Mikä on Conversion Coating: Tyypit ja sovellukset?

 

Conversion coatings ovat merkittävä tekijä metallipintojen suorituskyvyn ja kestävyyden parantamisessa. Nämä pinnoitteet ovat tiukasti tarttuvia, suojaavia kerroksia liukenemattomista yhdisteistä, joita tuotetaan materiaalien pinnoille kemiallisen tai elektrolyyttisen reaktion avulla. Nämä pinnoitteet yleensä suojaavat metallialustaa korroosiolta, mutta ne voivat myös toimia pohjakerroksena lisäpinnoille, parantaa pinnan voitelua tai olla sovellettu saavuttamaan haluttu ulkonäkö.

Neljä yleisintä conversion coating -tyyppiä ovat kromaatit, fosfaatit, musta oksidi ja bluing. Musta oksidi ja bluing soveltuvat vain teräksille. Ne parantavat ulkonäköä, mutta tarjoavat vähän suojaa korroosiota vastaan.

Tämä artikkeli käsittelee conversion coating -pinnoitteiden merkitystä pintakäsittelyssä ja metallien suojauksessa tutkimalla niiden toimintoja, toimintaa ja tyyppejä.

Mikä on Conversion Coating?

“Conversion coating” on kattava termi, joka kuvaa kemiallisen tai elektrolyyttisen käsittelyn avulla muodostuneita pinnoitteita metallipinnoilla, mikä johtaa pinnalliseen kerrokseen, joka sisältää metalliyhdisteen. Tämä prosessi pidentää metallimateriaalien käyttöikää ja parantaa niiden ominaisuuksia, kuten voitelua ja korroosionkestävyyttä. Ne voivat myös parantaa myöhemmin sovellettavien pinnoitteiden tarttuvuutta.

Onko Conversion Coating sama kuin Barrier Coating?
Ei. Kemialliset conversion coating -pinnoitteet, tai conversion coatingit, ovat eräänlainen pinnan passivointimenetelmä, jota käytetään muokkaamaan metallipintaa ja luomaan suojaava metallidioksidikerros korroosiota ja kulumista vastaan. Toisaalta, barrier coatingit toimivat tehokkaina kosteuden tai fysikaalisten esteidenä, ja niitä sovelletaan usein metalleihin ja keraamisiin materiaaleihin kestämään ankaria olosuhteita. Vaikka conversion coatingit parantavat metallipintoja, barrier coatingit tarjoavat suojakerroksen ympäristötekijöitä vastaan, ja niitä voidaan joskus soveltaa conversion coatingien päälle lisäsuojaksi.

Onko Conversion Coating sama kuin Anodointi?
Ei, anodointi on tietty conversion coating -tyyppi. Conversion coating viittaa erilaisiin prosesseihin, joissa metallipinta käy läpi kemiallisen reaktion parantaakseen ominaisuuksiaan. Yksi tällainen tekniikka on anodointi, joka sisältää metallien, yleensä alumiinin, elektrolyyttisen hapettamisen, jolloin muodostuu korroosiota kestävää kerrosta.

Mikä on Conversion Coatingin tarkoitus?

Conversion coatingin tarkoituksena on luoda suojaava kerros metallialustalle, joka edistää metallin kestävyyttä ja suorituskykyä. Se tarjoaa sopivamman pinnan maalausta ja liitoksia varten.

Kuinka Conversion Coating käytetään valmistuksessa?

Conversion coating -pinnoitteita käyttävät metallituotteiden valmistajat, jotka tarvitsevat suojaa ympäristön vaikutuksia vastaan parantaakseen korroosionkestävyyttään ja siten kestävyyttään. Conversion coating -pinnoitettuja tuotteita upotetaan tai ruiskutetaan sopivalla pinnoitevalmisteella, joka reagoi metallin kanssa ja muodostaa kerroksen, joka estää korroosiota ja auttaa lisäpinnoitteiden, kuten maalin, tarttumista. Tämä käsitelty pinta on olennaisen tärkeä useilla teollisuudenaloilla. Autoteollisuudessa conversion coating -pinnoitteita käytetään auton rungossa ja osissa suojaamaan ruostumiselta ja korroosiolta, mikä pidentää ajoneuvojen käyttöikää. Ilmailussa conversion coating -pinnoitteet ovat välttämättömiä lentokoneiden osille kestämään ankaria ympäristöolosuhteita ja ylläpitämään rakenteellista eheyttä.

