Elektrolická povrchová úprava zinkom, alebo zinkovou zliatinou

Táto povrchová úprava je už dávno najviac používaná pre oceľový spojovací materiál. Veľmi tenká vrstva (3 až 20 mikrónov* pre spojovací materiál so závitom) zinku, alebo zinkovej zliatiny (napr. ZnFe, ZnNi) sa nanesie na  povrch spojovacieho materiálu elektrolickým (galvanickým) procesom. Hneď potom ako sú produkty pokryté zinkom, sa do zinku, alebo zinkovej zliatiny pridá pasivačná vrstva, ktorá slúži ako ochranná vrstva pre zinkok, zinkovú zliatinu. Je veľa rozdielnych typov pasivačnej vrstvy, s rozdielnymi farbami a existujúcimi ochrannými aspektmi, ktoré ponúkajú rôzne druhy elektrolicky pokovaného spojovacieho materiálu.  

 

Ochrana proti korózii ponúkaná vrstvou zinku, alebo zinkovej zliatiny môže byť značne vylepšená pasiváciou.  V klasickej forme tejtu povrchovej úpravy je vytvorená extrémne tenká (ca 0,1 µm) vrstva chrómu, ktorá utesňuje póry v zinkovej, alebo zinkovo zliatinovej povrchovej úprave a tiež viaže kyslík.  Táto vrstva často obsahuje šesťmocný chróm (Cr(VI)) a preto má jedinečnú „samoliečebnú“ vlastnosť. V prípade mechanického poškodenia sa rozpustné soli šesťmocného chrómu vnútri pasivačnej vrstvy „opravia“ (re-pasivujú) vystavené oblasti.  Nevýhodou tohto je, že Cr(VI) obsahuje látku, ktorá ničí životné prostredie (toxická a karcinogénna). Používanie v Európskej únii je obmedzené Cr(VI) je čoraz viac  zakazovaný rôznymi legislatívami (napr. RoHS, ELV (pozrite si linky na konci tohto dokumentu)). Detailné informácie o chromátových konverzných povlakoch môžete nájsť v medzinárodných štandardoch ISO 4520.

 

V závisloti od hrúbky a zloženia pasivačnej vrstvy je farba rozdielna od transparentnej (bielej) cez modrú a žltú až k čiernej.  

Táto je najpoužívanejšia pre spojovací materiál, ponúka však nízku ochranu proti korózii a preto je vhodná na aplikácii do vnútorných priestorov.

Rovnaká hodnota ochrany ako biela/modrá pasivácia a najviac vyberaná pre jej čiernu farbu. Obsahuje šesťmocný chróm CR(VI). 

Tento typ pasivácie ponúka lepšiu odolnosť voči korózii a je odporúčaný pre vonkajšie aplikácie, aj keď jeho popularita klesá keďže obsah šesťmocného chrómu Cr(VI) je značný.

Tieto typy pasivácie sú používané hlavne pre aplikácie pre armádu. Odolnosť voči korózii v oboch typoch je porovnateľná, alebo trošku lepšia ako žltá pasivácia a tiež obsahuje šesťmocný chróm Cr(VI). 

Výsledkom právnych predpisov o nebezpečných látkach ako RoHS, Reach a ELV bol vyvinutý nový typ pasivačnej vrstvy. Táto nová pasivačná vrstva už viac nemôže obsahovať Cr(VI). Namiesto šesťmocného chrómu, aktuáne v čiernej, žltej, hnedej a zelenej pasivácii (chrómovej) vrstvy, bola vyvinutá pasivácia používaná trojmocný chróm (Cr(III)). Niektoré z týchto pasivácii majú dokonca ešte lepšiu odolnosť  voči korózii ako pasivácia šesťmocných chrómom Cr(VI).  Sú tiež často označované ako „pasivácia hrubšou vrstvou“.  Tenká vrstva môže byť označovaná za „hrubú“  keď má od 0,08 do 0,1 µm, a hrubá vrstva môže mať  od 0,2 to 0,3 µm. Tenkovrstvá transparentná pasivácia je využívaná najviac.  Pasivácia hrubou vrstvou je dúhová (modro-žlto-zelená na zinkovom povrchu, žlto-zelená na povrchu zo zinkovej zliatiny) a ponúka výbornú odolnosť voči korózii, dokonca lepšiu ako žltá pasivácia šesťmocných chrómom. Na ďalšie zlepšovanie odolnosti voči korózii a/alebo na zlepšenie vzhľadu povrchovej vrstvy môžu byť použité tmely.

V procese galvanizácie sa používa elektrina na zrážanie zinku, alebo zinkovej zliatiny.  Prúd spôsobuje tiež elektrolýzu vody v kúpeli vodíka a kyslíka. 

