Szukaj

    Galwanotechnika

    Wydanie nr: 2(112)/2018

    Artykuły branżowe

    Galwanotechnika

    ponad rok temu  09.05.2018, ~ Administrator   

    Różnice w tworzeniu warstwy konwersyjnej spowodowane nieefektywnym mieszaniem.

    Różnice w tworzeniu warstwy konwersyjnej spowodowane nieefektywnym mieszaniem.

    Strona 1 z 4

    Optymalizacja procesu niezbędna do osiągnięcia wysokiej odporności korozyjnej oraz dekoracyjnego wyglądu powłoki

    Precyzyjna kontrola procesu pasywowania powłok cynkowo-niklowych ma ogromny wpływ na osiąganą odporność korozyjną. Dokładna kontrola parametrów, takich jak stężenie, temperatura, czas zanurzenia czy wartość pH ma istotny wpływ na tworzenie warstwy konwersyjnej, która decyduje o wysokiej odporności korozyjnej.

    Streszczenie

    Powłoka konwersyjna może być bezbarwna, opalizująca, czarna bądź niebieska. Zarówno bardzo agresywny proces pasywowania, jak i zbyt wysokie stężenie niklu w powłoce cynkowo-niklowej mogą prowadzić do pogorszenia właściwości antykorozyjnych.
    Jak wiadomo, w procesie pasywowania powłok cynkowych lub cynkowo-niklowych, znaczne zanieczyszczenie kąpieli żelazem czy cynkiem ma negatywny wpływ na proces tworzenia warstwy konwersyjnej. Dlatego właśnie ich stężenie powinno być kontrolowane i utrzymywane w wąskim zakresie. Dobre płukanie po procesie pasywowania, odpowiednie mieszanie elektrolitu czy ruch detali są niezbędne do uzyskania jednorodnej warstwy konwersyjnej.
    Artykuł ten opisuje najważniejsze parametry procesu pasywowania oraz ich wpływ na zdolność pasywacyjną. Omawiając optymalizację procesu wzięto również pod uwagę aspekty ekonomiczny oraz ekologiczny. 

    Wprowadzenie

    Tworzenie powłoki ochronnej na powierzchniach metali nazywamy pasywowaniem. Powłoka ta zapobiega lub zatrzymuje korozję podłoża. Roztwory do pasywacji zawierają jony chromu (III), kobaltu oraz azotany i inne jony (fluorki, kwasy organiczne itp.).
    Mimo że pasywacje oparte na chromie (III) są stosowane od dłuższego czasu, to chromiany zawierające chrom (VI), używane w przemyśle motoryzacyjnym, zostały wykluczone ze stosowania w powłokach antykorozyjnych dopiero 1 lipca 2007 roku, po wprowadzeniu dyrektywy ELV 2000/53/EC w sprawie pojazdów wycofanych z eksploatacji. Artykuł ten opisuje tylko procesy oparte na chromie (III).
    Proces tworzenia warstwy konwersyjnej przebiega w trzech etapach:
    W pierwszym etapie roztwór o niskim pH (wartość pH zwykle mieści się w przedziale 1,8 – 2,2 do maksymalnie 4,5) „atakuje” warstwę cynkowo-niklową z jednoczesnym wydzielaniem wodoru (równ. 1). pH na powierzchni metalu wzrasta (rys. 1 oraz 2a).
    W pasywacjach opartych na chromie (III) jon chromowy jest prawie całkowicie skompleksowany (równ. 2).
    W procesie tworzenia warstwy konwersyjnej może powstawać wiele związków kompleksowych. W najprostszym przypadku kompleksy tworzone są z cząsteczkami wody, a także jonami fluoru lub kwasami organicznymi.
    Czynnik kompleksujący ma duże znaczenie przy formowaniu się powłoki konwersyjnej (k1, równ. 3). Szybko tworzące się kompleksy (z cząsteczkami wody) tworzą łatwą do starcia powłokę. Kompleksy tworzone np. z fluorkami powstają wolniej, są bardziej stabilne, a utworzona powłoka jest cienka 
    i zwarta.
    Z powodu wzrostu pH na powierzchni metalu powstaje kompleks chromu (III). Dodatkowo wiązane są kolejne składniki aktywne, mające wpływ na właściwości powłoki (równ. 4, ryc. 2d).
    Podczas procesu suszenia wytwarzają się polimerowe struktury tlenku chromu (III), wodorotlenku, tlenku cynkowo-chromowego (III), a także tlenku niklowo-chromowego (III).
    Zależnie od typu pasywacji, amorficzne warstwy konwersyjne mają grubość od 50 nm (bezbarwna, niebieska, rys. 3a) do 400 nm (opalizująca, czarna, rys. 3b) o strukturze mniej lub bardziej spękanej (rys. 3c).
    Do roztworu pasywacji można dodać koloidalną zawiesinę cząsteczek krzemu (< 50 nm). Cząsteczki te wbudowują się w powłokę konwersyjną zamykając pory i spękania, zwiększając ochronę barierową. 