Miten muuntokäsittelypinnoitteet toimivat?

Muuntokäsittelypinnoitteet toimivat kemiallisen reaktion avulla metallipinnan kanssa luoden suojaavan kerroksen. Tämä prosessi vaihtelee eri pinnoitetyyppien välillä, jotka sisältävät fosfaatteja, kromaatteja ja mustaa oksidipinnoitetta. Jokaisen tyyppin erityiset kemialliset reaktiot edistävät korroosionkestävyyttä, parantavat tarttuvuutta seuraaville pinnoitteille ja lisäävät kokonaiskestävyyttä erilaisissa teollisissa sovelluksissa.

Miten konversiopäällyste eroaa muista päällystetyypeistä?
Muuntokäsittelypinnoitteet eroavat muista pinnoitteista ennen kaikkea siksi, että ne reagoivat kemiallisesti metallipinnan kanssa muodostaen suojaavan kerroksen. Vastaavasti fysikaaliset pinnoitteet, kuten maalit, luovat vain esteen metallin ja ympäristön välille. Suojaavat pinnoitteet voidaan jakaa estepinnoitteisiin, inhibitiivisiin pinnoitteisiin, uhripinnoitteisiin ja niiden yhdistelmiin. Vaikka epämetalliset pinnoitteet käyttävät usein polymeerejä, epoksia ja polyuretaaneja, metalliset pinnoitteet käyttävät yleisesti sinkkiä, alumiinia ja kromia korroosionestoan. Muuntokäsittelypinnoitteet tarjoavat metallipinnan kemiallisen muuntamisen, mikä lisää sen kestävyyttä korroosiota vastaan ja parantaa tarttuvuutta seuraaville pinnoitteille.

Mitkä ovat eri tyyppiset muuntokerrokset?

Eri tyyppiset muuntokerrospinnoitteet sisältävät:

Kromaatin muuntokäsittely
Kromaatinmuuntokäsittely, joka tunnetaan myös alodine-pinnoitteena, voi muodostaa monipuolisia suojaavia kerroksia metalleille kuten teräs, alumiini, sinkki ja muut. Tämä pinnoite, joka levitetään upottamalla tai suihkuttamalla, syntyy kemiallisen reaktion seurauksena metallipinnan päällä. Suihku tai kylpy sisältää kromaatteja ja dikromaateja. Tuloksena oleva geeli muodostaa ohuen, korroosiota kestävän kerroksen, joka ei ainoastaan estä ruostumista, vaan myös parantaa maalin ja liiman tarttuvuutta. Yleisesti käytetty esimerkiksi ruuveihin, saranat, kannattimiin, ja aluslevyihin, kromaatinmuuntokäsittelyt antavat metallipinnoille usein selkeän, helposti tunnistettavan vihertävänkeltaisen sävyn. Kuvassa 1 on esimerkki kromaatinmuuntokäsittelystä osassa:

muuntokerros
Kromaatikonmuunnostekniikka. Kuvan lähde: Shutterstock.com/KPixMining
Molybdaatti
Molybdaattimuuntokäsittelyt tarjoavat korroosionestoa alumiinille ja sen seoksille, magnesiumille ja sen seoksille sekä sinkille ja sinkki-nikkeli-seoksille. Niitä pidetään vähemmän haitallisena vaihtoehtona kromaatit päällysteille, sillä niissä on samanlaisia korroosionesto-ominaisuuksia ilman siihen liittyviä ympäristöriskejä.

Fosfaattimuuntokerros
Fosfaattimuuntokerros, yleinen kemiallinen käsittely teräsosille, parantaa korroosionkestävyyttä ja tarjoaa pohjan myöhemmille pinnoitteille. Prosessi sisältää fosforihappo- ja liukenevien suolojen, kuten sinkki-, rauta- ja mangaanifosfaattien, liuoksen levittämisen sivelyllä tai sumuttamalla metallipinnalle. Nämä suolat lisäävät korroosionkestävyyttä reagoimalla metallipinnan kanssa ja luomalla suojaavan kerroksen. Lämpötila ja kylpyliuoksen pitoisuus ovat esimerkkejä parametreista, jotka vaikuttavat kerroksen ominaisuuksiin eri tavoin. Paksummat kerrokset, jotka tuotetaan korkeammilla kylpyliuoksen pitoisuuksilla, tarjoavat suurempaa korroosiosuojaa. Kemiallisten reaktioiden nopeus on toinen tapa, jolla lämpötila vaikuttaa kerroksen tarttuvuuteen ja paksuuteen. Teollisissa sovelluksissa näiden parametrien optimaalinen hallinta varmistaa.

