La vaca cegahisto.cat



14-08-2022  (643 lectures) Categoria: Metall

Cromatge per precipitaci贸 - Metall Cromat

Salta a la navegaci贸Salta a la cerca

Recobriment de conversi贸 de cromat de zinc en petites peces d'acer

El聽cromatge per precipitaci贸[1] o recobriment d'alodine 茅s un tipus de聽recobriment per precipitaci贸 utilitzat per聽passivar aliatges d'聽acer,聽alumini,聽zinc,聽cadmi,聽coure,聽plata,聽titani,聽magnesi i聽estany .[2] :p.1265[3] El recobriment serveix com a聽inhibidor de la corrosi贸, com a聽imprimaci贸 per millorar l'adher猫ncia de聽pintures i聽adhesius,[3] com a acabat decoratiu o per preservar la conductivitat el猫ctrica. Tamb茅 proporciona certa resist猫ncia a聽l'abrasi贸 i als atacs qu铆mics lleugers (com els dits bruts) sobre metalls tous.[3]

El cromatge per precipitaci贸 s'aplica generalment a elements com聽cargols, eines i maquin脿ria. Generalment queda com un acabat iridescent, de color groc-verd贸s, o tamb茅 com de metall blanc o gris. El recobriment t茅 una composici贸 que inclou聽sals de聽crom, i una estructura complexa d'altres components.[4]

El proc茅s de vegades s'anomena聽recobriment d'alodine, un terme utilitzat espec铆ficament聽[3] en refer猫ncia al proc茅s Alodine de marca registrada de Henkel Surface Technologies.[5]

Contingut

Proc茅s

Els recobriments de conversi贸 de cromat s'apliquen generalment submergint la pe莽a en un bany qu铆mic fins que s'ha format una pel路l铆cula del gruix desitjat, traient llavors la pe莽a, esbandint-la i deixant-la assecar. El proc茅s es realitza normalment a temperatura ambient, amb uns minuts d'immersi贸. Alternativament, la soluci贸 es pot ruixar o la pe莽a es pot submergir breument al bany, en aquest cas les reaccions de recobriment tenen lloc mentre la pe莽a encara est脿 humida.[3]

El recobriment 茅s suau i gelatin贸s quan s'aplica per primera vegada, per貌 s'endureix i es torna聽hidr貌fob a mesura que s'asseca, normalment en 24 hores o menys.[3] El curat es pot accelerar escalfant a 70聽掳C (158聽掳F), per貌 una temperatura m茅s alta danyar脿 gradualment el recobriment de l'acer.

Composici贸 del bany

La composici贸 del bany varia molt, segons el material a revestir i l'efecte desitjat. La majoria de les f贸rmules de bany s贸n pr貌pies.

Les formulacions contenen t铆picament compostos de crom hexavalent, com ara聽cromats i dicromats .[6]

El proc茅s Cronak 脿mpliament utilitzat per al zinc i el cadmi consisteix en 5-10 segons d'immersi贸 en una soluci贸 a temperatura ambient que consta de 182聽g /聽L de聽dicromat de sodi (Na聽2 Cr聽2 O聽7 路 2H聽2 O) i 6聽ml /L de聽sulf煤ric concentrat.聽脿cid .[7]

Qu铆mica

El proc茅s de recobriment de cromat comen莽a amb una聽reacci贸 redox entre el crom hexavalent i el metall.[3] En el cas de l'alumini, per exemple,

Cr6+
+聽Al0 鈫捖Cr3+
+聽Al3+

Els cations trivalents resultants reaccionen amb ions聽hidr貌xid a l'aigua per formar els聽hidr貌xids corresponents, o una聽soluci贸 s貌lida d'ambd贸s hidr貌xids:

Cr3+
+ 3聽OH
鈫捖Cr(OH)
3
Al3+
+ 3聽OH
鈫捖Al(OH)
3

En condicions adequades, aquests hidr貌xids es condensen amb l'eliminaci贸 d'aigua per formar un聽sol col路lo茂dal de part铆cules molt petites, que es dipositen com un hidrogel a la superf铆cie del metall. El gel consisteix en un esquelet s貌lid tridimensional d'貌xids i hidr貌xids, amb elements a nanoescala i buits, que tanquen una fase l铆quida. L'estructura del gel dep猫n de la concentraci贸 d'ions met脿l路lics, el聽pH i altres ingredients de la soluci贸, com ara agents quelants i contraions.[3]

