크로마이트 변환 코팅

Chromate conversion coating
크롬 도금 또는 확산 강화와 혼동하지 마십시오.
소형강 부품에 아연 크로마이트 변환 코팅.

크롬산염 전환 코팅 또는 알로딘 코팅은 강철, 알루미늄, 아연, 카드뮴, 구리, 은, 티타늄, 마그네슘, 주석 합금을 통과시키는데 사용되는 변환 코팅의 일종이다.[1]: p.1265 [2] 코팅은 부식 억제제 역할을 하며,[2] 페인트와 접착제의 접착력을 개선하거나 장식적인 마감재로서 또는 전기 전도성을 보존하는 프라이머 역할을 한다. 또한 연금속에 대한 마모 및 가벼운 화학적 공격(예: 더러운 손가락으로부터의)에도 어느 정도 저항성을 제공한다.[2]

크롬산염 전환 코팅은 나사, 하드웨어, 공구 등 일상용품에 주로 적용된다. 그들은 대개 뚜렷하게 무지개빛, 녹색-노란색을 다른 흰색이나 회색 금속들에 전달한다. 이 코팅은 크롬 염을 포함한 복잡한 구성과 복잡한 구조를 가지고 있다.[2]

이 공정을 알로딘 코팅이라고도 부르는데, 헨켈 표면 테크놀로지의 상표 알로딘 공정에 특별히[2] 언급하여 사용하는 용어다.[3]

과정

크롬산염 전환 코팅은 보통 원하는 두께의 필름이 형성될 때까지 부품을 화학 욕조에 담근 다음 부품을 제거하고 헹군 후 건조시켜 바르는 방식으로 적용된다. 이 과정은 보통 상온에서 몇 분 동안 몰입하면서 진행된다. 또는 용액을 분사하거나 부품을 욕조에 잠깐 담글 수 있으며, 이 경우 코팅 반응은 부품이 아직 젖은 상태에서 발생한다.[2]

코팅은 처음 바를 때는 부드럽고 젤라틴이 풍부하지만, 일반적으로 24시간 또는 그 이하로 마를수록 딱딱해지고 소수성이 된다.[2] 경화는 최대 70°C(158°F)까지 가열하면 가속이 가능하지만 온도가 높아지면 강철 코팅이 점차 손상된다.

욕조 구성

욕조의 구성은 코팅할 재질과 원하는 효과에 따라 크게 달라진다. 대부분의 목욕 공식은 독점이다.

이 공식은 일반적으로 크롬산염과 디크롬산염과 같은 육각 크롬 화합물을 포함한다.[4]

아연과 카드뮴에 널리 사용되는 크로낙 공정은 중크롬산나트륨(NaCrO227·2HO2) 182g/L과 6mL 농축황산으로 구성된 실온용액에 5~10초 동안 담근다.[5]

화학

크롬 코팅 프로세스는 육각크롬과 금속 사이의 리독스 반응으로 시작한다.[2] 예를 들어 알루미늄의 경우

Cr6+
 + Al0 → Cr3+
 + Al3+

이온들은 물속에서 수산화물과 반응하여 수산화물을 형성한다.

Cr3+
 + 3 HO−
 → Cr(OH)
3
Al3+
 + 3 HO−
 → Al(OH)
3

적절한 조건 하에서 이러한 수산화물은 금속 표면에 하이드로겔로 침전된 매우 작은 입자의 콜로이드 솔을 형성하기 위해 물을 제거하여 응결될 것이다. 겔은 산화물과 수산화물의 3차원 고체 골격으로 구성되며, 나노 크기의 원소와 공극이 액체 단계를 감싸고 있다. 겔의 구조는 금속 이온 농도, pH, 그리고 킬레이트화제나 대항제와 같은 용액의 다른 성분들에 따라 달라진다.[2]

젤 필름은 마르면 수축하여 골격을 압축하여 뻣뻣하게 만든다. 결국 수축이 멈추고, 더 건조하면 모공이 열리지만 건조해져 필름이 제로겔로 변하게 된다. 알루미늄의 경우 건식 코팅은 대부분 크롬(III)산화물 CRO
2
3 또는 혼합(III)/(VI)산화물로 구성되며, AlO는
2
3 거의 없다. 일반적으로 공정 변수는 200~300nm 두께의 드라이 코팅을 제공하도록 조정된다.[2][6][7]

이 코팅은 마를 때 수축되어 "건조된 진흙" 패턴으로 묘사되는 많은 미세한 비늘에 금이 가게 한다. 그러나 덫에 걸린 용액은 균열에 노출되는 모든 금속과 계속 반응하여 최종 코팅이 연속되어 표면 전체를 덮는다.[2]

