El recubrimiento de conversión de cromato o recubrimiento de alodina es un tipo de recubrimiento de conversión que se utiliza para pasivar aleaciones de acero , aluminio , zinc , cadmio , cobre , plata , titanio , magnesio y estaño . [1] : p.1265 [2] El recubrimiento sirve como inhibidor de la corrosión , como imprimación para mejorar la adherencia de pinturas y adhesivos , [2] como acabado decorativo, o para preservar la conductividad eléctrica . También proporciona cierta resistencia a la abrasión y al ataque químico ligero (como dedos sucios) en metales blandos. [2]
Los recubrimientos de conversión de cromato se aplican comúnmente a elementos como tornillos , herrajes y herramientas. Por lo general, imparten un color amarillo verdoso distintivamente iridiscente a metales que de otro modo serían blancos o grises. El recubrimiento tiene una composición compleja que incluye sales de cromo y una estructura compleja. [2]
El proceso a veces se denomina recubrimiento alodine, término utilizado específicamente [2] en referencia al proceso Alodine registrado de Henkel Surface Technologies. [3]
Los recubrimientos de conversión de cromato se suelen aplicar sumergiendo la pieza en un baño químico hasta que se haya formado una película del espesor deseado, retirando la pieza, enjuagándola y dejándola secar. El proceso se suele realizar a temperatura ambiente, con unos minutos de inmersión. Alternativamente, la solución se puede rociar o la pieza se puede sumergir brevemente en el baño, en cuyo caso las reacciones de recubrimiento tienen lugar mientras la pieza aún está húmeda. [2]
El recubrimiento es suave y gelatinoso cuando se aplica por primera vez, pero se endurece y se vuelve hidrófobo a medida que se seca, generalmente en 24 horas o menos. [2] El curado se puede acelerar calentando a 70 °C (158 °F), pero una temperatura más alta dañará gradualmente el recubrimiento del acero.
La composición del baño varía mucho, dependiendo del material a recubrir y del efecto deseado. La mayoría de las fórmulas de baño son patentadas.
Las formulaciones suelen contener compuestos de cromo hexavalente , como cromatos y dicromatos . [4]
El proceso Cronak, ampliamente utilizado para zinc y cadmio, consiste en 5 a 10 segundos de inmersión en una solución a temperatura ambiente que consta de 182 g / L de dicromato de sodio (Na 2 Cr 2 O 7 · 2H 2 O) y 6 mL /L de ácido sulfúrico concentrado. ácido . [5]
El proceso de recubrimiento con cromato comienza con una reacción redox entre el cromo hexavalente y el metal. [2] En el caso del aluminio, por ejemplo,
Los cationes trivalentes resultantes reaccionan con iones hidróxido en agua para formar los correspondientes hidróxidos , o una solución sólida de ambos hidróxidos:
En condiciones adecuadas, estos hidróxidos se condensan con eliminación de agua para formar un sol coloidal de partículas muy pequeñas, que se depositan en forma de hidrogel sobre la superficie del metal. El gel consta de un esqueleto sólido tridimensional de óxidos e hidróxidos, con elementos y huecos a nanoescala , que encierra una fase líquida. La estructura del gel depende de la concentración de iones metálicos, el pH y otros ingredientes de la solución, como agentes quelantes y contraiones. [2]
La película de gel se contrae a medida que se seca, comprimiendo el esqueleto y provocando que se ponga rígido. Con el tiempo, la contracción se detiene y un mayor secado deja los poros abiertos pero secos, lo que convierte la película en un xerogel . En el caso del aluminio, el recubrimiento seco se compone principalmente de óxido de cromo(III) Cr.
2oh
3, u óxido mixto (III)/(VI), con muy poco Al
2oh
3. Normalmente, las variables del proceso se ajustan para dar un recubrimiento seco de 200 a 300 nm de espesor. [2] [6] [7]
El recubrimiento se contrae a medida que se seca, lo que hace que se agriete en muchas escamas microscópicas, lo que se describe como un patrón de "barro seco". La solución atrapada sigue reaccionando con cualquier metal que quede expuesto en las grietas, de modo que el recubrimiento final es continuo y cubre toda la superficie. [2]
Aunque las reacciones principales convierten la mayoría de los aniones de cromo (VI) (cromatos y dicromatos) del gel depositado en compuestos de cromo (III) insolubles, una pequeña cantidad de ellos permanece sin reaccionar en el recubrimiento seco. Por ejemplo, en el recubrimiento formado sobre aluminio mediante un baño comercial, se encontró que aproximadamente el 23% de los átomos de cromo eran Cr hexavalente.6+
, excepto en una región cercana al metal. Estos residuos de cromo (VI) pueden migrar cuando el recubrimiento se humedece y se cree que desempeñan un papel en la prevención de la corrosión en la pieza terminada, específicamente, al restaurar el recubrimiento en cualquier grieta microscópica nueva donde podría comenzar la corrosión. [2] [6] [7]
El cromado a menudo se realiza en piezas galvanizadas para hacerlas más duraderas. La capa de cromato actúa como lo hace la pintura, protegiendo el zinc de la corrosión blanca , haciendo así que la pieza sea considerablemente más duradera, dependiendo del espesor de la capa de cromato. [8] [9] [10]
El efecto protector de los recubrimientos de cromato sobre el zinc se indica por el color, que progresa de transparente/azul a amarillo, dorado, verde oliva y negro. Los revestimientos más oscuros generalmente proporcionan más resistencia a la corrosión. [11] El color del recubrimiento también se puede cambiar con tintes, por lo que el color no es un indicador completo del proceso utilizado.
