К хроматированию относятся химические и электрохимические методы обработки поверхности, при которых поверхность металла соприкасается с растворами, содержащими хромовую кислоту, в результате чего образуются хроматные слои.
Такая обработка может осуществляться различными методами: погружения, распыления или нанесения вручную. Хроматные слои обеспечивают определенную защиту от коррозии и улучшают адгезию ЛКМ к подложке.

Поскольку хроматные слои образуются в результате химической реакции между металлом и используемым для его обработки раствором, в результате чего свойства поверхности металла изменяются, возникающие при хроматировании слои называются конверсионными. Хроматирование проводится в настоящее время в основном методом погружения и распыления. Для всех легких металлов этот процесс включает следующие стадии:

• очистку и обезжиривание;
• ополаскивание;
• травление;
• ополаскивание;
• хроматирование;
• ополаскивание;
• ополаскивание деминерализованной водой;
• сушку.

Этот метод используется главным образом при обработке поверхности алюминия и цинка для повышения адгезионной способности поверхности изделий и ее защиты от коррозии перед нанесением лакокрасочного покрытия (Пк). Необходимыми условиями для обеспечения этих свойств являются:

• равномерно нарастали на поверхности основного металла
• тонкокристаллическая структура хроматных слоев;
• влаго- и паронепроницаемость;
• химическая стойкость;
• высокая эластичность;
• хорошие свойства скольжения;
• хорошая адгезия к полимерному Пк.

Опыт показал, что хроматные слои обеспечивают тем лучшую коррозионную защиту, чем больше их толщина. Если они используются в качестве промежуточных слоев для последующего нанесения лакокрасочных Пк, их масса должна составлять не более 1,4 г/м2 в зависимости от поверхности металла и используемого метода хроматирования. Чтобы получить хорошую адгезию лакокрасочного Пк, хроматные слои не должны пылить и истираться. Хотя некоторые описания к патентам содержат ссылки на то, что определенные растворы пригодны для обработки сразу нескольких металлов, практика показала, что более успешным является использование растворов, специально разработанных для конкретного металла, так как их реакционная способность различна. Специально разработанные методы для «желтого» и «зеленого» хроматирования позволяют производить совместную обработку алюминиевых и цинковых поверхностей, хотя и в этом случае приходится идти на компромисс.

Хроматирование проводится при значениях pH < 4. Эта величина является, как правило, одним из наиболее важных контрольных показателей процесса. Увеличение pH вызывает снижение скорости формирования хроматного слоя. Основные принципы метода хроматирования и методы контроля при хроматировании алюминия установлены в стандартах DIN 50939 и ISO 10546 .

Желтое и зеленое хроматирование

Хроматирование чаще всего применяется для обработки алюминия. В зависимости от цвета образующегося при этом слоя различают зеленое и желтое хроматирование. Оба метода отличаются друг от друга толщиной слоя, стадиями формирования и химическим составом образующихся слоев. Зеленые хроматные слои при одинаковой длительности обработки, как правило, толще, чем желтые. При желтом хроматировании в образующемся слое возникают ингибирующие эффекты в результате воздействия растворимых ионов Cr6+.

Зеленое хроматирование

Зеленые хроматные слои получают в растворах хромовой кислоты, фторидов и фосфорной кислоты.

Они состоят преимущественно из фосфатов хрома и алюминия и не содержат токсичных соединений Cr6+, поэтому могут быть использованы в пищевой промышленности.

Эти слои обеспечивают хорошую адгезию и надежную защиту от проникновения паров воды и других воздействий окружающей среды даже при последующем нанесении паропроницаемых Пк. Слои формируются в течение различного времени:

от нескольких секунд до 5 мин при температурах до 50°C. Зеленоватый переливающийся цвет хроматных слоев этого типа объясняется образованием CrPO4.

Желтое хроматирование

Хроматные слои желтого цвета образуются в кислых растворах, содержащих хромовую кислоту, активирующие солевые комплексы и фториды или фторидные комплексы. В результате растворения алюминия образуется газообразный водород. При этом в диффузионном слое повышается величина pH, что приводит к образованию осадка Al или Cr(OOH). В зависимости от условий протекания и времени реакции образуется слой от бесцветного до золотисто-желтого цвета, что объясняется присутствием дополнительного количества ионов Cr6+ в хроматном слое. Поэтому применение этого метода подготовки поверхности недопустимо в пищевой промышленности. Образующиеся хроматные слои обеспечивают хорошую адгезию и надежную защиту от проникновения водяных паров и других агрессивных сред.

Метод «No-Rinse» (без ополаскивания) с обработкой Cr(VI)

Технология «No_Rinse» известна, прежде всего, в области нанесения Пк методом койл-коутинга. Новой разработкой в этой области является так называемый метод «Alficoat Brugal», разработанный специально для обработки штучных изделий. Он отличается широким спектром применения, причем пригоден не только для предварительной обработки алюминия и оцинкованных поверхностей, но также может быть использован и для пассивирования железа и стали. Кислая двухупаковочная система состоит из неорганического компонента, содержащего раствор солей хрома (VI) для фосфохроматирования, и органического полимера. Реакция раствора с поверхностью металла происходит в этом случае лишь в сушильной камере: в ходе процесса сушки формируется хроматный слой и нанесенное сверху полимерное Пк.

