Hybridipinnoitteilla lisäarvoa metallituotteille

Translated title of the contribution: Added-value for New Metal Products by Hybrid Coatings

Amar Mahiout, Jarmo Siivinen, Juha Mannila, Juha Nikkola, Riitta Mahlberg, Jyrki Romu, Risto Ilola, Outi Söderberg, Jorma Virtanen, Antero Pehkonen, Raisa Niemi, Tuomas Katajarinne, Jari Koskinen, Seppo Kivivuori, Simo-Pekka Hannula

Research output: Book/ReportReportProfessional

Abstract

PUHTEET 2 ja 3 -projekteissa tutkittiin ohutkalvopinnoitteilla saavutettavaa lisäarvoa erilaisille metallimateriaaleille ja -tuotteille. Tavoiteltuja ominaisuuksia olivat muun muassa pitkäaikainen korroosion-, kulumisen ja naarmuuntumisenkesto, helpompi puhdistettavuus ja dekoratiiviset ominaisuudet. Lisäksi tutkittiin sooli-geelipinnoitteiden soveltuvuutta metalliohutlevyjen roll-to-roll-pinnoitukseen. Pinnoitekehityksessä on keskitytty tutkimaan erilaisten epäorgaanisten (esim. SiO2, Al2O3, ZrO2) ja orgaanisten (esim. vinyyli, akryyli, metakryyli, epoksi) komponenttien vaikutusta pinnoitteiden ominaisuuksiin. Lisäksi on tutkittu esimerkiksi korroosioinhibiittorien vaikutusta pinnoitteiden korroosiosuojausominaisuuksiin ja sopivien epäorgaanisten ja orgaanisten väriaineiden soveltuvuutta sooli-geelitekniikalla tuotettujen pintojen sävyttämiseen tai värjäämiseen. Sooli-geelipinnoitteiden prosessoitavuuden osalta on tutkittu erilaisten pinnoitustapojen sekä kovetusmenetelmien ja -prosessien vaikutusta pinnoitteiden ominaisuuksiin. Sooli-geelipinnoituksen esikäsittelystä tuotantomittakaavassa todettiin, että elektrolyyttista sähköpurkauskiillotusta (nk. PET-menetelmä) voidaan soveltaa myös jatkuvatoimisessa prosessissa käyttäen ympäristöystävällisiä suolaliuoksia elektrolyytteinä. Roll-to-roll-prosessista todettiin, että CO2-kuivajääpuhallus johtaa pinnoituksen kannalta riittävään laatuun, eli pinnoite saadaan kiinnitettyä riittävän hyvin. Em. menetelmä soveltuu erityisesti kupariseosten käsittelyyn. Roll-to-roll-pinnoitetulle nauhalle on tehty muovauskokeita yhdessä TKK:n materiaalien muokkauksen ja lämpökäsittelyn laboratorion kanssa. Kokeissa havaittiin, että pinnoitteet kestävät jossain määrin venytystä ja muovausta ilman merkittävää vaurioitumista. Kuitenkin vaativimpia muokkausparametreja kestävien pinnoitteiden osalta tarvitaan edelleen pinnoitteiden jatkokehitystä ja räätälöintiä. Pinnoitteiden ympäristöystävällisyydestä todettiin, että kaikki projektissa käytetyt pinnoitteet alittavat nykyiset, VOC-direktiivin (2004/42/EY) asettamat raja-arvot. Pitkäaikaisesta korroosionkestävyydestä ja lianhylkivyysominaisuuksista todettiin, että noin 500:n meriolosuhteissa toteutetun kenttäkoepäivän jälkeen pinnoitteista toimivat enää lähinnä kaikkein paksuimmat versiot (n. 30-50 µm). Ohuilla, nanotasolta muutamaan mikrometriin paksuilla sooli-geelipinnoitteilla tai kymmenien tai satojen nanometrien paksuisilla ALD/TiO2-pinnoitteilla ei kyetty suojaamaan perusmateriaaleja tyydyttävästi, erityisesti jos perusmateriaali oli anodinen. Näissä koeolosuhteissa edes pinnoittamaton EN 1.4301 -tyyppinen ruostumaton teräs ei selviytynyt koejaksosta ilman näkyviä vaurioita. Kuumasinkityksestä tehtiin kiinnostavia havaintoja, ja tutkitut sooli-geelipinnoitteet vaikuttavatkin soveltuvan erityisen hyvin kuumasinkityille pinnoille. Projektin kuluessa toteutettiin myös yrityshanke, jossa Millidynen ja VTT:n pinnoitteita sovellettiin Fläkt Woodsin ilmanvaihtoventtiilien pinnoituksessa. Pinnoitteen todettiin vähentävän ilmanvaihtoventtiilin likaantumista noin 40 % ja helpottavan puhdistusta moninkertaisesti. Lisäksi demonstroitiin sooli-geelipinnoitusta tuotanto-olosuhteissa Linjateräs Oy:n pinnoituslinjassa. Atomic Layer Deposition -menetelmän (ALD) toimivuutta demonstroidakseen Planar Oy pinnoitti myös Stala Oy:n tiskipöydän altaan ja valutusastian.
Original languageFinnish
Place of PublicationEspoo
PublisherVTT Technical Research Centre of Finland
Number of pages77
ISBN (Electronic)978-951-38-7547-3
Publication statusPublished - 2009
MoE publication typeNot Eligible

