Kromat dönüşüm kaplama - Chromate conversion coating

Krom kaplama veya Difüzyon sertleştirme ile karıştırılmamalıdır .
Küçük çelik parçalarda çinko kromat dönüşüm kaplaması.

Kromat dönüşümlü kaplama veya alodin kaplama , çelik , alüminyum , çinko , kadmiyum , bakır , gümüş , titanyum , magnezyum ve kalay alaşımlarını pasifleştirmek için kullanılan bir tür dönüşüm kaplamasıdır . Kaplama, bir korozyon önleyici , boyaların ve yapıştırıcıların yapışmasını iyileştirmek için bir astar olarak, dekoratif bir son kat olarak veya elektrik iletkenliğini korumak için kullanılır . Ayrıca yumuşak metaller üzerinde aşınmaya ve hafif kimyasal saldırılara (örneğin kirli parmaklardan) karşı bir miktar direnç sağlar .

Kromat dönüşüm kaplamaları genellikle vidalar , donanım ve aletler gibi günlük ürünlere uygulanır . Genellikle beyaz veya gri metallere belirgin şekilde yanardöner, yeşilimsi sarı bir renk verirler. Kaplama, krom tuzları içeren karmaşık bir bileşime ve karmaşık bir yapıya sahiptir.

İşlem bazen , özellikle Henkel Surface Technologies'in ticari markalı Alodine işlemine atıfta bulunmak için kullanılan bir terim olan alodin kaplama olarak adlandırılır .

İşlem

Kromat dönüşüm kaplamaları genellikle parçanın istenilen kalınlıkta bir film oluşana kadar kimyasal bir banyoya daldırılması, ardından parçanın çıkarılması, durulanması ve kurumaya bırakılmasıyla uygulanır. İşlem genellikle oda sıcaklığında, birkaç dakika daldırma ile gerçekleştirilir. Alternatif olarak, çözelti püskürtülebilir veya parça kısa bir süre banyoya daldırılabilir; bu durumda kaplama reaksiyonları, parça hala ıslakken gerçekleşir.

Kaplama, ilk uygulandığında yumuşak ve jelatinlidir, ancak kurudukça, tipik olarak 24 saat veya daha kısa sürede sertleşir ve hidrofobik hale gelir . Sertleşme 70 °C'ye (158 °F) kadar ısıtılarak hızlandırılabilir, ancak daha yüksek sıcaklık çelik üzerindeki kaplamaya kademeli olarak zarar verir.

banyo bileşimi

Banyonun bileşimi, kaplanacak malzemeye ve istenen etkiye bağlı olarak büyük ölçüde değişir. Çoğu banyo formülü tescillidir.

Formülasyonlar tipik olarak kromatlar ve dikromatlar gibi altı değerli krom bileşikleri içerir .

Çinko ve kadmiyum için yaygın olarak kullanılan Cronak işlemi , 182 g / L sodyum dikromat (Na 2 Cr 2 O 7 · 2H 2 O) ve 6 mL /L konsantre sülfürikten oluşan oda sıcaklığındaki bir çözeltiye 5-10 saniye daldırma işleminden oluşur. asit .

Kimya

Kromat kaplama işlemi , altı değerlikli krom ve metal arasında bir redoks reaksiyonu ile başlar . Örneğin alüminyum durumunda,

cr6+
+ Al 0 → Kr3+
+ Al3+

Bu iyonlar ile reaksiyona hidroksit oluşturmak için su içinde iyon hidroksitler

cr3+
+ 3 H O-
→ Cr(OH)
3
Al3+
+ 3 H O-
→ Al(OH)
3

Uygun koşullar altında, bu hidroksitler , metalin yüzeyinde bir hidrojel olarak biriken çok küçük partiküllerden oluşan bir kolloidal sol oluşturmak üzere suyun ortadan kaldırılmasıyla yoğunlaşacaktır . Jel, sıvı fazı çevreleyen nano ölçekli elementler ve boşluklar ile oksit ve hidroksitlerden oluşan üç boyutlu katı bir iskeletten oluşur . Jelin yapısı metal iyon konsantrasyonuna, pH'a ve şelatlama maddeleri ve karşı iyonlar gibi çözeltinin diğer bileşenlerine bağlıdır.

