smart coating-roadshow-feb-2015-corrosiewerend-walter-lauwerens

Corrosiewerende coatings afgezet via galvanische en chemische processen Protect your Product Sirris Roadshow 12, 17 and 24 februari 2015 Walter Lauwerens Smart Coating Application Lab

2.03.15 1 © sirris | www.sirris.be | [email protected] |

Inhoud

2.03.15 2

Inleiding Conversielagen Galvanische deklagen Stroomloos nikkel Besluit

© sirris | www.sirris.be | [email protected] |

Inleiding (1)

2.03.15 3

Corrosie is de aantasting van materialen door chemische

en elektrochemische interactie met de omgeving. Vooral probleem voor metalen omdat deze

corroderen door inwerking van zuurstof en water uit de omgeving.

Bescherming tegen corrosie (staal in het bijzonder) Het oppervlak bedekken met een laag die elektrochemisch edeler

Bescherming door barrière-effect. Het oppervlak bedekken met een laag die elektrochemisch onedeler is

Bescherming door barrière-effect, Bescherming door opoffering van de laag zelf.

Ook bijkomende functionaliteiten (slijtbestendig, decoratief) zijn mogelijk.


Inleiding (2)

2.03.15 4

Corrosietesten Zoutneveltesten

Typische test om corrosieweerstand van gecoate proefstalen te testen

Versnelde test, maat niet altijd betrouwbaar omdat reële corrosiecondities sterk kunnen afwijken

Proefstalen worden gedurende 100 tot 1000 uren blootgesteld aan zoutnevel (5% NaCl, soms aangezuurd) en worden visueel beoordeeld op het optreden van corrosieproducten

Gestandaardiseerd: bv. ASTM B117 of ISO 9227


Cyclische corrosietesten Proefstalen worden opeenvolgend blootgesteld aan vochtige en droge

condities, inclusief zoutnevel Betere simulatie van reële omstandigheden mogelijk

Inleiding (3)

2.03.15 5

Galvanische en chemische processen voor oppervlaktebehandeling: Chemische reactie tussen het (metalen) oppervlak en waterige oplossing

waarin zouten, zuren of basen (een elektroliet) Galvanotechniek: het langs elektrolytische weg aanbrengen van een hechtende

metaallaag op een elektrode om het oppervlak hiervan nieuwe eigenschappen of andere afmetingen te geven.


Nomenclatura NL: galvanotechniek, galvanisch,

elektrolytisch, elektrodepositie EN: electroplating of plating

Galvanising: de Engelse term

voor verzinken

Conversielagen (1)

2.03.15 6

Wat is een conversielaag Een conversielaag ontstaat door de

inwerking van (elektro)chemische reacties op een metaaloppervlak. De gevormde laag bevat bestanddelen van het basismateriaal.

Functies van conversielagen Hechtingslaag voor organische

coatings (lakken en poederlakken), (Beperkte) bescherming tegen

corrosie en ondercorrosie, Soms ook decoratief, slijtagewerend

Soorten conversielagen Fosfateren van staal Chromateren van zink en aluminium Anodiseren van aluminium Chemisch zwarten, blauw staal


Black oxide

Blue steel

Conversielagen (2)

2.03.15 7

Fosfateren van staal Veruit de grootste toepassing van

fosfateren Via dompel- of sproeiprocessen met een

waterige oplossing van fosfaatzouten


Fe-fosfaat Zn-fosfaat Mn-fosfaat

Laag Amorf, Zeer dun (< 1 µm) Blauwachtig

Kristallijn Dikte: 2 – 5 µm Donkergrijs

Kristallijn Dikte: tot 30 µm Zwart

Toep. Hechting voor lakken Binnenhuistoep.

Hechting voor lakken Buitenhuistoep. Automobiel Beperkt wervelstromen (elektrisch)

Wordt ingeolied, Machine- en wapenonderdelen

Voor- en nadelen

+ goedkoop, weinig milieuproblemen - Beperkte corrosiewering

+ goede corrosiewering - Dure installatie, slibvorming, afvalwaterbehandeling

+ goede corrosiewering, lage wrijving - Duur, afvalwaterbehandeling

Fosfatatie door sproeiproces

Conversielagen (3)

2.03.15 8

Chromaat conversielagen Chromaat conversielagen worden vooral op aluminium en zink gebruikt

Uitstekende hechting voor lakken en verven Goede corrosiebescherming (onderfilmcorrosie,

witte roest op zink) Zelfhelende eigenschappen dankzij Cr+6

Karakteristieke kleuren geel of groenachtig afhankelijk van type

Maar omwille van toxiciteit van Cr+6 is het gebruik aan banden gelegd en wordt geleidelijk uitgefaseerd.

