کروم سه‌ظرفیتی به منظور افزایش محافظت به خوردگی برروی سطوح آلومینیومیTRIVALENT CHROMIUM FOR ENHANCED CORROSION PROTECTION ON ALUMINUM SURFACES
کروم سه‌ظرفیتی به منظور افزایش محافظت به خوردگی برروی سطوح آلومینیومی (از نگاه متال فینیشینگ)

Chromate conversion coatings have been routinely applied on aluminum-based surfaces in order to improve corrosion characteristics and adhesive properties. The conventional chromate conversion coating process uses highly oxidizing toxic hexavalent chromium (Cr+6) compounds and ferricyanide. The metal finishing industry has been developing less toxic alternative coatings in order to comply with environmental regulations and substance restriction legislation, such as the European Union’s Restriction of Hazardous Substances (RoHS) directive.

پوشش‌های تبدیلی کروماته معمولا بر روی سطوح پایه آلومینیومی به منظور افزایش خصوصیات چسبندگی و مقاومت به خوردگی اعمال می‌گردند. فرایند رایج پوشش تبدیلی کروماته از ترکیبات سمی و بسیار اکسیدشونده کروم شش‌ظرفیتی (Cr+6) و فرِی‌سیانیدها استفاده می‌کند. صنعت آبکاری فلزات، در حال توسعه‌ی پوشش‌های جایگزین با سمیت کمتر به منظور تطابق با قوانین زیست‌محیطی و محدودیت مصرف مواد، مانند دستورالعمل محدودیت مواد خطرناک اتحادیه اروپا (RoHS) است.

One promising alternative is the trivalent chromium–based environmentally friendly conversion coating. This article will describe a new trivalent chromium process for chromate conversion on aluminum with high corrosion protection, good paint adhesion, low cost, quick and simple processing, and all while meeting the stringent requirements of military specifications. It is QPL (Qualified Product List) approved by the United States Navy–Defense Standardization Program under Governing Spec MIL-DTL-81706-B.

یک جایگزین امیدوارکننده، پوشش تبدیلی سه‌ظرفیتی برپایه کروم سازگار با محیط‌زیست است. این مقاله یک فرایند جدید کروم سه‌ظرفیتی برای تبدیل کروماته برروی آلومینیوم با مقاومت به ‌خوردگی بالا، چسبندگی خوب رنگ، قیمت پایین، پردازش سریع و ساده را معرفی می‌کند که مقررات سخت‌گیرانه نظامی را رعایت می‌کند. این محصول توسط QPL (لیست محصولات واجد شرایط) در برنامه استانداردسازی نیروی دریایی ایالات متحده تحت عنوان Spec MIL-DTL-81706-B تأیید شده است.

In addition, this article will outline various chromate conversion techniques for aluminum. It will address a new, environmentally friendly, cost-efficient, and performance-oriented chromate conversion coating with a unique and patented trivalent chromium pre- and post-treatment chemistry for aluminum.

همچنین این مقاله، به روش‎های مختلف تبدیل کروماته برروی آلومینیوم اشاره می‌کند. این مقاله یک پوشش تبدیل کروماته جدید، دوستدار محیط‌زیست، مقرون به‌صرفه با کارکرد هدفمند و مواد شیمیایی آماده‌سازی و تکمیل فرایند کروم سه‌ظرفیتی، دارای ثبت اختراع و منحصربفرد را برای آلومینیوم معرفی می‌کند.

CHROMATE CONVERSION OF ALUMINUM

Chromate conversion coatings have been used for several decades in the aerospace industry to improve the corrosion resistance of aluminum alloys. Chromate conversion coatings have also been used to passivate zinc, cadmium, copper, silver, magnesium, tin, and their alloys. Chromate coatings, similar to phosphate coatings, are processes of chemical conversion because they contain both substrate metal and depositing species. However, chromate coatings are formed by the reaction of chromic acid or chromium salt water solutions. Chromate conversion coatings usually exhibit good atmospheric corrosion resistance. These conversion coatings form an ideal substrate for paints by providing a clean, essentially inert surface, which provides optimum conditions for adhesion

تبدیل کروماته آلومینیوم

پوشش‌های تبدیلی کروماته در دهه‌های مختلف در صنعت هوافضا برای بهبود مقاومت به خوردگی آلیاژهای آلومینیوم استفاده شده‌اند. پوشش‌های تبدیلی کروماته همچنین برای پسیواسیون قلع، منیزیم، نقره، مس، کادمیوم، روی و آلیاژهای این فلزات استفاده می‌شوند. پوشش‌های کروماته مشابه پوشش‌های فسفاته فرایندهایی از تبدیل شیمیایی هستند زیرا که آنها حاوی فلزات زیرلایه و ذرات رسوبی هستند. بهرحال پوشش‌های کروماته ازطریق واکنش با اسید کرومیک و در محلول‌های آب‌ و نمک کروم تشکیل می‌شوند. پوشش‌های تبدیل کروماته معمولا مقاومت به خوردگی خوبی از خود بروز می‌دهند. این پوشش‌های تبدیلی نیاز به یک بستر ایده‌آل برای رنگ‌ها دارد که یک سطح تمیز و خنثی داشته باشد و شرایط بهینه برای چسبندگی را به وجود آورد.

