Хроматное конверсионное покрытие - Chromate conversion coating

Не путать с Хромирование или Диффузионное упрочнение.
Конверсионное покрытие хроматом цинка на мелких стальных деталях.

Хроматное конверсионное покрытие или алодиновое покрытие это тип конверсионное покрытие использовал к пассивировать сталь, алюминий, цинк, кадмий, медь, Серебряный, титан, магний, и банка сплавы.[1]:стр.1265[2] Покрытие служит замедлитель коррозии, как грунтовка улучшить приверженность краски и клеи,[2] в качестве декоративной отделки или для сохранения электрическая проводимость. Он также оказывает некоторое сопротивление истирание и легкое химическое воздействие (например, от грязных пальцев) на мягкие металлы.[2]

Хроматные конверсионные покрытия обычно наносят на повседневные предметы, такие как винты, оборудование и инструменты. Они обычно придают отчетливо переливающийся зеленовато-желтый цвет белым или серым металлам. Покрытие имеет сложный состав, включающий хром соли, и сложная структура.[2]

Процесс иногда называют алодиновое покрытие, термин, используемый специально[2] в отношении товарный знак Алодиновый процесс Henkel Surface Technologies.[3]

Обработать

Хроматные конверсионные покрытия обычно наносят, погружая деталь в химическую ванну до образования пленки желаемой толщины, затем снимая деталь, промывая ее и давая высохнуть. Процесс обычно проводится при комнатной температуре с погружением на несколько минут. В качестве альтернативы решение может быть распылен, либо деталь можно ненадолго окунуть в ванну; В этом случае реакции покрытия происходят, пока деталь еще влажная.[2]

При первом нанесении покрытие становится мягким и студенистым, но затвердевает и становится гидрофобный по мере высыхания, обычно в течение 24 часов или меньше.[2] Отверждение можно ускорить путем нагревания до 70 ° C (158 ° F), но более высокая температура постепенно повредит покрытие на стали.

Состав ванны

Состав ванны сильно различается в зависимости от материала, на который наносится покрытие, и желаемого эффекта. Большинство формул для ванн являются собственными.

Составы обычно содержат шестивалентный хром соединения, такие как хроматы и дихроматы.[4]

Широко используемый Кронак процесс для цинка и кадмия состоит из 5–10 секунд погружения в раствор комнатной температуры, состоящий из 182 г /L дихромат натрия (Na2Cr2О7 · 2H2O) и 6 мл / Л концентрированный серная кислота.[5]

Химия

Процесс покрытия хроматом начинается с окислительно-восстановительная реакция между шестивалентным хромом и металлом.[2] В случае алюминия, например,

Cr6+
 + Al0 → Cr3+
 + Al3+

Эти ионы реагируют с гидроксид ионы в воде с образованием гидроксиды

Cr3+
 + 3 HO−
 → Cr (ОН)
3
Al3+
 + 3 HO−
 → Al (ОН)
3

В соответствующих условиях эти гидроксиды будут конденсироваться с удалением воды с образованием коллоидный золь очень мелких частиц, которые осаждаются в виде гидрогель на поверхности металла. Гель состоит из трехмерного твердого каркаса оксидов и гидроксидов, с наноразмер элементы и пустоты, вмещающие жидкую фазу. Структура геля зависит от концентрации ионов металлов, pH и другие ингредиенты раствора, такие как хелатирующие агенты и противоионы.[2]

Гелевая пленка сжимается по мере высыхания, сжимая скелет и заставляя его затвердеть. Со временем усадка прекращается, и при дальнейшем высыхании поры остаются открытыми, но высыхают, превращая пленку в пленку. ксерогель. В случае алюминия сухое покрытие состоит в основном из оксида хрома (III). Cr
2О
3, или смешанный оксид (III) / (VI), с очень небольшим Al
2О
3. Обычно параметры процесса корректируются для получения сухого покрытия 200-300 мкм. нм толстый.[2][6][7]

