Smart coating-roadshow-feb-2015-corrosiewerend-walter-lauwerens
-
Upload
sirris -
Category
Technology
-
view
288 -
download
0
Transcript of 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.
© sirris | www.sirris.be | [email protected] |
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
© sirris | www.sirris.be | [email protected] |
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.
© sirris | www.sirris.be | [email protected] |
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
© sirris | www.sirris.be | [email protected] |
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
© sirris | www.sirris.be | [email protected] |
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
© sirris | www.sirris.be | [email protected] |
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)
© sirris | www.sirris.be | [email protected] |
Conversielagen (5)
2.03.15 10
Anodiseren van aluminium Toepassingen
Corrosiebescherming Slijtagebescherming Wrijving en aankleven verminderen Decoratief
Pigmenten in poriën Interferentie in anodisatielaag
© sirris | www.sirris.be | [email protected] |
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)
© sirris | www.sirris.be | [email protected] |
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, …
© sirris | www.sirris.be | [email protected] |
Galvanische deklagen (2)
2.03.15 13
Procesuitvoeringen
© sirris | www.sirris.be | [email protected] |
Anode
Kathode
Galvaniseren in bad
Brush plating of tampongalvaniseren
Galvanische deklagen (3)
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
© sirris | www.sirris.be | [email protected] |
Galvanische deklagen (4)
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
© sirris | www.sirris.be | [email protected] |
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
© sirris | www.sirris.be | [email protected] |
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
© sirris | www.sirris.be | [email protected] |
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.
© sirris | www.sirris.be | [email protected] |