Publication series

NameVTT Tiedotteita - Research Notes
PublisherVTT
No.2517
ISSN (Print)1235-0605
ISSN (Electronic)1455-0865

Fingerprint

value added
coatings
metals
Raja

Keywords

  • Sol-gel-coating
  • ALD-TiO2-coating
  • HVOF-coating
  • corrosion resistance
  • wear behaviour
  • environmentally friendly metal products
  • easy to clean
  • photocatalytic
  • roll-to-roll process
  • PET-process electric discharge
  • dry ice (solid CO2)
  • stainless steels and copper alloys

Cite this

Mahiout, A., Siivinen, J., Mannila, J., Nikkola, J., Mahlberg, R., Romu, J., ... Hannula, S-P. (2009). Hybridipinnoitteilla lisäarvoa metallituotteille. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland. VTT Tiedotteita - Research Notes, No. 2517
Mahiout, Amar ; Siivinen, Jarmo ; Mannila, Juha ; Nikkola, Juha ; Mahlberg, Riitta ; Romu, Jyrki ; Ilola, Risto ; Söderberg, Outi ; Virtanen, Jorma ; Pehkonen, Antero ; Niemi, Raisa ; Katajarinne, Tuomas ; Koskinen, Jari ; Kivivuori, Seppo ; Hannula, Simo-Pekka. / Hybridipinnoitteilla lisäarvoa metallituotteille. Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 2009. 77 p. (VTT Tiedotteita - Research Notes; No. 2517).
@book{cb138e17b3ac47df9ea89566b1f73ae2,
title = "Hybridipinnoitteilla lis{\"a}arvoa metallituotteille",
abstract = "PUHTEET 2 ja 3 -projekteissa tutkittiin ohutkalvopinnoitteilla saavutettavaa lis{\"a}arvoa erilaisille metallimateriaaleille ja -tuotteille. Tavoiteltuja ominaisuuksia olivat muun muassa pitk{\"a}aikainen korroosion-, kulumisen ja naarmuuntumisenkesto, helpompi puhdistettavuus ja dekoratiiviset ominaisuudet. Lis{\"a}ksi tutkittiin sooli-geelipinnoitteiden soveltuvuutta metalliohutlevyjen roll-to-roll-pinnoitukseen. Pinnoitekehityksess{\"a} on keskitytty tutkimaan erilaisten ep{\"a}orgaanisten (esim. SiO2, Al2O3, ZrO2) ja orgaanisten (esim. vinyyli, akryyli, metakryyli, epoksi) komponenttien vaikutusta pinnoitteiden ominaisuuksiin. Lis{\"a}ksi on tutkittu esimerkiksi korroosioinhibiittorien vaikutusta pinnoitteiden korroosiosuojausominaisuuksiin ja sopivien ep{\"a}orgaanisten ja orgaanisten v{\"a}riaineiden soveltuvuutta sooli-geelitekniikalla tuotettujen pintojen s{\"a}vytt{\"a}miseen tai v{\"a}rj{\"a}{\"a}miseen. Sooli-geelipinnoitteiden prosessoitavuuden osalta on tutkittu erilaisten pinnoitustapojen sek{\"a} kovetusmenetelmien ja -prosessien vaikutusta pinnoitteiden ominaisuuksiin. Sooli-geelipinnoituksen esik{\"a}sittelyst{\"a} tuotantomittakaavassa todettiin, ett{\"a} elektrolyyttista s{\"a}hk{\"o}purkauskiillotusta (nk. PET-menetelm{\"a}) voidaan soveltaa my{\"o}s jatkuvatoimisessa prosessissa k{\"a}ytt{\"a}en ymp{\"a}rist{\"o}yst{\"a}v{\"a}llisi{\"a} suolaliuoksia elektrolyyttein{\"a}. Roll-to-roll-prosessista todettiin, ett{\"a} CO2-kuivaj{\"a}{\"a}puhallus johtaa pinnoituksen kannalta riitt{\"a}v{\"a}{\"a}n laatuun, eli pinnoite saadaan kiinnitetty{\"a} riitt{\"a}v{\"a}n hyvin. Em. menetelm{\"a} soveltuu