Passivering av lättmetaller
Passivering av lättmetaller är liksom anodisering och fosfatering s.k. ytomvandlingsprocesser där basmetallen tillsammans med processkemikalierna bildar ett skikt på materialytan.
Obehandlat aluminium får som bekant ett tunt oxidskikt, passiveras spontant, vid exponering i luft. Denna passivfilm utgör i många miljöer ett tillräckligt korrosionsskydd som dock i vissa fall måste förstärkas.
Vidhäftning för lack, lim och andra organiska beläggningar på det blir oftast mycket dålig. Aluminiums goda elektriske ledningsförmåga gör att det ofta används för elektriska tillämpningar, passivfilmen gör dock att kontaktegenskaperna är dåliga.
Tillämpningar
- Förstärkning av korrosionsskydd
Vissa passiveringsprocesser ger ett förstärkt korrosionsskydd genom filmbildningen och inhibitorer, dock ej alla. - Förbättra vidhäftning vid lackering eller limning
Korrosionsskyddet för en lackerad produkt förbättras avsevärt genom att vidhäftningen förbättras och filiformkorrosion hämmas av passiveringsskiktet (detta även för passiveringsprocesser som ej ger förbättrat korrosionsskydd utan övermålning). - Upprätthålla låg elektrisk kontaktresistans
Det elektriskt isolerande spontant bildade oxidskiktet ersätts av en passivfilm med bättre konduktivitet. - Förändring av emissions- och absorptionsegenskaper
Tillämpliga normer
MIL-DTL-5541
Chemical Conversion Coatings on Aluminum and Aluminum Alloys
MIL-DTL-81706
Chemical Conversion Materials for Coating Aluminum and Aluminum Alloys
Skadliga effekter
Historiskt har den förhärskande metoden för detta har varit kromatering. Kromatskikt innehåller dock sexvärt krom som kan orsaka ohälsa hos människor samt har skadliga effekter på den yttre miljön (allergier vid hudkontakt och cancer i luftvägarna vid långvarig inandning av partiklar eller aerosoler innehållande Cr6+).
Man har därför sedan slutet på 1900-talet arbetat med att utveckla alternativa passiveringsmetoder. Inom EU finns förordningar som begränsar användningen av sexvärt krom. Det s.k. ELV-direktivet avser användningen inom fordonsindustrin, WEEE (Waste Electrical Electronic Equipment) och ROHS (Restriction Of Hazardous Substances) inom elektronikindustrin.
Inom kort kommer dessutom all användning av produkter innehållande sexvärd krom att kräva speciella tillstånd.
Processtyper som ersätter kromatering:
- Passivering med Cr3+-haltiga processer
Är den typ av process som enligt många undersökningar ger det bästa korrosionsskyddet utan övermålning. Kan även användas för att erhålla låg kontaktresistans. (Används sedan ett antal år för passivering av pressgjuten zink och zinkbeläggningar). - MeF-baserade processer
(fluoridaccelererade, Ti och/eller Zr och ev. ytterligare metall)
Ger mycket tunna skikt som kan ge god vidhäfting och mycket lågt kontaktmotstånd. - Ceriumsalter
Bildar skyddsskikt som liknar gulkromatering och används i begränsad skala främst inom bil- och flygplanindustrin. - Silano-teknik
”Skräddarsydda” processer innehållande kiselföreningar med aktiva OH-grupper som kan ge extremt god vidhäftning mellan metall och organiskt skikt. - Permanganatpassivering
Ger skikt med låg resistans och enligt vissa undersökningar bra korrosionsskydd.
Krom(III)-processer
Denna typ av process är mest lämpad för att förbättra korrosionsskyddet på produkter som ej skall lackeras men kan även utgöra ett gott målningsunderlag och ge låg kontaktresistans, är således även mest lämplig för detaljer som målas partiellt och har ytor som kräver lågt kontaktmotstånd. Skikten innehåller ej bundet vatten i samma utsträckning som kromatskikt och är därmed ej lika känsligt för uppvärmning. Nedan redovisas en jämförelse mellan dessa skikt och kromatering.
