Projektin tavoitteena oli tutkia ja kehittää prosessiparametrien vaikutusta alumiinituotteen mikrorakenteeseen, sooli-geelitekniikalla valmistettavia ohutpinnoitteita, anodisointi-menetelmää, alumiinipintojen plasmaesikäsittelyä ja pinnoitettujen alumiinituotteiden käyttö-ominaisuuksia. Projektin tutkimusosapuolet olivat Tampereen teknillinen yliopisto ja VTT.
Tutkimusosapuolten lisäksi projektiin osallistuivat Tekes, Purso Oy, Mäkelä-Alu Oy, Suomen Elektropinta Oy, Alteams Oy, Metso Paper Oy, Printal Oy ja Millidyne Oy.
Projektissa kehitettiin kolme alumiiniseosten sekä anodisoidun alumiinipinnan pinnoit-tamiseen soveltuvaa, kulumiskestävyyttä ja likaantumattomuutta parantavaa sooli-geeli-pinnoitetta. Sooli-geelipinnoitteiden todettiin parantavan alumiinipintojen veden- ja rasvan-hylkivyyttä. Sooli-geelipinnoitteet omasivat paremman kulutuskestävyyden anodisoi-dulla ja tiivistämättömällä pinnalla kuin anodisoianodisoi-dulla ja tiivistetyllä pinnalla. Yleisha-vaintona korroosiokokeissa on, että erityisesti hydrofobiset pinnoitteet antoivat hyvän korroosiosuojan alumiinille. Sooli-geelipinnoitteet näyttivät soveltuvan erityisesti ano-disoinnin tiivistämiseen, jolloin saataisiin lisäarvoa tuotteille ja prosessivaiheita korvattua pinnoituksella.
Lisäksi projektissa käytettiin etsaus- ja anodisointikäsittelyssä uutta pulssivirtamenetelmää, jota VTT on ollut mukana kehittämässä EU-Craft-projektissa. Uuden menetelmän etuja ovat mm. lyhemmät prosessointiajat, haitallisten kemikaalien käytön vähentäminen ja vähentynyt energiankulutus.
Lähdeluettelo
[1] Nikkola, J., Mannila, J., Mahlberg, R., Siivinen, J., Kolari, M. & Mahiout, A.
Solgel based protective coatings for copper products. Journal of Coatings Technology and Research, (2008). (article in press)
[2] Mahlberg, R., Mannila, J., Romu, J., Nikkola, J., Ilola, R., Söderberg, O., Koskinen, J. & Mahiout, A. Soil resistant and self-cleaning surfaces of stainless steel with new sol-gel and ald coatings. 6th European Stainless Steel Conference, ESSC 2008. Helsinki, 10–13 June 2008.
[3] Guglielmi, M. Sol-gel coatings on metals. Journal of Sol-Gel Science and Technology 8 (1997), s. 443–449.
[4] Du, Y. J., Damron, M., Tang, G., Zheng, H., Chu, C.-J. & Osborne, J. H.
Inorganic/organic hybrid coatings for aircraft aluminium alloy substrates. Progress in Organic Coatings 41 (2001), s. 226–232.
[5] Hamdy, A. S. Advanced nano-particles anti-corrosion ceria based sol gel coatings for aluminum alloys. Material Letters 60 (2006), s. 2633–2637.
[6] Hamdy, A. S. & Butt, D. P. Environmentally compliant silica conversion coatings prepared by sol-gel method for aluminium alloys. Surface & Coatings Technology 201 (2006), s. 401–407.
[7] Ho, W., Yu, J. C. & Lee, S. Photocatalytic activity and photo-induced hydrophility of mesoporous TiO2 thin films coated on aluminum substrate. Applied Catalysis B: Environmental (2006). (article in press)
[8] Mosher, B. P., Wu, C., Sun, T. & Zeng, T. Particle-reinforced water-based organic-inorganic nanocomposite coatings for tailored applications. Journal of Non-Crystalline Solids (2006). (article in press)
[9] Wilson, S., Hawthorne, H. M., Yang, Q. & Troczynski, T. Sliding and abrasive wear of composite sol-gel alumina coated Al alloys. Surface and Coatings Technology 133–134 (2000), s. 389–396.
[10] Wilson, S., Hawthorne, H. M., Yang, Q. &Troczynski, T. Scale effects in abrasive wear of composite sol-gel alumina coated light alloys. Wear 251 (2001), s. 1042–1050.
[11] Parkhill, R. J., Knobbe, E. T. & Donley, M. S. Application and evaluation of environmentally compliant spray-coated ormosil films as corrosion resistant treatments for aluminium 2024-T3. Progress in Organic Coatings 41 (2001), s. 261–265.
