Galwanotechnika

Koniec prymatu?
Galwanizernie już dawno straciły jednak monopol na wytwarzanie powłok ochronnych i technicznych, choć ich oferta wciąż pozostaje jedną z bardziej konkurencyjnych cenowo. Problem w tym, że elektroliza coraz bardziej odstaje od współczesnych standardów ochrony środowiska: istotnie obciąża bowiem ekosystem, głównie ze względu na wykorzystywanie metali ciężkich, takich jak chrom, kadm czy nikiel, które odkładają się w glebie i wodzie, trwale zanieczyszczając środowisko. Z tego względu coraz częściej mówi się o potrzebie zastąpienia kąpieli galwanicznych bardziej ekologicznymi metodami powlekania na sucho.
Do tych ostatnich należą m.in. fizyczne osadzanie z fazy gazowej (PVD), chemiczne osadzanie z fazy gazowej i natryskiwanie termiczne. Najbardziej perspektywicznym następcą galwanizacji wydaje się pierwsza z nich – PVD. Pozwala ona bowiem na wytwarzanie warstw ochronnych, które zarówno pod względem technologicznym, jak i ekonomicznym nie ustępują powłokom galwanicznym. Metoda ta polega na osadzaniu materiału w formie gazowej na odpowiednio przygotowanym podłożu w warunkach wysokiej próżni. Jako że proces ten ma wyłącznie charakter fizyczny, nie prowadzi do chemicznych zmian struktury podłoża, a jedynie do krystalizacji powłoki na jego powierzchni. Dzięki temu nie ma wpływu na materiał bazowy i może być przeprowadzany w relatywnie niskiej temperaturze. 

I to właśnie te cechy zapewniają mu przewagę nad pokrewną metodą CVD, czyli chemicznym osadzaniem z fazy gazowej. Także i tutaj stosuje się substraty gazowe (lub ciekłe), ale do wytworzenia powłoki konieczne jest dostarczenie bardzo wysokiej temperatury (nawet rzędu 900–1100°C), co negatywnie wpływa na ekonomiczność tej metody. Stosuje się ją więc głównie w tych procesach, w których inne technologie okazują się nieskuteczne, np. do nanoszenia warstw azotku tytanu (TiN) lub węglika tytanu (TiC) na powierzchnię narzędzi skrawających z węglików spiekanych.
Ciekawą odmianą CVD jest PECVD, czyli chemiczne osadzanie z fazy gazowej ze wspomaganiem plazmowym, w którym mieszanina gazowa jest wzbudzana za pomocą plazmy generowanej między dwiema płytkami – katodą i uziemieniem. Dzięki temu proces realizowany jest w znacznie niższej temperaturze (rzędu 200–600°C), zapewniając jednocześnie lepszą kontrolę nad parametrami powłok. Bardzo podobne efekty uzyskuje się przy zastosowaniu lasera (LCVD) – tyle że w tym przypadku ilość wzbudzanych cząsteczek jest mniejsza, a co za tym idzie – mniejsza jest także powierzchnia nanoszonych powłok. Dlatego metodę tę wykorzystuje się głównie w mikroelektronice.
Na drugim biegunie znajduje się ostatnia z konkurencyjnych wobec galwanizacji technologii – natryskiwanie cieplne. Proces ten umożliwia wytwarzanie relatywnie grubych powłok (do kilku mm) na dużych powierzchniach, a wydajnością powlekania wygrywa zarówno z galwanizacją, jak i osadzaniem z fazy gazowej. Składa się on z dwóch faz: podgrzewania lub stopienia materiału dostarczanego w formie proszku bądź drutu, a także natryskiwania go na podłoże. Podgrzewanie realizowane jest tu przy wykorzystaniu plazmy, łuku elektrycznego lub palnika. Zaletą takiego rozwiązania jest niewielka strefa wpływu ciepła: podczas gdy materiał zmienia stan skupienia, temperatura podłoża pozostaje niemal bez zmian.
Czy któraś z tych technologii jest w stanie zastąpić galwanizowanie? Jak na razie branża nie ma powodu do obaw, ale szybki postęp w zakresie technik powlekania na sucho nakazuje zachować czujność w tym temacie. Z pewnością w utrzymaniu wysokiej pozycji na rynku pomoże jej popularyzacja kompozytowych powłok galwanicznych, które już nie mają sobie równych, choć jeszcze nie rozwinęły w pełni swojego potencjału.