Galvanické zinkovanie je štandardne používané ako kvalitná antikorózna ochrana. Pre zvýšenie protikoróznej ochrany sú povlaky zinku následne upravované, napr. chromátovaním alebo utesnením povrchu (pórov) nanesením laku, kde sa niekoľko násobne zvyšuje korózna odolnosť materiálu.
Dominantná vlastnosť zinkových povlakov je teda korózna ochrana ocele a liatin! Použitie: Protikorózna úprava ocele a liatiny, pričom sa jedná o finálny povlak, či ako podklad pod náterové systémy.
Schéma procesu zinkovania
Zinok a zliatiny zinku sú väčšinou používané ako povlakový kov, ktorý chráni základný materiál - oceľ - proti korózii. Zinok sa v styku so železom chová ako anóda a prednostne sa rozpustí a pokrýva sa vrstvou kysličníkov, ktorá spomaľuje ďalšiu koróziu.
Korózna odolnosť elektrolyticky vylúčených zinkových povlakov je všeobecne obdobná koróznej odolnosti zinku a ostatných zinkových povlakov. V počiatočnom štádiu funguje zinok prevažne ako obetovaný kov a chráni mechanicky poškodené miesta na povrchu ocele.
Prečítajte si tiež: Zemská Kôra: Zinok a Hliník
Galvanické pokovovanie 101
Proces elektrolického pokovania
Elektrolická povrchová úprava zinkom, alebo zinkovou zliatinou je už dávno najviac používaná pre oceľový spojovací materiál. Veľmi tenká vrstva (3 až 20 mikrónov* pre spojovací materiál so závitom) zinku, alebo zinkovej zliatiny (napr. ZnFe, ZnNi) sa nanesie na povrch spojovacieho materiálu elektrolickým (galvanickým) procesom. *Mikrón, alebo μm je 0,001 milimetra.
Spojovací materiál, ktorý má byť pokovaný je daný do plastového rotujúceho bubna, ponoreného to nádrže naplnenej elektrolytom (vodivou kvapalinou), ktorá je záporne nabitá (katódy). V nádrži sa nachádzajú pozitívne nabité (anódové) tyče a pláty zo zinku, alebo zinkovej zliatiny a elektrický prúd prepraví ióny zinku, alebo zinkovej zliatiny na záporne nabitý oceľový spojovací materiál.
Zinková, alebo zinkovo zliatinová vrstva je menej ušľachtilá ako oceľ. Ak je použitá ako ochranná úprava ocele pôsobí ako anóda, ktorá dodáva elektróny oceli, ak začne korodovať vo vlhkom prostredí. To sa nazýva katódová ochrana.
Meď, mosadz, nikel, chróm, cín a striebro sú viac ušľachtilé ako oceľ. Ak sú tieto ušľachtilé kovy používané ako ochranná vrstva, pôsobia ako katódy. V dôsledku toho môže byť oceľ priamo napadnutá a hrdza sa môže vyskytnúť aj pod povrchovou úpravou ak sa vlhkosť dostane do styku oceľou (anódou) cez póry, alebo poškodenie povrchu. To je dôvodom prečo je zinok, alebo zliatina zinku najviac používaný kov povrchovej úpravu pre oceľové produkty.
Pasivácia (chrómovanie)
Hneď potom ako sú produkty pokryté zinkom, sa do zinku, alebo zinkovej zliatiny pridá pasivačná vrstva, ktorá slúži ako ochranná vrstva pre zinkok, zinkovú zliatinu. Je veľa rozdielnych typov pasivačnej vrstvy, s rozdielnymi farbami a existujúcimi ochrannými aspektmi, ktoré ponúkajú rôzne druhy elektrolicky pokovaného spojovacieho materiálu.
Prečítajte si tiež: Komplexná starostlivosť o pohybový aparát: Walmark Vápnik Horčík Zinok
PasiváciaJedná sa o chemickú zlúčeninu, ktorá sa vytvorí na povrchu kovu pri reakcii s chemickým kúpeľom. Pre zvýšenie koróznej odolnosti kovového povrchu, uľahčujeme zábeh povrchu pohyblivých strojných súčiastok dodatočnými úpravami.
Ochrana proti korózii ponúkaná vrstvou zinku, alebo zinkovej zliatiny môže byť značne vylepšená pasiváciou. V klasickej forme tejto povrchovej úpravy je vytvorená extrémne tenká (ca 0,1 µm) vrstva chrómu, ktorá utesňuje póry v zinkovej, alebo zinkovo zliatinovej povrchovej úprave a tiež viaže kyslík.