[12] Yang, X. F., Tallman, D. E., Gelling, V. J., Bierwagen, G. P., Kasten, L. S. &
Berg, J. Use of a sol-gel conversion coating for aluminium corrosion protection.
Surface and Coatings Technology 140 (2001), s. 44–50.
[13] Voevodin, N. N., Grebasch, N. T., Soto, W. S., Kasten, L. S., Grant, J. T., Arnold, F. E.
& Donley, M. S. An organically modified zirconate film as a corrosion-resistant treatment for aluminium 2024-T3. Progress in Organic Coatings 41 (2001), s. 287–293.
[14] Metroke, T. L., Kachurina, O. & Knobbe, E. T. Spectroscopic and corrosion resistance characterization of amine and super acid-cured hybrid organic-inorganic thin films on 2024-T3 aluminium alloy. Progress in Organic Coatings 44 (2002), s. 185–199.
[15] Metroke, T. L. & Apblett, A. Effect of solvent dilution on corrosion protective properties of Ormosil coatings on 2024-T3 aluminium alloy. Progress in Organic Coatings 51 (2004), s. 36–46.
[16] Voevodin, N.N., Balbyshev, V. N. & Donley, M. S. Investigation of corrosion protection performance of sol-gel coatings on AA2024-T3. Progress in Organic Coatings 52 (2005), s. 28–33.
[17] Zheludkevich, M. L., Serra, R., Montemor, M. F., Miranda Salvado, I. M. &
Ferreira, M. G. S. Corrosion protective properties of nanostructured sol-gel hybrid coatings to AA2024-T3. Surface & Coatings Technology 200 (2006), s. 3084–3094.
[18] Wu, L. Y. L., Soutar, A. M. & Zeng, X. T. Increasing hydrophobicity of sol-gel hard coatings by chemical and morphological modifications. Surface & Coatings Technology 198 (2005), s. 420–424.
[19] De Iorio, I., Leone, C., Nele, L. & Tagliaferri, V. Plasma treatments of polymeric materials and Al alloy for adhesive bonding. Journal of Materials Processing Technology 68 (1997), s. 179–183.
[20] Polini, W. & Sorrentino, L. Improving the wettability of 2024 aluminium alloy by
[21] Polini, W. & Sorrentino, L. Adhesion of a protective coating on a surface of aluminium alloy treated by air cold plasma. International Journal of Adhesion &
Adhesives 27 (2007), s. 1–8.
[22] Nikkola, J., Nättinen, K., Mannila, J., Kallio, M., Vartiainen, J., Rättö, M., Hurme, E., Mahlberg, R., Kuusipalo, J., Tuominen, M., Lahtinen, K. & Lahti, J.
Atmospheric plasma enhanced functional coatings for roll-to-roll products. 18th International Symposium on Plasma Chemistry. Kyoto University, Japan, 26–31 Aug. 2007 (2007).
[23] www.taberindustries.com (19.2.2008).
[23] www.solgel.com (22.12.2006).
Julkaisun sarja, numero ja raporttikoodi
VTT Tiedotteita 2431 VTT–TIED–2431
Tekijä(t)
Nikkola, Juha, Mahlberg, Riitta, Siivinen, Jarmo, Pahkala, Anne, Lahtinen, Reima &
Mahiout, Amar
Nimeke
Alumiinin pintaominaisuudet ja pintakäsittelyt
Tiivistelmä
Alumiinituotteiden pinnanlaatu on yksi tärkeimpiä tämän kevytmetallin laatukriteerejä.
Pintaominaisuudet, kuten kulumiskestävyys, lianhylkivyys, kemiallinen kestävyys ja de-koratiivisuus, ovat alumiinituotteiden kannalta tärkeitä. Erityisesti kulumiskestävyys on alumiinilla heikompi kuin muilla konstruktiometalleilla. Alumiinipinnan naarmuuntumi-nen ja likaantuminaarmuuntumi-nen johtavat pahimmillaan korroosioon ja biofilmien muodostumiseen.
Nämä aiheuttavat alumiinituotteiden käyttöarvon alenemista sekä myös kunnossapito- ja puhdistuskustannuksia.
Julkaisu käsittelee yhteisrahoitteisen projektin Alumiinin pintaominaisuudet ja pintakäsit-telyt keskeisimpiä havaintoja ja tutkimustuloksia. Projektissa kehitettiin ja tutkittiin pro-sessiparametrien vaikutusta alumiinituotteen mikrorakenteeseen, sooli-geelitekniikalla valmistettavia ohutpinnoitteita, anodisointimenetelmää, alumiinipintojen plasmaesikäsit-telyä ja pinnoitettujen alumiinituotteiden käyttöominaisuuksia.
