Cyclone jest największym zakładem obróbki skrawania w Ameryce Północnej pracującym na potrzeby przemysłu lotniczego, a umieszczenie galwanizerni, jako jednego z wewnętrznych oddziałów firmy, jest częścią jej sukcesu; galwanizernia Cyclone jest jedną z największych w Ameryce. Jest firmą innowacyjną, która przyjmuje wyzwania postępu technicznego i dlatego też jest liderem na rynku w swojej branży.

Anodowanie części aluminiowych, a następnie ich malowanie ma na celu zabezpieczenie przed korozją. Wykonawca części lotniczych ma sprostać bardzo wysokim wymogom technicznym przemysłu lotniczego – w tym przypadku pokryć antykorozyjnych; a jednocześnie producent musi sprostać i dostosować proces produkcyjny do wielu przepisów narzucanych przez instytucje rządowe dotyczących ochrony środowiska.

W Kanadzie – Environment Canada i Ontario Ministry of the Environment. W Unii Europejskiej – Registration, Evaluation, Authorization and Restriction of Chemicals (REACH). W USA – Occupational Safety and Health Administration (OSHA), Environmental Protection Agency's (EPA).

Dotychczasowa technologia oparta na związkach sześciowartościowego chromu – Chromic Acid Anodizing (CAA), czyli anodowanie w kąpielach kwasu chromowego – uznana została za szkodliwą dla środowiska naturalnego i zdrowia ludzkiego.

Dlatego też główni producenci samolotów – amerykański Boeing i europejski Airbus, musieli dostosować się do tych nowych wymagań i wyszli ze swoimi nowymi technologiami.

• Anodowanie na bazie kwasu borowo-siarkowego – Boric-Sulphuric Acid Anodizing (BSA) (używany powszechnie jako środek odkażający) opracowane przez Boeinga jako alternatywa dla chromu.

• Anodowanie na bazie kwasu winowo-siarkowego – Tartaric-Sulphuric Acid Anodizing (TSA) (znany powszechnie jako kwas winny – używany w przemyśle spożywczym ) opracowana przez Airbusa jako alternatywa.

Cyclone Manufacturing musiał dostosować swoje procesy do wymogów swoich klientów i wdrożyć nowe procesy przy jednoczesnym zachowaniu starych procesów, które dopiero w przyszłości będą wyeliminowane. Trzeba powiedzieć, że nie jest to łatwe zadanie.

Samo anodowanie to proces dość skomplikowany, tak samo jak procesy związane z ochroną środowiska – oczyszczaniem ścieków i oparów z kąpieli technologicznych. Nowe procesy są nie tylko korzystniejsze technologicznie i ekonomicznie, ale jednocześnie spełniają zaostrzone wymogi ochrony środowiska – są przyjazne dla środowiska.

Warto zatem omówić, na czym polega anodowanie i na czym polegają zmiany oraz jakie korzyści z tego wynikają.

Szerokie zastosowanie aluminium wynika z jego technicznych możliwości co do wzmocnienia naturalnej warstwy tlenku aluminium, dzięki utlenianiu anodowemu.Ta naturalna warstwa (inaczej powłoka konwersyjna) tlenku aluminium chroni podłoże przed dalszym działaniem korozji, nadając danemu wyrobowi wysoką odporność na korozję. Działania ochronne warstwy tlenku da się polepszyć, wytwarzając jakby sztucznie proces anodowania.

Wytworzone warstwy tlenku sięgają od 20 do 100 mikrometrów podłoża aluminium. Te anodowo wytworzone warstwy tlenku aluminium są z podłoża, czyli rodzimego materiału poddanego procesowi anodowania.

Proces anodowego utleniania polega na wytworzeniu warstwy tlenku aluminium. Proces anodowego utleniania polega na tym, że anodowana część aluminiowa jest podłączona w elektrolicie do dodatniego bieguna źródła prądu stałego i w związku z tym detal staje się anodą. Biegun ujemny stanowi katoda wykonana jest z reguły z blachy aluminiowej bądź ołowianej. Pod działaniem podłączonego napięcia prądu stałego, zawierające tlen aniony naładowane ujemnie wędrują do anody i oddają jej tam tlen. Tlen reaguje z aluminium i tworzy się w ten sposób tlenek glinu.

