Faccia stagno e faccia aria del vetro float: quanto conta il lato di cromatura

La faccia del vetro float a contatto con il bagno di stagno porta uno strato di diffusione dello stagno di alcuni micrometri. L’articolo stima il profilo di concentrazione con un modello di diffusione, spiega come riconoscere la faccia stagno con una lampada UV a 254 nm, confronta quali differenze in appannamento a caldo, adesione e durabilità sono affidabili e quali vanno misurate in azienda, e indica scelta e marcatura del lato di rivestimento.

Il vetro float si forma su un bagno di stagno fuso: la faccia inferiore tocca lo stagno, quella superiore guarda l’atmosfera protettiva. Alla temperatura di formatura lo stagno diffonde nella faccia inferiore, così «faccia stagno» e «faccia aria» differiscono in composizione. A occhio nudo quasi non si distinguono, ma lavaggio, cottura e adesione del film prima della cromatura della traccia possono differire. Si stima prima quanto in profondità arriva lo stagno, poi come riconoscerne la faccia, infine quali differenze sono solide e quali vanno misurate in proprio.

Profilo di diffusione dello stagno: da pochi a oltre dieci micrometri

Lo stagno entra nel vetro soprattutto come Sn²⁺ e decresce verso l’interno. Il modello del primo ordine più semplice è la seconda legge di Fick a concentrazione superficiale costante:

C(x, t) = C_s · erfc( x / (2 L_D) ), L_D = √(D·t)

dove x è la profondità dalla superficie della faccia stagno, C_s la concentrazione superficiale, D il coefficiente di diffusione, t il tempo di contatto e L_D la lunghezza di diffusione. I tenori superficiali riportati sono dell’ordine di alcuni wt% di SnO₂ e le profondità da pochi a oltre dieci micrometri, con forte dipendenza da ferro, temperatura del bagno e tempo di sosta. Con i parametri di esempio C_s = 3 wt%, L_D = 4 μm (valori assunti, non legati a un prodotto):

Le profondità a cui la concentrazione scende a 1, 0,1 e 0,01 wt% sono 5,5, 12,0 e 16,6 μm e scalano con L_D: per L_D = 2 μm sono 2,7, 6,0 e 8,3 μm; per L_D = 6 μm sono 8,2, 18,1 e 24,9 μm (Figura 2). L’inventario di stagno dell’esempio equivale a circa 0,34 g/m² di SnO₂ – poco, ma tutto concentrato nei pochi micrometri più esterni. I profili reali hanno una zona di saturazione superficiale e una distribuzione Sn²⁺/Sn⁴⁺; erfc è solo un’approssimazione del primo ordine e i numeri valgono per l’ordine di grandezza.

Ne segue direttamente: una lucidatura leggera di pochi micrometri non toglie lo stagno. Sul profilo di esempio, dopo 5 μm di asportazione la superficie ha ancora circa 1,1 wt% e trattiene circa il 26% dell’inventario; dopo 10 μm scende a circa 0,23 wt% e circa il 4%; solo dopo 15 μm a circa 0,02 wt%. Una passata di molatura asporta spesso alcune decine di μm, quindi un substrato molato e lucidato ha già perso la faccia stagno, mentre il foglio solo lavato o «lucidato a fuoco» no.

Come riconoscere la faccia stagno

Lampada UV a 254 nm. Al buio illuminare obliquamente il vetro con una lampada UV a onda corta (lunghezza d’onda circa 254 nm): la superficie della faccia stagno emette una debole fluorescenza bianco-blu, la faccia aria quasi non brilla – metodo usuale di identificazione in officina. Punti chiave: solo l’UV a onda corta funziona, le lampade a onda lunga di solito no; il vetro assorbe fortemente a 254 nm, quindi la lampada deve illuminare dal lato della faccia stagno – con faccia stagno in basso l’UV non entra e il foglio sembra «senza fluorescenza», con rischio di errore; la fluorescenza è debole, osservare al buio di sbieco e confrontare con un campione noto. Le lampade UV possono danneggiare occhi e pelle: occhiali di protezione UV obbligatori, non guardare il tubo.

Altre conferme. Al riscaldamento in aria la faccia stagno può appannarsi (vedi sezione successiva); la differenza di indice di rifrazione tra le due facce è troppo piccola per l’identificazione; su substrati molati e lucidati lo stagno è già via e la fluorescenza non vale più.

