In sectoren als de mechanische productie, de autotechniek, consumentenelektronica en de lucht- en ruimtevaart bepalen oppervlaktebehandelingen die worden toegepast op basismaterialen direct de -serviceprestaties en betrouwbaarheid van componenten.
Voor hetzelfde basismateriaal kunnen verschillende oppervlaktebehandelingsprocessen resulteren in verschillen van orde van grootte wat betreft corrosieweerstand, slijtvastheid, elektrische geleidbaarheid en zelfs esthetische kwaliteit.
Daarom ligt de essentie van oppervlaktebehandeling niet alleen in het verbeteren van het uiterlijk, maar in het creëren van een functionele oppervlaktelaag om gerichte prestatieverbetering te bereiken zonder de mechanische eigenschappen van het substraat aanzienlijk te veranderen.
Geen enkel proces is inherent superieur aan een ander; De geschiktheid hangt volledig af van het specifieke substraat, de componentstructuur, de beoogde functie en de gebruiksomgeving. Voor een goed begrip van oppervlaktebehandeling moet je verder kijken dan de naam van het proces, om te begrijpen hoe de coating ontstaat, welke primaire problemen ermee worden aangepakt en welke potentiële nieuwe risico's deze met zich meebrengt.
I. Galvaniseren: het aanbrengen van een metalen coating op het substraatoppervlak
Galvaniseren is een proces waarbij gebruik wordt gemaakt van een extern elektrisch gelijkstroomveld (DC) om een reductiereactie van metaalionen uit de galvaniseringsoplossing op het kathodeoppervlak te induceren, resulterend in de afzetting van een metalen of legeringscoating.
Het te plateren werkstuk dient doorgaans als kathode, terwijl de anode een oplosbare metaalanode of een onoplosbare anode kan zijn. Naast metaalzouten bevat de plateeroplossing gewoonlijk additieven zoals complexvormers, buffers, geleidende zouten en bleekmiddelen.
[Afbeelding]
Veel voorkomende coatings zijn onder meer: verzinken, bekleden met zink-nikkellegeringen, vernikkelen, koperbeplating, verchromen, verzilveren, vergulden en composietsystemen (zoals stroomloos nikkel gevolgd door galvaniseren).
Galvaniseerprocessen hebben verschillende functies. Zo wordt verzinken vooral gebruikt voor de corrosiebescherming van stalen en ijzeren onderdelen; vernikkelen biedt een combinatie van bescherming, slijtvastheid en decoratieve aantrekkingskracht; koperbeplating wordt vaak gebruikt voor basislagen, geleidbaarheid of als tussenlaag voor daaropvolgende beplating; goud en zilver worden vaak gebruikt voor elektrische contacten en hoogwaardige decoratieve afwerkingen; en hardverchromen wordt gewoonlijk gebruikt voor slijtvastheid en dimensionaal herstel.
1. Typische processtroom
Galvaniseren omvat doorgaans drie fasen.
Voor{0}}behandeling: Ontvetten → Spoelen met water → Ontroesten of beitsen → Spoelen met water → Activering → Voor-plating of basis-plating (indien nodig).
Voor-behandeling bepaalt rechtstreeks de hechting van de coating. Achtergebleven olie, oxidehuid, roest of polijstmiddel op het substraatoppervlak kan leiden tot defecten zoals blaasvorming, gaatjes en plaatselijk loslaten van de coating. Opgemerkt moet worden dat passivering doorgaans een post-behandeling is in plaats van een standaardstap in het-behandelingsproces voor conventioneel galvaniseren. Hoewel bepaalde substraten specifieke conversie- of activeringsprocessen ondergaan, kan "passivering na beitsen" niet worden beschouwd als een universele procedure voor alle galvanische bewerkingen.
Hoofdgalvaniseren: De coating wordt aangebracht volgens specificaties door parameters te controleren zoals stroomdichtheid, badtemperatuur, pH-waarde, metaalionconcentratie, additiefgehalte en roeren.
Na-behandeling: spoelen met water → Passiveren of sealen → Drogen → Inspectie → Verpakken.
Verzinkte onderdelen ondergaan vaak een passivatie met driewaardig chroom, een chroomvrije passivatie of afdichtingsbehandelingen om de corrosieweerstand verder te verbeteren.
