Chromianowanie powłok cynkowych

Chromianowanie jest najpowszechniej stosowaną metodą ochrony cynku galwanicznego przed korozją. Jest stosowane bezpośrednio po nałożeniu powłoki cynkowej i jej starannym wypłukaniu wodą. Nadaje ono powłokom cynkowym trwały efekt dekoracyjny oraz zwiększa przyczepność innych powłok, np. malarskich. W reakcji ze składnikami roztworu na powierzchni cynku tworzy się nierozpuszczalna, ściśle związana z podłożem warstwa konwersyjna o złożonym składzie chemicznym.

Barwa powłok chromianowych jest związana z ich grubością i odpornością korozyjną. Polska Norma PN-82/H-97018 określa minimalny czas (w godzinach, h) badania powłok w mgle solnej, do pierwszych śladów korozji cynku, w zależności od barwy chromianowanej powłoki cynkowej a tym samym od jej masy jednostkowej (Mj, g/m²):

Poniżej zostały przedstawione typowe kąpiele do chromianowania, wybrane z literatury lub z praktyki przemysłowej (stosowane w temperaturze pokojowej).

Skład i warunki pracy typowej kąpieli do chromianowania:

1. na kolor bezbarwno-niebieskawy:

   KCr(SO4)2	20g/l
   HNO3	5ml/l
   pH	1,2-1,8
   czas	10-40sek.

2. na kolor tęczowo-żółty:

   Na2Cr2O7	5,5g/l
   Na2SO4	2,4g/l
   H3BO3	4,5-5,5g/l
   HNO3	1,5ml/l
   pH	1,4-1,8
   czas	15-60sek.

3. na kolor oliwkowo- zielony:

   CrO3	20g/l
   HNO3	5ml/l
   H3PO4	6-10ml/l
   H2SO4	1,5-2,5ml/l
   pH	0,5-2,0
   czas	15-90sek.

Przebieg procesu chromianowania zależy zarówno od składu kąpieli chromianującej jak i od rodzaju stosowanego cynkowania. Nowoczesne metody galwanicznego bezcyjankowego cynkowania wymagają stosowania dodatków blaskotwórczych i związków powierzchniowo- czynnych. Dodatki te wpływają na skład chemiczny i strukturę błyszczących powierzchni cynku. W tym przypadku trudniej jest uzyskać jednolite zabarwienie powłok chromianowych. Dodatkowo może pojawiać się problem ich przyczepności, zwłaszcza w przypadku bardzo gładkich, błyszczących powłok cynkowych.

Badania naukowe wykazały wpływ na skład i grubość (a tym samym zabarwienie) powłok chromianowych dodatków różnych jonów. Jony fosforanowe i, w mniejszym stopniu, jony siarczanowe wbudowują się w powłokę chromianową. Jony chlorkowe i siarczanowe powodują pogrubienie tych powłok.

W Instytucie Mechaniki Precyzyjnej opracowano kąpiele szczególnie nadające się do chromianowania cynku z kąpieli galwanicznych słabo kwaśnych lub alkalicznych bezcyjankowych na kolor niebieski oraz na kolor żółty. Powłoki te zwiększają odporność korozyjną cynku. W przypadku np. kąpieli do chromianowania na kolor żółty, dzięki dodatkom związków kompleksowych, aktywujących powierzchnię cynku podczas procesu chromianowania a także wbudowujących się w powłokę chromianową, uzyskano ponad trzykrotne podwyższenie odporności korozyjnej w porównaniu z wymaganiami PN.

Wpływ poszczególnych parametrów procesu technologicznego na jakość powłok chromianowych.

Typowy proces chromianowania galwanicznych powłok cynkowych składa się z następujących etapów:

1. Płukanie po cynkowaniu, bieżąca woda
2. “Rozjaśnianie” w 0,5% HNO₃*
3. Chromianowanie
4. Płukanie, bieżąca woda
5. Płukanie, ciepła woda*
6. Barwienie powłoki, wodny roztwór barwników organicznych*
7. Suszenie w nadmuchu powietrza , temp.<60°C
8. Doszczelnianie powłoki chromianowej związkami nieorganicznymi krzemianowymi lub wodnymi dyspersjami związków organicznych.*

Uwaga: Etapy zaznaczone gwiazdką* mogą być stosowane warunkowo.

Poniżej przedstawiono przykładowo technologiczne problemy chromianowania na żółto i na niebiesko oraz sposoby ich rozwiązania.

Należy podkreślić, że proces chromianowania, mimo niewątpliwych zalet, może stanowić zagrożenie dla zdrowia ze względu na zawartość w kąpielach związków Cr(VI). Prace nad opracowaniem bezchromianowych metod pasywacji cynku, podobnie jak i innych metali, np. Al., trwają na całym świecie, jednak na razie nie znaleziono jeszcze równie skutecznych i tanich metod ochrony przed korozją, jak chromianowanie.

Chromianowanie na kolor niebieskawy zwykle jest przeprowadzane w kąpielach nie zawierających Cr(VI), lecz związki Cr(III). Kąpiele te są znacznie bardziej ekologiczne, lecz odporność korozyjna tych cienkich, niebieskawych powłok jest mniejsza.