Spis treści

1. Wstęp
11. Charakterystyka powłok
11.1. Odporność korozyjna

1. Wstęp

Przez długi okres czasu powłoki stopowe cynku z innymi metalami nie znajdowały przemysłowego zastosowania. Przyczyniły si?do tego m.in. stopie?skomplikowania procesu oraz wysoki koszt eksploatacji kąpieli. Dążenie jednak do poszukiwania przyjaznych dla środowiska metod zwiększania odporności korozyjnej oraz do zastąpienia powłok kadmowych przyczyniło si?rozwoju powłok stopowych.

Istnieje wiele rodzajów technologii do nakładania różnych powłok stopowych cynku, włączając w to powłoki cynk-nikiel (Zn/Ni), cynk-nikiel-żelazo (Zn/Ni/Fe), cynk-kobalt (Zn/Co), cynk-kobalt-żelazo (Zn/Fe/Co), cynk-żelazo (Zn/Fe), cyna-cynk (Sn/Zn) i cynk-mangan (Zn/Mn). Spośród tych wszystkich powłok komercyjne znaczenie maj?jedynie stopy niklu, kobaltu, cyny i żelaza.

Dobierając rodzaj odpowiedniej powłoki stopowej musimy rozważy?dwie kwestie. Pierwsza to jakiego rodzaj stopu jest wymagany. Druga - w przypadku powłok stopowych z niklem i kobaltem - czy używa?kąpieli chlorkowych czy alkalicznych. W przypadku typu stopu wybór jest prosty, poniewa?jest on zazwyczaj określony w specyfikacji klienta. Wybór typu kąpieli wymaga większego zastanowienia. Należy rozważy?kilka czynników.

1. Pewne podłoża, takie jak żeliwo lub utwardzana stal lub części węglazotowane wymagaj?obróbki w kąpielach chlorkowych w celu nałożenie prawidłowej powłoki.
2. Kąpiele chlorkowe wymagaj?zastosowania wyposażenia odpornego na korozj? Z kolei kąpiele alkaliczne zawieraj?odczynniki kompleksujące, które mog?powodowa?korozj?materiału, z którego wykonane jest wyposażenie. W zależności od rodzaju stosowanej kąpieli i układu odczynników kompleksujących może by?konieczne zastosowanie wyposażenie o wyższej odporności na korodujące działanie składników kąpieli ni?w przypadku zwykłych kąpieli alkalicznych do cynkowania.
3. W przypadku kąpieli do nakładania powłok stopowych niklu należy zmodyfikowa?sposób obróbki ścieków w celu obniżenia stężenia niklu i, w przypadku kąpieli alkalicznych, ograniczenia zwartości odczynników kompleksujących w ściekach.

Z punktu widzenia odporności korozyjnej, jak?chcemy uzyska? niezmiernie istotna jest równie?obróbka powłok po ich nałożeniu. Ze względu na zawartość Zn i różnych dodatków stopowych w różnego rodzaju powłokach każda z nich wymaga zastosowania specjalnego rodzaju pasywacji. Dostępne s?pasywacje oparte na chromie trój- i sześciowartościowym w szerokiej gamie kolorów prawie dla każdej powłoki stopowej.

Bez powłoki konwersyjnej lub innej pasywacji odporność korozyjna powłok stopowych Zn z Fe i Co nie różni si? istotnie od odporności korozyjnej czystej powłoki cynkowej. W przypadku powłok stopowych z Ni bez pasywacji chromianowej lub innej biała korozja pojawia si?po mniej więcej takim samym czasie, jak w przypadku powłoki czystego cynku, jednak postęp korozji jest znacznie wolniejszy dla powłok Zn/Ni w zależności od zawartości Ni.

11. Charakterystyka powłok

11.1. Odporność korozyjna

Powłoka czystego niklu, w porównaniu do powłok zawierających cynk, stanowi warstw?ochronn?o charakterze katodowym (o potencjale wyższym ni?żelazo), w związku z czym w przypadku przerwania jej ciągłości (spękanie, występowanie porów) w atmosferze korozyjnej następuje przyśpieszona korozja stali na skutek utleniania żelaza, które w układzie Fe/Ni stanowi anod? Warunkiem uzyskania wysokiej odporności korozyjnej w przypadku powłok niklowych jest więc ich szczelność (brak przerwania ciągłości powłoki, porów, spęka?itp.), przeciwnym wypadku korozja stali pokrytej nieszczeln?powłok?Ni będzie przebiegała nawet szybciej, ni?w przypadku niezabezpieczonego detalu.

Powłoka cynk-nikiel, podobnie jak powłoki czystego cynku, po nałożeniu na podłoże stalowe stanowi warstw? ochronn?o charakterze anodowym (o niższym potencjale standardowym ni?żelazo). W związku z tym w atmosferze korozyjnej, w przypadku przerwania ciągłości powłoki (uszkodzenia) i/lub występowania porów w powłoce, zniszczeniu - anodowemu utlenianiu - ulega sama powłoka cynk-nikiel (tzw. "sacrificial coating"), a ściślej cynk zawarty w tej warstwie. Stal pozostaje więc nienaruszona kosztem uszkodzenia znajdującej si?na niej powłoki cynk-nikiel.

