plating processes, procedures & solutions

CHROMATE CONVERSION COATINGS

BY FRED W. EPPENSTEINER (RETIRED) AND MELVIN R. JENKINS

MACDERMID INC., NEW HUDSON, MICH.; WWW.MACDERMID.COM

Chromate conversion coatings are produced on various metals by chemical or

electrochemical treatment with mixtures of hexavalent chromium and certain

other compounds. These treatments convert the metal surface to a superficial layer

containing a complex mixture of chromium compounds. The coatings are usually

applied by immersion, although spraying, brushing, swabbing, or electrolytic

methods are also used. A number of metals and their alloys can be treated; notably,

aluminum, cadmium, copper, magnesium, silver, and zinc.

The appearance of the chromate film can vary, depending on the formulation

of the bath, the basis metal used, and the process parameters. The films

can be modified from thin, clear-bright and blue-bright, to the thicker, yellow

iridescent, to the heaviest brown, olive drab, and black films. A discussion of

specific formulations is not included in this article because of the wide variety

of solutions used to produce the numerous types of finishes. It is intended to

present sufficient general information to permit proper selection and operation

of chromating baths. Proprietary products, which are designed for specific

applications, are available from suppliers.

فرایند پوشش دهی، روش ها و محلول ها

پوشش تبدیلی کروماته

پوشش تبدیلی کرومات در فلزات مختلف توسط مواد شیمیایی یا عمل الکتروشیمیایی با میکسی از کروم 3 و مواد معین دیگراست. این کارسطح فلزات را به لایه مخصوص تبدیل میکند و شامل یک مخلوط پیچیده از ترکیبات کروم است. پوشش ها معمولا به طریق غوطه وری اعمال میشود، اگرچه پاشیدن(اسپری)، قلم مو زدن، سمباده زدن swabbing))، یا روش های الکترولیتی نیز استفاده میشود. تعدادی از فلزات و آلیاژهای آنها میتواند این فرایند را داشته باشند. بویژه آلومینیوم، کادمیوم، مس، منیزیم، نقره، و روی.

ظاهر پوشش کرومات ، بسته به فرمول محلول، فلز پایه استفاده شده، و پارامترهای فرایند می تواند متفاوت باشد. پوشش می توان از نازک ، روشن روشن و آبی روشن، تا ضخیم تر، زردرنگین کمانی، به سنگین ترین قهوه ای، زیتونی تیره، و پوشش های سیاه اصلاح شود. بحث در موردفرمولاسیون خاص در این مقاله نیست به دلیل اینکه طیف گسترده ای از محلول ها برای تولید انواع متعددی از پوشش ها مورد استفاده قرار میگیرد. درنظر گرفته شده است اطلاعات کلی انتخاب مناسب و مجاز از محلول کروماته بیان شود.

PROPERTIES AND USES

Physical Characteristics

Most chromate films are soft and gelatinous when freshly formed. Once dried, they

slowly harden or “set” with age and become hydrophobic, less soluble, and more

abrasion resistant. Although heating below 150OF (66OC) is of benefit in hastening

this aging process, prolonged heating above 150OF may produce excessive dehydration

of the film, with consequent reduction of its protective value. Coating thickness

rarely exceeds 0.00005 in., and often is on the order of several microinches. The

amount of metal removed in forming the chromate film will vary with different

processes.

Variegated colors normally are obtained on chromating, and are due mainly

to interference colors of the thinner films and to the presence of chromium compounds

in the film. Because the widest range of treatments available is for zinc,

coatings for this metal afford an excellent example of how color varies with film

thickness. In the case of electroplated zinc, clear-bright and blue-bright coatings

are the thinnest. The blue-brights may show interference hues ranging from red,

purple, blue, and green, to a trace of yellow, especially when viewed against a white

background. Next, in order of increasing thickness, come the iridescent yellows,

browns, bronzes, olive drabs, and blacks.

Physical variations in the metal surface, such as those produced by polishing,

machining, etching, etc., also affect the apparent color of the coated surface. The

color of the thinner coatings on zinc can also be affected indirectly by chemical

polishing, making the finish appear whiter.

خواص و استفاده

پوشش کرومات تازه تشکیل شده نرم و ژلاتینی است. هنگامیکه خشک میشوند، آنهابه آرامی سخت و یا" مجموعه" آبگریز میشود، محلول کمتر ، و مقاومت بیشتر در برابر سایش. اگر چه حرارت زیر 150فارنهایت (66 درجه سیلسیوس) به نفع سرعت این روند است، گرمایش طولانی بالاتر از 150فارنهایتممکن است موجب کم شدن آب بیش از حد قبل از تولید این پوشش، و متعاقبا کاهش ارزش محافظ آن شود. ضخامت پوششبه ندرت بیش از0.00005 اینچ، و اغلب در حد چند میکرواینچ است. مقدار فلزحذف شده در تشکیل پوشش کرومات در فرایندهای مختلف متفاوت خواهد بود.

