Guida all'analisi della finitura superficiale online e in linea

Cos'è la finitura superficiale?

La finitura superficiale è una serie di processi industriali con l'obiettivo principale di alterare la superficie di un determinato pezzo al fine di ottenere proprietà specifiche. Questa può essere eseguita chimicamente, meccanicamente o anche elettronicamente allo scopo di rimuovere, alterare, aggiungere o rimodellare il materiale da trattare.

Industrie che utilizzano tecniche di finitura superficiale

Le tecniche di finitura superficiale sono utilizzate dalla maggior parte delle industrie che producono parti industriali (ad es. metalli, wafer, strumenti e altro). L'uso dei processi di finitura superficiale è in aumento a livello globale e si prevede che crescerà ulteriormente. Un articolo pubblicato da Grand View Research (2019) prevedeva che la dimensione del mercato dei prodotti chimici per la finitura dei metalli dovrebbe crescere fino a $ 13,52 miliardi di dollari entro il 2025.

Le persone pensano principalmente alla lucidatura e alla levigatura quando si parla di finitura superficiale, ma è molto di più. Diverse industrie utilizzano diversi processi per trattare le superfici con l'obiettivo principale di ottenere la massima qualità del prodotto. Secondo Grand View Research, i primi tre settori con la maggiore quota di mercato per i prodotti chimici per superfici metalliche sono automobilistico e aerospaziale, semiconduttori, e l'industria dei metalli (es. macchinario industriale, edilizia).

Infine arriva l'industria metallurgica, responsabile della creazione dell'infrastruttura da cui dipende il nostro mondo moderno. Qui, il processo di zincatura viene utilizzato per rendere il metallo resistente alla corrosione e al calore. La zincatura è una misura anticorrosiva adottata su ferro e acciaio (così come altri metalli) mediante l'applicazione di un rivestimento protettivo di zinco che non consente l'ossidazione. Lo zinco funge anche da anodo sacrificale che protegge comunque il metallo sottostante in caso di graffio della superficie zincata. I bagni di decapaggio sono un altro processo di finitura superficiale comune per questo settore. Questi bagni acidi vengono utilizzati per rimuovere lo strato di ossido che si è formato sulla superficie durante il laminatoio a caldo. Se l'acciaio di base è decapato in eccesso, può causare vaiolatura della superficie del metallo, che porta a un rivestimento ruvido indesiderato e blisterato nelle successive fasi di zincatura e consuma anche eccessivamente l'acido di decapaggio (ad es. HCl).

Molto più che semplici rivestimenti decorativi

Le apparenze contano? Quando si parla di prodotti, assolutamente! Uno dei motivi per cui le superfici dei prodotti vengono trattate è che hanno un aspetto più gradevole per i consumatori, ma anche per ragioni più tecniche che vanno oltre l'aspetto. Poiché i processi di finitura superficiale sono utilizzati in un'ampia gamma di settori, servono a scopi diversi a seconda degli usi dei prodotti finali.

Nell'industria dei semiconduttori, qualsiasi difetto sui componenti (ad es. wafer di silicio, microelettronica, circuiti stampati, ecc.) può influire sulle prestazioni del prodotto finale. Pertanto, il mantenimento delle corrette concentrazioni di tutti i componenti nel bagno di pulizia chimica garantisce un processo di incisione ripetibile, che a questo scopo significa l'eliminazione dei difetti superficiali.

Un altro esempio include i bagni di fosfatazione, che vengono utilizzati per migliorare la resistenza alla corrosione delle parti del prodotto utilizzate nell'industria automobilistica e aerospaziale. Questo processo viene eseguito prima di qualsiasi verniciatura per proteggere la struttura della carrozzeria dai fattori ambientali. Anche i bagni di fosfatazione devono essere mantenuti coerenti per garantire il corretto (e identico) spessore dello strato protettivo in ciascuno dei prodotti sottoposti a questo processo.

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Sfide nei processi di finitura delle superfici: manutenzione quotidiana del bagno

Come ogni processo, la finitura superficiale presenta sfide quotidiane che possono essere migliorate. Il miglioramento può venire solo dalla conoscenza della composizione del bagno e di come influisce sul prodotto finale. In genere, il monitoraggio della concentrazione dei bagni chimici viene effettuato tramite campionamento e titolazione manuali in un laboratorio in loco (in alcuni casi, da un laboratorio esterno). Sebbene questo metodo funziona, può portare a lunghi tempi di attesa dal momento in cui viene prelevato il campione fino al risultato finale, pertanto i risultati non sono più rappresentativi delle condizioni di processo attuali. A causa di questo ritardo,  il riempimento del bagno può essere compromesso da un dosaggio eccessivo o insufficiente dei componenti, portando a una composizione del bagno non ottimale e alla qualità del prodotto risultante (figura 2).

