Электрогальванизация

Электрогальванизация - это процесс, при котором слой цинка приклеивается к стали для защиты от коррозии . Процесс включает гальваническое покрытие , пропускание электрического тока через физиологический раствор / цинковый раствор с цинковым анодом и стальным проводником. Такое гальваническое покрытие цинком или гальваническое покрытие из цинкового сплава сохраняет доминирующее положение среди других вариантов процесса гальваники, исходя из количества гальванических покрытий в год. По данным Международной цинковой ассоциации, более 5 миллионов тонн ежегодно используются как для горячего цинкования, так и для гальваники. ^[1]покрытие цинком было разработано в начале 20 века. В то время электролит был на основе цианида . Существенное нововведение произошло в 1960-х годах с появлением первого электролита на основе хлорангидрида. ^[2] В 1980-х годах произошел возврат к щелочным электролитам, только на этот раз без использования цианида. Наиболее часто используемой электрооцинкованной холоднокатаной сталью является сталь SECC. По сравнению с горячим цинкованием цинкование с гальваническим покрытием обладает следующими значительными преимуществами:

• Отложения меньшей толщины для достижения сопоставимых характеристик
• Более широкая доступность конверсионного покрытия для повышения производительности и цветовых вариантов
• Ярче, эстетичнее, отложения

История [ править ]

Цинкование было разработано и продолжает развиваться, чтобы соответствовать самым строгим требованиям к защите от коррозии, температуре и износостойкости. Гальваника цинка была изобретена в 1800 году, но первые яркие осадки не были получены до начала 1930-х годов с щелочным цианидным электролитом. Намного позже, в 1966 году, использование ванн с хлорангидридом еще больше улучшило яркость. Последняя современная разработка произошла в 1980-х годах, когда появилось новое поколение щелочного цинка, не содержащего цианидов. Последние директивы Европейского Союза (ELV / RoHS / WEEE ) ^[3] запрещают производителям автомобилей, других производителей оригинального оборудования (OEM), а также производителям электрического и электронного оборудования использовать шестивалентный хром.(CrVI). Эти директивы в сочетании с повышенными требованиями производителей оригинального оборудования к характеристикам привели к увеличению использования щелочного цинка, цинковых сплавов и высокоэффективных трехвалентных конверсионных покрытий .

В течение 1980-х годов были использованы первые щелочные осадки Zn / Fe (99,5% / 0,5%) и осадки Zn / Ni (94% / 6%). Недавно ^{[ когда? ]} усиление требований к коррозии основных европейских автопроизводителей и Директива по автомобилям с истекшим сроком эксплуатации (запрещающая использование конверсионного покрытия из шестивалентного хрома (Cr ^VI )) потребовала более широкого использования щелочного Zn / Ni, содержащего от 12 до 15% Ni (Zn / Ni 86/14). ^[4] Сплавом является только Zn / Ni (86% / 14%), в то время как более низкое содержание железа, кобальта и никеля приводит к совместным осаждениям. Zn / Ni (12–15%) в кислых и щелочных электролитах наносится на гальваническую кристаллическую фазу бинарной фазовой диаграммы Zn-Ni .

Процессы [ править ]

Защита от коррозии, обеспечиваемая электроосажденным слоем цинка, в первую очередь обусловлена ​​анодным потенциалом растворения цинка по сравнению с железом (в большинстве случаев - подложкой). Цинк действует как жертвенный анод для защиты железа (стали). В то время как сталь близка к E _SCE = -400 мВ (потенциал относится к стандартному насыщенному каломельному электроду (SCE), в зависимости от состава сплава, гальванический цинк намного более анодный с E _SCE= -980 мВ. Сталь защищена от коррозии катодной защитой. Конверсионные покрытия (шестивалентный хром (CrVI) или трехвалентный хром (CrIII) в зависимости от требований OEM) наносятся для значительного усиления защиты от коррозии за счет создания дополнительного ингибирующего слоя из гидроксидов хрома и цинка. Эти оксидные пленки имеют толщину от 10 нм для самых тонких синих / прозрачных пассиватов до 4 мкм для самых толстых черных хроматов.

Кроме того, на изделия из цинка с гальваническим покрытием может наноситься верхнее покрытие для дальнейшего улучшения защиты от коррозии и трения. ^[5]

Современные электролиты бывают как щелочными, так и кислотными:

Щелочные электролиты [ править ]

Цианидные электролиты [ править ]

Содержат сульфат натрия и гидроксид натрия (NaOH). Все они используют запатентованные осветляющие агенты. Цинк растворим в виде цианидного комплекса Na ₂ Zn (CN) ₄ и цинката Na ₂ Zn ( OH ) ₄ . Контроль качества таких электролитов требует регулярного анализа на Zn, NaOH и NaCN. Соотношение NaCN: Zn может варьироваться от 2 до 3 в зависимости от температуры ванны и желаемого уровня белизны осадка. В следующей таблице показаны типичные варианты цианидных электролитов, используемых для пластин при комнатной температуре:

Щелочные нецианидные электролиты [ править ]

Содержат цинк и гидроксид натрия. Большинство из них осветляются запатентованными добавками, аналогичными тем, которые используются в ваннах с цианидом. Добавление четвертичных аминов способствует улучшенному распределению металла между областями с высокой и низкой плотностью тока. В зависимости от желаемых характеристик гальваника может выбрать самое высокое содержание цинка для повышения производительности или более низкое содержание цинка для лучшей метательной мощности (в области с низкой плотностью тока). Для идеального распределения металла Zn выделяется в концентрации 6-14 г / л (0,8-1,9 унции / галлон) и NaOH в концентрации 120 г / л (16 унций / галлон). Но для максимальной производительности металлический цинк составляет 14-25 г / л (1,9-3,4 унции / галлон), а NaOH остается на уровне 120 г / л (16 унций / галлон). Щелочной нецианидный цинковый процесс содержит более низкую концентрацию металлического цинка с концентрацией 6-14 г / л (0,8-1.9 унций / галлон) или более высокая концентрация металлического цинка 14-25 г / л (1,9-3,4 унции / гал) обеспечивает превосходное распределение пластин от высокой плотности тока до низкой плотности тока или метательной силы по сравнению с любыми кислотными ваннами, такими как хлоридные ( Ванны с низким содержанием хлорида аммония, хлорида калия / хлорида аммония) или (не хлорид аммония, хлорид калия / борная кислота) или сульфатные ванны.

Кислые электролиты [ править ]

Высокоскоростные электролиты [ править ]

Предназначен для нанесения покрытия на высоких скоростях на предприятиях, где кратчайшее время нанесения покрытия критично (например, стальной змеевик или труба со скоростью до 200 м / мин. Ванны содержат сульфат и хлорид цинка до максимального уровня растворимости. Борная кислота может использоваться в качестве рН-буфер и для уменьшения эффекта горения при высоких плотностях тока. Эти ванны содержат очень мало рафинеров . Если один из них используется, это может быть сахарин натрия.

Традиционные электролиты [ править ]

Первоначально на основе хлорида аммония , сегодня варианты включают аммоний, калий или смешанные электролиты аммония и калия. Выбранное содержание цинка зависит от требуемой производительности и конфигурации детали. Высокое содержание цинка улучшает эффективность ванны (скорость нанесения покрытия), в то время как более низкие уровни улучшают способность ванны бросать ток при низкой плотности. Обычно содержание металлического цинка колеблется от 20 до 50 г / л (2,7-6,7 унции / галлон). Уровень pH колеблется от 4,8 до 5,8 единиц. На следующей диаграмме показан типичный состав ванны с хлоридом калия:

Типичные измельчители зерна включают малорастворимые кетоны и альдегиды . Эти осветляющие вещества необходимо растворить в спирте или гидротропе . Полученные молекулы осаждаются совместно с цинком, образуя слегка выровненный, очень яркий осадок. Однако было показано, что яркий осадок снижает восприимчивость к хроматам / пассиватам. В результате снижается обеспечиваемая защита от коррозии.

Процессы сплавов [ править ]

Защита от коррозии обеспечивается прежде всего за счет анодного потенциального растворения цинка по сравнению с железом. Цинк действует как жертвенный анод для защиты железа (стали). В то время как сталь близка к -400 мВ, в зависимости от состава сплава, гальванический цинк гораздо более анодный с -980 мВ. Сталь защищена от коррозии катодной защитой. Легирование цинка кобальтом или никелем на уровне менее 1% оказывает минимальное влияние на потенциал; но оба сплава улучшают способность цинкового слоя образовывать хроматную пленку за счет конверсионного покрытия. Это дополнительно усиливает защиту от коррозии.

С другой стороны, Zn / Ni между 12% и 15% Ni (Zn / Ni 86/14) имеет потенциал около -680 мВ, что ближе к кадмию -640 мВ. Во время коррозии предпочтительнее воздействие цинка, а децинкование приводит к постоянному увеличению потенциала по отношению к стали. Благодаря такому механизму коррозии этот сплав обеспечивает гораздо большую защиту, чем другие сплавы.

По причинам стоимости существующий рынок делится на щелочной Zn / Fe (99,5% / 0,5%) и щелочной Zn / Ni (86% / 14%). Использование бывших щелочных и кислых Zn / Co (99,5% / 0,5%) исчезает из спецификаций, потому что Fe дает аналогичные результаты с меньшими проблемами для окружающей среды. Прежний Zn / Ni (94% / 6%), который представлял собой смесь чистого цинка и кристаллографической гамма-фазы Zn / Ni (86% / 14%), был исключен из европейских спецификаций. Особое преимущество щелочного Zn / Ni (86% / 14%) заключается в отсутствии водородной хрупкости из- за гальваники. Это было доказано ^{[ кем? ],} что первое зародышеобразование на стали начинается с чистого никеля, и что этот слой наносится на 2 нм раньше, чем Zn-Ni. ^[6] Этот начальный слой предотвращаетводород от проникновения глубоко в стальную основу, что позволяет избежать серьезных проблем, связанных с водородным охрупчиванием. Ценность этого процесса и механизма инициирования весьма полезна для высокопрочной стали, инструментальной стали и других материалов, подверженных водородному охрупчиванию.