Jel film kurudukça büzülür, iskeleti sıkıştırır ve sertleşmesine neden olur. Sonunda büzülme durur ve daha fazla kuruma gözenekleri açık ama kuru bırakarak filmi bir kserojele dönüştürür . Alüminyum söz konusu olduğunda, kuru kaplama çoğunlukla krom(III) oksit Cr'den oluşur.
2Ö
3veya çok az Al ile karışık (III)/(VI) oksit
2Ö
3. Tipik olarak proses değişkenleri, 200-300 nm kalınlığında kuru bir kaplama verecek şekilde ayarlanır .

Kaplama kurudukça büzülür ve bu da "kurumuş çamur" deseni olarak tanımlanan birçok mikroskobik pula ayrılmasına neden olur. Bununla birlikte, kapana kısılmış çözelti, çatlaklarda açığa çıkan herhangi bir metal ile reaksiyona girmeye devam eder, böylece nihai kaplama sürekli olur ve tüm yüzeyi kaplar.

Ana reaksiyonlar, biriken jeldeki krom(VI) anyonlarının (kromatlar ve dikkromatlar) çoğunu çözünmeyen krom(III) bileşiklerine dönüştürse de, kurumuş kaplamada bunların küçük bir miktarı reaksiyona girmeden kalır. Örneğin ticari bir banyo ile alüminyum üzerine oluşturulan kaplamada krom atomlarının yaklaşık %23'ünün Cr olduğu bulunmuştur.6+
, metalin yanındaki bir bölge hariç. Bu krom(VI) kalıntıları, kaplama ıslandığında göç edebilir ve özellikle korozyonun başlayabileceği herhangi bir yeni mikroskobik çatlakta kaplamayı eski haline getirerek, bitmiş parçada korozyonun önlenmesinde rol oynadığına inanılır.

yüzeyler

Çinko

"Çinko sarısı" Burada yönlendirir. RAL rengi için bkz. RAL 1018 Çinko sarı .

Kromatlama, daha dayanıklı hale getirmek için genellikle galvanizli parçalar üzerinde gerçekleştirilir . Kromat kaplama, boya gibi davranır, çinkoyu beyaz korozyondan korur , böylece kromat tabakasının kalınlığına bağlı olarak parçayı önemli ölçüde daha dayanıklı hale getirir.

Kromat kaplamaların çinko üzerindeki koruyucu etkisi, berrak/maviden sarıya, altın, zeytin rengi ve siyaha doğru ilerleyen renklerle belirtilir. Daha koyu kaplamalar genellikle daha fazla korozyon direnci sağlar. Bununla birlikte, kaplama rengi boyalarla da değiştirilebilir, bu nedenle renk, kullanılan işlemin tam bir göstergesi değildir.

ISO 4520, elektrolizle kaplanmış çinko ve kadmiyum kaplamalar üzerindeki kromat dönüşüm kaplamalarını belirtir. ASTM B633 Tip II ve III, demir ve çelik parçalarda çinko kaplama artı kromat dönüşümünü belirtir. ASTM B633'ün son revizyonları, cıvatalar, somunlar vb. gibi çinko kaplama mekanik bağlantı elemanları için ASTM F1941'e uyar. 2019, ASTM B633'ün (2015'teki revizyonun yerini almıştır) hidrojen gevrekliği sorunlarıyla karşılaşıldığında gerekli çekme eşiklerini yükselten ve ele alınan mevcut revizyondur. gevreklik endişeleri yeni bir ekte.

Alüminyum ve alaşımları

Alüminyum için, kromat dönüştürme banyosu basitçe bir kromik asit çözeltisi olabilir . İşlem hızlıdır (1-5 dakika), tek bir ortam sıcaklığında işlem tankı ve ilgili durulama gerektirir ve nispeten sorunsuzdur.

