Взгляд изнутри на дополнительную отделку после нанесения цинковых и цинк-никелевых покрытий.
Когда в середине 1980-х годов я начинал свою карьеру в сфере металлообработки, эта отрасль находилась на стадии самоанализа в попытках определить, в каком направлении двигаться дальше. Мне кажется интересным оглянуться назад в то время и вспомнить все изменения, которые начали происходить в 1990-х годах. В промышленности преобладали экологические проблемы. Я точно помню, что рынок был наводнен новыми технологиями и оборудованием для решения экологических проблем в гальваническом производстве. За этим последовали разработки в области технологии нанесения покрытий, направленные на решение глобальных проблем загрязнения воздуха и воды, связанных с утилизацией покрытых изделий по окончании срока службы. Задача специалистов по химическим составам состояла в разработке экологически безопасных процессов, отвечающих требованиям к коррозионностойкой отделке.
Кислотное цинкование и трехвалентная пассивация Asterion используется для различных фитингов и труб холодного формования. Фото предоставлено компанией APCOM (Франклин, штат Теннесси).
Перенесемся в сегодняшний день. Отрасль в целом хорошо адаптировалась и обеспечивает производителей оборудования в разных секторах промышленности качественными покрытиями, которые соответствуют строгим экологическим стандартам и жестким требованиям к коррозионной стойкости.
Можно утверждать, что в последние годы большое внимание, уделяемое новым и усовершенствованным технологиям в области дополнительной обработки после нанесения покрытий, направлено на цинковые и цинк-никелевые покрытия. Движущей силой нового развития стала автомобильная промышленность. При ускоренных коррозионных испытаниях, таких как испытания в солевом тумане, испытания гравийной дороги, испытания на воздействие температуры и влажности, среди прочего, пытаются имитировать реальные условия эксплуатации, чтобы предоставить компаниям определенный показатель эксплуатационных характеристик, с помощью которого можно оценить улучшение коррозионной стойкости их продукции.
ЦИНКОВАНИЕ
Кроме корректировки толщины цинкового покрытия, процесс последующей обработки необходим для повышения коррозионной стойкости. Отделка выбирается, исходя из требований заказчика.
ХРОМАТЫ (ПАССИВАТОРЫ)
Просто говоря, термины хромат и пассиватор взаимозаменяемы, хотя технически они различаются. Хромат — конверсионное покрытие, в котором шестивалентный хром вступает в реакцию с цинковым покрытием, чтобы придать ему защитную функцию. Разработка пассиваторов была обусловлена стремлением исключить шестивалентный хром из производственного процесса и готового изделия. При трехвалентной пассивации значения pH низкие, обычно в диапазоне 1,8 — 2,5. Пассиваторы имеют сложный химический состав, содержащий металлы, ускорители, окислители и комплексообразователи. Трехвалентные пассиваторы можно разделить на две категории: тонкопленочные и толстопленочные.
Тонкопленочные трехвалентные пассиваторы позволяют получить тонкое покрытие на основе трехвалентного хрома поверх цинкового покрытия. Для повышения коррозионной стойкости в пассивирующие составы иногда добавляют кобальт. Директивы ЕС по прекращению использования кобальта послужили толчком к разработкам новых альтернативных составов, которые не содержат кобальт. Коррозионная стойкость покрытия зависит от нескольких факторов в производственном процессе, например, эффективность блестящего травления в азотной кислоте перед пассивацией, концентрация пассивирующего агента, pH, продолжительность процесса, температура ванны, качество нанесенного покрытия, количество примесей в пассивирующей ванне, степень чистоты ванн промывки и качество сушки деталей. Тонкопленочная пассивация обычно выполняется при температуре окружающей среды и позволяет получить значительно более тонкое покрытие, чем толстопленочная пассивация. Толщина пассивирующей пленки варьируется в диапазоне от 1 микрона и более для толстопленочной пассивации до 0,5 микрон и менее для тонкопленочной пассивации.
Кислотные системы цинкования Asterion с трехвалентной пассивацией обеспечивают отличную пластичность и высокую адгезию. Источник: компания Asterion
Тонкопленочные пассиваторы обычно дают более голубоватый оттенок, чем толстопленочные пассиваторы. Толстопленочные пассиваторы, как правило, работают при нагревании и содержат более высокую концентрацию солей металлов. Благодаря толщине эти составы обеспечивают более высокую коррозионную стойкость при меньших затратах, поскольку нет необходимости использовать дополнительные материалы для получения требуемых эксплуатационных характеристик.
ЦИНК-НИКЕЛЕВЫЕ ПОКРЫТИЯ
В последующей обработке цинк-никелевых покрытий существует несколько заметных отличий. После нанесения покрытия для активации поверхности перед пассивацией используется кислота-неокислитель.
