Recubrimiento de conversión de cromato
El recubrimiento de conversión de cromato o recubrimiento de alodina es un tipo de recubrimiento de conversión que se utiliza para pasivar aleaciones de acero, aluminio, zinc, cadmio, cobre, plata, titanio, magnesio y estaño. El recubrimiento sirve como inhibidor de corrosión, como imprimación para mejorar la adherencia de pinturas y adhesivos, como acabado decorativo o para preservar la conductividad eléctrica. También proporciona cierta resistencia a la abrasión y al ataque químico leve (como los dedos sucios) sobre metales blandos.
Los recubrimientos de conversión de cromato se aplican comúnmente a elementos como tornillos, herrajes 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.
El proceso a veces se denomina recubrimiento con alodine, un término utilizado específicamente en referencia al proceso Alodine registrado de Henkel Surface Technologies.
Proceso
Los recubrimientos por conversión de cromato se aplican habitualmente sumergiendo la pieza en un baño químico hasta que se forme 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 del recubrimiento tienen lugar mientras la pieza todavía está húmeda.
El recubrimiento es blando 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. El curado se puede acelerar calentando a 70 °C (158 °F), pero una temperatura más alta dañará gradualmente el recubrimiento del acero.
Composición del baño
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.
El proceso Cronak, ampliamente utilizado para el zinc y el cadmio, consiste en 5 a 10 segundos de inmersión en una solución a temperatura ambiente compuesta por 182 g/L de dicromato de sodio (Na2Cr2O7 · 2H2O) y 6 mL/L de ácido sulfúrico concentrado.
Química
El proceso de recubrimiento con cromato comienza con una reacción redox entre el cromo hexavalente y el metal. En el caso del aluminio, por ejemplo,
- Cr6+
+ Al0 → Cr3+
+ Al3+
Los cationes trivalentes resultantes reaccionan con los iones hidróxido en el agua para formar los hidróxidos correspondientes, o una solución sólida de ambos hidróxidos:
- Cr3+
+ 3 Oh.−
→ Cr(OH)
3
- Al3+
+ 3 Oh.−
→ Al(OH)
3
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.
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 se compone principalmente de óxido de cromo (III) Cr
2O
3, o óxido mixto (III)/(VI), con muy poco Al
2O
3. Normalmente, las variables del proceso se ajustan para dar un recubrimiento seco de 200 a 300 nm de espesor.
El revestimiento se contrae a medida que se seca, lo que hace que se agriete en muchas escamas microscópicas, que se describen 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.
Aunque las reacciones principales convierten la mayoría de los aniones de cromo (VI) (cromatos y dicromatos) en el gel depositado en compuestos de cromo (III) insolubles, 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 hexavalentes Cr6+
, excepto en una región cercana al metal. Estos residuos de cromo (VI) pueden migrar cuando el revestimiento se humedece y se cree que desempeñan un papel en la prevención de la corrosión en la pieza terminada, específicamente, restaurando el revestimiento en cualquier grieta microscópica nueva donde podría iniciarse la corrosión.
Sustratos
Zinc
El cromado se suele realizar 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.
El efecto protector de los recubrimientos de cromato sobre el zinc se indica mediante el color, que va desde transparente/azul a amarillo, dorado, verde oliva y negro. Los recubrimientos más oscuros generalmente brindan mayor resistencia a la corrosión. 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 galvanizados. 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.
Aluminio y sus aleaciones
Para el 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.
A partir de 1995, la fórmula comercial de Alodine 1200 de Henkel para el aluminio consistía en un 50-60% de anhídrido crómico CrO
3, un 20-30% de tetrafluoroborato de potasio KBF4, 10-15 % de ferricianuro de potasio K
4, 10-15 % de ferricianuro de potasio K3Fe(CN), 5-10 % de hexafluorocirconato de potasio K
style="font-size:inherit;line-height:inherit;vertical-align:baseline">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 como resultado un baño con un pH de 1,5. Se obtuvo 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.
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. En la industria del aluminio, el proceso también se denomina película química o iridita amarilla. Los nombres comerciales registrados incluyen Iridite y Bonderite (antes conocida como Alodine o Alocrom en el Reino Unido). Las principales normas 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.
Magnesio
Alodine también puede referirse a aleaciones de magnesio revestidas con cromato.
Acero
El acero y el hierro no se pueden cromar directamente. El acero galvanizado o de aleación de zinc y aluminio se puede cromar. El cromado del acero galvanizado no mejora la protección catódica del acero subyacente contra la oxidación.
Recubrimientos de fosfato
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.
Seguridad
Los compuestos de cromo hexavalente han sido objeto de una intensa preocupación en el lugar de trabajo y en la salud pública debido a su carcinogenicidad, y se han regulado estrictamente.
En particular, las preocupaciones sobre la exposición de los trabajadores a los cromatos y dicromatos durante la manipulación del 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 comerciales alternativas de baños que no contienen cromo hexavalente; 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.
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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Enlaces externos
- Química de cromado amarillo y verde en aluminio