ISO 4520 especifica recubrimientos de conversión de cromato en recubrimientos galvanizados de zinc y cadmio. ASTM B633 Tipo II y III especifican el revestimiento de zinc más la conversión de cromato en piezas de hierro y acero. Las revisiones recientes de ASTM B633 difieren de ASTM F1941 para sujetadores mecánicos con revestimiento de zinc, como pernos, tuercas, etc. 2019 es la revisión actual de ASTM B633 (reemplazó la revisión de 2015), que elevó los umbrales de tracción requeridos al enfrentar problemas de fragilidad por hidrógeno y abordó preocupaciones sobre la fragilidad en un nuevo apéndice.
Para el aluminio, el baño de conversión de cromato puede ser simplemente una solución de ácido crómico . El proceso es rápido (1 a 5 minutos), requiere un único tanque de proceso a temperatura ambiente y un enjuague asociado, y está relativamente libre de problemas. [2]
En 1995, la fórmula comercial Alodine 1200s de Henkel para aluminio consistía en 50-60% de anhídrido crómico CrO
3, 20-30% tetrafluoroborato de potasio KBF
4, 10-15% ferricianuro de potasio K
3Fe(CN) , 5-10% hexafluorocirconato de potasio K
2ZrF
6y 5-10% de fluoruro de sodio NaF en peso. La fórmula debía disolverse en agua a una concentración de 9,0 g/l, dando un baño con pH = 1,5. Produjo un color dorado claro después de 1 min y una película marrón dorada después de 3 min. El espesor promedio osciló entre 200 y 1000 nm. [6]
Iridita 14-2 es un baño de conversión de cromato para aluminio. Sus ingredientes incluyen óxido de cromo (IV) , nitrato de bario , silicofluoruro de sodio y ferricianuro . [12] En la industria del aluminio, el proceso también se llama película química [13] o iridita amarilla . [13] Las marcas comerciales incluyen Iridite [13] y Bonderite [14] (anteriormente conocida como Alodine o Alocrom en el Reino Unido). . [15] Los principales estándares para el recubrimiento por conversión de cromato de aluminio son MIL-DTL-5541 en los EE. UU. y Def Stan 03/18 en el Reino Unido.
Alodine también puede referirse a aleaciones de magnesio recubiertas de cromato . [3]
El acero y el hierro no se pueden cromar directamente. El acero recubierto de zinc o aleación de zinc-aluminio puede cromatarse. [9] [10] Cromar el acero galvanizado no mejora la protección catódica del zinc del acero subyacente contra la oxidación . [5]
Los recubrimientos de conversión de cromato se pueden aplicar sobre los recubrimientos de conversión de fosfato que se utilizan a menudo en sustratos ferrosos . El proceso se utiliza para mejorar el recubrimiento de fosfato. [5]
Los compuestos de cromo hexavalente han sido objeto de intensa preocupación en el lugar de trabajo y en la salud pública por su carcinogenicidad, y se han vuelto altamente regulados. [dieciséis]
En particular, las preocupaciones sobre la exposición de los trabajadores a cromatos y dicromatos mientras manipulan el baño de inmersión y las partes húmedas, así como los pequeños residuos de aquellos aniones que quedan atrapados en el recubrimiento, han motivado el desarrollo de formulaciones de baños comerciales alternativas que no no contiene cromo hexavalente; [17] por ejemplo, sustituyendo los cromatos por sales de cromo trivalentes , que son considerablemente menos tóxicas. Sin embargo, estos no parecen proporcionar la protección contra la corrosión a largo plazo de la fórmula tradicional. [7]
En Europa, las directivas RoHS y REACH fomentan la eliminación del cromo hexavalente en una amplia gama de aplicaciones y productos industriales, incluidos los procesos de recubrimiento por conversión de cromato.
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