Kunststofsubstraten, zoals ABS, kunnen niet rechtstreeks standaard galvaniseren; ze vereisen doorgaans opruwing, sensibilisering, activering en chemische afzetting om een geleidende oppervlaktelaag te vormen voordat ze doorgaan met daaropvolgende galvaniseerstappen.
2. Belangrijke kwaliteitscontrolepunten
De kwaliteit van het galvaniseren wordt over het algemeen beïnvloed door de volgende parameters:
Huidige dichtheid;
Duur van het plateren;
Badtemperatuur;
pH-waarde;
Concentraties van metaalionen en additieven;
Oriëntatie van werkstukstellingen;
Anode-tot-kathodeafstand;
Badfiltratie en roering;
Oppervlakteconditie van het substraat.
Onderdelen met complexe geometrieën, diepe gaten of uitsparingen zijn gevoelig voor problemen zoals overmatige coatingdikte aan de randen en onvoldoende coating in diepe gaten als gevolg van een ongelijkmatige stroomverdeling. Deze problemen vereisen oplossingen zoals het gebruik van hulpanodes, afschermplaten, een geoptimaliseerd rekontwerp of verbeteringen aan de werpkracht van het galvaniseerbad.
3. Belangrijkste voordelen en risico's
De voordelen van galvaniseren liggen in de grote verscheidenheid aan beschikbare coatingtypen, die tegelijkertijd kunnen voldoen aan de eisen op het gebied van corrosieweerstand, slijtvastheid, elektrische geleidbaarheid, soldeerbaarheid en decoratieve aantrekkingskracht, met instelbare coatingdiktes variërend van enkele micrometers tot tientallen micrometers.
De belangrijkste risico's zijn onder meer:
Blaarvorming en vervelling veroorzaakt door slechte voor-behandeling;
Ongelijkmatige laagdikte;
Porositeit en gaatjes;
Onvoldoende dekking op interne oppervlakken van complexe structuren;
Waterstofbrosheid in hoogsterktestaal- na beitsen en galvaniseren;
Milieudruk in verband met zware metalen, afvalwater en badonderhoud.
In het bijzonder moet bij bevestigingsmiddelen, veren en lastdragende onderdelen van hoog{0}}staal het risico op waterstofverbrossing worden beoordeeld en moet er onmiddellijk een waterstofontlastingsbehandeling worden uitgevoerd in overeenstemming met de toepasselijke vereisten. II. Anodiseren: het laten groeien van een oxidefilm op het aluminiumsubstraat
Anodiseren wordt vooral toegepast op aluminium en aluminiumlegeringen, maar kan ook worden toegepast op specifieke metalen zoals titanium en magnesium.
Het belangrijkste verschil tussen anodiseren en galvaniseren is dat bij galvaniseren het afzetten van een extern metaal op het oppervlak van het substraat plaatsvindt, terwijl bij anodiseren het basismetaal zelf elektrochemische oxidatie ondergaat, waardoor een oxidefilm wordt gevormd die een integraal onderdeel is van het substraat.
[Afbeelding]
Geanodiseerde films op aluminiumlegeringen bestaan voornamelijk uit aluminiumoxide en bieden eigenschappen zoals corrosieweerstand, slijtvastheid, elektrische isolatie en decoratieve aantrekkingskracht.
1. Typische processtroom
Een veel voorkomende procesvolgorde omvat: Rekken → Ontvetten → Waterspoelen → Alkalisch etsen of chemisch polijsten → Desmutting (ophelderen) → Waterspoelen → Anodiseren → Waterspoelen → Verven of elektrolytisch kleuren → Afdichten → Inspectie.
Niet alle producten vereisen alkalisch etsen, verven of chemisch polijsten; deze stappen worden geselecteerd op basis van specifieke uitstraling en functionele eisen.
Vers gevormde geanodiseerde films hebben een poreuze structuur die gemakkelijk kleurstoffen en verontreinigingen absorbeert; daarom is gewoonlijk een afdichtingsstap vereist. Afdichting vermindert de porositeit, waardoor de corrosieweerstand en kleurstabiliteit worden verbeterd.