Táto vrstva často obsahuje šesťmocný chróm (Cr(VI)) a preto má jedinečnú „samoliečebnú“ vlastnosť. V prípade mechanického poškodenia sa rozpustné soli šesťmocného chrómu vnútri pasivačnej vrstvy „opravia“ (re-pasivujú) vystavené oblasti. Nevýhodou tohto je, že Cr(VI) obsahuje látku, ktorá ničí životné prostredie (toxická a karcinogénna). Používanie v Európskej únii je obmedzené Cr(VI) je čoraz viac zakazovaný rôznymi legislatívami (napr. RoHS, ELV).
V závisloti od hrúbky a zloženia pasivačnej vrstvy je farba rozdielna od transparentnej (bielej) cez modrú a žltú až k čiernej.
Typy pasivácie
- Biela/modrá pasivácia: Táto je najpoužívanejšia pre spojovací materiál, ponúka však nízku ochranu proti korózii a preto je vhodná na aplikácii do vnútorných priestorov. Využíva sa skôr ako dekoratívna úprava.
- Čierna pasivácia: Rovnaká hodnota ochrany ako biela/modrá pasivácia a najviac vyberaná pre jej čiernu farbu. Obsahuje šesťmocný chróm CR(VI).
- Žltá pasivácia: Tento typ pasivácie ponúka lepšiu odolnosť voči korózii a je odporúčaný pre vonkajšie aplikácie, aj keď jeho popularita klesá keďže obsah šesťmocného chrómu Cr(VI) je značný. Hrubovrstvá pasivácia - modré a žlté prevedenie.
- (Olivová) zelená pasivácia: Tieto typy pasivácie sú používané hlavne pre aplikácie pre armádu. Odolnosť voči korózii v oboch typoch je porovnateľná, alebo trošku lepšia ako žltá pasivácia a tiež obsahuje šesťmocný chróm Cr(VI).
Pasivačná vrstva tvorí výbornú protikoróznu bariéru, približne 4x vyššiu ako pri modrej pasivácii. Úprava sa hodí do vonkajšieho prostredia alebo do náročnejších prostredí (napr. Fe// Zn25/C prevádzka vo vonkajšej atmosfére vo zvlášť korózne agresívnom prostredí, napr. Zinkovanie I.
Prečítajte si tiež: Synergické účinky jódu, zinku a vitamínu D
Pasivácia trojmocným chrómom (Cr(III))
Výsledkom právnych predpisov o nebezpečných látkach ako RoHS, Reach a ELV bol vyvinutý nový typ pasivačnej vrstvy. Táto nová pasivačná vrstva už viac nemôže obsahovať Cr(VI). Namiesto šesťmocného chrómu, aktuálne v čiernej, žltej, hnedej a zelenej pasivácii (chrómovej) vrstvy, bola vyvinutá pasivácia používaná trojmocný chróm (Cr(III)). Niektoré z týchto pasivácii majú dokonca ešte lepšiu odolnosť voči korózii ako pasivácia šesťmocných chrómom Cr(VI). Sú tiež často označované ako „pasivácia hrubšou vrstvou“.
Tenká vrstva môže byť označovaná za „hrubú“ keď má od 0,08 do 0,1 µm, a hrubá vrstva môže mať od 0,2 to 0,3 µm. Tenkovrstvá transparentná pasivácia je využívaná najviac. Pasivácia hrubou vrstvou je dúhová (modro-žlto-zelená na zinkovom povrchu, žlto-zelená na povrchu zo zinkovej zliatiny) a ponúka výbornú odolnosť voči korózii, dokonca lepšiu ako žltá pasivácia šesťmocných chrómom.
Na ďalšie zlepšovanie odolnosti voči korózii a/alebo na zlepšenie vzhľadu povrchovej vrstvy môžu byť použité tmely.
Vodíková krehkosť
V procese galvanizácie sa používa elektrina na zrážanie zinku, alebo zinkovej zliatiny. Prúd spôsobuje tiež elektrolýzu vody v kúpeli vodíka a kyslíka. Kyslík mizne z tekutiny v kúpeli, ale vodíkové ióny môžu difúzovať do kovu spojovacích materiálov a viazať sa na molekuly vodíka. To je spojené so zvyšovaním objemu, čo spôsobuje vysoké pnutie v štruktúre ocele.
Pri prítomnosti externých ťahových síl, toto nám môže spôsobiť zvýšenú možnosť spontánnych krehkých zlomenín. Okrem toho, morenie bez inhibítorov (morenie sa používa pri žiarovom pozinkovaní) a nekvalifikované kalenie a temperovanie ocelí s vysokými mechanickými vlastnosťami môže tiež vyvolať krehkosť vodíka.