erityisesti kupariseosten k{\"a}sittelyyn. Roll-to-roll-pinnoitetulle nauhalle on tehty muovauskokeita yhdess{\"a} TKK:n materiaalien muokkauksen ja l{\"a}mp{\"o}k{\"a}sittelyn laboratorion kanssa. Kokeissa havaittiin, ett{\"a} pinnoitteet kest{\"a}v{\"a}t jossain m{\"a}{\"a}rin venytyst{\"a} ja muovausta ilman merkitt{\"a}v{\"a}{\"a} vaurioitumista. Kuitenkin vaativimpia muokkausparametreja kest{\"a}vien pinnoitteiden osalta tarvitaan edelleen pinnoitteiden jatkokehityst{\"a} ja r{\"a}{\"a}t{\"a}l{\"o}inti{\"a}. Pinnoitteiden ymp{\"a}rist{\"o}yst{\"a}v{\"a}llisyydest{\"a} todettiin, ett{\"a} kaikki projektissa k{\"a}ytetyt pinnoitteet alittavat nykyiset, VOC-direktiivin (2004/42/EY) asettamat raja-arvot. Pitk{\"a}aikaisesta korroosionkest{\"a}vyydest{\"a} ja lianhylkivyysominaisuuksista todettiin, ett{\"a} noin 500:n meriolosuhteissa toteutetun kentt{\"a}koep{\"a}iv{\"a}n j{\"a}lkeen pinnoitteista toimivat en{\"a}{\"a} l{\"a}hinn{\"a} kaikkein paksuimmat versiot (n. 30-50 µm). Ohuilla, nanotasolta muutamaan mikrometriin paksuilla sooli-geelipinnoitteilla tai kymmenien tai satojen nanometrien paksuisilla ALD/TiO2-pinnoitteilla ei kyetty suojaamaan perusmateriaaleja tyydytt{\"a}v{\"a}sti, erityisesti jos perusmateriaali oli anodinen. N{\"a}iss{\"a} koeolosuhteissa edes pinnoittamaton EN 1.4301 -tyyppinen ruostumaton ter{\"a}s ei selviytynyt koejaksosta ilman n{\"a}kyvi{\"a} vaurioita. Kuumasinkityksest{\"a} tehtiin kiinnostavia havaintoja, ja tutkitut sooli-geelipinnoitteet vaikuttavatkin soveltuvan erityisen hyvin kuumasinkityille pinnoille. Projektin kuluessa toteutettiin my{\"o}s yrityshanke, jossa Millidynen ja VTT:n pinnoitteita sovellettiin Fl{\"a}kt Woodsin ilmanvaihtoventtiilien pinnoituksessa. Pinnoitteen todettiin v{\"a}hent{\"a}v{\"a}n ilmanvaihtoventtiilin likaantumista noin 40 {\%} ja helpottavan puhdistusta moninkertaisesti. Lis{\"a}ksi demonstroitiin sooli-geelipinnoitusta tuotanto-olosuhteissa Linjater{\"a}s Oy:n pinnoituslinjassa. Atomic Layer Deposition -menetelm{\"a}n (ALD) toimivuutta demonstroidakseen Planar Oy pinnoitti my{\"o}s Stala Oy:n tiskip{\"o}yd{\"a}n altaan ja valutusastian.",
keywords = "Sol-gel-coating, ALD-TiO2-coating, HVOF-coating, corrosion resistance, wear behaviour, environmentally friendly metal products, easy to clean, photocatalytic, roll-to-roll process, PET-process electric discharge, dry ice (solid CO2), stainless steels and copper alloys",
author = "Amar Mahiout and Jarmo Siivinen and Juha Mannila and Juha Nikkola and Riitta Mahlberg and Jyrki Romu and Risto Ilola and Outi S{\"o}derberg and Jorma Virtanen and Antero Pehkonen and Raisa Niemi and Tuomas Katajarinne and Jari Koskinen and Seppo Kivivuori and Simo-Pekka Hannula",
note = "Project code: 9253",
year = "2009",
language = "Finnish",
series = "VTT Tiedotteita - Research Notes",
publisher = "VTT Technical Research Centre of Finland",
number = "2517",
address = "Finland",