Был разработан новый кислотный Zn / Ni (86% / 14%), который дает более яркий осадок, но обеспечивает меньшее распределение металла, чем щелочная система, и без вышеупомянутого никелевого подслоя не обеспечивает такие же характеристики с точки зрения водородной хрупкости. Кроме того, все цинковые сплавы получают новые пленки покрытия, не содержащие Cr ^{VI, за} которыми часто следует верхнее покрытие для улучшения защиты от коррозии, износостойкости и контроля коэффициента трения .

Составы для ванн [ править ]

• Состав электролита для гальваники щелочного цинка-железа 0,5% в Fe:

• Состав электролита для покрытия кислотным цинк-кобальтом при 0,5% в Co:

• Состав электролита для гальваники щелочного цинк-никелевого 4-8% в Ni:

• Состав электролита для нанесения щелочного цинк-никелевого покрытия на 12–15% в Ni:

• Состав электролита для нанесения кислотного цинк-никелевого покрытия на 12–15% в Ni:

Ссылки [ править ]

Сноски [ править ]

Источники [ править ]

• JJ. Дюпра ( Ковентия ), Майк Келли (Ковентия), «Специальные процессы для гальваники крепежа», Fasteners Technology International, август 2010 г., стр. 56-60
• Л. Тиери, Ф. Раулин: «Достижения в области трехвалентных пассиваторов цинка и цинковых сплавов», Galvanotechnik 98 (4) (2007) 862-869
• Современное гальваническое покрытие, 5-е издание
• Х. Гедулд, «Цинкование», Finishing Publications, 1988 г.
• Эль Хаджами, М. П. Жиганде, М. Де Петрис-Вери, Дж. К. Катонне, Дж. Дж. Дюпра, Л. Тьери, Н. Помье, Ф. Раулин, Б. Старк, П. Реми: «Характеристика тонких покрытий из сплава Zn-Ni, электроосажденных на низкоуглеродистая сталь », Прикладные науки о поверхности, 254, (2007) 480-489
• N. Pommier, L. Thiery, MP Gigandet, M. Tachez: «Электрохимическое исследование разрушения органоминерального покрытия: измерения поляризационного сопротивления и спектроскопии электрохимического импеданса», Ann. Чим. Sci. Мат, 1998, 23, 397-400
• К. Войчиковски, «Новые разработки в области коррозионных испытаний: теория, методы и стандарты», Surfin Протоколы 2010, Гранд-Рапидс, Мичиган, сессия 7
• А. Хименес, «Мембранные технологии для гальванических процессов», Surfin Протоколы 2010, Гранд-Рапидс, Мичиган, сессия 4

Внешние ссылки [ править ]

• Корпусная ячейка
• Thiery, L .; Раулин, Ф. (2007). «Достижения в области трехвалентных пассиваторов цинка и цинковых сплавов» . Гальванотехник . 98 (4): 862–869.

• Эль-Хаджами, А; Жиганде, депутат; De Petris-Wery, M .; Catonné, JC; Duprat, JJ; Thiery, L .; Pommier, N .; Раулин, Ф .; Starck, B .; Реми, П. (2007). «Характеристика тонких покрытий из сплава Zn-Ni, электроосажденных на низкоуглеродистой стали». Прикладная наука о поверхности . 254 (2): 480–489. Bibcode : 2007ApSS..254..480E . DOI : 10.1016 / j.apsusc.2007.06.016 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

• Поммье, Н. (Ковентия); Тиери, Л. (Ковентия); Жиганде, депутат; Тачез, М. (1998). «Электрохимическое исследование разрушения органоминерального покрытия: измерения поляризационного сопротивления и спектроскопии электрохимического импеданса». Аня. Чим. Sci. Матер . 23 (1–2): 397–400. DOI : 10.1016 / S0151-9107 (98) 80101-3 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

• «Современные гальваники, 5-е издание» (PDF) . Вайли.

• Гедулд, Х. (1998). Цинкование . Завершающие публикации. ISBN 978-0904477108.

• Войчиковский, К. (2010). «Новые разработки в области коррозионных испытаний: теория, методы и стандарты» . Surfin Proceedings . Сессия 7.

• Хименес, А. (2010). «Мембранные технологии для гальванических процессов» (PDF) . Surfin Proceedings . Сессия 4.