Улучшение пассивирующих и хромитовых покрытий

Как улучшить качество пассивирующего покрытия при наличии механических ограничений? Адам БлЭйкли из компании MacDermid Enthone подробно объясняет данную ситуацию.

Я остановлюсь на определении пассивирующего покрытия и его наиболее важных параметров и характеристик, включая pH, концентрацию, перемешивание, время погружения, загрязнения и температуру.

Предприятия, занимающиеся нанесением покрытий, часто не могут воплотить все возможности технологии пассивации из-за непреодолимых ограничений своих производственных линий. Однако существуют способы обойти эти ограничения без значительных капиталовложений.

Для повышения агрессивности, скорости реакции и интенсивности пассивации необходимо использовать следующие параметры: снижение pH, повышение температуры, повышение интенсивности перемешивания, увеличение времени погружения, использование более чистого раствора (предотвращение накопления загрязнений), повышение концентрации и использование более чистого раствора для блестящего травления. Чтобы снизить агрессивность пассивации, просто сделайте все наоборот.

Возьмем, например, цех с ограничением по времени погружения и/или температуре. Незначительное изменение pH и/или других перечисленных выше параметров приведет к повышению общей активности пассивации, обеспечив надлежащее пленкообразование без кардинальных изменений настроек линии. Рассмотрим некоторые другие факторы:

• Реакция пассивации. В качестве пассиваторов трехвалентного хрома используются кислые растворы, предназначенные для частичного растворения металла (например, цинкового покрытия) при погружении. При растворении выделяется газообразный водород, который, в свою очередь, повышает pH на границе между раствором и деталью, из-за чего элементы хрома осаждаются в пассивирующем растворе, а затем прикрепляются к металлу в виде тонкой гелеобразной пленки. Другие химические компоненты действуют в качестве активаторов, стабилизаторов, стимуляторов, комплексообразователей, буферных веществ и катализаторов.
• pH. pH — это самый важный параметр из шести описанных, поскольку он значительно меняется на протяжении всего цикла нанесения покрытия. Независимо от состава, низкое значение pH, лежащее за пределами рекомендуемого диапазона, может оказать негативное влияние на покрытие, поскольку зачастую это приводит к полному растворению металлического покрытия и неспособности образования пленки. Высокое значение pH вызывает обратный эффект: пленка образуется либо слишком медленно, при этом образуется тонкая пленка, которая негативно влияет на коррозионную стойкость, цвет и даже адгезию (рыхлые покрытия), либо пленка не образуется вовсе.
• Концентрация. Вынос раствора — это обычно самый быстрый способ снижения концентрации раствора; это больше выражено в растворах с более низкой концентрацией (обычно это голубая пассивация). Более высокая концентрация может уменьшить накопление загрязнений благодаря присутствию большего количества хрома.
• Перемешивание. Чем интенсивнее перемешивание, тем быстрее образуется покрытие, поскольку свежий раствор вступает в контакт с металлом при протекании реакции. При стабильном равномерном перемешивании образуются самые высококачественные покрытия. Скорость вращения барабана следует ограничивать, чтобы избежать истирания покрытия. При нанесении покрытий на подвесках трудности связаны с  тем, что интенсивность перемешивания в верхней части более высокая, из-за чего покрытие отличается по цвету и толщине. Без перемешивания для получения необходимой толщины покрытия требуется в два раза больше времени.
• Продолжительность погружения. При любом виде пассивации существует оптимальное время погружения, которое имеет важное значение для цвета, прозрачности, адгезии, яркости и толщины покрытия. При слишком длительном погружении может произойти непривлекательное изменение цвета (радужность), образование рыхлых покрытий, а иногда даже образование более тонких покрытий. Это связано с тем, что покрытие начинает терять свою целостность после того, как кислота больше не образует пленку, а начинает атаковать само покрытие. Недостаточное время погружения без изменения какого-либо другого параметра приведет к образованию более тонкого покрытия с неравномерным цветом и низкой коррозионной стойкостью.
• Загрязнения. Цинк считается неизбежным загрязнением, которое негативно влияет на эффективность пассивации, однако это влияние можно частично сократить, увеличив концентрацию пассиватора, что, в свою очередь, увеличит содержание хрома, который противодействует цинку. Загрязнение железом обычно связано с недостаточной кроющей способностью цинка, особенно при покрытии деталей из трубчатой стали. Кислотные пассиваторы воздействуют на сталь, выщелачивая железо в пассивирующий раствор. Для многих пассиваторов предельное содержание железа составляет 100–500 м.д., поскольку оно воздействует на однородность цвета и коррозионную стойкость. Медь еще более опасна даже при низком содержании, она вызывает выцветание и образование черных полос в углублениях. На коррозионную стойкость может катастрофически повлиять даже 0,1 % хрома, содержащегося в пассивирующем растворе, что зачастую составляет менее 5 м.д., особенно при голубой пассивации.
• Температура. Температура — это последний катализатор, применяемый для повышения эффективности образования пассивирующей пленки. Высокая температура увеличивает скорость и интенсивность реакции, что сказывается на толщине пленки. Однако резкое изменение температуры происходит редко. Толстослойная пассивация часто требует значительного нагрева для нормального протекания реакции, однако для многих пассиваторов не требуется дополнительный нагрев при условии, что температура окружающей среды не выходит за минимальный предел согласно требованиям спецификации. Из-за чрезмерного нагрева может образоваться тонкая и рыхлая пленка, а при слишком низких температурах может образоваться тонкое покрытие или же покрытие вообще не образуется.
• Блестящее травление. Блестящее травление — это вид дополнительной обработки, которым зачастую пренебрегают. Используются разбавленная азотная или серная кислоты или даже соляная, аминосульфоновая и лимонная кислоты, предназначенные для удаления щелочных или органических пленок с покрытия, чтобы подготовить его к равномерной и однородной пассивации и поддержать необходимый уровень pH и чистоту ванны пассивации, увеличивая таким образом ее срок службы.

Располагая данной информацией, специалисты должны лучше понимать, как работают пассиваторы, и могут воспользоваться полученными знаниями, чтобы скорректировать указанные факторы и компоненты для получения требуемого цвета, толщины пленки и коррозионной стойкости без необходимости в излишних затратах, инновациях, сложном техническом оснащении и модернизации оборудования.