The application of chromated aluminum can cover a wide range of functions. Conversion coatings can provide mild wear resistance, better drawing or forming characteristics, and may be used to provide a decorative finish. In addition, they are also ideal for pretreatment prior to organic coating. Most organic coatings applied directly to aluminum surfaces will not adhere well, and if subjected to any deformation they will tend to flake off, exposing the bare aluminum. Scratching off the paint surface would also provide a nucleation site for aluminum corrosion and further undercutting of the coating.

استفاده از آلومینیوم کروماته می‌تواند گستره وسیعی از کاربردها را پوشش دهد. پوشش‌های تبدیلی ممکن است مقاومت به سایش متوسط و خصوصیات شکل‌پذیری و کششی بهتر برای کاربردهای آبکاری تزئیناتی را ارائه دهند. به‌علاوه این پوشش‌ها برای آماده‌سازی قبل از اعمال پوشش‌های آلی ایده‌آل هستند. اکثر پوشش‌های آلی که به طور مستقیم به سطوح آلومینیومی اعمال می‌شوند، چسبندگی خوبی ندارند و اگر تحت هرگونه تغییر شکل قرار بگیرند، تمایل به جداشدن از سطح دارند و درنتیجه فلز آلومینیوم عریان نمایان می‌شود. خراش‌دادن سطح رنگ نیز یک محل جوانه‌زنی برای خوردگی آلومینیوم ایجاد کرده و پوشش متحمل تخریب بیشتری می‌شود.

The successful application of this conversion process requires the aluminum to be clean and free of organic soils, oxides, and corrosion products. Therefore, a pretreatment process is required that can be applied to aluminum and provides a suitable basis for subsequent coatings.

برای اجرای موفقیت‌آمیز این فرایند تبدیلی، لازم است که آلومینیوم تمیز شده و عاری از آلودگی‌های آلی، اکسیدها و محصولات خوردگی شود. بنابراین، یک فرآیند آماده‌سازی مورد نیاز است که ممکن است برروی آلومینیوم اعمال گردد و بستر مناسبی را برای پوشش‌های بعدی فراهم کند.

Conversion coatings that can be used on aluminum alloys and are compatible with most paint systems have been developed. The name “conversion coating” describes a process of chemical reaction that results in a surface film. As a result of this reaction and conversion, the film becomes an integral part of the metal surface, which exhibits excellent adhesion properties. Chromate conversion coatings are a thin chemical film, usually less than 0.25 microns in thickness and are electrically conductive.

پوشش‌های تبدیلی که می‌توانند در آلیاژهای آلومینیوم استفاده شوند، با اکثر سیستم‌های رنگ تولیدشده، سازگار هستند. عبارت "پوشش تبدیلی" یک فرآیند واکنش شیمیایی را شرح می‌دهد که منجر به تولید یک لایه سطحی می‌شود. در اثر این واکنش و تبدیل این لایه، بخشی جدایی‌ناپذیر از سطح فلز می‌شود، که خواص چسبندگی عالی از خود بروز می‌دهد. پوشش‌های تبدیلی کروماته یک لایه شیمیایی نازک هستند، معمولا کمتر از 0.25 میکرون ضخامت دارند و رسانای الکتریسیته هستند

HEXAVALENT CHROMATES

Historically, hexavalent chemistry has been used to process aluminum chromate conversion parts. Chromate passivation systems containing Cr+6 compounds are an extremely versatile group of aqueous chemistries that are extensively used in a diverse range of electroplating and metal treatment processes. They impart many beneficial and essential characteristics to metallic substrates and deposits obtained from a number of techniques, such as zinc electroplating. Chromate conversion coatings on alloys are formed by the reduction of chromate ions and the development of a hydrated Cr2O3 barrier layer, which provides corrosion resistance and further protection due to residual chromate ions.

