क्रोमेट रूपांतरण कोटिंग
क्रोमेट रूपांतरण कोटिंग या एलोडाइन कोटिंग एक प्रकार की रूपांतरण कोटिंग है जिसका उपयोग निष्क्रियता (रसायन विज्ञान) इस्पात , अल्युमीनियम, जस्ता, कैडमियम, तांबा, चांदी, टाइटेनियम, मैगनीशियम और विश्वास करना मिश्र धातुओं के लिए किया जाता है।[1]: p.1265 [2] रँगना और चिपकने वाले के पालन में सुधार के लिए कोटिंग एक जंग अवरोधक के रूप में कार्य करता है, एक प्राइमर रंग)पेंट) के रूप में,[2]सजावटी खत्म के रूप में, या विद्युत चालकता को संरक्षित करने के लिए। यह नरम धातुओं पर घर्षण (यांत्रिक) और हल्के रासायनिक हमले (जैसे गंदी उंगलियां) के लिए कुछ प्रतिरोध भी प्रदान करता है।[2]
क्रोमेट रूपांतरण कोटिंग्स आमतौर पर पेंच , हार्डवेयर और टूल्स जैसी वस्तुओं पर लागू होती हैं। वे आम तौर पर अन्यथा सफेद या ग्रे धातुओं के लिए एक अलग इंद्रधनुषी, हरा-पीला रंग प्रदान करते हैं। कोटिंग में क्रोमियम नमक (रसायन विज्ञान), और एक जटिल संरचना सहित एक जटिल संरचना होती है।[2]
प्रक्रिया को कभी-कभी एलोडाइन कोटिंग कहा जाता है, विशेष रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला शब्द[2]हेंकेल सरफेस टेक्नोलॉजीज की ट्रेडमार्क वाली एलोडाइन प्रक्रिया के संदर्भ में।[3]
प्रक्रिया
क्रोमेट रूपांतरण कोटिंग आमतौर पर एक रासायनिक स्नान में भाग को डुबो कर तब तक लगाया जाता है जब तक कि वांछित मोटाई की एक फिल्म नहीं बन जाती है, भाग को हटाकर, इसे धोकर और इसे सूखने दें। प्रक्रिया आमतौर पर कमरे के तापमान पर कुछ मिनटों के विसर्जन के साथ की जाती है। वैकल्पिक रूप से, समाधान स्प्रे पेंटिंग हो सकता है, या भाग को स्नान में संक्षिप्त रूप से डुबोया जा सकता है, जिस स्थिति में कोटिंग की प्रतिक्रिया तब होती है जब भाग अभी भी गीला होता है।[2]
पहली बार लगाए जाने पर कोटिंग नरम और जिलेटिनस होती है, लेकिन यह सूख जाती है और जल विरोधी बन जाती है, आमतौर पर 24 घंटे या उससे कम समय में।[2]को गर्म करके इलाज तेज किया जा सकता है 70 °C (158 °F), लेकिन उच्च तापमान धीरे-धीरे स्टील पर कोटिंग को नुकसान पहुंचाएगा।
स्नान रचना
लेपित होने वाली सामग्री और वांछित प्रभाव के आधार पर, स्नान की संरचना बहुत भिन्न होती है। अधिकांश स्नान सूत्र मालिकाना हैं।
योगों में आमतौर पर हैग्जावलेंट क्रोमियम यौगिक होते हैं, जैसे क्रोमेट और डाइक्रोमेट।[4]
जस्ता और कैडमियम के लिए व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली क्रोनक प्रक्रिया में 182 ग्राम / लीटर सोडियम डाइक्रोमेट (Na2करोड़2O7 एह2O) और 6 मिलीलीटर/L सान्द्र सल्फ्यूरिक अम्ल।[5]
रसायन विज्ञान
क्रोमेट कोटिंग प्रक्रिया हेक्सावलेंट क्रोमियम और धातु के बीच एक रेडॉक्स प्रतिक्रिया से शुरू होती है।[2]एल्यूमीनियम के मामले में, उदाहरण के लिए,
- Cr6+
+ Al0 → Cr3+
+ Al3+
परिणामी त्रिसंयोजक धनायन पानी में हीड्राकसीड आयनों के साथ प्रतिक्रिया करके संबंधित हाइड्रॉक्साइड्स या दोनों हाइड्रॉक्साइड्स का एक ठोस घोल बनाते हैं:
- Cr3+
+ 3 OH−
→ Cr(OH)
3
- Al3+
+ 3 OH−
→ Al(OH)
3
उपयुक्त परिस्थितियों में, ये हाइड्रॉक्साइड बहुत छोटे कणों के कोलाइड बनाने के लिए पानी के निष्कासन के साथ संघनित होते हैं, जो धातु की सतह पर हाइड्रोजेल के रूप में जमा हो जाते हैं। जेल में ऑक्साइड और हाइड्रॉक्साइड के त्रि-आयामी ठोस कंकाल होते हैं, जिसमें नैनोस्कोपिक स्केल तत्व और तरल पदार्थ होते हैं, जो तरल चरण को घेरते हैं। जेल की संरचना धातु आयन एकाग्रता, पीएच, और समाधान के अन्य अवयवों, जैसे कि केलेट और काउंटरों पर निर्भर करती है।[2]