Korrosionsskyddet denna ger är jämförbart med kromatering och uppges att i vissa fall t.o.m. vara bättre, även på gjutgods och kopparinnehållande legeringar. Beträffande kraven för elektrisk övergångsresistans uppges processen uppfylla kraven i MIL-C-81706 och MIL-C-5541 på båda AW6061 och AW2024. Egenskaperna beträffande vidhäftning anges vara goda även om det finns vissa indikationer på sämre lackvidhäftning på kopparinnehållande legeringar. Skiktet är transparent till svagt grönskimrande men även pigmenterade varianter förekommer.
Krom(III)-passivering
Tunna skikt med lätt mikrosprucken struktur.
- Lågt vatteninnehåll i filmen
- Påverkas ej av högre temperaturer
- Ingen självläkande effekt
- 0,05 – 0,20 g Cr/m2
- Cr(VI)-fri
- 0,05 – 0,20 g Cr(III)/ m2
- 0,5 – 1,0 µm
Krom(III)-passivering
Tjockare skikt med mikrosprucken struktur.
- Filmen innehåller mycket vatten
- Inget skydd mot höga temperaturer
- ”Självläkande” effekt
- 0,2 – 0,6 g Cr/m2
- 0,05 – 0,15 g Cr(VI)/ m2
- 0,15 – 0,45 g Cr(III)/ m2
- 0,8 – 2,0 µm
Metallfluoridbaserade processer
Beläggningar av denna typ används i stort sett uteslutande som underlag före lackering eller utan organiskt täckskikt för att upprätthålla lågt elektriskt kontaktmotstånd i icke korrosiva miljöer. De mest använda är baserade på titan, zirkonium och/eller hafnium. Vissa processer har även tillsats av kobolt vilket kan vara värt att beakta då det är ett ämne som har egenskaper liknande nickel (några restriktioner föreligger dock ej f.n.).
Skiktet är tunt, i storleksordningen 10 nm eller 10 mg/m2 och i stort sett osynligt. Vissa processer kan kombineras med en ”sealer” för att förbättra korrosionskyddet och i vissa fall även ge kulör.
Ceriumsalter
Beläggningen kan användas som korrosionsskydd utan övermålning samt som underlag för lackering. Beläggningen är tunn, 0,1 – 0,2 µm.
Beläggningen ger gul färg vilket medför att det är lättare att upptäcka hanteringsskador. Detta har gjort den intressant att använda på känsliga komponenter med komplicerad hantering under tillverkningsprocessen exempelvis inom flygplanindustrin.
Korrosionsskyddet som erhålls uppges vara gott. På gjutgods och kopparlegerat material har goda resultat rapporterats både beträffande korrosion och vidhäftning.
Silano-teknik
Denna typ av passiverinsskikt används uteslutande som underlag för lackering. Silan-baserade passiverinssystem utgör en direkt länk med kemisk bindning till metallytan och det organiska skiktet.
Skiktet är homogent och ca 50 – 100 nm tjockt. Valet av system (passivering + organiskt skikt) måste göras noga för att goda vidhäftnings- och korrosionsskyddsegenskaper skall erhållas.
Permanganatpassivering
Ytomvandlingsskikt baserade på permanganat kan användas på aluminium i inomhusmiljö. Det kan användas både i tillämpningar utomhus och inomhus som förbehandling före målning. Processen har uppvisat goda resultat vid pulverlackering.
Skikten är tunna (cirka 0,2 µm) och är lämpade i tillämpningar där man vill ha låg dämpning av mikrovågor. Beträffande elektrisk kontaktresistans uppfyller vanligen skikten vanligen kraven i förekommande normer.
På legeringar med högre kopparinnehåll kan krävas en ”sealer” för att möta krav på korrosionsskydd vilket medför att kontaktresistansen blir högre. Processen bygger på samma principer som konventionell kromatering.
Under inverkan av starkt oxiderande kaliumpermanganat bildas en blandning av aluminiumoxid och manganoxid vilka tillsammans bildar en skyddande film. Processen passar de flesta sorters aluminium. De mest korrosionskänsliga kopparinnehållande legeringarna kan kräva ett tjockare oxidskikt.