Quali differenze sono affidabili, quali vanno misurate

La Figura 3 classifica le differenze in tre fasce.

Affidabilità alta: contenuto di stagno e fluorescenza – gli ordini di grandezza sopra si possono usare con fiducia.

Affidabilità media: riscaldando vetro a basso ferro in atmosfera ossidante, Sn²⁺ ossida a Sn⁴⁺ con variazione di volume e può dare appannamento o grinze, spesso detti «tin bloom» o foschia da stagno; ferro e atmosfera ne cambiano l’entità, meccanismi e finestre di temperatura sono riportati in modo diverso. Anche i difetti superficiali differiscono per faccia: la faccia stagno può avere impronte dei rulli del lehr e attacchi di stagno, la faccia aria gocce di stagno cadute dall’alto e segni del rullo superiore; in accettazione ispezionare faccia per faccia.

Nessuna conclusione universale: adesione di film di cromo e adesivi, e durabilità umido-calore o macchie di muffa – alcuni rapporti favoriscono la faccia stagno, altri il contrario, direzione incerta. Cause possibili: chimica superficiale, impurezze residue ed efficacia del lavaggio diverse tra stabilimenti; non si possono trasferire conclusioni altrui al proprio processo. Eseguire prove di adesione (incisione a croce, nastro) e prove umido-calore con il proprio lavaggio e rivestimento.

Indicazioni sulla scelta del lato di rivestimento

1. Priorità alla coerenza: nello stesso lotto di dischi encoder usare sempre la stessa faccia, non mischiare, e scrivere il «lato di rivestimento» sulla scheda di processo.
2. Senza evidenza di processo, scegliere di default la faccia aria: niente stagno, niente foschia da stagno e niente fondo di fluorescenza da stagno; per esposizione o controllo in UV profondo sotto 300 nm può essere più pulita (da misurare). È un default conservativo, non un vantaggio dimostrato.
3. Marcare la faccia stagno in accettazione con lampada UV, oppure lasciare un angolo mancante fisso al taglio per riconoscerla.
4. Se si deve usare la faccia stagno (es. per preservare la qualità superficiale dell’altra faccia), prima prove comparative di adesione e umido-calore, poi decidere.
5. Per dischi rivestiti su entrambe le facce la differenza si può trascurare, ma l’orientamento di ciascuna faccia va comunque registrato.
6. Dopo molatura e lucidatura giudicare dall’asportazione: meno di circa 10 μm possono lasciare ancora stagno.

Note di ingegneria

• Faccia stagno e faccia aria si riconoscono con lampada UV a 254 nm; illuminare solo dal lato della faccia stagno e indossare sempre gli occhiali.
• La profondità dello stagno scala linearmente con la lunghezza di diffusione: una lucidatura leggera di pochi μm non lo toglie; nell’esempio servono circa 15 μm di asportazione per scendere sotto 0,02 wt%.
• Prima della cottura ad alta temperatura di vetro a basso ferro in aria, confermare l’orientamento della faccia stagno per evitare la «foschia da stagno».
• Le differenze di adesione, durabilità umido-calore e muffa tra le facce non hanno conclusione universale e vanno misurate con il processo di stabilimento.
• In accettazione ispezionare i difetti per faccia: faccia stagno per impronte di rullo e attacchi di stagno, faccia aria per gocce di stagno.
• Usare una sola faccia di rivestimento per lotto e annotarla sulla scheda di processo.

Sintesi

La faccia stagno porta uno strato di diffusione dello stagno di alcuni–oltre dieci micrometri assente sulla faccia aria, riconoscibile per fluorescenza UV a 254 nm. Il profilo erfc di esempio mostra che servono circa 15 μm di asportazione perché lo stagno scenda a un livello molto basso. Contenuto di stagno e fluorescenza sono affidabili; appannamento a caldo e tipi di difetto vanno controllati per faccia; adesione e durabilità senza conclusione universale. Scegliere una faccia, fissarla e verificarla con il proprio processo è più affidabile che citare conclusioni altrui.

Traduzione dell’articolo originale cinese (0567). ENC7 – produttore di dischi encoder (richiesta) · Articoli tecnici · https://enc7.com

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