La pel路l铆cula de gel es contrau a mesura que s'asseca, comprimint l'esquelet i fent-lo r铆gid. Finalment, la contracci贸 s'atura i l'assecat posterior deixa els porus oberts per貌 secs, convertint la pel路l铆cula en un聽xerogel . En el cas de l'alumini, el recobriment sec consisteix principalment en 貌xid de crom (III)聽Cr
2
O
3
, o 貌xid mixt (III)/(VI), amb molt poc聽Al
2
O
3
. Normalment, les variables del proc茅s s'ajusten per donar un recobriment sec de 200-300聽nm de gruix.[3] [8][9]

El recobriment es contrau a mesura que s'asseca, cosa que fa que s'esquerdi en moltes escates microsc貌piques, descrites com a patr贸 de "fang sec". La soluci贸 atrapada segueix reaccionant amb qualsevol metall que quedi exposat a les esquerdes, de manera que el recobriment final 茅s continu i cobreix tota la superf铆cie.[3]

Tot i que les reaccions principals converteixen la majoria dels anions de crom (VI) (cromats i dicromats) del gel dipositat en compostos de crom (III) insolubles, una petita quantitat roman sense reaccionar en el recobriment un cop sec. Per exemple, en el recobriment format sobre alumini per un bany comercial, es va trobar que al voltant del 23% dels 脿toms de crom eren聽Cr6+
hexavalent, excepte en una regi贸 propera al metall. Aquests residus de crom (VI) poden migrar quan es mulla el recobriment i es creu que tenen un paper important en la prevenci贸 de la corrosi贸 a la pe莽a acabada, concretament, restaurant el recobriment en qualsevol nova esquerda microsc貌pica on podria comen莽ar la corrosi贸.[3] [8] [9]

Substrats

Zinc

El cromatge per precipitaci贸 sovint es realitza en peces聽galvanitzades per fer-les m茅s duradores. El recobriment de cromat actua com la pintura, protegint el zinc de la corrosi贸 blanca, fent que la pe莽a sigui considerablement m茅s duradora, depenent del gruix de la capa de cromat.[10][11][12]

L'efecte protector del cromatge per precipitaci贸 sobre zinc s'indica pel color, passant de clar/blau a groc, daurat, oliva gris i negre. Els recobriments m茅s foscos en general proporcionen m茅s resist猫ncia a la corrosi贸.[13] El color del recobriment tamb茅 es pot canviar amb colorants, de manera que el color no 茅s un indicador complet del proc茅s utilitzat.

La norma ISO 4520 especifica els El cromatge per precipitaci贸 sobre recobriments galvanitzats de zinc i cadmi. ASTM B633 tipus II i III especifiquen el zincat m茅s el cromatge per precipitaci贸 en peces de ferro i acer. Les revisions recents d'ASTM B633 defereixen a ASTM F1941 per a fixacions mec脿niques de zincat, com ara cargols, femelles, etc. El 2019 茅s la revisi贸 actual d'ASTM B633 (reempla莽ada a la revisi贸 del 2015), que va augmentar els llindars de tracci贸 necessaris quan s'enfrontaven problemes de fragilitat per hidrogen amb els problemes de fragilitat en un nou ap猫ndix.

Alumini i els seus aliatges

Per a l'alumini, el bany de conversi贸 de cromat pot ser simplement una soluci贸 d'聽脿cid cr貌mic . El proc茅s 茅s r脿pid (1-5 min), requereix un sol dip貌sit de proc茅s a temperatura ambient i esbandida associat, i 茅s relativament lliure de problemes.[3]

A partir de 1995, la f贸rmula comercial Alodine 1200s de Henkel per a l'alumini constava d'un 50-60% d' anh铆drid cr貌mic聽CrO
3
, 20-30% de tetrafluoroborat de potassi聽KBF
4
, 10-15%聽de ferricianur de potassi K
3
Fe(CN)
, 5-10% d' hexafluorozirconat de potassi聽K
2
ZrF
6
i 5-10% de聽fluorur de sodi NaF en pes. La f贸rmula estava destinada a ser dissolta en aigua a la concentraci贸 de 9,0 g/L, donant un bany amb pH = 1,5. Va donar un color daurat clar despr茅s d'1 min, i una pel路l铆cula marr贸 daurada despr茅s de 3 min. El gruix mitj脿 oscil路lava entre 200 i 1000聽nm.[8]