Typowy proces przebiegający w linii galwanicznej jest następujący:

* odtłuszczanie, * trawienie w roztworze NaOH, * płukanie kaskadowe, * rozjaśnianie (odtlenianie bez HNO3, * anodowanie, * płukanie kaskadowe, * płukanie w wodzie demineralizowanej, * uszczelnianie zimne, * płukanie kaskadowe, * płukanie w wodzie demineralizowanej * uszczelnianie gorące, * suszenie.

TRZY PROCESY ANODOWANIA STOPÓW ALUMINIOWYCH

Chromic Acid Anodizing(CAA;) Tartaric-Sulphuric Acid Anodizing (TSA); Boric-Sulphuric Acid Anodizing (BSA)

Anodowanie Chromowe

Chromic Acid Anodizing – (CAA) – jest najstarszym i komercyjnym procesem anodowania i został opracowany w 1923 roku.

CAA wykorzystuje sześciowartościowy chrom (Cr (VI)), który jest sklasyfikowany jako rakotwórczy dla ludzi i jest coraz bardziej poddany uregulowaniom przez rządowe organy ochrony środowiska.

Ścieki, jakie powstają w trakcie procesu CAA, stanowią duży problem, zatem opary i związki chromu muszą być wyodrębnione ze ścieku procesowego, zanim będą mogły być dopuszczone do ścieków miejskich.

Anodowanie w kąpieli kwasu winno-siarkowego 

Tartaric-Sulphuric Acid Anodizing (TSA)

Metoda anodowania w kąpieli winnego kwasu siarkowego – (TSA) – została opracowana przez Airbusa, jako część inicjatywy "Airbus wolny od chromianów". TSA zapewnia bardzo podobne właściwości polepszania powierzchni części podobne do tych uzyskiwanych w procesie CAA. TSA jest wolna od zanieczyszczeń chromem na każdym etapie procesu, w tym operacji czyszczenia wstępnego.

Ścieki powstałe w wyniku procesu TSA są nietoksyczne.

Anodowanie w kąpieli kwasu siarkowo-borowego

Boric-Sulphuric Acid Anodizing (BSA)

Anodowanie w kąpieli kwasu siarkowo-borowego – Boric-Sulphuric Acid Anodizing (BSA), zostało opracowane przez Boeinga jako alternatywa dla anodowania chromowego części samolotów, które nie są narażone na krytyczne zmęczenia. Proces BSA zapewnia wykończenie części o porównywalnych właściwościach adhezyjnych jak właściwości uzyskiwane w procesie CAA, jednak o mniejszej odporności na korozję.

Ścieki powstałe w wyniku procesu BSA są nietoksyczne.

PORÓWNANIE TRZECH PROCESÓW ANODOWANIA w Cyclone – CAA, TSA oraz BSA –

PARAMETRY TECHNICZNE KĄPIELI – Cyclone MFG Anodizing Parameters

OCHRONA ŚRODOWISKA

Sześciowartościowy chrom został uznany za toksyczny dla zdrowia ludzi i środowiska naturalnego i jest na liście substancji toksycznych w kanadyjskiej ustawie o ochronie środowiska (Canadian Environmental Protection Act).

Stosowanie chromu jest jeszcze w wyższym stopniu regulowane w innych krajach. Przepisy związane z użyciem chemikaliów w Unii Europejskiej – REACH.

Registration, Evaluation, Authorization and Restriction of Chemicals (REACH)

Rejestracja, Ocena, Zezwolenia, Ograniczenia w zakresie chemikaliów

(REACH) weszła w życie w Unii Europejskiej w czerwcu 2007 roku. W odpowiedzi na REACH Airbus wyszedł z inicjatywą i zostały opracowane nowe procesy technologiczne wolne od chromianów w celu wyeliminowania chromu z procesów wytwarzania stosowanych w Airbusie.

W USA przemysłowe użycie związków sześciowartościowego chromu jest regulowane przez Administrację Bezpieczeństwa i Zdrowia w Pracy (OSHA). Chrom jest na liście substancji toksycznych Agencji Ochrony Środowiska (EPA – Environmental Protection Agency ) Stanów Zjednoczonych i jest sklasyfikowany jako rakotwórczy przez wdychanie.