4. Titanaatit
AZ31-magnesiumseokset on päällystetty titanaatilla suojaamaan. Organotitanaatit, kuten tetra-isopropyltitanaatti (TIPT) ja tetra-butyltitanaatti (TNBT), ovat yleisesti käytettyjä tätä tarkoitusta varten niiden reaktiivisuuden vuoksi. Tämä päällyste muodostaa ohuen esteen, joka estää korroosiota ja muita kulumisen muotoja. Muodostumisprosessi sisältää piihydroksidin, titaanihydroksidin, magnesiumhydroksidin ja fluoridin saostumisen, mikä johtaa huokoiseen kerrokseen, joka parantaa korroosionkestävyyttä.

Anodisointi
Anodisointi, elektrolyyttinen passivointiprosessi, jota laajasti sovelletaan alumiiniseoksiin, titaanille ja muutamiin muihin metalleihin, toimii kuljettamalla tasavirtaa elektrolyyttisen ratkaisun läpi, muodostaen oksidikerroksen metallin pinnalle. Anodisoidut pinnoitteet parantavat korroosion ja kulumisen kestävyyttä sekä tarjoavat paremman tarttuvuuden maali- ja liimamassoille. Tämä prosessi löytää monipuolisia sovelluksia kuluttajatuotteissa kuten älypuhelimissa ja keittiövälineissä, sekä ilmailualan osissa kuten lentokoneiden osissa.

6. Stannaatit
Stannaatin muuntokäsittelykerrokset tarjoavat kromaatittoman tavan estää magnesiumseosten korroosiota. Stannaatin muuntokäsittelykerros koostuu pääasiassa magnesium-tinaoksidikerroksesta, joka muodostuu upottamalla magnesiumseos kappale veteen laimennettua stannaattia sisältävään liuokseen. Tällainen kerros toimii esteenä syövyttäville aineille, alentaa korroosiotahtia (näyttäen itseparantavia ominaisuuksia, mikä tarkoittaa, että se voi korjata pieniä vaurioita kerroksessa ajan myötä).

7. Musta oksidi
Musta oksidi toimii muuntokerroksena, joka soveltuu useille materiaaleille kuten rautametallit tai rauta-alkuperäiset seokset, kupari, sinkki ja enemmän. Materiaalien muodostama oksidi voi olla musta, mutta ne eivät ole kaikki sama yhdiste. Mustan oksidin ensisijaisia tavoitteita ovat: lievän korroosionkeston tarjoaminen, ulkonäön parantaminen ja valon heijastuksen vähentäminen. Rauta-alkuperäisille seoksille tämä prosessi koostuu metallin upottamisesta kuumaan (yleensä 141 °C) kylpyyn, joka sisältää natriumhydroksidia, nitraatteja tai nitriittejä kuten natriumia. Kylvyssä olevat yhdisteet reagoivat muodostaen magneitista (Fe3O4) kerroksen materiaalin pinnalle.

Kuuma, keskilämpötilainen ja kylmä mustanoksidiprosessi tarjoavat erityisiä etuja. Kuuma mustanoksidi tarjoaa syvän, tasaisen mustan pinnan, parantaa korroosionkestävyyttä ja lisää voitelukykyä. Keskilämpötilainen mustanoksidi tasapainottaa kustannukset ja suorituskyvyn, sopii kohtalaiseen korroosionestoon. Kylmä mustanoksidi vaatii vähemmän energiaa, sopii herkkien osien käsittelyyn, tarjoaa korroosionkestävyyttä säilyttäen samalla mittatarkkuuden. Mustanoksidiprosessin jälkeen materiaaliin levitetään öljyä, vahaa tai lakkaa parantamaan korroosionkestävyyttä.

Rautapohjaisista seoksista poiketen kupari (Cu) ja sinkki (Zn) vaativat erilaisen menettelyn mustan oksidikerroksen soveltamiseen. Näiden metallien menettelyssä upotetaan kemialliseen liuokseen, joka sisältää tiettyjä hapettavia aineita, valittu metallin koostumuksen perusteella. Syntyvä oksidikerros muuttaa metallin ulkonäköä ja tarjoaa korroosionkestävyyttä, vaikka muodostuvat yhdisteet voivat vaihdella. Lisäksi, toisin kuin rautapohjaiset seokset, näiden metallien mustan oksidin soveltaminen voi vaatia erilaisia lämpötiloja, kemiallisia koostumuksia ja jälkikäsittelymenetelmiä.

