Ochronę przed korozją zapewnianą przez warstwy cynku lub stopu cynku można znacznie poprawić poprzez pasywację produktów. W klasycznej formie tej obróbki końcowej tworzy się niezwykle cienka warstwa chromianowa o grubości około 0,1 µm. Warstwa ta uszczelnia pory w warstwie cynku lub stopu cynku, a także wiąże z nią tlen.
Tradycyjne warstwy chromianowe często zawierają chrom sześciowartościowy, Cr(VI), i dlatego posiadają unikalną właściwość samonaprawy. W przypadku uszkodzenia mechanicznego rozpuszczalne sole chromu sześciowartościowego w warstwie pasywacyjnej naprawiają, czyli ponownie pasywują, odsłonięte obszary.
Wadą tej obróbki końcowej jest to, że Cr(VI) jest uznawany za substancję niebezpieczną i szkodliwą dla środowiska, ponieważ jest toksyczny i rakotwórczy. Jego stosowanie w UE jest ograniczone, a Cr(VI) był stopniowo zakazywany przez różne przepisy, w tym RoHS i ELV. Szczegóły dotyczące chromianowych powłok konwersyjnych można znaleźć w międzynarodowej normie ISO 4520.
W zależności od grubości i składu warstwy pasywacyjnej kolor może różnić się od przezroczystego, zwanego również białym, przez niebieski i żółty, aż po czarny.
Pasywacja biała lub niebieska
Jest to najczęściej stosowany typ dla elementów złącznych. Oferuje niską ochronę przed korozją i dlatego jest zalecany do zastosowań wewnętrznych.
Pasywacja czarna
Pasywacja czarna zapewnia taki sam poziom ochrony jak pasywacja biała lub niebieska i zwykle jest wybierana ze względu na czarny kolor. Tradycyjna pasywacja czarna może zawierać Cr(VI).
Pasywacja żółta
Ten typ pasywacji zapewnia znacznie lepszą odporność na korozję i był często zalecany do zastosowań zewnętrznych. Jednak jego popularność nadal spada ze względu na znaczną zawartość Cr(VI).
Pasywacja oliwkowozielona
Typy pasywacji oliwkowozielonej są stosowane głównie w zastosowaniach wojskowych. Ich odporność na korozję jest porównywalna z pasywacją żółtą lub nieco lepsza. Tradycyjne wersje mogą również zawierać Cr(VI).
Pasywacja chromem trójwartościowym Cr(III)
W wyniku przepisów dotyczących substancji niebezpiecznych, takich jak RoHS, REACH i ELV, konieczne było opracowanie nowego typu warstwy pasywacyjnej bez Cr(VI). Zamiast Cr(VI), obecnego w tradycyjnych czarnych, żółtych, brązowych i zielonych warstwach chromianowych, większość nowo opracowanych warstw pasywacyjnych wykorzystuje chrom trójwartościowy, oznaczany jako Cr(III).
Niektóre typy pasywacji Cr(III) mogą oferować lepszą odporność na korozję niż pasywacja Cr(VI). Często określa się je jako pasywację grubowarstwową. Cienka warstwa może mieć około 0,08 do 0,1 µm, natomiast gruba warstwa ma około 0,2 do 0,3 µm.
Najczęściej stosowana jest przezroczysta pasywacja cienkowarstwowa. Pasywacja grubowarstwowa jest często opalizująca, z niebiesko-żółto-zielonym wyglądem na warstwach cynku i żółto-zielonym wyglądem na warstwach stopów cynku. Oferuje lepszą odporność na korozję niż żółta pasywacja Cr(VI). Aby dodatkowo poprawić odporność na korozję i/lub wygląd powłoki, można również zastosować uszczelniacz.
Proces cynkowania elektrolitycznego wykorzystuje energię elektryczną do wytrącania cynku lub stopów cynku. Prąd powoduje również częściową elektrolizę wody w kąpieli na wodór i tlen.
Tlen znika z cieczy w kąpieli, ale jony wodoru mogą dyfundować do materiału elementu złącznego i łączyć się, tworząc cząsteczki wodoru. Procesowi temu towarzyszy wzrost objętości, który powoduje wysokie naprężenia w strukturze metalu. W obecności zewnętrznych sił rozciągających naprężenia te mogą prowadzić do opóźnionych i samoistnych pęknięć kruchych.
Kruchość wodorowa może być również wywołana przez trawienie, stosowane w procesie cynkowania ogniowego, gdy nie używa się inhibitorów. Może także wynikać z niewłaściwego hartowania i odpuszczania stali o wysokich właściwościach mechanicznych.
Produkty najbardziej narażone
Ryzyko kruchości wodorowej dotyczy głównie produktów o jednej lub kilku z następujących cech:
- Wytrzymałość na rozciąganie ≥ 1 000 MPa
- Twardość ≥ HV320
- Produkty nawęglane
Ograniczanie ryzyka
Aby zminimalizować ryzyko kruchości wodorowej, produkty te muszą zostać ponownie podgrzane, czyli wygrzane, po procesie cynkowania elektrolitycznego przez określony czas i w określonej temperaturze. Międzynarodowa norma dotycząca powłok elektrolitycznych na elementach złącznych, ISO 4042:1999, stanowi, że części powlekane elektrolitycznie powinny być wygrzewane do temperatury części od 200°C do 230°C w ciągu czterech godzin po cynkowaniu elektrolitycznym, najlepiej w ciągu jednej godziny, i przed chromianowaniem. Maksymalna temperatura powinna być określona z uwzględnieniem materiału powłoki i rodzaju materiału bazowego.
Wraz ze wzrostem grubości powłoki usuwanie wodoru staje się trudniejsze. Jednak wprowadzenie pośredniego procesu wygrzewania, gdy powłoka ma tylko 2–5 µm grubości, może zmniejszyć ryzyko kruchości wodorowej.
ISO 4042 nie podaje dokładnych warunków wygrzewania. Osiem godzin uznaje się za typowy przykład czasu wygrzewania. Jednak czasy wygrzewania od 2 do 24 godzin w temperaturze od 200°C do 230°C mogą być odpowiednie, w zależności od typu, rozmiaru, geometrii i właściwości mechanicznych części, a także zastosowanych procesów czyszczenia i cynkowania elektrolitycznego.
W przypadku komponentów krytycznych zaleca się eksperymentalne określenie temperatury i czasu. Temperatura ponownego podgrzewania nigdy nie może przekraczać temperatury odpuszczania. Czas ponownego podgrzewania rozpoczyna się, gdy produkty osiągną minimalną temperaturę.
Pomimo zachowania wszelkiej staranności podczas procesu obecne techniki cynkowania elektrolitycznego mogą jedynie zmniejszyć ryzyko kruchości wodorowej. Nie mogą go całkowicie wyeliminować. W przypadku zastosowań krytycznych, w których ryzyko to jest niedopuszczalne, należy wybrać inną metodę powlekania, na przykład powłoki cynkowo-lamelowe.