رنگ های متنوع به دست آمده است در کروماته، به طورعمده حاصل تداخلرنگ از پوشش های نازک تر مربوط به حضورترکیبات کروم در پوشش است.از آنجا که طیف وسیعی از رفتار برای روی در دسترس است، پوشش این فلز یک نمونه عالی از چگونگی رنگ با ضخامت پوشش متفاوت موجب شده است. در مورد آبکاری روی ، پوشش روشن روشن و آبی روشن باریکترین هستند.آبی روشن ممکن است تداخل رنگ اعم از قرمز نشان می دهد، بنفش، آبی، و سبز، اثری از زرد، به ویژه هنگامی که در برابر یک پس زمینه سفید مشاهده شده است.بعد، براساس افزایش ضخامت ،زرد رنگین کمانی،قهوه ای، زیتونی تیره، و سیاه آمده است.تغییرات فیزیکی در سطح فلز، مانند آنهایی که توسط پرداخت(پولیش)،ماشینکاری، قلم زنی، و غیره، تولید شده اند رنگ ظاهری از سطح پوشش داده شده را تحت تاثیر قرار میدهد. رنگ پوشش نازک تر در روی همچنین می توانید به طور غیر مستقیم توسط پرداخت شیمیایی(پولیش شیمیایی)تحت تاثیر قرار گیرد و در پایان سفیدتر به نظر می رسد.

Corrosion Prevention

Chromate conversion coatings can provide exceptionally good corrosion resistance,

depending upon the basis metal, the treatment used, and the film thickness.

Protection is due both to the corrosion-inhibiting effect of hexavalentchromium contained in the film and to the physical barrier presented by the

film itself. Even scratched or abraded films retain a greatdeal of their protective

value because the hexavalent chromium content is slowly leachable in contact

with moisture, providing a self-healing effect.

The degree of protection normally is proportional to film thickness; therefore,

thin, clear coatings provide the least corrosion protection, the light iridescent

coatings form an intermediate group, and the heavy olive drab to brown coatings

result in maximum corrosion protection. The coatings are particularly useful in

protecting metal against oxidation that is due to highly humid storage conditions,

exposure to marine atmospheres, handling or fingerprint marking, and other

conditions that normally cause corrosion of metal.

جلوگیری از خوردگی

پوشش تبدیلی کرومات فوق العاده خوب می توانید از مقاومت در برابر خوردگی جلوگیری کند، البته وابسته به فلز پایه مورد استفاده،و ضخامت پوشش است.محافظت به علت هر دو اثر خوردگی - مهار از کروم شش ظرفیتی توسط خود پوشش است.حتی خراش و یا پوشش های ساییده شده، عالی محافظ خودش استزیرا محتوای کروم شش ظرفیتی به آرامی با رطوبت در تماس است ،ارائه اثر خود شفادهی((self-healing.درجه حفاظت به طور معمول متناسب با ضخامت پوشش است.از این رو، پوشش نازک روشن، حداقل حفاظت در برابر خوردگی ارائه میکند،پوشش رنگین کمانی یک گروه واسطه تشکیل می دهند،و پوشش سنگین زیتونی تیره مایل به قهوه ای حداکثر حفاظت در برابر خوردگی دارد.پوشش ها بخصوص در حفاظت از فلز در برابر اکسیداسیونمفید هستند با توجه به شرایط نگهداری بسیار مرطوب،قرار گرفتن در معرض اتمسفر دریایی، دست زدن و یا اثر انگشت ، و دیگر شرایطی که به طور معمول باعث خوردگی فلزمیشود.

Bonding of Organic Finishes

The bonding of paint, lacquer, and organic finishes to chromate conversion coatings

is excellent. In addition to promoting good initial adhesion, their protective

nature prevents subsequent loss of adhesion that is due to underfilm corrosion.

This protection continues even thought he finish has been scratched through to

the bare metal. It is necessary that the organic finishes used have good adhesive

properties, because bonding must take place on a smooth, chemically clean surface;

this is not necessary with phosphate-type conversion coatings, which supply

mechanical adhesion that is due to the crystal structure of the coating.

