsamma pace.
Jämförande analys av borttagningsmetoder
För att hjälpa underhållsingenjörer att välja den optimala proceduren för en kromad matrisI följande tabell jämförs de primära strippningsmetoderna med avseende på underlagskompatibilitet, hastighet och riskprofil.
| Metod för borttagning | Primary Mechanism | Best Suited For | Risk för substrat | Bearbetningshastighet |
|---|---|---|---|---|
| Omvänd elektrolys | Elektrokemisk | Stålbackar med hög precision | Låg (hög kontroll) | Snabb |
| Saltsyra | Kemisk upplösning | Allmänna ståldelar | Måttlig (kan bearbeta stål) | Måttlig |
| Natriumhydroxid | Kemisk upplösning | Stål/järn (inget aluminium) | Mycket låg (endast järn) | Långsam till måttlig |
| Abrasiv blästring | Kinetisk påverkan | Grovgjutning/förberedande arbete | Hög (risk för erosion) | Snabb |
| Ultraljudsassistans | Kavitation/kemisk | Komplexa geometrier | Låg | Måttlig |
Ytbehandling efter strippning
Arbetet slutar inte här. När teknikern har lyckats avlägsna kromet från matrisen är den nakna metallytan mycket sårbar och mycket reaktiv. Omedelbar bearbetning krävs för att se till att verktyget är redo för renovering.
Vanligtvis sköljs matrisen först noggrant i neutraliserande vattenbad för att avlägsna eventuella rester av syra eller kaustiska medel. Om ytan inte neutraliseras uppstår "bleed out", vilket är en process där kemikalier som fångats i metallporer som använts tidigare, sipprar ut och därför förstör den nya pläteringen.
Därefter undersöker polerare med goda kunskaper underlaget. De letar efter de ursprungliga defekterna som ledde till avskalningen av verktyget, t.ex. värmekontroller (mikrosprickor) eller slagskador. Eftersom strippningen har avslöjat det nakna stålet är detta det perfekta tillfället för svetsreparationer. Efter svetsningen skickas matrisen till avspänningsbakning för att undvika väteförsprödning - ett tillstånd där små väteatomer som absorberats under syrastrippningen gör stålets gitter svagare. Slutligen poleras matrisen till ett visst Ra-värde (Roughness Average) och är därmed redo för applicering av ny hårdkrom .
Slutsats
Att ta bort en förkromning är en av de grundläggande processerna som går igenom livscykeln för industriverktyg. Det är ett måste för tillverkningsindustrin att behålla integriteten hos en förkromad matris under denna process. Ingenjörer, som beslutar om användning av aggressiv saltsyra, säkerhet för substratet med alkaliska lösningar eller precision vid omvänd elektrolys, måste välja den metod som är lämplig för materialet.
Med kännedom om de elektrokemiska bindningarna och verktygets metallurgi betraktas strippningsprocessen inte som en destruktiv process, utan snarare som en återställande process. Genom att följa mycket strikta säkerhetsåtgärder och använda mycket exakta kontrollmetoder kan tillverkarna på så sätt behålla sina verktyg under en längre tid och producera enligt de höga standarder som krävs i modern industri.
Kommentarer
Senaste inlägg
Relaterade bloggar
Senyos blogg är inriktad på att dela med oss av vår omfattande kunskap om prototyptillverkning. Genom våra artiklar vill vi hjälpa dig att förfina din produktdesign och navigera i komplexiteten med snabb prototyptillverkning på ett mer effektivt sätt.