La soluzione: operare in modo più sicuro ed efficiente con l'analisi automatizzata dei processi

L'analisi del processo mediante titolazione manuale richiede in genere diversi passaggi: raccolta del campione, precondizionamento del campione, manipolazioni volumetriche, calcolo, registrazione e verifica dei risultati e, infine, invio di feedback al processo. Tutti questi possono essere totalmente eliminate utilizzando l'analisi online e in linea.

I vantaggi di questo sono molto chiari. Limitando le fasi di manipolazione manuale, viene eliminato qualsiasi rischio di esposizione a sostanze chimiche pericolose. L'errore di campionamento, gli errori volumetrici e l'ambiguità dell'end point da analista ad analista non sono più un problema. Inoltre, il campionamento può essere effettuato su base temporizzata e può essere programmato in modo che avvenga più frequentemente di quanto possibile con metodi manuali, offrendo un controllo del processo molto maggiore.

L'analizzatore può essere utilizzato per controllare completamente un processo con feedback diretto dei risultati per il corretto dosaggio di sostanze chimiche nei bagni di invecchiamento. I dati vengono registrati e calcolati automaticamente. I grafici e i segnali sullo schermo possono avvertire di condizioni di processo divergenti insieme a uscite di allarme per notificare agli operatori i problemi relativi al bagno. L'interfaccia utente è programmata da un'operazione semplice ed intuitiva, e può essere eseguita anche da non chimici.

Metrohm Process Analytics ha più di 45 anni di esperienza nell'analisi e nell'ottimizzazione dei processi. Gli esempi seguenti mostrano la nostra esperienza nella configurazione di analizzatori di processo in linea e online per diversi processi di finitura superficiale.

Scopri le differenze tra misurazioni in linea, online, atline e offline nel nostro precedente post sul blog.

Siamo pionieri - Metrohm Process Analytics

Monitoraggio automatizzato dei bagni di pulizia e mordenzatura

Le superfici metalliche possono presentare graffi, impurità e altre imperfezioni che possono interferire con ulteriori processi di produzione (ad es. placcatura o verniciatura). Perciò, i bagni di pulizia e mordenzatura sono un passaggio fondamentale per ottenere superfici pulite, levigate e non danneggiate.

Scarica la nostra Application Note di processo gratuita di seguito per ulteriori informazioni.

Monitoraggio dei parametri di qualità nei bagni di pulizia standard - Misurazione di idrossido di ammonio, perossido di idrogeno e acido cloridrico contemporaneamente all'analisi in linea

Monitoraggio automatizzato dei bagni di fosfatazione

Il processo di fosfatazione produce un rivestimento superficiale duro, elettricamente non conduttivo che aderisce saldamente al metallo sottostante. Questo strato protegge dalla corrosione e migliora l'adesione di vernici e finiture organiche da applicare successivamente.

La fosfatazione è composta da due parti: una reazione di attacco con acido fosforico che aumenta la rugosità superficiale e una seconda reazione in superficie tra i fosfati alcalini e gli ioni metallici precedentemente generati. Questo rivestimento è piuttosto sottile e offre solo una protezione anticorrosione di base. L'aggiunta di cationi metallici (come zinco, manganese e calcio) al bagno di fosfatazione determina la formazione di fosfati di zinco molto resistenti con uno spessore del rivestimento compreso tra 7 e 15 volte più spesso, perfettamente adatti per uso esterno.

Riassunto

Per riassumere, gli analizzatori di processo online e inline di Metrohm Process Analytics sono la soluzione ideale per automatizzare l'analisi dei processi di finitura superficiale grazie ai vantaggi completi che offrono:

• Nessun campionamento manuale necessario, quindi una minore esposizione del personale a sostanze chimiche pericolose
• Maggiore durata del bagno grazie al serraggio delle finestre di processo (sono necessari meno sostanze chimiche)
• Riduci al minimo il rischio di tempi di fermo con dati più veloci e precisi
• Conformità più facile con i requisiti del prodotto finale mediante l'automazione dei processi

La tua conoscenza "take-aways"

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