1995 itibariyle, Henkel'in alüminyum için Alodine 1200s ticari formülü %50-60 kromik anhidrit CrO'dan oluşuyordu.
3, %20-30 potasyum tetrafloroborat KBF
4, %10-15 potasyum ferrisiyanür K
3Fe(CN) , %5-10 potasyum heksaflorozirkonat K
2ZrF
6ve ağırlıkça %5-10 sodyum florür NaF . Formülün, pH = 1.5 olan bir banyo vererek, 9.0 g/L konsantrasyonunda suda çözünmesi amaçlandı. 1 dakika sonra açık altın rengi ve 3 dakika sonra altın-kahverengi bir film verdi. Ortalama kalınlık 200 ile 1000 nm arasında değişmektedir.

Iridite 14-2, alüminyum için bir kromat dönüştürme banyosudur. İçeriğinde krom(IV) oksit , baryum nitrat , sodyum silikoflorür ve ferrisiyanür bulunur . Alüminyum endüstrisinde, işlem olarak da adlandırılır , kimyasal bir film ya da sarı iridite , ticari isimleri şunlardır markalı Iridite ve Bonderite'i (eski adı Alodine® veya Alocrom İngiltere). Alüminyumun kromat dönüşümlü kaplaması için ana standartlar ABD'de MIL-DTL-5541 ve İngiltere'de Def Stan 03/18'dir .

Magnezyum

Alodin ayrıca kromat kaplamalı magnezyum alaşımlarına atıfta bulunabilir .

Çelik

Çelik ve demir doğrudan kromatlanamaz. Çinko veya çinko-alüminyum alaşımı ile kaplanmış çelik kromatlanabilir. Kromatlanmış çinko kaplı çelik, çinkonun alttaki çeliğin paslanmaya karşı katodik korumasını artırmaz .

fosfat kaplamalar

Kromat dönüşüm kaplamaları, genellikle demirli yüzeylerde kullanılan fosfat dönüşüm kaplamalarının üzerine uygulanabilir . İşlem, fosfat kaplamayı geliştirmek için kullanılır.

Emniyet

Altı değerlikli krom bileşikleri, kanserojenlikleri nedeniyle yoğun iş yeri ve halk sağlığı endişesinin konusu olmuştur ve sonuç olarak yüksek düzeyde düzenlemeye tabi tutulmuştur.

Özellikle, daldırma banyosunu ve ıslak kısımları tutarken işçilerin kromatlara ve dikromatlara maruz kalmasıyla ilgili endişeler ve ayrıca kaplamada hapsolmuş bu anyonların küçük kalıntıları, alternatif ticari banyo formülasyonlarının geliştirilmesini motive etmiştir. altı değerlikli krom içermez; örneğin, kromatları önemli ölçüde daha az toksik olan üç değerlikli krom tuzları ile değiştirerek . Bununla birlikte, bunlar geleneksel formülün uzun vadeli korozyon korumasını sağlamıyor gibi görünüyor.

Avrupa'da, RoHS ve REACH Direktifleri, kromat dönüşümlü kaplama prosesleri de dahil olmak üzere geniş bir endüstriyel uygulama ve ürün yelpazesinde altı değerlikli kromun ortadan kaldırılmasını teşvik eder.