Необходимые обычно операции ополаскивания после конверсионной обработки в этом случае отпадают. Формирующиеся при этом слои имеют окраску от бесцветной до слабо-желтой. Масса слоя в расчете на единицу площади составляет 0,1— 0,4 г/м2. Эти растворы пригодны для использования в погружных и оросительных установках.

Предварительная обработка алюминия

Процесс предварительной обработки алюминиевых изделий перед нанесением лакокрасочного Пк включает несколько стадий:

• очистку;
• травление;
• декапирование;
• образование конверсионного слоя;
• сушку.

Между отдельными операциями следует производить тщательное ополаскивание. Поскольку ополаскивание представляет собой процесс, в ходе которого контролируют диффузию, важным фактором в этом случае является не только количество воды, чистота и температура которой могут играть решающую роль, но и продолжительность ополаскивания. Характер ополаскивания (распылительный или погружной метод) также существенно влияет на конечный результат.

Очистка (обезжиривание)

Поверхность изделия должна быть чистой, свободной от разного рода загрязнений и прилипших к ней посторонних материалов, например, остатков клеев, жиров, масел, металлической пыли и стружки. Очистка может происходить в водных растворах, содержащих ПАВ в сочетании с кислыми или слабощелочными активными добавками

Такие водные составы сохраняют рабочие характеристики в течение более длительного срока и позволяют проводить очистку при более низких температурах, что приводит к экономии энергии. При проведении так называемого «обезжиривания травлением» очистка и травление происходят в одной ванне, однако в результате обогащения электролита растворенным алюминием состав ванны имеет ограниченный срок службы.

Травление

Для получения конверсионных слоев наиболее высокого качества перед их нанесением с поверхности изделий необходимо удалять естественные и образовавшиеся при хранении оксидные слои. Для травления применяют щелочные или кислые растворы. При обработке алюминиевых изделий используют преимущественно щелочные растворы, например NaOH с концентрацией 30 —50 г/л при температурах от 20 до 60°C. Воздействие травильного раствора регулируют концентрацией свободного NaOH, температурой и временем обработки. Переходящий в раствор алюминий стабилизируется путем добавления вспомогательных веществ (например, глюконата натрия).

Промышленные препараты для травления содержат щелочные соли, смачивающие средства и ингибиторы, которые гарантируют полное удаление оксидной пленки без повреждения материала подложки.

Преимуществами щелочных составов являются высокая интенсивность травления поверхности металла и хороший дополнительный эффект обезжиривания в результате омыления масел и жиров. Недостаток состоит в том, что определенные элементы, например медь, магний и кремний, остаются на поверхности, что создает необходимость в операции декапирования в кислых растворах.

Ванны кислотного травления состоят большей частью из смеси азотной и плавиковой кислот или бифторида аммония и серной кислоты. Преимущества этого метода — возможность одновременного удаления кремния и меди, а также меньшая степень перехода металла в раствор, чем при щелочном травлении. Недостатком является то, что из-за незначительного перехода в раствор поверхностного слоя металла не происходит полного обезжиривания с удалением загрязнений, находящихся в дефектах поверхности.

Декапирование

При травлении перешедшие в раствор металлы, трудно растворимые в щелочах, концентрируются на поверхности. Задачей декапирования является удаление этих веществ с целью создания полностью чистой и бездефектной поверхности для дальнейшей конверсионной обработки.

Такие металлы, как магний, удаляются с помощью кислых растворов при комнатной температуре (например, азотной или серной кислоты). Достигаемый эффект определяется видом используемой кислоты, ее концентрацией и временем воздействия. Кремний и образующийся при травлении силикат требуют добавления фторидов или плавиковой кислоты. Химический состав кислотных растворов подбирается для обрабатываемого сплава и в большинстве случаев основан на азотной, серной или фосфорной кислотах, а в некоторых случаях — хромовой кислоте.

Конверсионная обработка

При конверсионной обработке образуется микрокристаллический слой, являющийся основой для дальнейшего нанесения Пк и одновременно обеспечивающий хорошую защиту от коррозии, особенно от проникновения агрессивных веществ вглубь поверхностного слоя.

Сушка

После ополаскивания на поверхности изделия остается адсорбированная влага. Плохо стекающая вода, скопившаяся в пустотах и углублениях обрабатываемого изделия, должна быть удалена сушкой при невысоких температурах, чтобы при последующей горячей сушке лакокрасочных Пк не происходило испарения воды. При слишком быстрой высотемпературной сушке вода может разорвать сформировавшуюся на поверхности тонкую кристаллическую пленку конверсионного слоя, что существенно ухудшит адгезию хроматных слоев. В таблице указаны используемые в настоящее время методы формирования конверсионных слоев, а также их свойства и области применения.

С анализом российского рынка алюминиевых автомобильных дисков Вы можете познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок литых и кованых автомобильных дисков в России».

www.newchemistry.ru