پیوند پس از اتمام آلی (Bonding of Organic Finishes)

پیوند رنگ،لاک، پس از اتمام آلی به پوشش تبدیلی کرومات بسیار عالی است.علاوه بر ترویج چسبندگی اولیه خوب،طبیعت محافظ خود ازچسبندگی محافظت میکند با توجه به خوردگی زیر لایه. محافظت ادامه دارد حتی اگر پایان کاری (آبکاری) خراش پیدا کند و یا فلز لخت شود. خواص چسب خوب لازم است که پس از اتمام کاری آلی استفاده شود، به دلیل اتصال باید بر روی یک سطح صاف یا سطح شیمیایی پاک قرار بگیرد ؛ با پوشش تبدیلی نوع فسفات لازم نیست که چسبندگی مکانیکی با توجه بهساختار بلوری پوشش فراهم کند.

Chemical Polishing

Certain chromate treatments are designed to remove enough basis metal during

the film-forming process to produce a chemical polishing, or brightening, action.

Generally used for decorative work, most of these treatments produce very thin,

almost colorless films. Being thin, the coatings have little optical covering power

to hide irregularities. In fact, they may accentuate large surface imperfections. In

some instances, a leaching or “bleaching” step subsequent to chromating is used

to remove traces of color from the film.

If chemical-polishing chromates are to be used on electroplated articles, consideration

must be given to the thickness of the metal deposit. Sufficient thickness is

necessary to allow for metal removal during the polishing operation.

پرداخت شیمیایی

رفتار معین کرومات برای برداشتن به اندازه کافی فلز پایه در طول فرایند تشکیل دهنده پوشش برای پرداخت شیمیایی، یا درخشندگی تولید طراحی شده است. به طور کلی برای کار های تزئینی استفاده می شود،بسیاری از این فرایندها پوشش خیلی نازک تولید میکند ،پوشش تقریبا بی رنگ.لاغر بودن پوشش ، قدرت پوشش نوری کمی برای پنهان کردن بی نظمی دارد.در واقع، آنها ممکن است عیوب سطح بزرگ بیانجامد.در برخی موارد،شسته شدن و یا "سفید کردن" گام بعدی برای حذف آثار رنگینه از رنگ پوشش است.

اگر پولیش شیمیایی کرومات ها باشند، درمقالات آبکاری استفاده می شود،ضخامت رسوب فلزی باید در نظر گرفته شود. ضخامت کافی برای حذف فلز در طول عملیات پرداخت ضروری است.

Absorbency and Dyeing

When initially formed, many films are capable of absorbing dyes, thus providing

a convenient and economical method of color coding. These colors supplement

those that can be produced during the chromating operation, and a great variety

of dyes is available for this purpose. Dyeing operations must be conducted on

freshly formed coatings. Once the coating is dried, it becomes nonabsorbent

and hydrophobic and cannot be dyed. The color obtained with dyes is related to

the character and type of chromate film. Pastels are produced with the thinner

coatings, and the darker colors are produced with the heavier chromates. Some

decorative use of dyed finishes has been possible when finished with a clear lacquer

topcoat, though caution is required because the dyes may not be lightfast.

In a few cases, film colors can be modified by incorporation of other ions or

dyes added to the treatment solution.

جذب و رنگرزی

هنگامی که در ابتدا تشکیل،بسیاری از پوشش ها قادر به جذب رنگ هستند ،بنابراین ارائه یک روش مناسب و مقرون به صرفه برای برنامه نویسی رنگ است.این رنگ مکمل آن است که می تواند در طول عملیات رنگی تولید شده،و انواع زیادی از رنگ برای این منظور در دسترس است.عملیات رنگرزی باید روی پوشش تازه تشکیل شده هدایت شود.هنگامی که پوشش خشک است،آن غیر جاذب و آبگریز می شود و نمی تواند رنگی شود.رنگ بدست آمده مربوط با رنگ نوع پوشش کرومات است.مواد رنگی با پوشش های نازک تر تولید شده، و رنگ های تیره تر با کروماتهای سنگین تر تولید شده است.برخی از استفاده های تزئینی از اتمام رنگ کاری ممکن است با یک روکش لاک روشن به پایان رسید،هر چند احتیاط لازم است به این دلیل که رنگ ممکن است مقاوم در برابر نورنباشد.در چند مورد،رنگ پوشش را می توان با اختلاط یون های دیگر و یا رنگ های اضافه شده به محلول تغییر داد.

Hardness

Although most coatings are soft and easily damaged while wet, they become reasonably

hard and will withstand considerable handling, stamping, and cold forming.

They will not, however, withstand continued scratching or harsh abrasion. A

few systems have been developed that possess some degree of “wet-hardness,” andthese will withstand moderate handling before drying.