}

Mahiout, A, Siivinen, J, Mannila, J, Nikkola, J, Mahlberg, R, Romu, J, Ilola, R, Söderberg, O, Virtanen, J, Pehkonen, A, Niemi, R, Katajarinne, T, Koskinen, J, Kivivuori, S & Hannula, S-P 2009, Hybridipinnoitteilla lisäarvoa metallituotteille. VTT Tiedotteita - Research Notes, no. 2517, VTT Technical Research Centre of Finland, Espoo.

Hybridipinnoitteilla lisäarvoa metallituotteille. / Mahiout, Amar; Siivinen, Jarmo; Mannila, Juha; Nikkola, Juha; Mahlberg, Riitta; Romu, Jyrki; Ilola, Risto; Söderberg, Outi; Virtanen, Jorma; Pehkonen, Antero; Niemi, Raisa; Katajarinne, Tuomas; Koskinen, Jari; Kivivuori, Seppo; Hannula, Simo-Pekka.

Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 2009. 77 p. (VTT Tiedotteita - Research Notes; No. 2517).

Research output: Book/ReportReportProfessional

TY - BOOK

T1 - Hybridipinnoitteilla lisäarvoa metallituotteille

AU - Mahiout, Amar

AU - Siivinen, Jarmo

AU - Mannila, Juha

AU - Nikkola, Juha

AU - Mahlberg, Riitta

AU - Romu, Jyrki

AU - Ilola, Risto

AU - Söderberg, Outi

AU - Virtanen, Jorma

AU - Pehkonen, Antero

AU - Niemi, Raisa

AU - Katajarinne, Tuomas

AU - Koskinen, Jari

AU - Kivivuori, Seppo

AU - Hannula, Simo-Pekka

N1 - Project code: 9253

PY - 2009

Y1 - 2009

N2 - PUHTEET 2 ja 3 -projekteissa tutkittiin ohutkalvopinnoitteilla saavutettavaa lisäarvoa erilaisille metallimateriaaleille ja -tuotteille. Tavoiteltuja ominaisuuksia olivat muun muassa pitkäaikainen korroosion-, kulumisen ja naarmuuntumisenkesto, helpompi puhdistettavuus ja dekoratiiviset ominaisuudet. Lisäksi tutkittiin sooli-geelipinnoitteiden soveltuvuutta metalliohutlevyjen roll-to-roll-pinnoitukseen. Pinnoitekehityksessä on keskitytty tutkimaan erilaisten epäorgaanisten (esim. SiO2, Al2O3, ZrO2) ja orgaanisten (esim. vinyyli, akryyli, metakryyli, epoksi) komponenttien vaikutusta pinnoitteiden ominaisuuksiin. Lisäksi on tutkittu esimerkiksi korroosioinhibiittorien vaikutusta pinnoitteiden korroosiosuojausominaisuuksiin ja sopivien epäorgaanisten ja orgaanisten väriaineiden soveltuvuutta sooli-geelitekniikalla tuotettujen pintojen sävyttämiseen tai värjäämiseen. Sooli-geelipinnoitteiden prosessoitavuuden osalta on tutkittu erilaisten pinnoitustapojen sekä kovetusmenetelmien ja -prosessien vaikutusta pinnoitteiden ominaisuuksiin. Sooli-geelipinnoituksen