2. Conventioneel anodiseren versus hard anodiseren
Conventioneel anodiseren wordt voornamelijk gebruikt voor:
Algemene bescherming;
Decoratieve kleuring;
Behuizingen voor consumentenelektronica;
Architecturale aluminiumprofielen;
Instrumenten en structurele componenten.
De filmdikte varieert doorgaans van enkele micron tot meer dan twintig micron, waarbij specifieke eisen worden bepaald door productnormen.
Bij hardanodiseren worden lagere badtemperaturen en hogere stroomdichtheden gebruikt om een dikkere, hardere filmlaag te produceren. Het wordt voornamelijk gebruikt voor:
Zuigers;
Geleiderails;
Cilinders;
Hydraulische componenten;
Onderdelen van aluminiumlegering met hoge-slijtage-weerstand.
Hard geanodiseerde films zijn doorgaans erg hard maar relatief bros; ze kunnen niet zomaar de structurele sterkte van het basismateriaal zelf vervangen.
3. Belangrijkste kwaliteitsrisico's
Kritieke factoren die tijdens het anodiseren in de gaten moeten worden gehouden, zijn onder meer:
Aluminiumlegering en microstructuur;
Oppervlaktedefecten op grondstoffen;
Uniformiteit van voor-behandeling;
Badtemperatuur en concentratie;
Huidige dichtheid;
Anodisatieduur;
Rekkencontact;
Verfomstandigheden;
Afdichtingskwaliteit. Verschillende aluminiumlegeringen bevatten verschillende niveaus van legeringselementen zoals koper, silicium en magnesium; bijgevolg kunnen er na oxidatie aanzienlijke verschillen optreden in kleur, glans en uniformiteit van de coating. Daarom is het bereiken van een specifieke kleurvereiste niet alleen afhankelijk van de kleurstofformule, maar ook van het beheersen van materiaalbatches, oppervlakteruwheid en voor-behandelingsomstandigheden.
Geanodiseerde films groeien naar binnen in het substraat en zetten ook naar buiten uit, wat resulteert in een vergroting van de afmetingen. Voor gaten, pasvlakken en precisiedraden moet tijdens de ontwerp- en bewerkingsfasen rekening worden gehouden met de invloed van de filmdikte.
III. Spuitcoating: het creëren van een beschermende en decoratieve barrière via organische coatings
Industrieel spuitcoaten is het proces waarbij vloeistof- of poedercoatings gelijkmatig op een werkstukoppervlak worden aangebracht en een continue coatingfilm wordt gevormd door verdamping van oplosmiddelen, chemische reacties of uitharding door hitte.
[Afbeelding]
Spuitcoating heeft een breed scala aan toepassingen, waaronder:
Staalconstructies;
Carrosserieën en onderdelen voor auto's;
Mechanische uitrusting;
Behuizingen voor huishoudelijke apparaten;
Aluminiumlegering producten;
Meubilair en architecturale componenten.
Spuitcoaten mag niet louter als een "kleurstap" worden gezien. De factoren die de levensduur van de coating echt bepalen zijn vaak de voorbehandeling, het primersysteem, de controle van de laagdikte en de mate van uitharding.
1. Vloeibare spuitcoating versus poedercoating
Bij vloeibare spuitcoating wordt gebruik gemaakt van coatings die oplosmiddelen, water of reactieve harsen bevatten, waardoor de vorming van meer-laagsystemen mogelijk is, bestaande uit primer, tussenlaag en toplaag.
Voordelen zijn onder meer:
Een grote verscheidenheid aan coatingsoorten;
Flexibele controle over uiterlijk en kleur;
Mogelijkheid om dunnere of zeer decoratieve coatings te realiseren;
Sommige systemen kunnen uitharden bij omgevings- of lage temperaturen.
Nadelen zijn onder meer de potentiële vorming van vluchtige organische stoffen (VOS) en strenge eisen met betrekking tot spuitcabines, explosiebeveiliging, ventilatie en uitlaatgasbehandeling.
Poedercoaten maakt gebruik van elektrostatische krachten om poeder naar het werkstukoppervlak te trekken, gevolgd door verwarming om het poeder te smelten, te egaliseren en uit te harden tot een coating.
Voordelen zijn onder meer:
Hoge bezettingsgraad van coatings;
Over het algemeen vrij van traditionele oplosmiddelen;
Dikkere coatings;
Superieure slagvastheid en corrosiebescherming;
Geschiktheid voor geautomatiseerde massaproductie.