سختی

اگر چه بیشتر پوشش ها نرم هستند براحتی در حالی که خیس هستند، آسیب پذیرند، آنها به طور منطقی مقاومت قابل توجهی در برابر، دست زدن و مهر زنی دارند، سخت تبدیل میشوند و سرد شکل میگیرند. به هرحال، آنها مقاومت در برابر خراش یا سایش سخت نمی خواهند،. هر چند سیستم ساخته شده دارای درجه متفاوتی از سختی در مقابل رطوبت دارد و دست زدن آرامی را قبل از خشک کردن را تحمل خواهد کرد.

Heat Resistance

Prolonged heating of chromate films at temperatures substantially above 150OF

(66OC) can decrease their protective value dramatically. There are two effects of

heating that are believed to be responsible for this phenomenon. One is the insolubilization

of the hexavalent chromium, which renders it ineffective as a corrosion

inhibitor. The second involves shrinking and cracking of the film, which destroys

its physical integrity and its value as a protective barrier.

Many factors, such as the type of basis metal, the coating thickness, heating

time, temperature, and relative humidity of the heated atmosphere, influence the

degree of coating damage. Thus, predictions are difficult to make, and thorough

performance testing is recommended if heating of the coating is unavoidable.

The heat resistance of many chromates can be improved by certain posttreatments

or “sealers.” Baking at paint-curing temperatures after an organic finish

has been applied is a normal practice and does not appear to affect the properties

of the treatment film.

مقاومت در برابر حرارت

گرمایش طولانی مدت پوشش کرومات در دمای قابل ملاحظه بالای 150 فارنهایت (66 درجه سانتیگراد) می توانید ارزش محافظ خود را به طور چشمگیری کاهش دهد.دو اثر حرارت که تصور می شود مسئول این پدیده هستند.یکی حل شدن کروم شش ظرفیتی است،که آن به عنوان یک بازدارنده خوردگی بی اثر است.دوم موجب کاهش و ترک خوردگی پوشش میشود،که سلامت جسمی و ارزش خود را به عنوان یک سد محافظ بین می برد.

عوامل بسیاری، از جمله نوع فلز پایه،ضخامت پوشش، زمان حرارت، درجه حرارت،و رطوبت نسبی جو،میزان آسیب پوشش را تحت تاثیر قرارمیدهد.بنابراین، پیش بینی مشکل است،و تست عملکرد بطورکامل توصیه می شود اگر گرمایش پوشش غیر قابل اجتناب است.مقاومت در برابر حرارت در بسیاری از کروماتها را می توان با فرایندیخاص بهبود داد، و یا "پر کردن."پخت در دمای رنگ -پخت پس از پایان آلی استفاده شده یک عمل طبیعی استو به نظر نمی رسد تحت تاثیر خواص رفتار پوشش است.

برای خواندن ادامه مطلب روی لینک زیر کلیک کنید:

http://yon.ir/tgyCD

پوشش های نیکل

بیشترین کاربردهایی که پوشش های نیکل دارند جهت مقاومت خوردگی بالا ومقاومت ظاهری آنان می باشد.بنابراین مثال های کمی از موارد کاربرد آنها وجود دارند که بطور نمونه شیرهای معمولی وبهداشتی وسائل مربوط به خودرو وروشنایی های ثابت،از جمله مواردی  می باشند که بااستفاده از این پوشش،سطح آنان پوشش داده می شود.متالیزه نمودن پلاستیک ها با استفاده از پوشش نیکل،به این قطعات جلاء وظاهری فلزی،میزان انعکاس بالاتر و وزن کمتر به همراه ترکیب همزمان چند خواص با ارزش را می دهد.همچنین بطور وسیع از پوشش های نیکل در الکتروفورمینگ،به دلیل سختی بالاتر،مقاومت به خوردگی وسایش بیشتر استفاده می شود

پوشش های گران بهای فلزی

حتی نازگترین پوششهای فلزی گرانبها نیز از کارایی بالایی برخوردار می باشند بنابراین رسوب دهی الکتریکی این نوع فلزات،از اهمیت ویژه ای در مهندسی برق،الکترونیک وصنعت هوا فضا وهمچنین ساخت تجهیزات شیمیایی برخوردار است.باکمک ابزارهای خاص آبکاری انتخابی،برای مثال:کنتاکتهای الکتریکی یا تسمه های چاپی وکلیشه ای،می توان از چنین روشی به منظور کاهش به کارگیری ازاین فلزات با ارزش استفاده نمود.درموارد دیگر موادی که آبکاری نقره شده اند با کمک این نوع پوششها برای انتقال امواج یا فرکانس های بالا استفاده میشود ونسبت به قطعاتی که از طریق بشکه ای آبکاری میشوند،از کارایی بیشتری برخوردار هستند وبسیار ارزانتر می باشند.