ПАССИВАЦИЯ
Хотя цинк-никелевые покрытия обладают высокой коррозионной стойкостью сразу после нанесения, рекомендуется выполнять пассивацию для получения дополнительного защитного слоя, чтобы уменьшить образование продуктов коррозии (белой ржавчины). Пассивация цинк-никелевых покрытий обычно дает прозрачно-голубоватый оттенок или черный цвет. В некоторых случаях прозрачно-голубоватое покрытие дополнительно обрабатывают герметиком для усиления коррозионной защиты. Черные пассивирующие покрытия почти всегда подвергаются последующему уплотнению, которое улучшает функциональные и эстетические свойства покрытия. Уровень pH пассивирующей ванны обычно поддерживается в диапазоне 3,0 — 4,0 для получения голубоватого покрытия и 2,0 — 2,5 для черного покрытия. Для цинк-никелевых покрытий рекомендуется использовать тонкопленочные пассиваторы.
ГЕРМЕТИКИ
Когда для цинковых и цинк-никелевых покрытий требуется более высокая коррозионная защита, чем может обеспечить пассивация, необходим дополнительный процесс. Чтобы обеспечить более эффективную защиту от коррозии, используются прозрачные герметики.
Как правило, герметик для цинковых покрытий должен соответствовать строгим требованиям к ускоренным коррозионным испытаниям. Силикатные герметики представлены на рынке уже много лет, они считаются очень надежными для использования в качестве прозрачного верхнего слоя на пассивированном покрытии.
Такие герметики широко распространены благодаря низким эксплуатационным затратам и дополнительной защите от коррозии, которую они обеспечивают в сочетании с защитой пассивирующего слоя. Силикатные герметики можно отнести к аморфным стеклянным покрытиям, которые эффективно “герметизируют” пассивирующую пленку. Для силикатных герметиков характерно уменьшение интенсивности синего оттенка прозрачной, ярко-голубой пассивирующей пленки и образование почти прозрачного покрытия. Это одностадийный заключительный процесс после пассивации (и промывки после пассивации). Как правило, процесс выполняется при нагревании. Следует отметить, что, если для предотвращения водородного охрупчивания требуется высокотемпературная сушка деталей, силикатный герметик следует наносить после этой стадии.
Последняя инновация в технологии герметиков — это органические герметики на основе наночастиц. Этот уникальный процесс можно использовать в одной ванне на последнем этапе перед сушкой. Процесс не требует нагревания и работает в слабощелочной среде. Допускается дополнительная горячая сушка после процесса.
Герметик образует прозрачную пленку, обладающую самовосстанавливающими свойствами (подобно шестивалентным хроматным покрытиям) и высоким модулем упругости, что необходимо для деталей, которые гофрируются после нанесения покрытия. Еще одно преимущество этого герметика — его высокая устойчивость к присутствию примесей, которые попадают в пассивирующую ванну, например, на автоматических установках большого объема.
ДОБАВКИ В ВИДЕ НАНОЧАСТИЦ ДЛЯ ПАССИВИРУЮЩИХ ВАНН
Нанотехнологии применяются не только в органических герметиках, повышение коррозионной стойкости также обеспечивает другой метод — добавление специальных наночастиц в пассивирующую ванну. Наночастицы встраиваются в пассивирующую пленку, повышая износостойкость и коррозионную стойкость покрытия. Использование наночастиц при пассивации, а затем в органическом герметике может обеспечить эксплуатационные характеристики, превосходящие традиционные стандарты. Следует отметить, что наночастицы не считаются герметиком, однако их можно добавлять в процессе пассивации для улучшения характеристик пассивирующей пленки. Это весьма практичное решение, если из-за ограниченных площадей нельзя использовать отдельную ванну для герметизации, а согласно спецификации, требуется повышенная коррозионная защита.
Это универсальный процесс, который можно использовать при тонкопленочной и толстопленочной пассивации. При наличии свободного места добавление в пассивирующую ванну наночастиц и использование герметика с наночастицами на заключительной стадии может обеспечить феноменальную коррозионную защиту цинковых покрытий. Последующее воздействие высоких температур не оказывает негативное влияние на большинство процессов с наночастицами.
Щелочное цинкование, трехвалентная пассивация и органический герметик Asterion используются для штампованных деталей сложной формы. Источник: компания Asterion.
Барабан большого объема для щелочной цинк-никелевой системы Asterion. Однородное покрытие равномерной толщины. Фото предоставлено компанией Wisconsin Plating Works (Расин, штат Висконсин).
Щелочное цинкование, трехвалентная пассивация и органический герметик Asterion используются для резьбовых крепежных деталей. Фото предоставлено компанией NuTec Metal Finishing (Бирмингем, штат Алабама).
Поставщики запатентованных химических составов продолжают искать перспективные решения повышения коррозионной стойкости, отвечающие все более строгим экологическим требованиям. Как сказал греческий философ Гераклит: “Перемены — это единственная постоянная вещь в жизни”. Надо быть на шаг впереди, оставаясь в курсе постоянно меняющихся требований и работая совместно с поставщиками химической продукции, чтобы удовлетворить потребности развивающегося рынка отделки металлов.
Дуг Трагесер, региональный менеджер юго-восточной части США, компания ASTERION.