Iridite 14-2 茅s un bany de conversi贸 de cromat per a alumini. Els seus ingredients inclouen 貌xid de crom (IV),聽nitrat de bari,聽silicofluorur de sodi i聽ferricianur .[14] A la ind煤stria de l'alumini, el proc茅s tamb茅 s'anomena聽pel路l铆cula qu铆mica [15] o聽iridita groga,[15] Els noms comercials de marques comercials inclouen聽Iridite [15] i聽Bonderita [16] (abans coneguda com聽Alodine, o聽Alocrom al Regne Unit).[17] Els principals est脿ndards per al recobriment de conversi贸 de cromat d'alumini s贸n MIL-DTL-5541 als EUA i Def Stan 03/18 al Regne Unit.

Magnesi

Alodine tamb茅 pot referir-se a aliatges de magnesi amb recobriment de cromat.[5]

Acer

L'acer i聽el ferro no es poden cromar directament. L'acer xapat amb zinc o aliatge zinc-alumini es pot cromar.[11][12] El cromatge de l'acer zincat no millora聽la protecci贸 cat貌dica del zinc en l'acer subjacent contra l'聽貌xid .[7]

Recobriments de fosfatatges

Els recobriments de conversi贸 de cromat es poden aplicar sobre els fosfatatge que s'utilitzen sovint en substrats ferrosos . El proc茅s s'utilitza per millorar el recobriment dels fosfatatges.[7]

Seguretat

Els compostos de crom hexavalent han estat un tema d'intensa preocupaci贸 laboral i de salut p煤blica ja que s贸n carcinog猫nics, i s'han convertit en altament regulats.[18]

En particular, la preocupaci贸 per l'exposici贸 dels treballadors als cromats i dicromats durant la manipulaci贸 del bany d'immersi贸 i les parts humides, aix铆 com els petits residus d'aquells anions que queden atrapats en el recobriment, han motivat el desenvolupament de formulacions de bany comercials alternatives que no no contenen crom hexavalent;聽[19] per exemple, substituint els cromats per sals de聽crom trivalents, que s贸n considerablement menys t貌xiques. No obstant aix貌, aquests no semblen proporcionar la protecci贸 contra la corrosi贸 a llarg termini de la f贸rmula tradicional.[9]

A Europa, les directives RoHS i聽REACH fomenten l'eliminaci贸 del crom hexavalent en una 脿mplia gamma d'aplicacions i productes industrials, inclosos els processos de cromatge per precipitaci贸.