주요 반응은 침전된 젤에 있는 크롬(VI) 음이온(크롬산염과 디크롬산염)의 대부분을 불용성 크롬(III) 화합물로 변화시키지만, 소량의 크롬은 건조 코팅에서 반응하지 않은 상태로 남아 있다. 예를 들어 상업용 욕조에 의해 알루미늄에 형성된 코팅에서는 금속 옆 영역을 제외하고 크롬 원자의 약 23%가 Cr인6+
것으로 밝혀졌다. 이러한 크롬(VI) 잔류물은 코팅이 젖었을 때 이동할 수 있으며, 특히 부식이 시작될 수 있는 새로운 미세 균열에서 코팅이 복원됨으로써 완성된 부분의 부식을 방지하는 역할을 하는 것으로 생각된다.[2][6][7]

기판

아연

"Zinc 노란색"은 여기서 리디렉션된다. RAL 색상은 RAL 1018 아연 황색을 참조하십시오.

크롬팅은 아연도금 부품에 대해 더 내구성을 높이기 위해 수행되는 경우가 많다. 크롬산염 코팅은 페인트와 같이 작용하여 아연이 백색 부식으로부터 보호되므로, 크롬산염 층의 두께에 따라 부품의 내구성이 상당히 향상된다.[8][9][10]

아연에 대한 크롬산염 코팅의 보호 효과는 색상으로 표시되며, 선명한/파란색에서 노란색, 금색, 올리브색 및 검은색으로 진행된다. 일반적으로 어두운 코팅은 더 많은 내식성을 제공한다.[11] 단, 코팅 색상도 염료로 변경할 수 있으므로 색상이 사용되는 공정에 대한 완전한 지표는 아니다.

ISO 4520은 전기 도금 아연과 카드뮴 코팅에 대한 크로마이트 변환 코팅을 지정한다. ASTM B633 Type II 및 III는 철 및 강철 부품에 아연 도금과 크로마이트 변환을 명시한다. 볼트, 너트 등 아연 도금 기계식 고정 장치에 대한 ASTM F1941로의 ASTM B633 연기의 최근 개정판은 ASTM B633(2015년 개정판 대체)의 현재 개정판이다. ASTM B633은 수소 부서짐 문제에 직면할 때 필요한 인장 임계값을 높이고 새 부록에서 부서짐 문제를 다루었다.

알루미늄 및 합금

알루미늄의 경우, 크롬산 변환 욕조는 단순히 크롬산의 용액일 수 있다. 프로세스는 신속(1~5분)하며, 단일 외부 온도 프로세스 탱크와 관련 헹굼이 필요하며, 비교적 문제가 없다. [2]

As of 1995, Henkel's Alodine 1200s commercial formula for aluminum consisted of 50-60% chromic anhydride CrO
3, 20-30% potassium tetrafluoroborate KBF
4, 10-15% potassium ferricyanide K
3Fe(CN), 5-10% potassium hexafluorozirconate K
2ZrF
6, and 5-10% sodium fluoride NaF by weight. 이 공식은 9.0 g/L의 농도로 물에 용해되어 pH = 1.5로 목욕하는 것을 의미했다. 1분 후에는 연한 금색, 3분 후에는 황금빛 필름을 연출했다. 평균 두께는 200에서 1000 nm 사이였다.[6]

이리다이트 14-2는 알루미늄용 크롬산염 전환 욕조다. 성분으로는 크롬이 있다.IV) 산화물, 질산 바륨, 규코플루오리드 나트륨 및 페리카니드.[12] 알루미늄 산업에서는 이 과정을 화학 필름[13] 또는 노란 이리다이트라고도 하며 [13]상업상 상표명으로는 이리다이트와[13] 본데라이트[14](이전에는 영국에서는 알로딘 또는 알로크롬으로 알려져 있다)가 있다.[15] 알루미늄의 크롬산염 전환 코팅에 대한 주요 표준은 미국의 MIL-DTL-5541과 영국의 Def Stan 03/18이다.

마그네슘

알로딘은 또한 염색질 코팅 마그네슘 합금을 가리킬 수 있다.[3]

강철

강철과 철은 직접 색칠할 수 없다. 아연 또는 아연-알루미늄 합금으로 도금된 강철은 색칠할 수 있다.[9][10] 크롬화 아연 도금 강철은 아연이 녹으로부터 기초 강철을 음극적으로 보호하지 않는다.[5]

인산염 코팅

크롬산염 전환 코팅은 철 기판에 자주 사용되는 인산염 전환 코팅 위에 적용할 수 있다. 이 과정은 인산염 코팅의 개선을 위해 사용된다.[5]

안전

헥사발렌트크롬화합물은 발암성에 대한 집중적인 직장 및 공중보건 관심의 대상이 되어 왔으며, 그 결과 규제가 심해졌다.[16]