8. Zirconaatti
Zirconaatteiset pinnoitteet tarjoavat vahvoja ja pitkäkestoisia viimeistelyjä. Zirconaatteisten pinnoitteiden levittämiseen tarvittava pintakäsittely sisältää perusteellisen puhdistuksen ja rasvanpoiston metallipinnasta, jotta poistetaan mahdolliset epäpuhtaudet, kuten öljy, rasva tai lika, varmistaen pitkäkestoisen sidoksen metallin kanssa. Parempi maalin tarttuvuus, korroosionesto ja fosfaattivapaa esikäsittely ovat joitakin zirconaatteisten pinnoitteiden etuja. Nämä pinnoitteet, jotka toimivat teräksessä, sinkissä ja alumiinissa, tarjoavat sekä taloudellisia että ympäristöetuja. Ne vähentävät jätettä ja päästöjä sekä vaativat vähemmän ylläpitoa ja korjausta. Prosessin etuja ovat luotettavuus laadussa ja yhteensopivuus nykyisten tuotantolinjojen kanssa.

9. Sinistys
Bluing, kuten mustan oksidikerroksen muuntokäsittelyt, muodostaa tiiviisti kiinnittyvän Fe3O4-kerroksen rauta-alumiiniseoksen pinnalle. Bluingin kehittämä kerros on paljon ohuempi kuin nimityksellä “musta oksidi” tarkoitetut kerrokset. Bluing tarjoaa vain osittaista suojaa ruostetta vastaan, koska se on niin ohut. Bluing voidaan toteuttaa useilla eri prosesseilla, mukaan lukien kylmä-, kuuma-, ruoste- ja höyrybluing. Kylmäbluing, joka hyödyntää seleeni-dioksidiin perustuvia yhdisteitä, soveltuu pieniin korjauksiin, kun taas kuuma bluing sisältää alkalilaisliuoksia ja on yleisesti käytetty suuritehoisessa aseenbluingissa. Ruostebluing tarjoaa erinomaisen ruosteen ja korroosion kestävyyden, ja höyrybluing jäljittelee ruostebluingia käyttäen sekoitettuja happihöyryjä. Bluingin käyttö on yleistä tuliaseteollisuudessa kosmeettisiin parannuksiin, korroosion kestävyyteen ja häikäisyn vähentämiseen, ja sen tehokkuus vaihtelee käytetyn prosessin mukaan.

10. Plasmaelektrolyysi
Plasmakarhennus tai plasmakarhennusoksidointi (PEO) muodostaa keraamisen kerroksen kevyiden metallien pinnalle ainutlaatuisen prosessin avulla, joka sisältää korkean jännitteen elektrolyyttialtaan. PEO-pinnoitteet tarjoavat korroosio- ja kulutuskestävyyttä, ja ne ovat jopa neljä kertaa kovempia kuin matalahiiliteräs. Prosessi sisältää kolme vaihetta: pohjan valmistelu, pohjan oksidointi ja plasma-muokkaus. Kyky hallita ja säätää kutakin vaihetta tarjoaa joustavuutta, mikä mahdollistaa erilaisten ominaisuuksien pinnoitteiden valmistamisen erilaisia teollisuuden tarpeita varten. PEO-pinnoitteita käytetään autoteollisuudessa ja ilmailuteollisuudessa niiden alhaisen jäykkyyden ja reunalankojen kestävyyden vuoksi. Lisäksi PEO:n ympäristöystävällinen menetelmä hyödyntää turvallisia vesiliuoksia.