Voor poedercoaten zijn echter doorgaans hogere uithardingstemperaturen nodig; daarom is het essentieel om te verifiëren dat het substraat en de geassembleerde componenten bestand zijn tegen het thermische proces.. 2. Typische processtroom
Het coaten van metalen onderdelen omvat doorgaans: ontvetten → ontroesten of zandstralen → conversiebehandeling → spoelen met water → drogen → aanbrengen van primer → egaliseren of uitdampen → aflakken of poedercoaten → uitharden → inspectie.
Voor staalconstructies kan het nodig zijn om schoon te zandstralen om de Sa 2,5-norm te bereiken, hoewel dit niet een universele vereiste is voor alle gecoate producten. Dun plaatstaal, gegalvaniseerde onderdelen en componenten van aluminiumlegeringen kunnen een fosfatatie-, zirkonium-, silaanbehandeling of andere chemische voorbehandeling- ondergaan.
3. Belangrijke kwaliteitscontrolepunten
Coatingprocessen vereisen strikte controle over:
Oppervlaktereinheid;
Oppervlakteruwheid;
Kwaliteit van de conversiecoating;
Viscositeit van de coating en gehalte aan vaste stoffen;
Afstand en hoek van het spuitpistool;
Vernevelingsdruk;
Elektrostatische spanning;
Natte en droge laagdikte;
Nivelleringstijd;
Werkelijke werkstuktemperatuur en uithardingstijd.
De uithardingscontrole mag niet uitsluitend afhankelijk zijn van de ingestelde temperatuur van de oven; de werkelijke metaaltemperatuur van het werkstuk moet worden geverifieerd om er zeker van te zijn dat deze binnen het gespecificeerde uithardingsvenster van de coating valt.
Veel voorkomende defecten zijn onder meer:
Kraters;
Sinaasappelschil;
Verzakking/loopt;
Deeltjes/vuilinsluitsels;
Gaatjes;
Substraatblootstelling (vakantie);
Onvoldoende hechting;
Kleur- en glansinconsistentie;
Onder-uitharding of over-uitharding.
IV. Elektroforetische coating: vorming van een uniforme primerfilm via elektrische velden
Elektroforetische coating is een proces waarbij een geleidend werkstuk wordt ondergedompeld in een waterig elektroforetisch bad; een elektrisch veld met gelijkstroom (DC) zorgt ervoor dat geladen hars- en pigmentdeeltjes migreren en neerslaan, waardoor een coatingfilm wordt gevormd.
De auto-industrie maakt op grote schaal gebruik van kathodische elektroforese, voornamelijk om een uniforme, continue en corrosie-bestendige primerlaag voor voertuigcarrosserieën en metalen onderdelen te verschaffen.
Afbeelding
Vergeleken met conventioneel spuiten is een groot voordeel van elektroforese de superieure 'werpkracht', waardoor spleten, interne holtes en complexe geometrieën kunnen worden bedekt die moeilijk te bereiken zijn voor spuitpistolen.
1. Filmvormingsproces bij kathodische elektroforese
Het kathodische elektroforeseproces omvat de volgende gelijktijdige acties:
Directionele migratie van geladen coatingdeeltjes;
Elektrochemische reacties aan het werkstukoppervlak;
Verlies van wateroplosbaarheid en afzetting van de hars;
Uitdroging en verdichting van de natte film. Naarmate de coatinglaag zich geleidelijk vormt, neemt de elektrische weerstand toe en neemt de afzettingssnelheid af; bijgevolg vertoont de elektroforetische coating een zekere mate van zelf-beperkend gedrag, wat de vorming van een uniforme coatingdikte vergemakkelijkt.
2. Typische processtroom
Een gebruikelijke processtroom is: Ontvetten → Spoelen met water → Oppervlakteconditionering of conversiebehandeling → Spoelen met gedeïoniseerd water → Elektroforese → Spoelen met ultrafiltraatterugwinning → Spoelen met gedeïoniseerd water → Bakken/uitharden → Inspectie.
Voor-behandeling voorafgaand aan elektroforese is van cruciaal belang. Als het werkstukoppervlak olie, roest, walshuid of defecten in de conversiecoating bevat, kunnen daaropvolgende problemen zoals kraters, gaatjes, slechte hechting en voortijdige corrosie optreden.