Покрытие сжимается по мере высыхания, что вызывает растрескивание на множество микроскопических чешуек, описываемых как узор «засохшей грязи». Однако захваченный раствор продолжает реагировать с любым металлом, который обнажается в трещинах, так что окончательное покрытие остается сплошным и покрывает всю поверхность.[2]

Хотя основные реакции превращают большую часть анионов хрома (VI) (хроматов и дихроматов) в осажденном геле в нерастворимые соединения хрома (III), небольшое их количество остается непрореагировавшим в высохшем покрытии. Например, в покрытии, сформированном на алюминии в промышленной ванне, около 23% атомов хрома оказались Cr6+
, за исключением области рядом с металлом. Эти остатки хрома (VI) могут мигрировать при смачивании покрытия и, как полагают, играют роль в предотвращении коррозии готовой детали, в частности, путем восстановления покрытия в любых новых микроскопических трещинах, где может начаться коррозия.[2][6][7]

Субстраты

Цинк

Хромирование часто проводят на оцинкованный детали, чтобы сделать их более прочными. Хроматное покрытие действует как краска, защищая цинк от белая коррозия, что делает деталь значительно более прочной в зависимости от толщины слоя хромата.[нужна цитата ]

О защитном действии хроматных покрытий на цинк свидетельствует цвет, изменяющийся от прозрачного / синего до желтого, золотого, оливково-серого и черного. Более темные покрытия обычно обеспечивают большую коррозионную стойкость.[8] Однако цвет покрытия также можно изменить с помощью красителей, поэтому цвет не является полным показателем используемого процесса.

ISO 4520 определяет конверсионные хроматные покрытия на гальванических цинковых и кадмиевых покрытиях. ASTM B633 Тип II и III определяет цинкование и преобразование хроматом на железные и стальные детали. Недавние пересмотры ASTM B633 относятся к ASTM F1941 для оцинкования механических крепежных элементов, таких как болты, гайки и т. Д. 2019 - это текущая редакция ASTM B633 (заменившая редакцию 2015 года), которая повысила требуемые пороги растяжения при решении проблем охрупчивания водородом и решена. проблемы хрупкости в новом приложении.

Алюминий и его сплавы

Для алюминия ванна для преобразования хромата может быть просто раствором хромовая кислота. Процесс быстрый (1–5 мин), требует единственного технологического резервуара с температурой окружающей среды и соответствующей промывки и относительно безотказен. [2]

По состоянию на 1995 год коммерческая формула Alodine 1200 от Henkel для алюминия содержала 50-60% хромовый ангидрид Cr
2О
3, 20-30% тетрафторборат калия KBF
4, 10-15% феррицианид калия K
3Fe (CN), 5-IO% гексафторцирконат калия K
2ZrF
6, и 5-I0% фторид натрия NaF по весу. Формула должна была растворяться в воде при концентрации 9,0 г / л, давая баню с pH = 1,5. Через 1 мин получился светло-золотой цвет, а через 3 мин - золотисто-коричневая пленка. Средняя толщина составляла от 200 до 1000 нм.[6]

Иридит 14-2 представляет собой ванну для преобразования хромата алюминия, не содержащего шестивалентного хрома. Его ингредиенты включают оксид хрома (IV), нитрат бария, силикофторид натрия и феррицианид.[9]

В алюминиевой промышленности этот процесс также называют химическая пленка[10] или желтый иридит,[10] Названия коммерческих товарных знаков включают Иридит[10] и Бондерит[11] (ранее известный как Алодин, или Алокром в Великобритании).[12] Основными стандартами для хроматного конверсионного покрытия алюминия являются: MIL-DTL-5541 в США и Def Stan 03/18 в Великобритании.

