Spis treści

Przez długi okres czasu powłoki stopowe cynku z innymi metalami nie znajdowały przemysłowego zastosowania. Przyczyniły się do tego m.in. stopień skomplikowania procesu oraz wysoki koszt eksploatacji kąpieli. Dążenie jednak do poszukiwania przyjaznych dla środowiska metod zwiększania odporności korozyjnej oraz do zastąpienia powłok kadmowych przyczyniło się rozwoju powłok stopowych.

Istnieje wiele rodzajów technologii do nakładania różnych powłok stopowych cynku, włączając w to powłoki cynk-nikiel (Zn/Ni), cynk-nikiel-żelazo (Zn/Ni/Fe), cynk-kobalt (Zn/Co), cynk-kobalt-żelazo (Zn/Fe/Co), cynk-żelazo (Zn/Fe), cyna-cynk (Sn/Zn) i cynk-mangan (Zn/Mn). Spośród tych wszystkich powłok komercyjne znaczenie mają jedynie stopy niklu, kobaltu, cyny i żelaza.

Dobierając rodzaj odpowiedniej powłoki stopowej musimy rozważyć dwie kwestie. Pierwsza to jakiego rodzaj stopu jest wymagany. Druga - w przypadku powłok stopowych z niklem i kobaltem - czy używamy kąpieli chlorkowych czy alkalicznych. W przypadku typu stopu wybór jest prosty, ponieważ jest on zazwyczaj określony w specyfikacji Klienta. Wybór typu kąpieli wymaga większego zastanowienia. Należy rozważyć kilka czynników.

1. Pewne podłoża, takie jak żeliwo lub utwardzana stal lub części węglazotowane wymagają obróbki w kąpielach chlorkowych w celu nałożenia prawidłowej powłoki.
2. Kąpiele chlorkowe wymagają zastosowania wyposażenia odpornego na korozję. Z kolei kąpiele alkaliczne zawierają odczynniki kompleksujące, które mogą powodować korozję materiału, z którego wykonane jest wyposażenie. W zależności od rodzaju stosowanej kąpieli i układu odczynników kompleksujących może być konieczne zastosowanie wyposażenie o wyższej odporności na korodujące działanie składników kąpieli niż w przypadku zwykłych kąpieli alkalicznych do cynkowania.
3. W przypadku kąpieli do nakładania powłok stopowych niklu należy zmodyfikować sposób obróbki ścieków w celu obniżenia stężenia niklu i, w przypadku kąpieli alkalicznych, ograniczenia zwartości odczynników kompleksujących w ściekach.

Z punktu widzenia odporności korozyjnej jaką chcemy uzyskać niezmiernie istotna jest również obróbka powłok po ich nałożeniu. Ze względu na zawartość Zn i różnych dodatków stopowych w różnego rodzaju powłokach każda z nich wymaga zastosowania specjalnego rodzaju pasywacji. Dostępne są pasywacje oparte na chromie trój- i sześciowartościowym w szerokiej gamie kolorów prawie dla każdej powłoki stopowej.

Bez powłoki konwersyjnej lub innej pasywacji odporność korozyjna powłok stopowych cynku z żelazem i kobaltem nie różni się istotnie od odporności korozyjnej czystej powłoki cynkowej. W przypadku powłok stopowych z niklem bez pasywacji chromianowej lub innej pasywacji biała korozja pojawia się po mniej więcej takim samym czasie, jak w przypadku powłoki czystego cynku, jednak postęp korozji jest znacznie wolniejszy dla powłok cynk-nikiel w zależności od zawartości samego niklu.

