De corrosiebescherming van zink- of zinklegeringslagen kan aanzienlijk worden verbeterd door de producten te passiveren. In de klassieke vorm van deze nabehandeling wordt een extreem dunne chromaatlaag gevormd, van ongeveer 0,1 µm. Deze laag sluit de poriën in de zink- of zinklegeringslaag af en bindt ook zuurstof.
Traditionele chromaatlagen bevatten vaak hexavalent chroom, Cr(VI), en hebben daardoor een unieke zelfherstellende eigenschap. Bij mechanische beschadiging herstellen, of herpassiveren, oplosbare hexavalente chroomzouten in de passiveringslaag de blootliggende delen.
Het nadeel van deze nabehandeling is dat Cr(VI) als gevaarlijk en milieubelastend wordt beschouwd, omdat het giftig en kankerverwekkend is. Het gebruik ervan in de EU is beperkt en Cr(VI) is door verschillende regelgeving, waaronder RoHS en ELV, geleidelijk verboden. Details over chromaatconversielagen zijn te vinden in de internationale norm ISO 4520.
Afhankelijk van de dikte en samenstelling van de passiveringslaag kan de kleur variëren van transparant, ook wel wit genoemd, via blauw en geel tot zwart.
Witte of blauwe passivering
Dit is het meest voorkomende type voor bevestigingsmaterialen. Het biedt een lage corrosiebescherming en wordt daarom aanbevolen voor binnentoepassingen.
Zwarte passivering
Zwarte passivering biedt hetzelfde beschermingsniveau als witte of blauwe passivering en wordt meestal gekozen vanwege de zwarte kleur. Traditionele zwarte passivering kan Cr(VI) bevatten.
Gele passivering
Dit type passivering biedt een veel betere corrosiebestendigheid en werd vaak aanbevolen voor buitentoepassingen. Door het aanzienlijke Cr(VI)-gehalte neemt het gebruik echter verder af.
Olijfgroene passivering
Olijfgroene passiveringstypen worden voornamelijk gebruikt voor militaire toepassingen. De corrosiebestendigheid is vergelijkbaar met, of iets beter dan, die van gele passivering. Traditionele uitvoeringen kunnen ook Cr(VI) bevatten.
Trivalent chroom Cr(III)-passivering
Als gevolg van regelgeving voor gevaarlijke stoffen, zoals RoHS, REACH en ELV, moest een nieuw type passiveringslaag zonder Cr(VI) worden ontwikkeld. In plaats van Cr(VI), dat aanwezig is in traditionele zwarte, gele, bruine en groene chromaatlagen, gebruiken de meeste nieuw ontwikkelde passiveringslagen trivalent chroom, afgekort Cr(III).
Sommige Cr(III)-passiveringstypen kunnen een betere corrosiebestendigheid bieden dan Cr(VI)-passivering. Ze worden vaak diklaagpassivering genoemd. Een dunne laag kan ongeveer 0,08 tot 0,1 µm meten, terwijl een dikke laag ongeveer 0,2 tot 0,3 µm is.
Transparante dunlaagpassivering wordt het meest gebruikt. Diklaagpassivering is vaak iriserend, met een blauw-geel-groene uitstraling op zinklagen en een geel-groene uitstraling op zinklegeringslagen. Deze biedt een betere corrosiebestendigheid dan Cr(VI) gele passivering. Om de corrosiebestendigheid verder te verbeteren en/of het uiterlijk van de coating te verbeteren, kan ook een sealant worden aangebracht.
Het elektrolytisch verzinkingsproces gebruikt elektriciteit om zink of zinklegeringen neer te slaan. De stroom zorgt er ook voor dat het water in het bad gedeeltelijk wordt geëlektrolyseerd tot waterstof en zuurstof.
De zuurstof verdwijnt uit de vloeistof in het bad, maar de waterstofionen kunnen in het materiaal van het bevestigingsmateriaal diffunderen en zich binden tot waterstofmoleculen. Dit proces gaat gepaard met een volumetoename, waardoor hoge spanningen in de metaalstructuur ontstaan. In aanwezigheid van externe trekkrachten kan deze spanning leiden tot vertraagde en spontane brosse breuken.
Waterstofbrosheid kan ook worden veroorzaakt door beitsen, dat wordt gebruikt bij thermisch verzinken, wanneer geen inhibitoren worden toegepast. Het kan ook ontstaan door ondeskundig harden en ontlaten van staalsoorten met hoge mechanische eigenschappen.
Producten met het grootste risico
Het risico op waterstofbrosheid geldt vooral voor producten met één of meer van de volgende kenmerken:
- Treksterkte ≥ 1.000 MPa
- Hardheid ≥ HV320
- Geharde producten
Het risico verminderen
Om het risico op waterstofbrosheid te beperken, moeten deze producten na het elektrolytisch verzinken gedurende een bepaalde tijd en bij een bepaalde temperatuur opnieuw worden verhit, of gebakken. De internationale norm voor elektrolytische coatings op bevestigingsmaterialen, ISO 4042:1999, stelt dat elektrolytisch behandelde onderdelen binnen vier uur na het verzinken, bij voorkeur binnen één uur, en vóór het chromateren moeten worden gebakken tot een onderdeeltemperatuur van 200°C tot 230°C. De maximale temperatuur moet worden bepaald met aandacht voor het coatingmateriaal en het type basismateriaal.
Naarmate de laagdikte toeneemt, wordt het moeilijker om waterstof te verwijderen. Het invoeren van een tussentijdse bakbehandeling wanneer de coating slechts 2–5 µm dik is, kan het risico op waterstofbrosheid echter verminderen.
ISO 4042 geeft geen exacte bakcondities. Acht uur wordt beschouwd als een typisch voorbeeld van een bakduur. Bakduren van 2 tot 24 uur bij 200°C tot 230°C kunnen echter geschikt zijn, afhankelijk van het type onderdeel, de grootte, geometrie en mechanische eigenschappen, evenals de gebruikte reinigings- en galvaniseerprocessen.
Voor kritische componenten wordt aanbevolen de temperatuur en tijd experimenteel vast te stellen. De naverhittingstemperatuur mag nooit hoger zijn dan de ontlaattemperatuur. De naverhittingstijd begint zodra de producten de minimumtemperatuur hebben bereikt.
Ondanks alle zorg tijdens het proces kunnen de huidige elektrolytische technieken het risico op waterstofbrosheid alleen verminderen. Ze kunnen het risico niet volledig uitsluiten. Voor kritische toepassingen waarbij dit risico onaanvaardbaar is, moet een andere coatingmethode worden gekozen, zoals zinklamelcoatings.