Refer猫ncies

  1. Optimot. Consultes ling眉铆stiques禄.
  2. K.H. J眉rgen, Buschow, Robert W. Cahn, Merton C. Flemings, Bernhard Ilschner, Edward J. Kramer, and Subhash Mahajan (2001):聽Encyclopedia of Material 鈥 Science and Technology, Elsevier, Oxford, UK.
  3. 鈫懧Anar a :3,00 3,01 3,02 3,03 3,04 3,05 3,06 3,07 3,08 3,09 3,10 3,11 Joseph H Osborne (2001): "Observations on chromate conversion coatings from a sol鈥揼el perspective".聽Progress in Organic Coatings, volume 41, issue 4, pages 280-286.聽doi:10.1016/S0300-9440(01)00143-6
  4. Joseph H Osborne (2001): "Observations on chromate conversion coatings from a sol鈥揼el perspective".聽Progress in Organic Coatings, volume 41, issue 4, pages 280-286.聽doi:10.1016/S0300-9440(01)00143-6
  5. 鈫懧Anar a :5,0 5,1 Henkel Alodine products home page, accessed 2009-03-27
  6. Robert Peter Frankenthal (2002):聽Corrosion Science: A Retrospective and Current Status in Honor of Robert P. Frankenthal Proceedings of an international symposium.聽ISBN 9781566773355
  7. 鈫懧Anar a :7,0 7,1 7,2 Edwards, Joseph.聽Coating and Surface Treatment Systems for Metals. Finishing Publications Ltd. and ASM International, 1997, p.聽66鈥71.聽ISBN 0-904477-16-9.
  8. 鈫懧Anar a :8,0 8,1 8,2 F. W. Lytle, R. B. Greegor, G. L. Bibbins, K. Y. Blohowiak, R. E. Smith, and G. D. Tuss (1995): "An investigation of the structure and chemistry of a chromium-conversion surface layer on aluminum".聽Corrosion Science, volume 31, issue 3, pages 349-369.聽doi:10.1016/0010-938X(94)00101-B
  9. 鈫懧Anar a :9,0 9,1 9,2 J. Zhao, L. Xia, A. Sehgal, D. Lu, R. L. McCreery, and G. S. Frankel (2001): "Effects of chromate and chromate conversion coatings on corrosion of aluminum alloy 2024-T3".聽Surface and Coatings Technology, volume 140, issue 1, pages 51-57.聽doi:10.1016/S0257-8972(01)01003-9
  10. M. P. Gigandet, J. Faucheu, and M. Tachez (1997): "Formation of black chromate conversion coatings on pure and zinc alloy electrolytic deposits: role of the main constituents".聽Surface and Coatings Technology, volume 89, issue 3, 1pages 285-291.聽doi:10.1016/S0257-8972(96)03013-7
  11. 鈫懧Anar a :11,0 11,1 A. M. Rocco, Tania M. C. Nogueira, Renata A. Sim茫o, and Wilma C. Lima (2004): "Evaluation of chromate passivation and chromate conversion coating on 55% Al鈥揨n coated steel".聽Surface and Coatings Technology, volume 179,iIssues 2鈥3, pages 135-144.聽doi:10.1016/S0257-8972(03)00847-8
  12. 鈫懧Anar a :12,0 12,1 Z. L. Long, Y. C. Zhou, and L. Xiao (2003): "Characterization of black chromate conversion coating on the electrodeposited zinc鈥搃ron alloy".聽Applied Surface Science, volume 218, issues 1鈥4, pages 124-137.聽doi:10.1016/S0169-4332(03)00572-5
  13. Degarmo, E. Paul.聽Materials and Processes in Manufacturing. 9th. Wiley, 2003, p.聽792.聽ISBN 0-471-65653-4.
  14. MacDermid MSDS for Iridite 14-2, Product number 178659.
  15. 鈫懧Anar a :15,0 15,1 15,2 Iridite Chromate Conversion Coating Finish Mil-C-5541 Specification | Engineers Edge禄.
  16. Aircraft Structures 鈥 Alodine Coating禄 (pdf).聽Special Airworthiness Information Bulletin (SAIB): HQ-18-09. FAA, 05-02-2018. [Consulta: 3 abril 2018].
  17. New surface treatment for aluminum. Anthony, J. Iron Age (1946), 158(23), 64-7.
  18. Occupational Exposure to Hexavalent Chromium, US Dept. of Labor, OSHA Federal Register # 71:10099-10385, 28 Feb 2006.
  19. Archived copy禄. Arxivat de l'original el 2011-02-05. [Consulta: 15 setembre 2010].

Bibliografia

  • MIL-HDBK-205,聽Phosphate & Black Oxide Coating of Ferrous Metals: a standard overview on phosphate and black oxide (bluing) coatings
  • Surface Engineering for Wear Resistance. Prentice Hall, 1988, p.聽48.
  • Electrofinishing. American Elsevier Publishing Company, Inc., 1965, p.聽62鈥63..

Enlla莽os externs

  • Qu铆mica del cromatge聽groc i聽verd sobre alumini
  • Henkel Surface Technologies: propietari actual de Parco-Lubrite (un proc茅s de fosfataci贸 de mangan猫s) i altres recobriments Parkerizing per prevenir l'oxidaci贸. (Parco 茅s una marca comercial registrada de Henkel Surface Technologies. )
  • Coral Chemical Company: propietari actual de Coral Eco Treat (proc茅s de recobriment de conversi贸 de vanadi)
  • Parker Rust-Proof de Cleveland: l'煤ltim que queda dels quatre titulars de llic猫ncies originals de la botiga de treball de Parker Chemical, actualment ofereix serveis de fosfataci贸