Recubrimiento de conversión de cromato

La composición del baño varía considerablemente, dependiendo del material a recubrir y del efecto deseado. La mayoría de las fórmulas de los baños son de propiedad exclusiva.

Las formulaciones suelen contener compuestos de cromo hexavalente , como cromatos y dicromatos . ^{[ 4 ]}

El proceso Cronak, _ampliamente utilizado para el zinc y el cadmio , consiste en 5-10 segundos de inmersión en una solución a temperatura ambiente compuesta por 182 g / L de dicromato de sodio (Na₂Cr₂O₇ _· 2H₂O ₎ y 6 mL /L ^de ácido sulfúrico concentrado . _[ ^{5 ]}

El proceso de recubrimiento de cromato comienza con una reacción redox entre el cromo hexavalente y el metal. ^{[ 2 ]} En el caso del aluminio, por ejemplo,

Cr ⁶⁺+ Al ⁰ → Cr ³⁺+ Al ³⁺

Los cationes trivalentes resultantes reaccionan con los iones hidróxido en el agua para formar los hidróxidos correspondientes , o una solución sólida de ambos hidróxidos:

Cr ³⁺+ 3 OH ⁻→ Cr(OH)₃

Al ³⁺+ 3 OH ⁻→ Al(OH)₃

En condiciones adecuadas, estos hidróxidos se condensan con eliminación de agua para formar un sol coloidal de partículas muy pequeñas, que se depositan como un hidrogel sobre la superficie del metal. El gel consiste en un esqueleto sólido tridimensional de óxidos e hidróxidos, con elementos y huecos a nanoescala , que encierra una fase líquida. La estructura del gel depende de la concentración de iones metálicos, el pH y otros componentes de la solución, como agentes quelantes y contraiones. ^{[ 2 ]}

La película de gel se contrae al secarse, comprimiendo el esqueleto y provocando su rigidez. Finalmente, la contracción cesa y un secado posterior deja los poros abiertos pero secos, convirtiendo la película en un xerogel . En el caso del aluminio, el recubrimiento seco se compone principalmente de óxido de cromo(III) Cr₂ O₃ , o óxido mixto (III)/(VI), con muy pocoAl₂ O_3. Normalmente, las variables del proceso se ajustan para obtener un recubrimiento seco de 200-300nmde espesor. ^{[ 2 ] [ 6 ] [ 7 ]}

El recubrimiento se contrae al secarse, lo que provoca que se agriete en numerosas escalas microscópicas, formando un patrón similar al del "barro seco". La solución atrapada sigue reaccionando con cualquier metal que quede expuesto en las grietas, de modo que el recubrimiento final es continuo y cubre toda la superficie. ^{[ 2 ]}

Aunque las reacciones principales transforman la mayoría de los aniones de cromo(VI) (cromatos y dicromatos) del gel depositado en compuestos de cromo(III) insolubles, una pequeña cantidad de ellos permanece sin reaccionar en el recubrimiento seco. Por ejemplo, en el recubrimiento formado sobre aluminio mediante un baño comercial, se encontró que aproximadamente el 23% de los átomos de cromo eran Cr⁶⁺ hexavalente ^., excepto en una región cercana al metal. Estos residuos de cromo(VI) pueden migrar cuando el recubrimiento se humedece y se cree que desempeñan un papel en la prevención de la corrosión en la pieza terminada, específicamente, al restaurar el recubrimiento en cualquier nueva grieta microscópica donde podría comenzar la corrosión. ^{[ 2 ] [ 6 ] [ 7 ]}

El cromado se realiza frecuentemente en piezas galvanizadas para aumentar su durabilidad. El recubrimiento de cromato actúa como una pintura, protegiendo el zinc de la corrosión blanca y, por lo tanto, aumentando considerablemente la durabilidad de la pieza, dependiendo del espesor de la capa de cromato. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

El efecto protector de los recubrimientos de cromato sobre el zinc se indica mediante el color, que va desde transparente/azul hasta amarillo, dorado, verde oliva y negro. Los recubrimientos más oscuros generalmente ofrecen mayor resistencia a la corrosión. ^{[ 11 ]} El color del recubrimiento también puede modificarse con tintes, por lo que el color no es un indicador completo del proceso utilizado.

La norma ISO 4520 especifica recubrimientos de conversión de cromato sobre recubrimientos de zinc y cadmio electrochapados. Las normas ASTM B633 Tipo II y III especifican el recubrimiento de zinc más la conversión de cromato en piezas de hierro y acero. Las revisiones recientes de la norma ASTM B633 remiten a la norma ASTM F1941 para el recubrimiento de zinc en elementos de fijación mecánicos, como pernos, tuercas, etc. La revisión actual de la norma ASTM B633 de 2019 (que sustituyó a la de 2015) elevó los umbrales de tracción requeridos al abordar problemas de fragilización por hidrógeno y trató las preocupaciones sobre la fragilización en un nuevo apéndice.

Para el aluminio, el baño de conversión de cromato puede ser simplemente una solución de ácido crómico . El proceso es rápido (1–5 min), requiere un único tanque de proceso a temperatura ambiente y su correspondiente enjuague, y es relativamente sencillo. ^{[ 2 ]}

En 1995, la fórmula comercial de Alodine 1200s de Henkel para aluminio consistía en un 50-60% de anhídrido crómico CrO₃ , 20-30%de tetrafluoroborato de potasioKBF₄ , 10-15%de ferricianuro de potasioK₃ Fe(CN)₆ , 5-10%hexafluorozirconato de potasioK₂ ZrF₆ y 5-10%de fluoruro de sodioNaFen peso. La fórmula debía disolverse en agua a una concentración de 9,0 g/L, obteniendo un baño con pH = 1,5. Tras 1 minuto, se formó una película de color dorado claro y, tras 3 minutos, una película de color marrón dorado. El espesor promedio osciló entre 200 y 1000 nm. ^{[ 6 ]}

Iridite 14-2 es un baño de conversión de cromato para aluminio. Sus ingredientes incluyen óxido de cromo(IV) , nitrato de bario , silicofluoruro de sodio y ferricianuro . ^{[ 12 ]} En la industria del aluminio, el proceso también se denomina película química ^{[ 13 ]} o iridita amarilla , ^{[ 13 ]} Los nombres comerciales registrados incluyen Iridite ^{[ 13 ]} y Bonderite ^{[ 14 ]} (anteriormente conocido como Alodine o Alocrom en el Reino Unido). ^{[ 15 ]} Los principales estándares para el recubrimiento de conversión de cromato de aluminio son MIL-DTL-5541 en EE. UU. y Def Stan 03/18 en el Reino Unido.

Alodine también puede referirse a aleaciones de magnesio recubiertas de cromato . ^{[ 3 ]}

El acero y el hierro no se pueden cromar directamente. El acero recubierto con zinc o aleación de zinc-aluminio sí se puede cromar. ^{[ 9 ] [ 10 ]} El cromado del acero recubierto de zinc no mejora la protección catódica del zinc sobre el acero subyacente contra la oxidación . ^{[ 5 ]}

Los recubrimientos de conversión de cromato se pueden aplicar sobre los recubrimientos de conversión de fosfato que se utilizan frecuentemente en sustratos ferrosos . El proceso se utiliza para mejorar el recubrimiento de fosfato. ^{[ 5 ]}