जेल फिल्म सिकुड़ती है क्योंकि यह सूखती है, कंकाल को संकुचित करती है और इसे कठोर बनाती है। आखिरकार सिकुड़न बंद हो जाती है, और आगे सूखने से छिद्र खुल जाते हैं लेकिन सूख जाते हैं, जिससे फिल्म एक xerogel में बदल जाती है। एल्यूमीनियम के मामले में, सूखी कोटिंग में ज्यादातर क्रोमियम (III) ऑक्साइड होता है Cr
2O
3, या मिश्रित (III)/(VI) ऑक्साइड, बहुत कम के साथ Al
2O
3. आमतौर पर प्रक्रिया चर को 200-300 नैनोमीटर मोटी सूखी कोटिंग देने के लिए समायोजित किया जाता है।[2][6][7]
कोटिंग सूखते ही सिकुड़ जाती है, जिसके कारण यह कई सूक्ष्म तराजू में टूट जाती है, जिसे सूखे मिट्टी के पैटर्न के रूप में वर्णित किया जाता है। फंसा हुआ घोल किसी भी धातु के साथ प्रतिक्रिया करता रहता है जो दरारों में उजागर हो जाती है, जिससे अंतिम कोटिंग निरंतर होती है और पूरी सतह को कवर करती है।[2]
हालांकि मुख्य प्रतिक्रियाएं अधिकांश क्रोमियम (VI) आयनों (क्रोमेट्स और डाइक्रोमेट्स) को जमा जेल में अघुलनशील क्रोमियम (III) यौगिकों में बदल देती हैं, उनमें से एक छोटी मात्रा सूखे-आउट कोटिंग में अन-रिएक्ट रहती है। उदाहरण के लिए, एक वाणिज्यिक स्नान द्वारा एल्यूमीनियम पर बने लेप में, लगभग 23% क्रोमियम परमाणु हेक्सावेलेंट पाए गए। Cr6+
, धातु के करीब के क्षेत्र को छोड़कर। ये क्रोमियम (VI) अवशेष कोटिंग के गीले होने पर माइग्रेट कर सकते हैं, और माना जाता है कि समाप्त भाग में जंग को रोकने में एक भूमिका निभाते हैं - विशेष रूप से, किसी भी नई सूक्ष्म दरारों में कोटिंग को बहाल करके जहां जंग शुरू हो सकती है।[2][6][7]
सबस्ट्रेट्स
जिंक
उन्हें अधिक टिकाऊ बनाने के लिए अक्सर जस्ती भागों पर क्रोमेटिंग की जाती है। क्रोमेट कोटिंग पेंट के रूप में कार्य करता है, सफेद जंग से जस्ता की रक्षा करता है, इस प्रकार क्रोमेट परत की मोटाई के आधार पर भाग को काफी अधिक टिकाऊ बना देता है।[8][9][10]
जस्ता पर क्रोमेट कोटिंग्स के सुरक्षात्मक प्रभाव को रंग द्वारा इंगित किया जाता है, जो स्पष्ट/नीले से पीले, सोने, जैतून के भूरे और काले रंग की प्रगति करता है। गहरे रंग की कोटिंग्स आम तौर पर अधिक संक्षारण प्रतिरोध प्रदान करती हैं।[11]कोटिंग का रंग रंगों के साथ भी बदला जा सकता है, इसलिए रंग इस्तेमाल की गई प्रक्रिया का पूर्ण संकेतक नहीं है।
आईएसओ 4520 इलेक्ट्रोप्लेटेड जस्ता और कैडमियम कोटिंग्स पर क्रोमेट रूपांतरण कोटिंग्स निर्दिष्ट करता है। ASTM B633 प्रकार II और III लोहे और इस्पात भागों पर जस्ता चढ़ाना और क्रोमेट रूपांतरण निर्दिष्ट करते हैं। ASTM B633 के हाल के संशोधन जस्ता चढ़ाना यांत्रिक फास्टनरों, जैसे बोल्ट, नट, आदि के लिए ASTM F1941 को स्थगित करते हैं। 2019 ASTM B633 के लिए वर्तमान संशोधन है (2015 से संशोधन को हटा दिया गया), जिसने हाइड्रोजन उत्सर्जन के मुद्दों का सामना करते समय आवश्यक तन्यता सीमा बढ़ा दी और संबोधित किया एक नए परिशिष्ट में embrittlement चिंताओं।
एल्युमिनियम और इसकी मिश्रधातुएँ