Przewaga powłok cynk-nikiel nad powłokami czystego cynku polega na tym, że dzięki odpowiedniej zawartości niklu powłoki cynk-nikiel charakteryzuj?si?niewiele większ?/u> aktywności?w stosunku do stali w porównaniu do bardzo aktywnych powłok czystego cynku. Dzięki temu powłoki cynk-nikiel ulegaj?powolniejszemu zniszczeniu na skutek anodowego utleniania. Zachodzi ono w znaczenie mniejszym tempie, ni?ma to miejsce w przypadku powłok czystego cynku, charakteryzujących si?wysok?szybkości?anodowego utleniania po zetknięciu ze stal? a więc szybkim niszczeniem powłoki.

Bardzo istotna z punktu widzenia odporności korozyjnej jest zawartość Ni w powłoce cynk-nikiel. Na ogół przyjmuje si? że stężenie Ni w powłoce na poziomie 12 - 15 % jest wartości?optymaln? Zazwyczaj odporność korozyjna rośnie wraz ze wzrostem stężenia niklu w powłoce do poziomu około 15 %. Dalsze zwiększanie zawartości Ni w powłoce (powyżej 15 %) powoduje, że powłoka cynk-nikiel traci swój anodowy charakter w stosunku do podłoża stalowego, w związku z czym maleje jej zdolność do ochrony stali przed korozj? która w coraz większym stopniu uzależniona jest o szczelności powłoki. Duża zawartość niklu w powłoce może ponadto prowadzi?do zmniejszenia jej plastyczności i pogorszenia podatności na pasywacj? co dodatkowo przyczynia si?do obniżenia zdolności całego układu: powłoka cynk-nikiel + pasywacja, do ochrony stali przed korozj? Na zawartość Ni w powłoce wpływa przede wszystkim stężenie tego metalu w kąpieli, ale także stężenie substancji kompleksujących Ni (regulujących wbudowywanie Ni w powłok?, stężenie innych składników kąpieli (np. chlorków w kąpieli słabo kwaśnej, które z kolei oddziałuj?przede wszystkim na cynk), pH, temperatura kąpieli, stosowana gęstość prądu. Wpływ obecności węglanów i siarczanów na stężenie niklu w powłoce jest znikomy, węglany oddziałuj?przede wszystkim na katodow?wydajność prądow? a więc na grubość powłoki nakładan?w określonym czasie, która z punktu widzenia ochrony przed korozj?ma niebagatelne znaczenie. W zależności od agresywności środowiska zaleca si?nakładanie powłok o grubości od 5 mikrometrów na łagodnych warunków przez 8 mikrometrów dla średnich, 13 mikrometrów dla trudnych po 25 mikrometrów dla bardzo trudnych po względem oddziaływania korozyjnego warunków eksploatacji.

Poniżej podano przykładowe odporności korozyjne powłoki Zn-Ni w porównaniu do powłok cynkowych.

Skład powłoki Zn Zn Zn Zn Zn-Ni Zn-Ni Zn-Ni
Grubość [mikrometry] 8 8 8 8 8 8 8
Dodatkowe zabezpieczenie - Pasywacja bezbarwna Cr 3+ Pasywacja niebieska Cr 3+ Pasywacja grubopowłokowa Cr 3+ - Pasywacja bezbarwna Cr 3+ Pasywacja grubopowłokowa Cr 3+ i uszczelniacz
Czas do wystąpienia białej korozji* [h] 6 24 24 - 72 120 24 - 48 96 - 120 240 - 320
Czas do wystąpienia czerwonej korozji* [h] 24 - 72 96 - 144 120 - 240 192 - 360 480 - 720 480 - 720 > 1000
* badanie detali produkcyjnych w komorze solnej w atmosferze obojętnej solanki (NSS) zgodnie z norm?ISO 9227

Na koniec warto zwróci?uwag?na jeszcze jedn?bardzo istotn?właściwość powłok cynk-nikiel, która może znacząco przekłada?si?na ich użyteczność jako warstwy ochronnej. Powłoki cynk-nikiel charakteryzuj?si? bowiem znacznie większ?twardości?/b> ni?powłoki czystego cynku. W związku z tym preferuje si?ich aplikacj? w zastosowaniach, gdzie występuj?znaczne oddziaływania mechaniczne na powłok? typu tarcie, uderzanie itp. Dzięki większej odporności na uszkodzenia mechaniczne powłoka cynk-nikiel gwarantuje większy stopnie?ochrony przed korozj?podłoża stalowego ni?czysta powłoka cynkowa. Powłoki cynk-nikiel charakteryzuj?si?równie?tym, że zachowuj?one swoje właściwości ochronne w podwyższonych temperaturach, czym przewyższaj?powłoki cynkowe i inne stopowe powłoki zawierające cynk.