Štruktúra ocele postihnutá vodíkovou krehkosťou
Nebezpečenstvo vodíkovej krehkosti sa vzťahuje na výrobky:
- s pevnosťou v ťahu ≥ 1000 MPa
- s tvrdosťou ≥ HV320
- pri tých, ktoré sú cementované
Aby sme znížili riziko vodíkovej krehkosti na minimum, citlivé diely by sa mali vypaľovať po galvanickom pokovaní a pred pasiváciou na určitú teplotu a po určitú dobu. So stúpajúcou hrúbkou povrchového materiálu ťažkosti s odstraňovaním vodíka stúpajú.
Pre kritické časti je doporučené, aby teplota a čas boli ustálené experimentálne, keďže teplota ohrevu nikdy nemôže presiahnuť teplotu temperovania. Ak nie je možné vylúčiť kritické aplikácie musíme zvoliť inú povrchovú úpravu (napr. vločkovanie).
Kódový systém pre objednávanie elektrolického zinkovania (galvanizácie)
Podľa ISO 4042:1999 galvanizácia mechanického spojovacieho materiálu je označovaná kódom pozostávajúcim z dvoch veľkých písmen a čísla. Nový kódovací systém je pripravovaný pre novú edíciu ISO 4042.
Aktuálny kód je tvorený nasledovne:
- Jedno veľké písmeno pre povrchový kov, viď. tab. 1
- Jedno číslo pre minimálnu hrúbku vrstvy (povrchovú štruktúru), viď. tab. 2
- Jedno veľké písmeno pre stupeň lesku a farbu povrchovej úpravy, viď. tab. 3
Príklad kódovania: A3L
- “A” znamená zinkové pokovanie (pozri tabuľku 1)
- “3” znamená hrúbku povrchovej úpravy najmenej 8 mikrónom (pozri tabuľku 2)
- “L” znamená jasnú žltú pasiváciu (pozri tabuľku 3)
Príklad označenia: šesťhranná skrutka DIN 931 - M16 x 60 - 8.8 - A3L.
Ak nie je dohodnutá žiadna hrúbka vrstvy, nahrádza ju trhovo dostupná alternatíva.
Obmedzenia hrúbky vrstvy
Stupeň ochrany proti korózii je vo všeobecnosti proporčný s hrúbkou aplikovanej vrstvy. Pre ochranu výrobku je potrebné, aby bola zaručená minimálna hrúbka vrstvy. Ak chceme ochrániť maticu/skrutka pred zablkovaním počas montáže maximálna priemerná hrúbka vrstvy by nemala presiahnuť ¼ tolerancie.
Tabuľka 4 zobrazuje maximálnu povolenú hrúbku vrstvy pre spojovací materiál s vonkajším závitom s tolerančnou hodnotou g (pred povrchovou úpravou), vo vzťahu k stúpaniu závitu a nominálnej dĺžke.
Minimálna hrúbka povrchovej vrstvy spojovacích prvkov sa musí merať v bodoch znázornených na obrázku nižšie.
Priemerná hrúbka vrstvy sa musí stanoviť metódou opísanou v norme ISO 4042, príloha D.
Výber správnej povrchovej úpravy
Výber správnej povrchovej úpravy je dôležitý hlavne z pohľadu prostredia v akom bude výrobok umiestnený a tým pádom aj jeho ochrany a konečného dizajnu.
- Galvanické zinkovanie - sa prevažne využíva v interiéroch, kvôli menšej vrstve zinku. Pasiváciou (alebo chromátovaním) získava povrch vysokú odolnosť voči korózii. Pre vnútorné prostredie sa využíva Transparentná (modrá) pasivácia , ktorá je vhodná do suchého prostredia a plní skôr dekoratívnu funkciu.
- Žiarové zinkovanie - takto upravené kovy sa vďaka hrubej vrstve zinku používajú prevažne vo vonkajšom prostredí , kde hrozia silné vplyvy počasia a mechanické opotrebenie. Taktiež sa môže využiť aj v interiéroch ako dizajnový prvok.
- Nanášanie farby (komaxitovanie) - každý kov sa môže farebne upraviť procesom komaxitovania, pri ktorom elektrostaticky nanášaný farebný plast esteticky skrášli finálny produkt.
| Typ pasivácie | Ochrana proti korózii | Použitie | Obsahuje Cr(VI) |
|---|---|---|---|
| Biela/modrá | Nízka | Interiér, suché prostredie | Áno |
| Čierna | Nízka | Interiér | Áno |
| Žltá | Lepšia | Exteriér | Áno |
| Zelená (olivová) | Lepšia ako žltá | Armádne aplikácie | Áno |
| Trojmocný chróm (Cr(III)) | Výborná (niekedy lepšia ako žltá) | Univerzálne | Nie |