esikäsittelystä tuotantomittakaavassa todettiin, että elektrolyyttista sähköpurkauskiillotusta (nk. PET-menetelmä) voidaan soveltaa myös jatkuvatoimisessa prosessissa käyttäen ympäristöystävällisiä suolaliuoksia elektrolyytteinä. Roll-to-roll-prosessista todettiin, että CO2-kuivajääpuhallus johtaa pinnoituksen kannalta riittävään laatuun, eli pinnoite saadaan kiinnitettyä riittävän hyvin. Em. menetelmä soveltuu erityisesti kupariseosten käsittelyyn. Roll-to-roll-pinnoitetulle nauhalle on tehty muovauskokeita yhdessä TKK:n materiaalien muokkauksen ja lämpökäsittelyn laboratorion kanssa. Kokeissa havaittiin, että pinnoitteet kestävät jossain määrin venytystä ja muovausta ilman merkittävää vaurioitumista. Kuitenkin vaativimpia muokkausparametreja kestävien pinnoitteiden osalta tarvitaan edelleen pinnoitteiden jatkokehitystä ja räätälöintiä. Pinnoitteiden ympäristöystävällisyydestä todettiin, että kaikki projektissa käytetyt pinnoitteet alittavat nykyiset, VOC-direktiivin (2004/42/EY) asettamat raja-arvot. Pitkäaikaisesta korroosionkestävyydestä ja lianhylkivyysominaisuuksista todettiin, että noin 500:n meriolosuhteissa toteutetun kenttäkoepäivän jälkeen pinnoitteista toimivat enää lähinnä kaikkein paksuimmat versiot (n. 30-50 µm). Ohuilla, nanotasolta muutamaan mikrometriin paksuilla sooli-geelipinnoitteilla tai kymmenien tai satojen nanometrien paksuisilla ALD/TiO2-pinnoitteilla ei kyetty suojaamaan perusmateriaaleja tyydyttävästi, erityisesti jos perusmateriaali oli anodinen. Näissä koeolosuhteissa edes pinnoittamaton EN 1.4301 -tyyppinen ruostumaton teräs ei selviytynyt koejaksosta ilman näkyviä vaurioita. Kuumasinkityksestä tehtiin kiinnostavia havaintoja, ja tutkitut sooli-geelipinnoitteet vaikuttavatkin soveltuvan erityisen hyvin kuumasinkityille pinnoille. Projektin kuluessa toteutettiin myös yrityshanke, jossa Millidynen ja VTT:n pinnoitteita sovellettiin Fläkt Woodsin ilmanvaihtoventtiilien pinnoituksessa. Pinnoitteen todettiin vähentävän ilmanvaihtoventtiilin likaantumista noin 40 % ja helpottavan puhdistusta moninkertaisesti. Lisäksi demonstroitiin sooli-geelipinnoitusta tuotanto-olosuhteissa Linjateräs Oy:n pinnoituslinjassa. Atomic Layer Deposition -menetelmän (ALD) toimivuutta demonstroidakseen Planar Oy pinnoitti myös Stala Oy:n tiskipöydän altaan ja valutusastian.