Projektissa kehitettiin kolme alumiiniseosten sekä anodisoidun alumiinipinnan pinnoitta-miseen soveltuvaa, kulumiskestävyyttä ja likaantumattomuutta parantavaa sooli-geeli-pinnoitetta. Sooli-geelipinnoitteiden todettiin parantavan alumiinipintojen veden- ja ras-vanhylkivyyttä. Sooli-geelipinnoitteet omasivat paremman kulutuskestävyyden anodisoi-dulla ja tiivistämättömällä pinnalla kuin anodisoianodisoi-dulla ja tiivistetyllä pinnalla. Yleisha-vaintona korroosiokokeissa on, että erityisesti hydrofobiset pinnoitteet antoivat hyvän korroosiosuojan alumiinille. Sooli-geelipinnoitteet näyttivät soveltuvan erityisesti ano-disoinnin tiivistämiseen, jolloin saataisiin lisäarvoa tuotteille ja prosessivaiheita korvattua pinnoituksella.
Lisäksi projektissa käytettiin etsaus- ja anodisointikäsittelyssä uutta pulssivirtamenetel-mää, jota VTT on ollut mukana kehittämässä EU-Craft-projektissa. Uuden menetelmän etuja ovat mm. lyhemmät prosessointiajat, haitallisten kemikaalien käytön vähentäminen ja vähentynyt energiankulutus.
ISBN
978-951-38-7205-2 (nid.)
978-951-38-7206-9 (URL: http://www.vtt.fi/publications/index.jsp)
Avainnimeke ja ISSN Projektinumero VTT Tiedotteita – Research Notes
1235-0605 (nid.)
1455-0865 (URL: http://www.vtt.fi/publications/index.jsp)
9483
Julkaisuaika Kieli Sivuja
Toukokuu 2008 suomi, Engl. abstr. 49 s.
Projektin nimi Toimeksiantaja(t)
Alumiinin pintaominaisuudet ja pintakäsittelyt Tekes, Purso Oy, Mäkelä-Alu Oy, Suomen Elektropinta Oy, Alteams Oy, Metso Paper Oy, Printal Oy ja Millidyne Oy
Series title, number and report code of publication
VTT Research Notes 2431 VTT–TIED–2431
Author(s)
Nikkola, Juha, Mahlberg, Riitta, Siivinen, Jarmo, Pahkala, Anne, Lahtinen, Reima &
Mahiout, Amar
Title
Surface properties and treatments of aluminium
Abstract
Surface quality is one of the most important criterions of aluminium. Surface properties e.g. wear resistance, anti-fouling, chemical resistance and decorative appearance are essential for aluminium. Especially, wear resistance of aluminium is vulnerable compared to other structural metals. Scratching and fouling of aluminium surface can even cause corrosion or formation of bio films. Furthermore, these factors can decrease the value of the product as well as cause financial losses in industry.
The publication includes observations and research results of the project Surface Properties and Treatments of Aluminium. The effect of process parameters on microstructure of aluminium, new thin films produced by sol-gel technique, plasma pre-treatment and novel anodizing technique were studied in the project.
Three different sol-gel coatings suitable for pure aluminium, aluminium alloys and anodized aluminium were developed in the project. The sol-gel coatings improved hydro- and oleophobic properties aluminium substrates. The wear and corrosion resistance properties were noticed to be most efficient for sol-gel deposited on anodized non-sealed aluminium. Therefore, it was concluded that sol-gel coating could be suited well to seal the anodized aluminium.
In addition, a novel etching and pulse anodizing technique was used in the project. The technique has been developed by VTT in earlier EU-Craft project. The advances of the new technique are shorter process times, decrease of the use harmful chemicals and lower energy consumption.
ISBN
978-951-38-7205-2 (soft back ed.)
978-951-38-7206-9 (URL: http://www.vtt.fi/publications/index.jsp)
Series title and ISSN Project number VTT Tiedotteita – Research Notes
1235-0605 (soft back ed.)
1455-0865 (URL: http://www.vtt.fi/publications/index.jsp)
9483
Date Language Pages
May 2008 Finnish, Engl. abstr. 49 p.
Name of project Commissioned by
Surface Properties and Treatments for Aluminium Finnish Funding Agency for Technology and Innovation Tekes, Purso Oy, Mäkelä-Alu Oy, Suomen Elektropinta Oy, Alteams Oy, Metso Paper Oy, Printal Oy ja Millidyne Oy
Keywords Publisher surface properties, modification, aluminium,
anodizing, plasma treatment, sol-gel coatings, wear resistance, anti-fouling, chemical resistance, decorative appearance
VTT Technical Research Centre of Finland P.O. Box 1000, FI-02044 VTT, Finland Phone internat. +358 20 722 4520 Fax +358 20 722 4374
VTT TIEDOTTEITA 2431Alumiinin pintaominaisuudet ja pintakäsittelyt
ESPOO 2008
VTT TIEDOTTEITA 2431
Juha Nikkola, Riitta Mahlberg, Jarmo Siivinen, Anne Pahkala, Reima Lahtinen & Amar Mahiout