3. Belangrijkste parameters en risico's
Belangrijke factoren die controle vereisen, zijn onder meer:
Gehalte aan vaste badstoffen;
pH-waarde;
Geleidbaarheid;
Badtemperatuur;
Spanning en bekrachtigingstijd;
Methode voor het invoeren van werkstukken;
Anodesysteemstatus;
Ultrafiltratiesysteem;
Baktemperatuur en -tijd;
Dikte van de verffilm.
Elektroforese is vooral geschikt voor werkstukken die elektrisch geleidend zijn en bestand zijn tegen baktemperaturen. Niet-geleidende kunststoffen kunnen niet rechtstreeks worden verwerkt met standaard elektroforesemethoden.
Veelvoorkomende problemen zijn onder meer:
Onvoldoende of overmatige filmdikte;
Onvoldoende penetratie van de coating in interne holtes;
Gaatjes en kraters;
Deeltjesinsluitsels;
Elektroforesemarkeringen;
Jig-contactmarkeringen;
Onder-uitharding;
Corrosie ontstaat aan randen, lasnaden en kwetsbare plekken in interne holtes.
V. Micro-boogoxidatie: vorming van een keramische coating op lichtmetalen oppervlakken
Micro-boogoxidatie, ook bekend als plasma-elektrolytische oxidatie, is een proces waarbij gebruik wordt gemaakt van hoge-spanningsomstandigheden om micro-ontladingen te induceren op de oppervlakken van klepmetalen (zoals aluminium, magnesium en titanium). Het vormt een keramisch-achtige oxidecoating door een combinatie van elektrochemische, thermochemische en plasmareacties.
Afbeelding
Vergeleken met conventioneel anodiseren gaat het bij micro{0}}boogoxidatie om micro-boogontladingen, wat resulteert in een coating met meer uitgesproken keramische eigenschappen; dit levert doorgaans superieure hardheid, slijtvastheid en hittebestendigheid op.. 1. Typische processtroom
Omvat meestal: Ontvetten en reinigen → Rekken → Onderdompeling in elektrolyt → Spanningsverhoging of gepulseerde voeding → Micro{0}}boogoxidatie → Spoelen met water → Afdichting of composietbehandeling → Inspectie
Het kernproces omvat:
Vorming van een dunne oxidefilm op het substraatoppervlak;
Gelokaliseerde diëlektrische doorslag van de film naarmate de spanning stijgt;
Generatie van onmiddellijke hoge temperatuur en hoge druk via micro-ontladingen;
Oxidatie van het substraatmetaal en reactie met elektrolytcomponenten;
Continue afbraak, smelten, afkoelen en groei van de coatinglaag.
2. Structuur en eigenschappen van de coating
Coatings voor micro-boogoxidatie bestaan doorgaans uit:
Een dichte laag grenzend aan het substraat;
Een tussenliggende functionele laag;
Een buitenlaag die relatief los en poreus is.
Microporiën in de buitenlaag kunnen de corrosieweerstand beïnvloeden; daarom vereisen toepassingen die een hoge corrosieweerstand vereisen vaak afdichting, elektroforese, verven of andere composietbehandelingen.
Het proces is geschikt voor:
Lichtmetalen onderdelen voor de lucht- en ruimtevaart;
Motor- en transmissieonderdelen voor auto's;
Slijtvaste-componenten van aluminium- en magnesiumlegeringen;
Structurele onderdelen voor elektronische apparatuur;
Bepaalde medische hulpmiddelen en gespecialiseerde functionele componenten.
3. Belangrijke beperkingen
Belangrijke beperkingen van micro-boogoxidatie zijn onder meer:
Hoogspanning en energieverbruik;
Hoge investeringskosten voor apparatuur;
Relatief lange verwerkingstijden;
Oppervlakteruwheid is doorgaans hoger dan die van conventioneel anodiseren;
Beperkte kleuropties;
Gevoeligheid voor ablatie bij scherpe hoeken en gebieden met elektrische veldconcentratie;
Potentiële impact van dikke coatings op afmetingen en vermoeiingsprestaties.