AB - PUHTEET 2 ja 3 -projekteissa tutkittiin ohutkalvopinnoitteilla saavutettavaa lisäarvoa erilaisille metallimateriaaleille ja -tuotteille. Tavoiteltuja ominaisuuksia olivat muun muassa pitkäaikainen korroosion-, kulumisen ja naarmuuntumisenkesto, helpompi puhdistettavuus ja dekoratiiviset ominaisuudet. Lisäksi tutkittiin sooli-geelipinnoitteiden soveltuvuutta metalliohutlevyjen roll-to-roll-pinnoitukseen. Pinnoitekehityksessä on keskitytty tutkimaan erilaisten epäorgaanisten (esim. SiO2, Al2O3, ZrO2) ja orgaanisten (esim. vinyyli, akryyli, metakryyli, epoksi) komponenttien vaikutusta pinnoitteiden ominaisuuksiin. Lisäksi on tutkittu esimerkiksi korroosioinhibiittorien vaikutusta pinnoitteiden korroosiosuojausominaisuuksiin ja sopivien epäorgaanisten ja orgaanisten väriaineiden soveltuvuutta sooli-geelitekniikalla tuotettujen pintojen sävyttämiseen tai värjäämiseen. Sooli-geelipinnoitteiden prosessoitavuuden osalta on tutkittu erilaisten pinnoitustapojen sekä kovetusmenetelmien ja -prosessien vaikutusta pinnoitteiden ominaisuuksiin. Sooli-geelipinnoituksen esikäsittelystä tuotantomittakaavassa todettiin, että elektrolyyttista sähköpurkauskiillotusta (nk. PET-menetelmä) voidaan soveltaa myös jatkuvatoimisessa prosessissa käyttäen ympäristöystävällisiä suolaliuoksia elektrolyytteinä. Roll-to-roll-prosessista todettiin, että CO2-kuivajääpuhallus johtaa pinnoituksen kannalta riittävään laatuun, eli pinnoite saadaan kiinnitettyä riittävän hyvin. Em. menetelmä soveltuu erityisesti kupariseosten käsittelyyn. Roll-to-roll-pinnoitetulle nauhalle on tehty muovauskokeita yhdessä TKK:n materiaalien muokkauksen ja lämpökäsittelyn laboratorion kanssa. Kokeissa havaittiin, että pinnoitteet kestävät jossain määrin venytystä ja muovausta ilman merkittävää vaurioitumista. Kuitenkin vaativimpia muokkausparametreja kestävien pinnoitteiden osalta tarvitaan edelleen pinnoitteiden jatkokehitystä ja räätälöintiä. Pinnoitteiden ympäristöystävällisyydestä todettiin, että kaikki projektissa käytetyt pinnoitteet alittavat nykyiset, VOC-direktiivin (2004/42/EY) asettamat raja-arvot. Pitkäaikaisesta korroosionkestävyydestä ja lianhylkivyysominaisuuksista todettiin, että noin 500:n meriolosuhteissa toteutetun kenttäkoepäivän jälkeen pinnoitteista toimivat enää lähinnä kaikkein paksuimmat versiot (n. 30-50 µm). Ohuilla, nanotasolta muutamaan mikrometriin paksuilla sooli-geelipinnoitteilla tai kymmenien tai satojen nanometrien paksuisilla ALD/TiO2-pinnoitteilla ei kyetty suojaamaan perusmateriaaleja tyydyttävästi, erityisesti jos perusmateriaali oli anodinen. Näissä koeolosuhteissa edes pinnoittamaton EN 1.4301 -tyyppinen ruostumaton teräs ei selviytynyt koejaksosta ilman näkyviä vaurioita. Kuumasinkityksestä tehtiin kiinnostavia havaintoja, ja tutkitut sooli-geelipinnoitteet vaikuttavatkin soveltuvan erityisen hyvin kuumasinkityille pinnoille. Projektin kuluessa toteutettiin myös yrityshanke, jossa Millidynen ja VTT:n pinnoitteita sovellettiin Fläkt Woodsin ilmanvaihtoventtiilien pinnoituksessa. Pinnoitteen todettiin vähentävän ilmanvaihtoventtiilin likaantumista noin 40 % ja helpottavan puhdistusta moninkertaisesti. Lisäksi demonstroitiin sooli-geelipinnoitusta tuotanto-olosuhteissa Linjateräs Oy:n pinnoituslinjassa. Atomic Layer Deposition -menetelmän (ALD) toimivuutta demonstroidakseen Planar Oy pinnoitti myös Stala Oy:n tiskipöydän altaan ja valutusastian.

KW - Sol-gel-coating

KW - ALD-TiO2-coating

KW - HVOF-coating

KW - corrosion resistance

KW - wear behaviour

KW - environmentally friendly metal products

KW - easy to clean

KW - photocatalytic

KW - roll-to-roll process

KW - PET-process electric discharge

KW - dry ice (solid CO2)

KW - stainless steels and copper alloys

M3 - Report

T3 - VTT Tiedotteita - Research Notes

BT - Hybridipinnoitteilla lisäarvoa metallituotteille

PB - VTT Technical Research Centre of Finland

CY - Espoo

ER -

Mahiout A, Siivinen J, Mannila J, Nikkola J, Mahlberg R, Romu J et al. Hybridipinnoitteilla lisäarvoa metallituotteille. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland, 2009. 77 p. (VTT Tiedotteita - Research Notes; No. 2517).