KORZYŚCI STOSOWANIA BEZCHROMOWEGO ANODOWANIA DLA ŚRODOWISKA

W Ontario Ministerstwo Ochrony Środowiska określa ścisłe kryteria jakości powietrza dla chromu (VI) w następujący sposób:

Dozwolone zawartości związków chromu sześciowartościowego w powietrzu

0,00007 g/m3 - roczne maksimum dla pyłów 10
0,00014 g/m3 - roczne maksimum dla wszystkich cząstek zawieszonych
0,00035 g/m3 - 24 godzin maksymalna dla pyłów 10
0,0007 g/m3 - 24 godzin maksymalna dla zawieszonych ogółem

Opary emitowane przez CAA muszą być wychwycone przez filtry i przepuszczone przez płuczki, przed ich wypuszczeniem, w celu utrzymania bezpiecznego środowiska pracy, jak również zgodnie z wymogami przepisów ochrony środowiska.

Odpowiednie kryterium jakości powietrza dla kwasu siarkowego wynosi 5 g/m3 -24 godzin maksymalnie – znacznie wyższe niż dla chromianów.

Tak więc w powietrzu musiałoby być obecne ~ 10,000 razy więcej kwasu siarkowego niż związków chromu, aby stwarzać ryzyko dla zdrowia. Procesy BSA i TSA są zdecydowanie znacznie bardziej przyjazne środowisku niż CAA – dotyczące jakości powietrza.

Dozwolone zawartości związków chromu sześciowartościowego w ciekach przemysłowych

W Ontario Ministerstwo Ochrony Środowiska określa ścisłe kryteria i limity zanieczyszczeń dla ścieków przemysłowych odprowadzanych do publicznego systemu kanalizacji w następujący sposób.

Całkowita dopuszczalna ilość chromu – 5 mg / L
Całkowita dopuszczalna ilość siarczanów – 1500 mg / L

• Ścieki generowane przez CAA muszą być oczyszczone w specjalnym procesie przed odprowadzeniem w celu zapobieżenia skażeniu środowiska. Ten proces jest i musi być ściśle monitorowany i przestrzegany – obowiązkowe są raporty dzienne.

• W ściekach przemysłowych jest dopuszczalna znacznie wyższa zawartość siarczanów, ponieważ są znacznie mniej szkodliwe chemicznie, a co ważniejsze, nie są rakotwórcze.

• Ścieki wytwarzane w procesach BSA i TSA wymagają jedynie dostosowania pH ścieków przed ich uwolnieniem, w przeciwieństwie do procesu oczyszczania przez wytrącanie (szkodliwych związków chromu) wymaganego dla CAA.

Korzyści płynące z zastosowania procesów BSA i TSA

• Napięcie prądu wymagane dla procesów TSA i BSA stosowanych w Cyclone MFG to około ~ 75% napięcia wymaganego dla CAA.

• Czas zanurzenia części w kąpielach dla procesów TSA i BSA jest o połowę mniejszy niż ten wymagany dla CAA, a w rezultacie • czas przepuszczania prądu elektrycznego przez anodowaną część jest o połowę krótszy. W większości przypadków, części anodowane w procesach TSA i BSA • nie wymagają tzw. uszczelnienia (pasywacji), podczas gdy części ze stopów aluminium anodowane metodą CAA muszą być uszczelnione, tzn. poddane dodatkowo • jednej kąpieli więcej w rozcieńczonym roztworze chromianu zamknięte w temp. ~200 °F przez ~ 25 minut.

W podsumowaniu, procesy TSA i BSA są bardziej opłacalne ze względu na koszty. Cyclone Manufacturing odnosi następujące korzyści i oszczędność z powodu wprowadzania nowych technologii:

• Mniejsze zużycie energii elektrycznej wymagane podczas anodowania, oszczędności energii zużywanej w procesie.

• Krótszy czas procesu anodowania, krótszy czas przepływu prądu przez anodowaną część.

• Wyeliminowanie operacji uszczelniania – nowe metody nie wymagają wysokotemperaturowej operacji uszczelniania – oszczędność czasu i energii – zwiększenie przepustowości linii produkcyjnej.

• Wyeliminowanie niebezpiecznych ścieków i kosztów; nie wymaga kosztownego oczyszczania ścieków – zgodnie z rygorystycznymi przepisami i wymogami ochrony środowiska.

Sławomir Basiukiewicz
przy udziale Andrzeja Sochaja, Michała Kielba
zdjęcia – Janusz Kokoszka