El recubrimiento de conversión de cromato o recubrimiento de alodina es un tipo de recubrimiento de conversión utilizado para pasivar aleaciones de acero , aluminio , zinc , cadmio , cobre , plata , titanio , magnesio y estaño . [1] : p.1265 [2] El recubrimiento sirve como inhibidor de 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 los dedos sucios) en metales blandos. [2]
Los recubrimientos de conversión de cromato se aplican comúnmente a elementos como tornillos , hardware y herramientas. Por lo general, imparten un color amarillo verdoso iridiscente distintivo 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 de alodine, un término utilizado específicamente [2] en referencia al proceso Alodine registrado de Henkel Surface Technologies. [3]
Los recubrimientos por conversión de cromato se aplican habitualmente 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 pulverizar , o se puede sumergir brevemente la pieza en el baño, en cuyo caso las reacciones de recubrimiento tienen lugar mientras la pieza todavía 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 según el material que se vaya a recubrir y el 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 ( Na2Cr2O7 · 2H2O ) y 6 mL /L de ácido sulfúrico concentrado . [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 los iones hidróxido en agua para formar los hidróxidos correspondientes , o una solución sólida de ambos hidróxidos:
En condiciones adecuadas, estos hidróxidos se condensan con la eliminación de agua para formar un sol coloidal de partículas muy pequeñas, que se depositan como un hidrogel sobre la superficie del metal. El gel consiste en un esqueleto sólido tridimensional de óxidos e hidróxidos, con elementos y huecos a escala nanométrica , que encierran una fase líquida. La estructura del gel depende de la concentración de iones metálicos, el pH y otros componentes de la solución, como agentes quelantes y contraiones. [2]
La película de gel se contrae a medida que se seca, comprimiendo el esqueleto y haciendo que se endurezca. Finalmente, la contracción se detiene y un mayor secado deja los poros abiertos pero secos, convirtiendo la película en un xerogel . En el caso del aluminio, el recubrimiento seco consiste principalmente en óxido de cromo (III) Cr
2Oh
3, o óxido mixto (III)/(VI), con muy poco Al
2Oh
3Normalmente, las variables del proceso se ajustan para dar un recubrimiento seco de entre 200 y 300 nm de espesor. [2] [6] [7]
El revestimiento se contrae al secarse, lo que provoca que se agriete en muchas escalas 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 revestimiento 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) en el gel depositado en compuestos insolubles de cromo (III), 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 hexavalentes.6+
, excepto en una región cercana al metal. Estos residuos de cromo (VI) pueden migrar cuando se humedece el revestimiento y se cree que desempeñan un papel en la prevención de la corrosión en la pieza terminada, específicamente, al restaurar el revestimiento en cualquier nueva grieta microscópica donde podría comenzar la corrosión. [2] [6] [7]
El cromado se realiza a menudo en piezas galvanizadas para hacerlas más duraderas. El recubrimiento de cromato actúa como la pintura, protegiendo el zinc de la corrosión blanca , lo que hace 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 mediante el color, que va desde el transparente/azul hasta el amarillo, dorado, verde oliva y negro. Los recubrimientos más oscuros generalmente brindan mayor 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.
La norma ISO 4520 especifica los recubrimientos de conversión de cromato sobre recubrimientos de zinc y cadmio electrolíticos. La norma ASTM B633 Tipo II y III especifica el enchapado de zinc más la conversión de cromato sobre piezas de hierro y acero. Las revisiones recientes de la norma ASTM B633 difieren de la norma ASTM F1941 para el enchapado de zinc de sujetadores mecánicos, como pernos, tuercas, etc. La revisión actual de la norma ASTM B633 es la de 2019 (reemplazó la revisión de 2015), que aumentó los umbrales de tracción requeridos para enfrentar problemas de fragilización por hidrógeno y abordó las preocupaciones sobre la fragilización en un nuevo apéndice.
En el caso del 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 solo tanque de proceso a temperatura ambiente y el enjuague asociado, y es relativamente libre de problemas. [2]
A partir de 1995, la fórmula comercial del Alodine 1200 de Henkel para el aluminio consistía en un 50-60% de anhídrido crómico CrO
3, 20-30% tetrafluoroborato de potasio KBF
4, 10-15% de ferricianuro de potasio K
3Fe(CN) , 5-10% hexafluorocirconato de potasio K
2ZrF
6, y 5-10% de fluoruro de sodio NaF en peso. La fórmula estaba destinada a disolverse en agua a una concentración de 9,0 g/L, lo que daba un baño con un pH de 1,5. Produjo un color dorado claro después de 1 minuto y una película marrón dorada después de 3 minutos. El espesor promedio osciló entre 200 y 1000 nm. [6]
Iridite 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 denomina película química [13] o iridita amarilla , [13] Los nombres comerciales registrados incluyen Iridite [13] y Bonderite [14] (antes conocida como Alodine o Alocrom en el Reino Unido). [15] Los principales estándares para el recubrimiento de 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 con revestimiento de cromato . [3]
El acero y el hierro no se pueden cromar directamente. El acero revestido con zinc o aleación de zinc y aluminio se puede cromar. [9] [10] El cromado del acero revestido con zinc no mejora la protección catódica del zinc contra la oxidación del acero subyacente . [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 han sido objeto de una estricta regulación. [16]
En particular, las preocupaciones sobre la exposición de los trabajadores a los cromatos y dicromatos mientras manipulan el baño de inmersión y las partes húmedas, así como los pequeños residuos de esos aniones que quedan atrapados en el recubrimiento, han motivado el desarrollo de formulaciones de baños comerciales alternativos que no contienen cromo hexavalente; [17] por ejemplo, reemplazando los cromatos por sales de cromo trivalente , que son considerablemente menos tóxicas y proporcionan una resistencia a la corrosión tan buena o mejor que la conversión tradicional de cromato hexavalente. [18]
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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