Kuinka valita muuntokerros

Oikean muuntokerroksen valinta edellyttää useiden tekijöiden huomioon ottamista, mukaan lukien: metallialustan tyyppi, aiottu käyttötarkoitus, ympäristöolosuhteet ja sääntelyvaatimukset. Tässä on joitakin vaiheita, joita voit noudattaa auttaaksesi sinua valitsemaan sopivan muuntokerroksen:

Määritä, minkä tyyppistä metallia työskentelet, sillä eri metallit saattavat vaatia erilaisia muuntokäsittelykerroksia. Esimerkiksi alumiini ja teräs käyttävät usein erilaisia muuntokäsittelykerroksia.
Ymmärrä muuntokerroksen tarkoitus. Etsitkö ensisijaisesti korroosionestoa, maalin tarttuvuutta vai muita erityisiä ominaisuuksia? Toivottu lopputulos vaikuttaa valintaasi.
Arvioi päällystetyn metallin kohtaamat ympäristöolosuhteet, kuten kosteus, lämpötilan ääripäät ja kemikaalialtistus. Valitse muuntokerros, joka osoittaa kestävyyttä näitä erityisiä olosuhteita vastaan, varmistaen optimaalisen suorituskyvyn ajan myötä.
Tutki teollisuuden ja paikalliset säädökset, jotka koskevat muuntokäsittelyitä. Varmista, että pystyt noudattamaan ympäristöstandardeja, turvallisuusohjeita ja vaarallisten kemikaalien rajoituksia, jotka koskevat mahdollisia muuntokäsittelyaineksiasi.
Harkitse pinnoitetun metallin odotettua käyttöikää sen tarkoitetussa ympäristössä. Valitse muuntokäsittely, joka tarjoaa tarvittavan kestävyyden kulutusta, korroosiota ja muita mahdollisia haasteita vastaan, jotta odotettu käyttöikä saavutetaan tai ylitetään.
Onko passivointi muuntokerros?

Kyllä, passivaatio on eräänlainen konversiikkalvo. Se sisältää ulkokerroksen suoja-ainetta, joka muodostuu joko kemiallisen reaktion avulla perusmateriaalin kanssa tai spontaanin hapettumisen seurauksena ilmassa. Passivaatiopeitteet voivat kehittyä luonnollisesti tietyillä seoksilla, tarjoten parannetun korroosionkeston ja pinnan suojan.

What Are the Applications of Conversion Coating?
Many industries utilize conversion coatings. One prominent application is the “black oxide coating for steel.” This treatment offers better paint adhesion, increased visual appeal, and resistance against corrosion. Black oxide-treated steel components are appropriate for industrial, automotive, or architectural applications in which both practicality and aesthetics are important.

What Is the Quality of Conversion Coated Product?
The quality of a conversion-coated product is determined by several important characteristics including:

Corrosion Resistance: Conversion coatings provide a protective barrier against corrosion, extending the lifespan of the substrate material. The corrosion resistance is often evaluated through standardized salt spray testing or electrochemical impedance spectroscopy.
Adhesion: The adhesion of the conversion coating to the substrate material is crucial for long-term durability. Adhesion tests, such as cross-hatch adhesion tests or pull-off tests, assess the strength of the bond between the coating and the substrate.
How Thick Is Conversion Coating?
Conversion coatings add a thin layer of protective material to a metal surface. For example, aluminum chromate coatings usually range in thickness from 0.00001 to 0.00004 inches.

How Long Do Conversion Coatings Last?

The longevity of a conversion coating is influenced by factors such as environmental conditions and maintenance. With proper care, these coatings can endure for several years, providing effective corrosion protection and other benefits to the treated metal surfaces.

What Are the Benefits of Conversion Coating?

Conversion coating offers various benefits, including:

One of its functions is to shield metal surfaces from corrosion, extending the lifespan of components.
Conversion coating improves bonding for paints and coatings, ensuring a more durable and lasting finish.
It provides an aesthetically pleasing surface finish.
A conversion coating prepares a surface for various subsequent treatments or applications, such as paint, primer, adhesive bonding, or other surface finishes.
It can enhance electrical conductivity or insulation, depending on the type of conversion coating.
What Are the Downsides of Conversion Coating?
Conversion coatings come with certain downsides, including:

Some conversion coatings may involve chemicals that pose environmental risks during manufacturing or application.
Certain chemicals used in conversion coatings may present health risks to those involved in the application process.
Compliance with environmental and safety regulations can be complex and demanding.
Depending on the type, conversion coatings may have limited durability, requiring periodic maintenance.
The application process can be complex, requiring careful control and expertise.
Initial and maintenance expenses can be a factor in the overall cost-effectiveness compared to the long-term benefits or total lifecycle costs of the product or service.
Is Conversion Coating Expensive?
Conversion coating processes can vary in cost depending on factors such as the type of metal being treated, the desired properties of the coating, and the scale of production. While conversion coating can offer significant benefits in terms of corrosion resistance and paint adhesion, it may not always be the most cost-effective solution.