    Poleć innym

    GALERIA ZDJĘĆ

    Rys. 1. Wartość pH wzrasta na powierzchni metalu, tworzenie struktury polimerowej tlenku chromu (III). [1]
    Rys. 2. Tworzenie warstwy konwersyjnej, opis schematyczny: a) kwaśny atak na powierzchnię cynkowo-niklową zgodnie z równ. 1, rozpuszczanie cynku i niklu oraz wydzielanie wodoru, b) wzrost wartości pH na powierzchni cynku-niklu wskutek zmniejszenia stężenia kwasu, c) powstawanie wodorotlenku chromu d) z jednoczesnym wiązaniem jonów cynkowych i niklowych oraz kolejnych kationów oraz anionów z roztworu. [2]
    Rys. 3. Grubość i struktura powłoki konwersyjnej, a = niebieska,b = opalizująca (grubopowłokowa), c = typowa szorstka struktura pasywacji czarnej.
    Rys. 4. Wymagana odporność korozyjna (do białej korozji) zgodnie z ISO 19598:2017-04 spasywowanych powłok cynk-nikiel w układzie zawieszkowym.
    Rys. 5. Wymagana odporność korozyjna zgodnie z PN EN ISO 19598:2017-04 (do białej korozji) spasywowanych i uszczelnionych powłok cynk-nikiel w aplikacji bębnowej.
    Rys. 6. Pasywacje niezawierające kobaltu, kwasu borowego i/lub fluorków w aplikacji zawieszkowej, czarne pasywacje z uszczelniaczem.
    Rys. 7. Brak zmian w wyglądzie powłoki po procesie wygrzewania.
    Rys. 8. Zmiany w wyglądzie po procesie wygrzewania.
    Rys. 9. Zwiększenie stężenia niklu w powłoce i zmniejszenie grubości podczas procesu pasywowania.
    Rys. 10. OCP stali, powłok cynku i cynku-niklu, 1 h w 5% wag. roztworze chlorku sodu, temp. 35°C. Sprzęt: Potencjostat PGSTAT302N (oprogramowanie GPES), płaska cela pomiarowa EL-F-001, Metrohm, elektroda robocza 0,882 cm2, elektroda odniesienia SCE (0,2412 V vs. SHE 25°C).
    Rys. 11. Dyfrakcja światła i interferencja na powłoce cynk-nikiel.
    Rys. 12. Wpływ czasu zanurzenia przy stałej temperaturze i pH.
    Rys. 13. Wpływ pH przy stałej temperaturze i czasie zanurzenia. W podanym przykładzie optymalna wartość pH=2,5.
    Rys. 14. Wzrost stężenia zanieczyszczeń (Zn2+, Ni2+, Fe2+) w roztworze pasywacji.
    Rys. 15. Wpływ zanieczyszczeń metalicznych na odporność korozyjną, 192 h, ISO 9227.
    Rys. 16. Wpływ zanieczyszczeń metalicznych na odporność korozyjną, 192 h, ISO 9227.
    Rys. 17. Wpływ zanieczyszczeń metalicznych na odporność korozyjną, 192 h, ISO 9227.
    Rys. 18. Urządzenie do oczyszczania roztworu pasywacji z zanieczyszczeń metalicznych.
    Rys. 19. Stężenia zanieczyszczeń w roztworze pasywacji z zastosowaniem (zielona linia) i bez (czerwona linia) kolumny jonowymiennej.
    Rys. 20. Różnice w tworzeniu warstwy konwersyjnej spowodowane nieefektywnym mieszaniem.

    Jak się czujesz po przeczytaniu tego artykułu ? Głosów: 1

    • 0
      ZADOWOLONY
    • 1
      ZASKOCZONY
    • 0
      POINFORMOWANY
    • 0
      OBOJĘTNY
    • 0
      SMUTNY
    • 0
      WKURZONY
    • 0
      BRAK SŁÓW

    Komentarze (0)

    dodaj komentarz
    Aby dodać komentarz musisz podać wynik
      Nie ma jeszcze komentarzy...

    WYDANIE 2(112)/2018

    do góry strony