Powłoka czystego niklu, w porównaniu do powłok zawierających cynk, stanowi warstwę ochronną o charakterze katodowym (o potencjale wyższym niż żelazo), w związku z czym w przypadku przerwania jej ciągłości (spękanie, występowanie porów) w atmosferze korozyjnej następuje przyśpieszona korozja stali na skutek utleniania żelaza, które w układzie Fe/Ni stanowi anodę. Warunkiem uzyskania wysokiej odporności korozyjnej w przypadku powłok niklowych jest więc ich szczelność (brak przerwania ciągłości powłoki, porów, spękań itp.), w przeciwnym wypadku korozja stali pokrytej nieszczelną powłoką niklu będzie przebiegała nawet szybciej, niż w przypadku niezabezpieczonego detalu.

Powłoka cynk-nikiel, podobnie jak powłoki czystego cynku, po nałożeniu na podłoże stalowe stanowi warstwę ochronną o charakterze anodowym (o niższym potencjale standardowym niż żelazo). W związku z tym w atmosferze korozyjnej, w przypadku przerwania ciągłości powłoki (uszkodzenia) i/lub występowania porów w powłoce, zniszczeniu - anodowemu utlenianiu - ulega sama powłoka cynk-nikiel (tzw. "sacrificial coating"), a ściślej zawarty w tej warstwie cynk. Stal pozostaje więc nienaruszona kosztem uszkodzenia znajdującej się na niej powłoki cynk-nikiel.

Przewaga powłok cynk-nikiel nad powłokami czystego cynku polega na tym, że dzięki odpowiedniej zawartości niklu powłoki cynk-nikiel charakteryzują się niewiele większą aktywnością w stosunku do stali w porównaniu do bardzo aktywnych powłok czystego cynku. Dzięki temu powłoki cynk-nikiel ulegają powolniejszemu zniszczeniu na skutek anodowego utleniania . Zachodzi ono w znaczenie mniejszym tempie, niż ma to miejsce w przypadku powłok czystego cynku, charakteryzujących sią wysoką szybkością anodowego utleniania po zetknięciu ze stalą, a więc szybkim niszczeniem powłoki.

Bardzo istotna z punktu widzenia odporności korozyjnej jest zawartość Ni w powłoce cynk-nikiel. Na ogół przyjmuje się, że stężenie Ni w powłoce na poziomie 12 - 15 % jest wartością optymalną. Zazwyczaj odporność korozyjna rośnie wraz ze wzrostem stężenia niklu w powłoce do poziomu około 15 %. Dalsze zwiększanie zawartości Ni w powłoce (powyżej 15 %) powoduje, że powłoka cynk-nikiel traci swój anodowy charakter w stosunku do podłoża stalowego, w związku z czym maleje jej zdolność do ochrony stali przed korozją, która w coraz większym stopniu uzależniona jest o szczelności powłoki. Duża zawartość niklu w powłoce może ponadto prowadzić do zmniejszenia jej plastyczności i pogorszenia podatności na pasywację, co dodatkowo przyczynia się do obniżenia zdolności całego układu: powłoka cynk-nikiel + pasywacja, do ochrony stali przed korozją. Na zawartość Ni w powłoce wpływa przede wszystkim stężenie tego metalu w kąpieli, ale także stężenie substancji kompleksujących nikiel (regulujących wbudowywanie niklu w powłokę, stężenie innych składników kąpieli (np. chlorków w kąpieli słabo kwaśnej, które z kolei oddziałują przede wszystkim na cynk), pH, temperatura kąpieli, stosowana gęstość prądu. Wpływ obecności węglanów i siarczanów na stężenie niklu w powłoce jest znikomy, węglany oddziałują przede wszystkim na katodową wydajność prądową, a więc na grubość powłoki nakładanej w określonym czasie, która z punktu widzenia ochrony przed korozją ma niebagatelne znaczenie. W zależności od agresywności środowiska zaleca się nakładanie powłok o grubości od 5 mikrometrów na łagodnych warunków przez 8 mikrometrów dla średnich, 13 mikrometrów dla trudnych po 25 mikrometrów dla bardzo trudnych po względem oddziaływania korozyjnego warunków eksploatacji.

Poniżej podano przykładowe odporności korozyjne powłoki Zn-Ni w porównaniu do powłok cynkowych.