एल्यूमीनियम के लिए, क्रोमेट रूपांतरण स्नान केवल क्रोमिक एसिड का समाधान हो सकता है। प्रक्रिया तीव्र (1-5 मिनट) है, इसके लिए एक एकल परिवेश तापमान प्रक्रिया टैंक और संबद्ध खंगालने की आवश्यकता होती है, और यह अपेक्षाकृत परेशानी मुक्त है।[2]
1995 तक, एल्यूमीनियम के लिए हेंकेल के एलोडाइन 1200s वाणिज्यिक सूत्र में 50-60% क्रोमिक एनहाइड्राइड शामिल था। CrO
3, 20-30% tetrafluoroborate KBF
4, 10-15% पोटेशियम फेरिकैनाइड K
3Fe(CN), 5-10% पोटेशियम हेक्साफ्लोरोज़िरकोनेट K
2ZrF
6, और 5-10% सोडियम फ्लोराइड NaF वजन से। सूत्र को 9.0 g/L की सांद्रता पर पानी में घोलने के लिए बनाया गया था, जिससे pH = 1.5 के साथ स्नान किया जा सके। इसने 1 मिनट के बाद हल्के सुनहरे रंग और 3 मिनट के बाद सुनहरे-भूरे रंग की फिल्म प्राप्त की। औसत मोटाई 200 और 1000 एनएम के बीच थी।[6]
इरिडाइट 14-2 एल्यूमीनियम के लिए क्रोमेट रूपांतरण स्नान है। इसकी सामग्री में क्रोमियम (IV) ऑक्साइड, बेरियम नाइट्रेट, हेक्साफ्लोरोसिलिक एसिड और फेरिकैनाइड शामिल हैं।[12]एल्यूमीनियम उद्योग में, प्रक्रिया को रासायनिक फिल्म भी कहा जाता है[13]या पीला इरिडाइट,[13] वाणिज्यिक ट्रेडमार्क वाले नामों में इरीडाइट शामिल हैं[13]और बोंडराइट[14](पूर्व में यूके में एलोडाइन या अलोक्रोम के नाम से जाना जाता था)।[15] एल्यूमीनियम के क्रोमेट रूपांतरण कोटिंग के लिए मुख्य मानक यूएस में MIL-DTL-5541 और यूके में डेफ स्टेन 03/18 हैं।
मैग्नीशियम
एलोडाइन क्रोमेट-कोटिंग मैग्नीशियम मिश्र धातुओं का भी उल्लेख कर सकता है।[3]
स्टील
स्टील और लोहे को सीधे क्रोमेट नहीं किया जा सकता है। जस्ता या जस्ता-एल्यूमीनियम मिश्र धातु के साथ चढ़ाया गया स्टील क्रोमेट किया जा सकता है।[9][10]क्रोमेटिंग जिंक प्लेटेड स्टील जंग से अंतर्निहित स्टील के जिंक के कैथोडिक संरक्षण को नहीं बढ़ाता है।[5]
फॉस्फेट कोटिंग्स
क्रोमेट रूपांतरण कोटिंग्स को अक्सर लौह सबस्ट्रेट्स पर इस्तेमाल होने वाले फॉस्फेट रूपांतरण कोटिंग्स पर लागू किया जा सकता है। प्रक्रिया का उपयोग फॉस्फेट कोटिंग को बढ़ाने के लिए किया जाता है।[5]
सुरक्षा
हेक्सावलेंट क्रोमियम यौगिक उनके कार्सिनोजेनेसिस के लिए गहन कार्यस्थल और सार्वजनिक स्वास्थ्य चिंता का विषय रहे हैं, और अत्यधिक विनियमित हो गए हैं।[16]
विशेष रूप से, विसर्जन स्नान और गीले हिस्सों को संभालने के दौरान क्रोमेट्स और डाइक्रोमेट्स के लिए श्रमिकों के संपर्क के बारे में चिंताओं के साथ-साथ उन आयनों के छोटे अवशेष जो कोटिंग में फंसे रहते हैं, ने वैकल्पिक वाणिज्यिक स्नान योगों के विकास को प्रेरित किया है। हेक्सावलेंट क्रोमियम शामिल नहीं है;[17]उदाहरण के लिए, क्रोमेट को क्रोमियम # क्रोमियम (III) लवण द्वारा प्रतिस्थापित करके, जो काफी कम विषैले होते हैं। हालांकि, ऐसा लगता है कि ये पारंपरिक फॉर्मूले की लंबी अवधि की जंग सुरक्षा प्रदान नहीं करते हैं।[7]
यूरोप में, RoHS और पंजीकरण, मूल्यांकन, प्राधिकरण और रसायन निर्देशों का प्रतिबंध क्रोमेट रूपांतरण कोटिंग प्रक्रियाओं सहित औद्योगिक अनुप्रयोगों और उत्पादों की एक विस्तृत श्रृंखला में हेक्सावलेंट क्रोमियम के उन्मूलन को प्रोत्साहित करता है।
संदर्भ
- ↑ K.H. Jürgen, Buschow, Robert W. Cahn, Merton C. Flemings, Bernhard Ilschner, Edward J. Kramer, and Subhash Mahajan (2001): Encyclopedia of Material – Science and Technology, Elsevier, Oxford, UK.