Магний

Алодин может также относиться к хроматному покрытию магниевые сплавы.[3]

Сталь

Сталь и утюг нельзя хроматировать напрямую. Сталь, покрытая цинком, может быть хромирована. Хромирование оцинкованной стали не улучшает катодная защита основной стали из ржавчина.[5]

Фосфатные покрытия

Хроматные конверсионные покрытия можно наносить на фосфатные конверсионные покрытия часто используется на железо субстраты. Процесс используется для усиления фосфатного покрытия.[5]

Безопасность

Соединения шестивалентного хрома были предметом пристального внимания на рабочем месте и для общественного здравоохранения из-за их канцерогенности, и в результате стали строго регламентироваться.[13]

В частности, опасения по поводу воздействия на рабочих хроматов и дихроматов при работе с иммерсионной ванной и влажными частями, а также небольшими остатками тех анионов, которые остаются захваченными в покрытии, побудили к разработке альтернативных коммерческих составов ванн, которые не содержат шестивалентного хрома;[14] например, путем замены хроматов на трехвалентный хром соли, которые значительно менее токсичны. Однако они, похоже, не обеспечивают долговременную защиту от коррозии, как традиционная формула.[7]

В Европе RoHS и ДОСТИГНУТЬ Директивы поощряют исключение шестивалентного хрома из широкого спектра промышленных приложений и продуктов, включая процессы нанесения покрытий на основе конверсии хрома.

внешние ссылки

использованная литература

  1. ^ К.Х. Юрген, Бушоу, Роберт В. Кан, Мертон К. Флемингс, Бернхард Ильшнер, Эдвард Дж. Крамер и Субхаш Махаджан (2001): Энциклопедия материаловедения и науки , Эльзевир, Оксфорд, Великобритания.
  2. ^ а б c d е ж г час я j k л м Джозеф Х. Осборн (2001): «Наблюдения за преобразованием хроматных покрытий с золь-гель точки зрения». Прогресс в органических покрытиях, том 41, выпуск 4, страницы 280-286. Дои:10.1016 / S0300-9440 (01) 00143-6
  3. ^ а б Домашняя страница продукции Henkel Alodine, дата обращения 27.03.2009.
  4. ^ Роберт Питер Франкенталь (2002): Наука о коррозии: ретроспектива и текущий статус в честь Роберта П. Франкенталя Материалы международного симпозиума. ISBN  9781566773355
  5. ^ а б c Эдвардс, Джозеф (1997). Системы покрытия и обработки поверхности для металлов. Finishing Publications Ltd. и ASM International. С. 66–71. ISBN  0-904477-16-9.
  6. ^ а б c Ф. В. Литл, Р. Б. Грегор, Г. Л. Биббинс, К. Ю. Блоховяк, Р. Э. Смит и Г. Д. Тусс (1995): "Исследование структуры и химии поверхностного слоя конверсии хрома на алюминии". Наука о коррозии, том 31, выпуск 3, страницы 349-369. Дои:10.1016 / 0010-938X (94) 00101-B
  7. ^ а б c Дж. Чжао, Л. Ся, А. Сегал, Д. Лу, Р. Л. МакКрири и Г. С. Франкель (2001): «Влияние хроматных и хроматных конверсионных покрытий на коррозию алюминиевого сплава 2024-T3». Технология поверхностей и покрытий, том 140, выпуск 1, страницы 51-57. Дои:10.1016 / S0257-8972 (01) 01003-9
  8. ^ Дегармо, Э. Пол; Black, J T .; Козер, Рональд А. (2003). Материалы и процессы в производстве (9-е изд.). Вайли. п. 792. ISBN  0-471-65653-4.
  9. ^ Паспорт безопасности материалов MacDermid для иридита 14-2, номер продукта 178659.
  10. ^ а б c http://www.engineersedge.com/iridite.htm
  11. ^ «Конструкции самолетов - алодиновое покрытие» (pdf). Специальный бюллетень информации о летной годности (SAIB): HQ-18-09. FAA. 5 февраля 2018 г.. Получено 2018-04-03.
  12. ^ Новая обработка поверхности алюминия. Энтони, Дж. Железный век (1946), 158 (23), 64-7.
  13. ^ Воздействие шестивалентного хрома на рабочем месте, Министерство труда США, Федеральный регистр OSHA № 71: 10099-10385, 28 февраля 2006 г.
  14. ^ http://www.epa.gov/nrmrl/std/mtb/pdf/web-powdercoatarticleversion1.pdf