Kyslík mizne z tekutiny v kúpeli, ale vodíkové ióny  môžu difúzovať do kovu spojovacích materiálov a viazať sa na molekuly vodíka.  To je spojené so zvyšovaním objemu, čo spôsobuje  vysoké pnutie v štruktúre ocele. Pri prítomnosti  externých ťahových síl, toto nám môže spôsobiť  zvýšenú možnosť spontánnych krehkých zlomenín.  Okrem toho, morenie bez inhibítorov (morenie sa používa pri žiarovom pozinkovaní) a nekvalifikované kalenie a temperovanie ocelí s vysokými mechanickými vlastnosťami môže tiež vyvolať krehkosť vodíka. 

Nebezpečenostvo vodíkovej krehkosti sa vzťahuje na výrobky:

- s pevnosťou v ťahu ≥ 1000 MPa

- s tvrdosťou  ≥ HV320

- pri tých, ktoré sú cementované

Aby sme znížili riziko vodíkovej krehkosti na minimum, citlivé diely by sa mali vypaľovať po galvanickom pokovaní a pred pasiváciou na určitú teplotu a po určitú dobu.   Medzinárodný štandard pre galvanizačnú povrchovú úpravu spojovacích materiálov, ISO 4042 vydanie 1999, udáva (medzi inými vecami), že galvanizované časti by mali byť vypalované v priebehu 4 hodín, doporučené je v priebehu hodiny od galvanického pokovania a pred chrómovaním na teplotu dielov od  200°C do  230°C. Avšak nemožno zaručiť, že diely po takom vypaľovaní nebudú zkrehnuté. 

 

So stúpajúcou hrúbkou povrchového materiálu ťažkosti s odstraňovaním vodíka stúpajú. Zavedenie medziproduktového procesu vypaľovania  keď je povrchová vrstva iba od 2 µm do 5 µm hrúbky môže to znížiť riziko vodíkovej krehkosti.  

 

ISO 4042 neposkytuje  presné podmienky pečenia. Osem hodín je považovaných  za typický príklad trvania pečenia. Samozrejme trvanie pečenia v rozsahu od 2 do 24 hodín  na  200°C až  230°C môže byť vhodné podľa typu a veľkosti dielov, geometrie dielov, mechanických vlastností a podľa použitých čistiacich procesov a procesov galvanizácie.  

 

Pre kritické časti je doporúčané, aby teplota a čas boli ustálené experimentálne, keďže  teplota ohrevu nikdy nemôže presiahnuť  teplotu temperovania. Ohrevná teplota začína hneď ako produkt dosiahne minimálnu teplotu.  

 

Pri všetkej starostlivosti aktuálny proces galvanizácie môže znížiť nebezpečenstvo vodíkovej krehkosti, ale nemôžu ju celkom vylúčiť. Ak nie je možné vylúčiť kritické aplikácie musíme zvoliť inú povrchovú úpravu (napr. vločkovanie).

According to ISO 4042:1999, the electroplated coatings of mechanical fasteners are designated by a code that consists of two capitals letters and a number. A new coding system is in preparation for the next edition, ISO 4042.

 

Príklad kódovania: A3L

 

“A” znamená zinkové pokovanie (pozri tabuľku  1)

“3” znamená hrúbku povrchovej úpravy najmenej 8 mikrónom (pozri tabuľku  2)

“L” znamená jasnú žltú pasiváciu (pozri tabuľku  3)

 

Príklad označenia: šesťhranná skrutka DIN 931 – M16 x 60 – 8.8 – A3L.

 

Ak nie je dohodnutá žiadna hrúbka vrstvy, nahrádza ju trhovo dostupná alternatíva. 

 

 

Stupeň ochrany proti korózii je vo všeobecnosti proporčný  s hrúbkou aplikovanej vrstvy. Pri elektrolických povlakoch na spojovacích prvkoch však hrúbka nie je rovnomerne rozložená (okrem iného závisí od vzťahu medzi dĺžkou a priemerom l/d). Pre ochranu výrobku je potrebné, aby bola zaručená minimálna hrúbka vrstvy. Ak chceme ochrániť maticu/skrutka pred  zablkovaním počas montáže maximálna priemerná hrúbka vrstvy by nemala presiahnuť ¼  tolerancie (pozri obrázok nižšie).

Tabuľka 4 zobrazuje maximálnu povolenú hrúbku vrstvy pre spojovací materiál s vonkajším závitom s tolerančnou hodnotou g (pred povrchovou úpravou), vo vzťahu k stúpaniu závitu a nominálnej dĺžke. 

Minimálna hrúbka povrchovej vrstvy spojovacích prvkov sa musí merať v bodoch znázornených na obrázku nižšie.

 

Priemerná hrúbka vrstvy sa musí stanoviť metódou opísanou v norme ISO 4042, príloha D. Pokiaľ nie je dohodnuté inak, meria sa hrúbka miestnej vrstvy, ktorá musí byť dodržaná.