특히 직원의 크롬산염고 몰입 물로 목욕을 하고 젖은 부품 취급 중크롬산염,뿐만 아니라 코팅에 갇힌 남아 있는 음이온의 작은 잔류물에 대한 노출에 대해 우려는, 육가 크롬을 함유하지 않는다 다른 상업적인 목욕 처방. 예를 들면[17]의 개발 동기 부여를 받고 있다.에 의해 3가 크롬염으로 크롬을 대체하는데, 크롬염은 독성이 상당히 적다. 그러나 이러한 것들이 전통적인 공식의 장기적 부식 방지는 제공하지 않는 것으로 보인다.[7]

유럽에서는 RoHS 및 REACH 지침이 크롬 변환 코팅 프로세스를 포함하여 광범위한 산업용 애플리케이션과 제품에서 육각크롬의 제거를 권장한다.

참조

  1. ^ K.H. 위르겐, 부쇼우, 로버트 W. 칸, 머튼 C.플레밍스, 베른하르트일스너, 에드워드 J. 크레이머, 수바쉬 마하잔(2001): 재료 백과사전 - 영국 옥스포드, 엘스비에, 과학과 기술
  2. ^ a b c d e f g h i j k l m Joseph H Osborn(2001) : "솔-겔 관점에서 염색분 변환 코팅에 대한 관찰" 유기 코팅의 진행 상황, 41권, 4, 280-286페이지. doi:10.1016/S0300-9440(01)00143-6
  3. ^ a b Henkel Alodine 제품 홈 페이지, 2009-03-27 액세스
  4. ^ 로버트 피터 프랑켄탈(2002년): 부식과학 : 로버트 P를 기리는 회고 및 현황 프랑켄탈 국제 심포지엄의 진행. ISBN9781566773355
  5. ^ a b c Edwards, Joseph (1997). Coating and Surface Treatment Systems for Metals. Finishing Publications Ltd. and ASM International. pp. 66–71. ISBN 0-904477-16-9.
  6. ^ a b c F. W. 리틀, R. B. 그리고르, G. L. 비빈스, K. Y. 블로호위악, R. E. 스미스, G. D. Tuss(1995) : "알루미늄에 있는 크롬 변환 표면층의 구조와 화학에 대한 조사" 부식과학, 제31권, 제3호 349-369쪽. 도이:10.1016/0010-938X(94)00101-B
  7. ^ a b c J. 자오, L. 시아, A. 세갈, D. Lu, R. L. McCreery, G. S. Frankel(2001) : "알루미늄 합금 2024-T3의 부식에 대한 크롬산염 및 크롬산 환산 코팅의 효과" 표면 및 코팅 기술, 제140권, 발행 번호 1, 51-57. doi:10.1016/S0257-8972(01)01003-9
  8. ^ M. P. Gigandet, J. Faucheu, M. 타체즈(1997년) : "순수 및 아연합금 전해액 퇴적물에 대한 흑색 크로마이트 변환 코팅 형성: 주성분의 역할" 표면 및 코팅 기술, 89권, 3, 1페이지 285-291. doi:10.1016/S0257-8972(96)03013-7
  9. ^ a b A. M. 로코, 타니아 M. C. 노게이라, 레나타 A. 시망, 그리고 윌마 C. 리마(2004) : "55% Al-Zn 코팅된 강철에 대한 크롬산염 통과 및 크롬산염 전환 코팅의 평가" 표면 및 코팅 기술, 제179권,iIssues 2–3, 페이지 135-144. doi:10.1016/S0257-8972(03)00847-8
  10. ^ a b Z. L. 롱, Y. C. 주, L. 샤오(2003): "전기로 퇴적된 아연-철 합금의 흑색 크로마이트 변환 코팅 특성" 적용 표면 과학, 218권, 1-4, 124-137페이지. 도이:10.1016/S0169-4332(03)00572-5
  11. ^ Degarmo, E. Paul; Black, J T.; Kohser, Ronald A. (2003). Materials and Processes in Manufacturing (9th ed.). Wiley. p. 792. ISBN 0-471-65653-4.
  12. ^ Iridite용 MacDermid MSDS 14-2, 제품 번호 178659.
  13. ^ a b c "Iridite Chromate Conversion Coating Finish Mil-C-5541 Specification Engineers Edge".
  14. ^ "Aircraft Structures – Alodine Coating" (pdf). Special Airworthiness Information Bulletin (SAIB): HQ-18-09. FAA. February 5, 2018. Retrieved 2018-04-03.
  15. ^ 알루미늄에 대한 새로운 표면 처리. 앤서니, J. 철기 시대(1946), 158(23), 64-7.
  16. ^ 2006년 2월 28일, 미국 노동부, OSHA 연방관보 # 71:10099-10385에 대한 직업적 노출.
  17. ^ http://www.epa.gov/nrmrl/std/mtb/pdf/web-powdercoatarticleversion1.pdf

외부 링크