Elektrolytiska zinkbeläggningar
Zink är den dominerande beläggningen för korrosionsskydd av stål och därmed troligen också den mest använda elektrolytiska beläggningsprocessen. Genom elektrolytisk förzinkning (elförzinkning) kan även dekorativa ytor erhållas.
Elektrolytisk förzinkning lämpar sig bra även för beläggning av massgods, d.v.s. mindre komponenter som fästelement m.m., vilket utförs i speciella trumanläggningar. Zink är en s.k. katodiskt skyddande beläggning vilket innebär att zink är mindre ädelt än stål och ”offrar sig” därför under korrosionsförloppet.
Zinkskiktets tjocklek
Zinkskiktets tjocklek är därför av stor betydelse för beläggningens livslängd, d.v.s. fram till dess att det underliggande stålet börjar korrodera och bilda rödrost. Normalt ligger vid elektrolytisk förzinkning skiktens tjocklek kring 8 – 15 µm och maximal skikttjocklek begränsas till ca 25 µm. Fordras tjockare skikt väljs vanligen varmförzinkning.
Efterbehandling
Eftersom zinkskiktet i sig självt korroderar och med tiden och bildar vitrost (vitblemma) brukar elektrolytiskt belagda zinkskikt så gott som alltid efterbehandlas för att skydda själva zinkskiktet mot korrosion. Valet av efterbehandling avgör därför inte bara ytans finish/kulör utan har också betydelse för korrosionsskyddet. I de fall då det korrosionsskydd som elförzinkning ger inte räcker till, kan ett alternativ vara att använda legerade zinkskikt (zink-nickel eller zink-järn).
Tillämpningar
- Korrosionsskydd
Används i första hand som korrosionsskyddande beläggning vid lätta till medelsvåra påkänningar inom ett brett användningsområde, exempelvis fästelement, fordonskomponenter, trädgårdsredskap, byggelement, mm. - Dekorativt
Då processbaden för elförzinkning innehåller s.k. glansbildartillsatser erhålls vanligen blanka till högblanka zinkskikt som även kan lämpa sig för dekorativa ändamål i kombination med bra korrosionsskydd, exempelvis butiksinredningar, maskindelar, barnvagnar mm. - Målningsunderlag
Det är vanligt förekommande att lackera på elektrolytiskt belagda zinkskikt med såväl våtlack som pulverlack. Genom detta s.k. duplexförfarande erhålls ett mycket bra korrosionsskydd. I de fall det uppstår skador i lackskiktet så skyddar zinkskiktet den underliggande stålytan från att rosta. Även risken för krypkorrosion och lacksläpp kring lackskadan reduceras, förutsatt att zinkskiktet innan lackering passiverats korrekt.
Tillämpliga normer
SS-EN ISO 19598
Elektrolytiska beläggningar av zink och zinklegeringar på järn och stål med kompletterande behandlingar fria från Cr(VI)
SS-EN ISO 2081
Elektrolytiska zinkbeläggningar med efterföljande behandlingar på järn eller stål
SS 147000
Passiverande beläggningar utan sexvärt krom för elektrolytiska beläggningar av zink och zinklegeringar på järn och stål
SYF std 2000
Elektrolytiska beläggningar med zink och zinklegeringar med tillhörande passiveringar
Processtyper
Det förekommer i stort sett två olika badtyper för elförzinkning på marknaden: Alkaliska, cyanidfria bad (zinkatbad) och surzinkbad.
De tidigare vanligen förekommande cyanidbaserade zinkbaden är idag nästintill borta från marknaden. Trots cyanidbadens goda tekniska egenskaper har skärpta bestämmelser för kemikaliehantering och nya miljölagar inneburit att de mycket giftiga cyanidzinkbaden fasats ut från marknaden. Valet mellan alkalisk eller sur zinkprocess avgörs av de krav man ställer på den detalj som ska ytbehandlas.
- Alkaliska zinkbad
- Ger blanka zinkskikt med bra metallfördelning, d.v.s. zinkskiktets tjockleksvariation blir relativt liten.
- Används med fördel på detaljer med mer komplex geometrisk form.
- Är mindre lämpligt att använda då gjutjärn – och i vissa fall härdat gods – ska elförzinkas.
- Sura zinkbad
- Ger högblanka skikt med sämre metallfördelning, d.v.s. zinkskiktets tjockleksvariation blir relativt stor; kantytor får betydligt tjockare skikt än övriga ytor.
- Används på detaljer med enklare geometrisk form.
- Kan användas på gjutjärn och på härdat gods där alkaliska zinkbad inte kan användas.
Kromatering / Passivering
För att förstärka korrosionsskyddet brukar elektrolytiskt belagda zinkskikt så gott som alltid, som ett sista processteg, genomgå en korrosionsskyddande behandling.
Tidigare utfördes detta genom s.k. kromatering, vilket innebar att zinkskikten exponerades för badlösningar baserade på Cr6+ (sexvärt krom). Blåkromat, svartkromat, gulkromat samt grönkromat var de kromatskikt som fanns att tillgå.