Daarom mag de keuze voor micro-boogoxidatie niet uitsluitend gebaseerd zijn op "hoge hardheid"; factoren zoals oppervlakteruwheid, afdichtingsvereisten, maatveranderingen en daaropvolgende montage moeten ook in aanmerking worden genomen.
VI. PVD-vacuümcoating: afzetting van functionele dunne films op micron-schaal in een vacuüm
PVD is een algemene term voor Physical Vapour Deposition. Het omvat het afzetten van atomen of ionen van een doelmateriaal op het oppervlak van een werkstuk om een dunne film te vormen in een vacuümomgeving, waarbij gebruik wordt gemaakt van methoden zoals verdamping, sputteren of boogionenplating.
Veel voorkomende PVD-coatings zijn onder meer:
Tin;
TiCN;
TiAlN;
CrN;
AlCrN;
DLC;
Decoratieve metaal- of legeringscoatings.
PVD wordt voornamelijk toegepast op twee belangrijke gebieden. Functionele harde coatings: gebruikt voor snijgereedschappen, mallen en slijtvaste onderdelen-; de primaire doelstellingen zijn het verhogen van de oppervlaktehardheid, het verminderen van wrijving en het verlengen van de levensduur.
Decoratieve coatings: gebruikt voor horloges, hardware, sanitair, mobiele telefoons en hoogwaardige- consumptiegoederen; de voornaamste doelen zijn het bereiken van een metaalachtige textuur, specifieke kleuren en een slijtvaste afwerking-.
1. Typische processtroom
Precisiereiniging → Opspanning → Vacuümevacuatie → Verwarmen en ontgassen → Ionenreiniging of etsen → Depositie → Koelen → Inspectie
De reinheid van het werkstuk heeft een aanzienlijke invloed op de hechting van de coating. Achtergebleven olie, polijstpasta, oxidelagen of vocht op het oppervlak kunnen leiden tot plaatselijke delaminatie van de coating.
2. Kenmerken van het PVD-proces
PVD-coatings variëren doorgaans van een fractie van een micron tot enkele micron in dikte en bezitten de volgende kenmerken:
Dunne coatinglagen;
Hoge hardheid;
Minimale impact op afmetingen;
Uitstekende oppervlaktetextuur;
Mogelijkheid voor meer-laag- of gradiëntcoatings;
Relatief schoon proces.
PVD vertoont echter een duidelijk-zicht-effect. De laagdikte kan aanzienlijk onvoldoende zijn in complexe interne gaten, diepe groeven en afgeschermde gebieden. Om de dekkingsuniformiteit te verbeteren, vereisen werkstukken in de oven gewoonlijk een combinatie van planetaire rotatie (omwenteling en rotatie) en gespecialiseerde armatuurontwerpen.
Decoratieve PVD op plastic onderdelen vereist doorgaans processen bij lage- temperaturen en basis-coat/top-coat-systemen; de coatingomstandigheden bij hoge-temperaturen die worden gebruikt voor metaalsnijgereedschappen kunnen hier niet zomaar worden toegepast.
3. Belangrijkste kwaliteitsrisico's
Delaminatie door onvoldoende reiniging;
Onvoldoende hardheid van het substraat, waardoor de harde coating geen adequate ondersteuning krijgt;
Overmatige interne spanning in de coating;
Coatingdefecten op scherpe hoeken;
Afschermingseffecten als gevolg van complexe geometrieën;
Kleur- en diktevariaties veroorzaakt door plaatsing in de oven;
Verharding of vervorming van het substraat als gevolg van afzettingstemperaturen;
Replicatie van oppervlakteruwheid door de coating.
Hoewel PVD-coatings erg hard zijn, garandeert dit geen algehele toename van de slijtvastheid van het onderdeel. Als de ondergrond te zacht is, het oppervlak ruw is of de hechting slecht is, kan de harde coating toch voortijdig barsten of afbladderen.
VII. Chemische conversiecoatings: het modificeren van het substraatoppervlak via chemische reactie
Bij chemische conversiecoatings wordt het substraat niet eenvoudigweg met een extern materiaal bedekt; in plaats daarvan vindt er een chemische reactie plaats tussen het substraatoppervlak en de behandelingsoplossing, waardoor een samengestelde film wordt gevormd die chemisch aan het substraat wordt gebonden. Afbeelding
Veel voorkomende processen zijn onder meer:
Fosfateren van staal;
Op zink-gebaseerde, mangaan-gebaseerde en ijzer-gebaseerde systemen.