Referanslar

  1. ^ KH Jürgen, Buschow, Robert W. Cahn, Merton C.Flemings, BernhardIlschner, Edward J. Kramer ve Subhash Mahajan (2001): Encyclopedia of Material - Science and Technology , Elsevier, Oxford, İngiltere.
  2. ^ Bir b c d e f g h i j k l m Joseph H Osborne (2001): "Bir sol-jel açısından kromat konversiyon kaplamaları üzerindeki gözlemler". Organik Kaplamalarda İlerleme , cilt 41, sayı 4, sayfa 280-286. doi : 10.1016/S0300-9440(01)00143-6
  3. ^ a b Henkel Alodine ürünleri ana sayfası , erişildi 2009-03-27
  4. ^ Robert Peter Frankenthal (2002): Korozyon Bilimi: Robert P. Frankenthal Onuruna Bir Retrospektif ve Güncel Durum Uluslararası bir sempozyumun bildirileri. ISBN  9781566773355
  5. ^ Bir b c Edwards, Yusuf (1997). Metaller İçin Kaplama ve Yüzey İşlem Sistemleri . Finishing Publications Ltd. ve ASM International. s. 66–71. ISBN'si 0-904477-16-9.
  6. ^ a b c F. W. Lytle, RB Greegor, GL Bibbins, KY Blohowiak, RE Smith ve GD Tuss (1995): "Alüminyum üzerinde bir krom-dönüşüm yüzey tabakasının yapısı ve kimyasının incelenmesi". Korozyon Bilimi , cilt 31, sayı 3, sayfa 349-369. doi : 10.1016/0010-938X(94)00101-B
  7. ^ a b c J. Zhao, L. Xia, A. Sehgal, D. Lu, RL McCreery ve GS Frankel (2001): "Alüminyum alaşımı 2024-T3'ün korozyonu üzerine kromat ve kromat dönüşüm kaplamalarının etkileri". Yüzey ve Kaplama Teknolojisi , cilt 140, sayı 1, sayfa 51-57. doi : 10.1016/S0257-8972(01)01003-9
  8. ^ MP Gigandet, J. Faucheu ve M. Tachez (1997): "Saf ve çinko alaşımı elektrolitik tortular üzerinde siyah kromat dönüşüm kaplamalarının oluşumu: ana bileşenlerin rolü". Yüzey ve Kaplama Teknolojisi , cilt 89, sayı 3, 1 sayfa 285-291. doi : 10.1016/S0257-8972(96)03013-7
  9. ^ a b A. M. Rocco, Tania MC Nogueira, Renata A. Simão ve Wilma C. Lima (2004): "%55 Al-Zn kaplı çelik üzerinde kromat pasivasyonu ve kromat dönüşüm kaplamasının değerlendirilmesi". Yüzey ve Kaplamalar Teknolojisi , cilt 179,iSayılar 2–3, sayfa 135-144. doi : 10.1016/S0257-8972(03)00847-8
  10. ^ a b Z. L. Long, YC Zhou ve L. Xiao (2003): "Elektrodepoze çinko-demir alaşımı üzerinde siyah kromat dönüşüm kaplamasının karakterizasyonu". Applied Surface Science , cilt 218, sayılar 1–4, sayfalar 124-137. doi : 10.1016/S0169-4332(03)00572-5
  11. ^ Degarmo, E. Paul; Siyah, JT.; Kohser, Ronald A. (2003). İmalatta Malzemeler ve İşlemler (9. baskı). Wiley. P. 792. ISBN 0-471-65653-4.
  12. ^ Iridite 14-2 için MacDermid MSDS, Ürün numarası 178659.
  13. ^ a b c "İridit Kromat Dönüşüm Kaplama Finish Mil-C-5541 Spesifikasyonu | Engineers Edge" .
  14. ^ "Uçak Yapıları – Alodin Kaplama" (pdf) . Özel Uçuşa Elverişlilik Bilgi Bülteni (SAIB): HQ-18-09 . FAA. 5 Şubat 2018 . 2018-04-03 alındı .
  15. ^ Alüminyum için yeni yüzey işlemi. Anthony, J. Demir Çağı (1946), 158(23), 64-7.
  16. ^ Hexavalent Chromium'a Mesleki Maruz Kalma, ABD Çalışma Bakanlığı, OSHA Federal Kayıt No. 71:10099-10385, 28 Şubat 2006.
  17. ^ http://www.epa.gov/nrmrl/std/mtb/pdf/web-powdercoaarticleversion1.pdf

Dış bağlantılar

  • Alüminyum üzerinde sarı ve yeşil kromatlama kimyası