- ↑ 2.00 2.01 2.02 2.03 2.04 2.05 2.06 2.07 2.08 2.09 2.10 2.11 2.12 Joseph H Osborne (2001): "Observations on chromate conversion coatings from a sol–gel perspective". Progress in Organic Coatings, volume 41, issue 4, pages 280-286. doi:10.1016/S0300-9440(01)00143-6
- ↑ 3.0 3.1 Henkel Alodine products home page, accessed 2009-03-27
- ↑ Robert Peter Frankenthal (2002): Corrosion Science: A Retrospective and Current Status in Honor of Robert P. Frankenthal Proceedings of an international symposium. ISBN 9781566773355
- ↑ 5.0 5.1 5.2 Edwards, Joseph (1997). Coating and Surface Treatment Systems for Metals. Finishing Publications Ltd. and ASM International. pp. 66–71. ISBN 0-904477-16-9.
- ↑ 6.0 6.1 6.2 F. W. Lytle, R. B. Greegor, G. L. Bibbins, K. Y. Blohowiak, R. E. Smith, and G. D. Tuss (1995): "An investigation of the structure and chemistry of a chromium-conversion surface layer on aluminum". Corrosion Science, volume 31, issue 3, pages 349-369. doi:10.1016/0010-938X(94)00101-B
- ↑ 7.0 7.1 7.2 J. Zhao, L. Xia, A. Sehgal, D. Lu, R. L. McCreery, and G. S. Frankel (2001): "Effects of chromate and chromate conversion coatings on corrosion of aluminum alloy 2024-T3". Surface and Coatings Technology, volume 140, issue 1, pages 51-57. doi:10.1016/S0257-8972(01)01003-9
- ↑ M. P. Gigandet, J. Faucheu, and M. Tachez (1997): "Formation of black chromate conversion coatings on pure and zinc alloy electrolytic deposits: role of the main constituents". Surface and Coatings Technology, volume 89, issue 3, 1pages 285-291. doi:10.1016/S0257-8972(96)03013-7
- ↑ 9.0 9.1 A. M. Rocco, Tania M. C. Nogueira, Renata A. Simão, and Wilma C. Lima (2004): "Evaluation of chromate passivation and chromate conversion coating on 55% Al–Zn coated steel". Surface and Coatings Technology, volume 179,iIssues 2–3, pages 135-144. doi:10.1016/S0257-8972(03)00847-8
- ↑ 10.0 10.1 Z. L. Long, Y. C. Zhou, and L. Xiao (2003): "Characterization of black chromate conversion coating on the electrodeposited zinc–iron alloy". Applied Surface Science, volume 218, issues 1–4, pages 124-137. doi:10.1016/S0169-4332(03)00572-5
- ↑ Degarmo, E. Paul; Black, J T.; Kohser, Ronald A. (2003). Materials and Processes in Manufacturing (9th ed.). Wiley. p. 792. ISBN 0-471-65653-4.
- ↑ MacDermid MSDS for Iridite 14-2, Product number 178659.
- ↑ 13.0 13.1 13.2 "Iridite Chromate Conversion Coating Finish Mil-C-5541 Specification | Engineers Edge".
- ↑ "Aircraft Structures – Alodine Coating" (pdf). Special Airworthiness Information Bulletin (SAIB): HQ-18-09. FAA. February 5, 2018. Retrieved 2018-04-03.
- ↑ New surface treatment for aluminum. Anthony, J. Iron Age (1946), 158(23), 64-7.
- ↑ Occupational Exposure to Hexavalent Chromium, US Dept. of Labor, OSHA Federal Register # 71:10099-10385, 28 Feb 2006.
- ↑ "Archived copy" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2011-02-05. Retrieved 2010-09-15.
{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)