پوشش های چند لایه

پوششهای چند لایه بر پایه مس،نیکل،کروم از این جهت که بروی قطعات فلزی وپلاستیکی اعمال میشوند،یک ظاهر دیدنی جذاب به همراه مقاومت به خوردگی وسایشی عالی را فراهم می کنند.همینطور آنها در طراحی خودرو نقش اصلی را بازی می نمایند.به علاوه،چنین پوششهایی قطعات پلاستیکی را از خواص فلزی بیشماری بهرمند میسازند ومزایای در کاهش وزن مصرفی فلزات در بدنه خودروها دارند.مزایای پوششهای فلزی،بالا بردن مقاومت به خراش،سختی،استحکام،مقاومت حرارتی وهدایت الکتریکی سطح وایجاد ظاهری جذاب می باشند.عاملی که در استفاده از این نوع پوششها از اهمیت بیشتری برخوردار میباشند،استفاده از آنان در غربالهای الکترومگنتیکی می باشد.در بعضی موارد به منظور غربال مورد نیاز فقط متالیزه جزئی انجام می شود.

پوشش های تبدیلی

اگربخواهیم دقیق شویم،پوشش های تبدیلی آنهای هستند که از طریق واکنش سطح فلز پایه باکمک محلول مانند اسید کرومیک تشکیل میشوند.این پوشش ها شدیدا مقاومت خوردگی قطعات را افزایش میدهند و در این میان تاثیر بسزایی بر مقاومت خوردگی پوشش های روی دارند.این پوشش های خیلی نازک کروماته میتوانند رنگ های شفاف،آبی،زرد،زیتونی یا مشکی داشته باشند.همینطور آنها میتوانند یک پوشش تمام تزئینی را ایجاد نمایند.به علاوه این پوشش ها باعث افزایش چسبندگی فلز روی به پوشش رنگ های آلی میشوند.پوشش های کروماته،میتوانند رنگ های متنوعی ایجاد نمایند که از این طریق به راحتی قابل شناسایی هستند.در مورد آلومینیوم و آلیاژهای آن،محلول کروماته شامل مخلوط اسیدهای کرومیک و فسفوریک میباشند.استفاده از ترکیبات کروم شش ظرفیتی،به دلیل پتانسیل ایجاد سرطان در بدن انسان،به ندرت توصیه میشود.به هرحال قوانین مشابه ای را درهنگام استفاده از ترکیبات کروم سه ظرفیتی همانند کروم شش ظرفیتی درنظر گرفته شده است.

پوشش های کرم

پوششهای آبکاری کرم برای مقاومت بالای آنان نسبت به کدر شدن سختی بالاومقاومت در برابرسایش به همراه ضریب پائین مقاومت اصطکاکی آن ها در برابر جوش سردمی باشند.به طور وسیع از این نوع پوشش با ضخامت ۰/۶-۰/۲ میکرون و نقره براق،برای برطرف نمودن ظاهر مات سطح فلز،به عنوان پوششهای نهایی تزئینی استفاده می شود.هنگامی که رسوبهای کروم از الکترولیتهای حاوی کروم شش ظرفیتی باشند،رنگ آن نقره ای وبه طور جزئی مایل به آبی می شود و آنهایی که از حمامهای سه ظرفیتی تشکیل می شوند،ظاهری دودی شکل به خود میگیرند.قابلیت رسوبهای سیاه کروم نیز وجود دارد واغلب ضخامت۲-۰/۵میکرون از این نوع پوشش،برای ابزارهای اپتیکی ودوربین ها استفاده میشود.در مقایسه با کرم های تزئینی،رسوبهای کرم سخت معمولا مقداری ضخیمتر از۱۰-۵۰۰ میکرون می باشند.از این رسوبات سخت نوعا در سوراخ سیلندر،دریچه ها،سوپاپهاومیله های پیستون موترهای لوکوموتیوهای دیزلی استفاده میشود.بدین دلیل سرویسهای لازم برای اورهال این قطعات از ۱۰۰۰۰km به بالای یک میلیون کیلومتر افزایش میابد.قطعاتی که آبکاری کرم سخت شده اند به طور گسترده در صنایع معادن ،هواپیمایی و ابزار آلات هیدرولیک وشکل دهی فلزات به کار گرفته می شوند وهمچنین از آنها در پرداخت کاری ابزار آلات پزشکی و جراحی استفاده می شود.

مرجع: کانال تلگرامی اموزش آبکاری بهار97