Alternatieve lagen (geen conversie) zijn beschikbaar en vinden ingang Cr2O3 (Cr+3) lagen Anodisatie (aluminium) Zr-polymeer en Zr/Ti-polymeerlagen Siloxaan gebaseerde lagen


Chromaatconversielagen op aluminiumonderdelen

Conversielagen (4)

2.03.15 9

Anodiseren van aluminium De natuurlijke oxidatielaag wordt verdikt

door elektrolytisch passiveren Te anodiseren onderdeel vormt de anode Bad meestal op basis van zwavelzuur Gelijkstroom 1 tot 2 A/dm2

De laag Dikte typisch tussen 1 en 30 µm Hardheid 250-450 Hv Elektrisch isolerend Is poreus

Nabehandelingen Sealing: behandeling in kokend water

om poriën te sluiten Poriën kunnen met pigmenten gevuld worden Poriën kunnen met PTFE geïmpregneerd worden

Hardanodiseren: dikkere laag (100 µm en meer)


Conversielagen (5)

2.03.15 10

Anodiseren van aluminium Toepassingen

Corrosiebescherming Slijtagebescherming Wrijving en aankleven verminderen Decoratief

Pigmenten in poriën Interferentie in anodisatielaag


Geanodiseerde profielen Decoratieve anodisatielagen (gepigmenteerd)

Mechanische component met zwarte hardanodisatielaag

Conversielagen (6)

2.03.15 11

Interferentiekleuren via lichtbreking in anodisatielagen op aluminium (Alucol, Nederland)


Galvanische deklagen (1)

2.03.15 12

Algemeen depositietechniek Anode en kathode in elektroliet

Kathode (-) wordt bedekt Anode (+) gaat in oplossing of is inert Elektroliet bevat metaalzout dat wordt

afgezet en wordt ververst bij inerte anode Bij complexe geometrie van substraat

is deklaag minder homegeen en kunnen lokaal uitgroeiingen voorkomen.

Vele metalen kunnen afgezet worden: Zn, Zn-legeringen, Ni, Cu, Cr, Au, Ag, Sn, Pt, …



2.03.15 13

Procesuitvoeringen


Anode

Kathode

Galvaniseren in bad

Brush plating of tampongalvaniseren


2.03.15 14

Zink en zinklegeringen

Kathodische bescherming van ijzer (staal) Bad op basis van zinkzouten (ZnCl2)

Alkalische baden: zeer homogeen Zure baden: glansprocessen

Hoe dikker de laag, hoe langer de corrosiebescherming Elektrolytisch verzinkt: 5 – 30 µm Thermisch verzinkt: 50 – 100 µ

Toepassingen Hangwerk: buizen, draadwerk, manden,

verspaande artikels In trommel: vijzen, bouten, moeren, ringen,

beugels Om fraai uiterlijk en glans te behouden, worden

zinklagen gepassiveerd (bv. chroomlaag) Zinklegeringen

Zink-kobalt: 2 à 3-maal langere bescherming Zink-nikkel: 3 à 5-maal langere bescherming Zink-ijzer: decoratief zwart en betere

bescherming



2.03.15 15

Sierchroom Baden op basis van Cr+3 verbindingen Zeer dunne laag (< 1 µm) bovenop een

nikkellaag Goede corrosiebescherming en blijvend glanzend

dankzij Cr2O3-toplaag Hard, krasvast

Hardchroom Baden op basis van Cr+3 of Cr+6 verbindingen Dikke laag (tot 100 µm en meer) Hoge hardheid: tot 1000 Hv Laag bevat microcracks die olie vasthouden Toepassingen: gereedschappen,

machineonderdelen, hydraulische cylinders, schokdempers

Cr+6 problematiek Vanaf midden 2017 verboden Ook Cr+3 zou onder de regeling vallen Uitzonderingen op verbod mogelijk


Chemisch Nikkel (1)

2.03.15 16

Proces Ook stroomloos (EN: Electroless) Nikkel

genoemd. Bad is waterige oplossing met

nikkelzouten en een reducerend agens bij ongeveer 90 °C.

De laag Zeer conforme laag omdat het een stroomloos proces is. De laag bevat fosfor (vandaar ook Ni-P lagen):

2 – 5% (laag): relatief hard en magnetisch 6 – 9% (medium): minder hard, maar redelijke corrosiebescherming 10 – 14 % (hoog): goed corrosieresistent


Chemisch nikkel (2)

2.03.15 17

Eigenschappen Corrosieweerstand

Voor corrosiebescherming wordt een laagdikte van minimum ongeveer 25 µm aanbevolen.

Dikke lagen van 50 µm en meer hebben een zeer goede corrosieweerstand. Hardheid (voor P-gehalte van 9 à 12%)

Zoals afgezet: 530 HV 0,1 Na 11 uren op 280 °C: 900 – 950 HV 0,1 Gehard Ni wordt gebruikt als alternatief voor hardchroom


Nikkel-composietlagen Fijne deeltjes van ander

materiaal zitten verdeeld in de Ni-P matrix

Ni-PTFE: verlaagde wrijving, minder aankleven

Ni-SiC: hogere hardheid, betere slijtageweerstand

Ni-diamant Zwart nikkel: voor optische

toepassingen

Bron: Kanigen, Genk

Besluit

2.03.15 18

Galvanotechniek is een oude technologie, maar nog zeker niet verouderd.

Uitstekend geschikt voor het aanbrengen van corrosiewerende deklagen, ook op onderdelen met complexe vormen.

Economisch haalbare techniek. Opschaalbaar naar grote componenten of grote aantallen.

Maar, milieu- en gezondheidsrisico’s en de wetgeving

dwingen de industrie verbeterde of nieuwe technieken te ontwikkelen. In sommige gevallen betekent dit vervangen door niet-galvanische technieken.


smart coating-roadshow-feb-2015-corrosiewerend-walter-lauwerens

Technology

de inwerking

de omgeving

de gevormde laag

de laag zelf

fosfaatzouten sirris

blauw staal sirris

corrosie staal

de engelse term