Alumiinin pintaominaisuudet ja pintakäsittelyt
VTT Tiedotteita – Research Notes
2410 Mikkola, Markku & Ryynänen, Tapani. Liiketoimintamallit talotekniikan elinkaaripalveluissa. 2007. 40 s.
2411 Kaartinen, Tommi, Laine-Ylijoki, Jutta & Wahlström, Margareta. Jätteen termisen käsittelyn tuhkien ja kuonien käsittely- ja sijoitusmahdollisuudet. 2007. 44 s. + liitt. 20 s.
2412 Bioetanolia maatalouden selluloosavirroista. von Weymarn, Niklas (toim.). 2007.
44 s.
2413 Pietiläinen, Jorma, Kauppinen, Timo, Kovanen, Keijo, Nykänen, Veijo, Nyman, Mikko, Paiho, Satu, Peltonen, Janne, Pihala, Hannu, Kalema, Timo & Keränen, Hannu. ToVa-käsikirja. Rakennuksen toimivuuden varmistaminen energiatehokkuuden ja sisäilmaston kannalta. 2007. 173 s. + liitt. 56 s.
2415 Hietaniemi, Jukka. Tiiviin ja matalan pientaloalueen paloturvallisuus. 2007. 227 s.
+ liitt. 144 s.
2416 Vesanto, Petri, Hiltunen, Matti, Moilanen, Antero, Kaartinen, Tommi, Laine-Ylijoki, Jutta, Sipilä, Kai & Wilén, Carl. Kierrätyspolttoaineiden ominaisuudet ja käyttö.
Selvitys kierrätyspolttoaineiden laatuominaisuuksista ja soveltuvuudesta leijupolttoon. 2007. 55 s. + liitt. 4 s.
2417 Leinonen, Arvo. Wood chip production technology and costs for fuel in Namibia.
2007. 66 p. + app. 21 p.
2418 Kirkinen, Johanna, Soimakallio, Sampo, Mäkinen, Tuula, McKeough, Paterson &
Savolainen, Ilkka. Turvepohjaisen F-T-dieselin tuotannon ja käytön kasvihuonevaikutukset. 2007. 45 s.
2419 Martikainen, Antti, Pykälä, Marja-Leena & Farin, Juho. Recognizing climate change in electricity network design and construction. 2007. 106 p. + app. 29 p.
2420 Leviäkangas, Pekka, Hautala, Raine, Räsänen, Jukka, Öörni, Risto, Sonninen, Sanna, Hekkanen, Martti, Ohlström, Mikael, Venäläinen, Ari & Saku, Seppo. Benefits of meteorological services in Croatia. 2007. 71 p. + app. 2 p.
2421 Hostikka, Simo, Korhonen, Timo, Paloposki, Tuomas, Rinne, Tuomo, Matikainen, Katri & Heliövaara, Simo. Development and validation of FDS+Evac for evacuation simulations. Project summary report. 2007. 64 p.
2422 Vestola, Elina & Mroueh, Ulla-Maija. Sulfaatinpelkistyksen hyödyntäminen happamien kaivosvesien käsittelyssä. Opas louhoskäsittelyn hallintaan. 2008. 58 s.
+ liitt. 13 s.
2424 Ilomäki, Sanna-Kaisa, Simons, Magnus & Liukko Timo. Kohti yritysten vuorovaikutteista kehitystoimintaa. 2008. 45 s.
2425 Talja, Asko, Vepsä, Ari, Kurkela, Juha & Halonen, Matti. Rakennukseen siirtyvän liikennetärinän arviointi. 2008. 95 s. + liitt. 69 s.
2426 Nylund, Nils-Olof, Aakko-Saksa, Päivi & Sipilä, Kai. Status and outlook for biofuels, other alternative fuels and new vehicles. 2008. 161 p. + app. 6 p.
2427 Paiho, Satu, Ahlqvist, Toni, Piira, Kalevi, Porkka, Janne, Siltanen, Pekka &
Tuomaala, Pekka. Tieto- ja viestintäteknologiaa hyödyntävän rakennetun ympäristön kehitysnäkymät. 2008. 60 s. + liitt. 34 s.
2430 Rinne, Tuomo, Tillander, Kati, Vaari, Jukka, Belloni, Kaisa & Paloposki, Tuomas.
Asuntosprinklaus Suomessa. Vaikuttavuuden arviointi. 2008. 84 s.
2431 Nikkola, Juha, Mahlberg, Riitta, Siivinen, Jarmo, Pahkala, Anne, Lahtinen, Reima &
Mahiout, Amar. 2008. 49 s.