Fosfateren;
Chemische conversie van aluminiumlegeringen;
Zwart worden of blauw worden van ijzer en staal;
Chromium-gratis conversiebehandeling, enz.
Hoewel zowel fosfateren als zwarten soorten chemische conversiebehandelingen zijn, verschillen ze qua functie en toepassing.
1. Fosfateren
Fosfateren omvat de vorming van een fosfaatconversielaag op het metaaloppervlak.
Belangrijke toepassingen zijn onder meer:
Voor-behandeling voor spuiten en elektroforese;
Verbetering van de hechting van organische coatings;
Verbetering van de corrosieweerstand onder de coating;
Wrijving verminderen en olie vasthouden;
Smering voor koudvervormen.
De fosfateringskwaliteit wordt doorgaans beoordeeld aan de hand van het coatinggewicht en niet alleen aan de hand van de coatingdikte.
Belangrijke factoren die de kwaliteit van het fosfateren beïnvloeden zijn onder meer:
Kwaliteit van ontvetten en ontroesten;
Status van oppervlakteconditionering;
Badparameters (totale zuurgraad, vrije zuurgraad en versnellers);
Verwerkingstemperatuur en duur;
Substraatsamenstelling;
Spoelen en drogen.
2. Zwart worden of blauw worden
Het alkalisch zwart worden van ijzer en staal bij hoge- temperaturen vormt doorgaans een film die voornamelijk bestaat uit ijzer(II,III)oxide (Fe₃O₄). Bij het zwart maken van de kamertemperatuur- kan gebruik worden gemaakt van verschillende chemische systemen; de samenstelling en eigenschappen van de resulterende coatings zijn niet identiek aan die geproduceerd door traditioneel zwarten op hoge- temperatuur.
Zwartmakende coatings zijn extreem dun en hebben een minimale impact op de afmetingen van de onderdelen; ze worden voornamelijk gebruikt voor:
Bevestigingsmiddelen;
Hulpmiddelen;
Vuurwapens en mechanische onderdelen;
Goedkope-decoratieve afwerkingen en roestpreventie op korte- termijn.
De zwartmakende coating zelf biedt echter een beperkte corrosieweerstand en vereist meestal aanvullende behandelingen zoals oliën, in de was zetten of afdichten.
3. Kenmerken van chemische conversiecoatings
Voordelen zijn onder meer:
Relatief eenvoudig proces;
Lage kosten;
Dunne coatinglaag;
Minimale impact op afmetingen;
Geschikt voor massaproductie;
Dient als basislaag voor daaropvolgend verven of coaten.
Belangrijke beperkingen zijn onder meer:
Beperkte corrosieweerstand bij alleen gebruik;
Gevoeligheid voor de kwaliteit van vóór- de behandeling;
De coatingprestaties worden aanzienlijk beïnvloed door de toestand van de badoplossing;
Milieuregelgeving stimuleert de vervanging en modernisering van traditionele systemen die chroom of nikkel bevatten.
VIII. Hoe kies je tussen de zeven processen?
Elk van de zeven processen behandelt verschillende kwesties; selectie mag niet uitsluitend gebaseerd zijn op prijs of uiterlijk. Proces
Typisch substraat
Primaire functie
Coatingkenmerken
Typische risico's
Galvaniseren
Staal, koper, behandelde kunststoffen
Corrosiebestendigheid, geleidbaarheid, slijtvastheid, decoratie
Metaal- of legeringscoating
Waterstofverbrossing, ongelijkmatige dikte, druk op de naleving van milieuvoorschriften
Anodiseren
Aluminium en aluminiumlegeringen
Bescherming, isolatie, decoratie, slijtvastheid
In-groei van oxidefilms op substraat
Kleurvariatie, broosheid, maatveranderingen
Sproeien
Metalen en enkele niet-metalen
Corrosiebestendigheid, decoratie, weerbestendigheid
Organische coating (relatief dik)
Hechting, uitharding, oppervlaktedefecten
Elektroforese
Geleidende metalen
Uniforme anti-corrosieprimer
Goede dekking van interne caviteiten
Problemen met voor-behandeling, gaatjes, onvoldoende penetratie van de coating
Micro-boogoxidatie
Lichte legeringen (Al, Mg, Ti, enz.)