Då Cr6+ med tiden visat sig ha mycket skadliga effekter på såväl hälsa som miljö (giftigt, cancer- och allergiframkallande), har ämnet sedan början av 2000-talet enligt vissa EU-förordningar varit förknippat med restriktioner vid användning, även för ytbehandlingsändamål:
- Enligt ELV-direktivet är användandet av Cr6+ för fordon <3500 kg inte tillåtet
- Enligt WEEE- och RoHS-direktiven får inte Cr6+ användas i elektronisk utrustning, vilket även innefattar all hemelektronik (datorer, hushållsmaskiner, etc.)
Under 2017 kommer dessutom nya EU-direktiv som kraftigt minskar möjligheterna att använda Cr6+ för ytbehandlingsändamål.
Omställningen
I takt med att kromatering baserad på Cr6+ fasades ut, tog s.k. passiveringslösningar baserade på Cr3+ (trevärt krom) över rollen som korrosionsskydd för elförzinkade ytor. Krom i trevärd form har inte de hälsovådliga och miljöfarliga egenskaperna som Cr6+ är förknippade med. Passivering förekommer i utförandena blå-, gul-, transparent- samt svartpassivering.
För att kunna klara omställningen från kromatering till passivering med bibehållna korrosionsskyddande egenskaper kom passiveringsbaden att förutom Cr3+ innehålla även fluorid samt kobolt. Kobolt, som är en tungmetall närbesläktad med nickel, har under senare år i likhet med nickel kommit att betraktas med mindre blida ögon ur miljömässig synvinkel.
Det är inte omöjligt att användandet av kobolt inom kort kommer bli förknippat med restriktioner i någon form. Det pågår därför utvecklingsarbete med att avveckla kobolt i passiveringslösningar och det finns redan i dagsläget koboltfria passiveringsvarianter att tillgå.
Efterbehandling
För att ytterligare förstärka korrosionsskyddet kan ett passiverat zinkskikt efterbehandlas i antingen en ”sealer” eller en ”post-dip”. När det gäller svartpassiverade ytor rekommenderas alltid efterbehandling. Svartpassiveringsskiktet i sig är känsligt för såväl korrosion som mekanisk påverkan och måste ”kapslas in” med en skyddande film för att uppnå ett fullgott slutskikt.
- Sealer
- Benämns även som ”Top-Coat”
- Är baserad på organiska, vattenlösliga ämnen som efter torkning ger en tunn, transparent film på zinkytan och som – förutom förbättrat korrosionsskydd – även ger bättre tålighet mot fingeravtryck och mekaniskt slitage.
- Kan användas på alla typer av passiveringar
- Vid krav på friktionsstyrda ytor kan speciella sealers med friktionsnedsättande tillsatser användas, t.ex. olika typer av vaxer. Vanligt förekommande på t.ex. fästförband till fordon.
- Post-dip
- Är baserad på vattenlösliga, oorganiska salter som efter torkning ger en tunn, tät film bestående av intorkade salter innehållande bl.a. fosfat- och Cr3+föreningar.
- Ger zinkytan ett förbättrat skydd mot korrosion, fingeravtryck och mekaniskt slitage.
- Är till skillnad från en sealer inte helt transparent samt tas bättre upp av strukturen i svart passivering varför den är bäst lämpad på denna.
Korrosionsskydd
Tiden fram till att en elförzinkad stål yta börjar korrodera (bilda rödrost) avgörs av:
- Tiden fram till zinkskiktets första vitrost
- Zinkskiktets tjocklek
Således – ju bättre korrosionsskydd passiveringen (och eventuell efterbehandling) ger och ju tjockare zinkskiktet är, desto längre tid innan rödrost bildas. Genom accelererade korrosionsprovningsmetoder kan man på relativt kort tid få ett mått på en beläggnings korrosionsskyddande förmåga.
En välkänd och flitigt använd metod är provning i neutral saltdimma, s.k. saltdimmeprovning (eng NSS: Neutral Salt Spray). Saltimprovning har fördelarna att det är en enkel, billig och lättillgänglig metod som dessutom ger relativt snabba svar.
Korrelationen mellan saltdimprov och verklighet har dock länge ifrågasatts och ansetts som mindre tillförlitlig och metoden är därför bäst lämpad som jämförande kvalitetskontroll, exempelvis för att säkra kvalitetsnivån på passiverad (och efterbehandlad) zink.
Ett 10 – 12 µm zinkskikt med en tjockskiktspassivering som efterbehandlas (sealing eller post-dip) bör klara > 200 h till vitrost och > 360 h till rödrost vid provning i neutral saltdimma. En metod som ger mer realistiska resultat är s.k. cyklisk korrosionsprovning. Till skillnad från saltdimprovningen finns här torkperioder inlagda under exponeringstiden, vilket gör provresultaten mer överensstämmande med verkligheten.
Ett vanligt cykliskt korrosionstest är ACT (Accelerated Corrosion Test) som används inom bl.a. Volvo Group, Volvo Cars och Scania. ACT kräver längre exponeringstider än saltdimma, vanligen 4 – 6 veckors exponering när det gäller elektrolytiskt belagda zink- och zinklegeringsskikt. Även andra fordonstillverkare använder sig i högre grad av cykliska tester för utvärdering av ytbehandlingsmetoder, t ex Ford, Renault, VW osv.