کروماته‌های شش‌ظرفیتی

از لحاظ تاریخی، شیمی شش‌ظرفیتی برای آبکاری قطعات تبدیلی کروماته آلومینیوم استفاده شده است. سیستم‌های پسیواسیون کروماته حاوی ترکیبات Cr+6 یک گروه بسیار متنوع از شیمی مایعات هستند که به طور گسترده در طیف متنوعی از فرآیندهای آبکاری و فلزکاری مورد استفاده قرار می‌گیرند. این نوع پوشش‌ها ویژگی‌های مفید و ضروری را در بسترهای فلزی و رسوبات حاصله از روش‌های مختلف مانند گالوانیزه روی به وجود می‌آورد. پوشش‌های تبدیلی کروماته برروی آلیاژها شکل گرفته ازطریق کاهش یون‌های کروماته و ایجاد یک لایه حائل Cr2O3 هیدراته تشکیل شده است که مقاومت به‌خوردگی و حفاظت بیشتری را به دلیل یون‌های کرومات رسوبی فراهم می‌کند.

Hexavalent-based passivation (Cr+6) exhibits a number of desirable characteristics. The process will passivate the surface of zinc and zinc alloy electrodeposits with a thin film that provides end-user benefits such as color, abrasion resistance, and increased corrosion protection. When damaged, these hexavalent chromates possess a unique “self-healing” property. This means that soluble Cr+6 compounds contained within the passivation films will repassivate any exposed areas.

پسیواسیون شش‌ظرفیتی (Cr+6) چند ویژگی خوب را به نمایش می‌گذارد. این فرایند سطح قطعات آبکاری‌شده روی و آلیاژروی را با یک لایه نازک پسیو می‌کند که مزایایی را برای مشتری مانند رنگ، مقاومت به خراش و افزایش مقاومت به خوردگی در پی دارد. این کرومات‌های شش ظرفیتی هنگام آسیب‌دیده‌گی دارای خاصیت "خودترمیم‌شوندگی" منحصربفرد هستند. خودترمیم‌شوندگی به این معنی است که ترکیبات Cr+6 محلول حاضر در لایه‌های پاسیواسیونی مجددا بر روی سطوح اعمالی پاسیو خواهند شد.

Hexavalent chromate has wet, gelatinous film drying at the surface. Subsurface moisture (dehydrating in approximately 48–72 hours) provides selfhealing and lubricity characteristics. The deposits are harder than conventional trivalent chromate film, and they offer torque and tension to meet the finishing requirements of fasteners. Unfortunately, the Cr+6 used in generating cheap and very effective coatings poses serious health hazards as well as waste treatment problems. Chrome sores, which are severe damage to mucous membranes and skin lesions, occur from exposure to the ever-present chrome-mists and aerosols in job shops. Environmental guidelines and regulations are in place that restrict and prohibit its usage.

کروماته شش‌ظرفیتی یک لایه ژلاتینی و مرطوب دارد که برروی سطح خشک می‌شود. رطوبت زیرسطحی (تقریبا به مدت 48 تا 72 ساعت خشک‌ شده) منجر به ایجاد ویژگی‌های خودترمیم‌شوندگی و روانکاری می‌شود. این رسوبات سختی بیشتری نسبت به لایه کرومات سه‌ظرفیتی متعارف دارند و آنها گشتاور و تنش موردنیاز برای دستیابی به ملزومات آبکاری بست‌ها را ارائه می‌دهند. متاسفانه Cr+6 مورد استفاده برای تولید پوشش‌های بسیار کاربردی و ارزان، خطرات جدی سلامت و همچنین مشکلات دفع ضایعات را ایجاد می‌کنند. جراحات کروم که آسیب جدی به غشاهای مخاطی و ضایعات پوستی می‌زنند، از استنشاق آیروسول‌ها و غبارات کروم همواره حاضر در کارگاه‌ها ناشی می‌شوند. دستورالعمل‌های زیست‌محیطی و مقرراتی وجود دارند که استفاده از آنها را محدود و ممنوع می‌کنند.

The finishing industry is developing less toxic alternatives in order to comply with substance restriction legislation and directives from the European Union. The most significant directive is RoHS, signed on Jan. 27, 2003, which went into effect July 1, 2006. The restriction covers six hazardous substances: lead, mercury, cadmium, Cr+6, polybrominated biphenyls (PBB), and polybrominated diphenyl ether (PBDE).

صنعت آبکاری در حال توسعه جایگزین‌هایی با سمیت کمتر به منظور رعایت قوانین محدودیت مصرف مواد و دستورالعمل‌های اتحادیه اروپا است. مهمترین دستورالعمل RoHS است که در تاریخ 27 ژانویه 2003 مصوب شده است و در تاریخ 1 ژوئیه 2006 به اجرا گذاشته شده است. این محدودیت شامل شش ماده خطرناک است: سرب، جیوه، کادمیوم، کروم شش ظرفیتی، پلی‌برومینات‌ بی‌فنیل (PBB) و اتر دی‌فنیل پلی‌برومینات‌ (PBDE).