Hoge hardheid, slijtvastheid, hittebestendigheid
Keramisch-achtige oxidefilm
Ruwheid, porositeit, hoog energieverbruik
PVD
Metalen, keramiek, behandelde kunststoffen
Hoge hardheid, lage wrijving, decoratie
Dunne film op micron-schaal
Schaduweffect, hechtkracht, substraatondersteuning
Chemische conversiecoating
Staal, zink, aluminium, enz.
Verfbasislaag, vermindering van wrijving, goedkope- roestpreventie
Dunne conversiefilm
Beperkte stand-alone corrosieweerstand, badgevoeligheid
Bij het selecteren van een proces moeten in ieder geval de volgende vragen worden beantwoord:
Wat is het substraat en is het geschikt voor het proces?
Heeft het product corrosiebestendigheid, slijtvastheid, isolatie, geleidbaarheid of decoratie nodig?
Wordt het product tijdens gebruik blootgesteld aan zoutnevel, hitte en vochtigheid, chemische media of hoge temperaturen?
Houden de afmetingen en pasvorm van het product rekening met de opbouw van laagdikte?
Heeft het werkstuk diepe gaten, interne holtes, blinde vlekken of scherpe hoeken?
Is het substraat bestand tegen beitsen, hoge spanning, vacuüm of baktemperaturen?
Ondersteunen productievolume en kosten batchverwerking?
Staan klant-, regelgevings- en milieueisen het gebruik van het specifieke chemische systeem toe?
Zijn vervolgprocessen zoals lassen, lijmen, schilderen of precisiemontage vereist?
Zijn voor de gevolgen van falen composietcoatings of meerlaagse bescherming nodig?
Afbeelding
IX. De kwaliteit van de oppervlaktebehandeling kan niet uitsluitend worden beoordeeld aan de hand van zoutsproeitests
Productielocaties gebruiken vaak de duur van zoutsproeitests om de kwaliteit van oppervlaktebehandelingen direct te beoordelen, maar dit is een te grote vereenvoudiging. Zoutsproeitesten zijn geschikt voor:
Het vergelijken van procesconsistentie tussen vergelijkbare coatings;
Procesbeheersing van leveranciers;
Het verifiëren van de naleving van productnormen;
Het detecteren van problemen zoals porositeit, afdichtingsdefecten en problemen met de voorbehandeling.
De duur van de zoutsproeitest kan echter niet eenvoudigweg worden gelijkgesteld aan de werkelijke levensduur van het product.
Afbeelding
Corrosieve omgevingen in de echte{0}}wereld worden ook beïnvloed door factoren zoals temperatuur- en vochtigheidswisselingen, condensatie, UV-straling, chemische media, temperatuurschommelingen, mechanische slijtage, installatiegaten, galvanische corrosie en gebruiks-/onderhoudsomstandigheden.
Een uitgebreide evaluatie van oppervlaktebehandeling omvat doorgaans: uiterlijk en kleurverschil, dikte of gewicht van de laag, hechting, hardheid, slijtvastheid, porositeit, ruwheid, chemische weerstand, vocht-hittebestendigheid, maatveranderingen en functionele tests.
Inspectiecriteria moeten worden bepaald op basis van productfunctie, faalrisico's en klantspecificaties, in plaats van op elk proces een gestandaardiseerde inspectiemethode toe te passen.
Tot slot
Galvaniseren, anodiseren, spuiten, elektroforese, micro-boogoxidatie, PVD en chemische conversiecoatings modificeren productoppervlakken via verschillende mechanismen-zoals metaalafzetting, substraatoxidatie, organische coating, elektrische veldafzetting, plasmareactie, vacuümdampafzetting en chemische conversie.
Effectieve oppervlaktebehandeling gaat niet over het creëren van de dikste of meest complexe coating; het gaat veeleer om het gebruik van het meest geschikte proces om stabiele, verifieerbare en in massa{0}}reproduceerbare oppervlakte-eigenschappen vast te stellen en tegelijkertijd te voldoen aan de functionele eisen van het product.
