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クロメート化成皮膜またはアロジン皮膜は、鋼、アルミニウム、亜鉛、カドミウム、銅、銀、チタン、マグネシウム、スズ合金を不動態化するために使用される化成皮膜の一種です。[1] : p.1265 [2] この皮膜は、腐食防止剤、塗料や接着剤の付着性を向上させるプライマー、[2]装飾仕上げ、または導電性の維持に役立ちます。また、軟質金属に対する摩耗や軽い化学的侵食（汚れた指など）に対する耐性も備えています。 [2]
クロメート化成コーティングは、ネジ、金物、工具などの製品によく使用されます。通常、白色または灰色の金属に独特の虹色の緑がかった黄色を与えます。コーティングは、クロム 塩を含む複雑な組成と複雑な構造を持っています。[2]
このプロセスはアロジンコーティングと呼ばれることもあり、この用語は特にヘンケルサーフェステクノロジーズの商標登録されたアロジンプロセスを指して使用されます[2] 。 [3]
プロセス
クロメート化成コーティングは通常、部品を化学浴に浸して必要な厚さの膜が形成され、部品が取り出され、すすがれて乾燥することによって塗布されます。このプロセスは通常、室温で数分間浸漬して行われます。あるいは、溶液をスプレーするか、部品を化学浴に短時間浸漬することもできます。この場合、部品がまだ濡れている間にコーティング反応が起こります。[2]
コーティングは塗布直後は柔らかくゼラチン状ですが、乾燥するにつれて硬化し疎水性になります。乾燥には通常24時間以内かかります。[2]硬化は70℃（158℉）に加熱することで加速されますが、それ以上の温度では鋼鉄のコーティングが徐々に損傷します。
入浴剤
浴槽の成分は、コーティングする材料と希望する効果に応じて大きく異なります。ほとんどの浴槽の配合は独自のものです。
製剤には通常、クロム酸塩や二クロム酸塩などの六価クロム化合物が含まれています。[4]
亜鉛とカドミウムの精製に広く使われているクロナック法は、182 g / Lの 二クロム酸ナトリウム（Na 2 Cr 2 O 7 · 2H 2 O）と6 mL / Lの濃硫酸からなる室温の溶液に5～10秒間浸漬するものである。[5]
化学
クロメートコーティングのプロセスは、六価クロムと金属の間の酸化還元反応から始まります。 [2]例えばアルミニウムの場合、
- Cr6歳以上
+ Al 0 → Cr3歳以上
+アル3歳以上
得られた三価陽イオンは水中の水酸化物イオンと反応して、対応する水酸化物、または両方の水酸化物の 固溶体を形成します。
- Cr3歳以上
+ 3 OH−
→ Cr(OH)
3
- アル3歳以上
+ 3 OH−
→アルミニウム(OH)
3
適切な条件下では、これらの水酸化物は水分を放出しながら凝縮し、非常に小さな粒子のコロイドゾルを形成し、金属の表面にハイドロゲルとして沈着します。ゲルは、ナノスケールの要素と空隙を含む酸化物と水酸化物の3次元固体骨格で構成され、液相を囲んでいます。ゲルの構造は、金属イオン濃度、pH 、キレート剤や対イオンなどの溶液の他の成分によって異なります。 [2]
ゲル膜は乾燥するにつれて収縮し、骨格を圧縮して硬化させます。最終的に収縮は止まり、さらに乾燥すると気孔は開いたまま乾燥し、膜はキセロゲルに変わります。アルミニウムの場合、乾燥コーティングは主に酸化クロム(III) Crで構成されています。
2お
3、または混合（III）/（VI）酸化物、Alは非常に少ない
2お
3通常、プロセス変数は200～300nmの厚さの乾燥コーティングが得られるように調整されます。 [ 2] [6] [7]
コーティングは乾燥するにつれて収縮し、多くの微細な鱗片にひび割れが生じます。これは「乾燥した泥」パターンと呼ばれます。閉じ込められた溶液は、ひび割れに露出した金属と反応し続けるため、最終的なコーティングは連続して表面全体を覆います。[2]
主な反応により、沈着したゲル中のクロム(VI)アニオン（クロム酸塩および二クロム酸塩）のほとんどが不溶性のクロム(III)化合物に変わりますが、乾燥したコーティング中に少量の未反応のものが残ります。たとえば、市販の浴でアルミニウム上に形成されたコーティングでは、クロム原子の約23%が六価Crであることが分かりました。6歳以上
金属に近い領域を除いて、これらの六価クロム残留物はコーティングが濡れると移動することができ、完成した部品の腐食を防ぐ役割を果たすと考えられています。具体的には、腐食が始まる可能性のある新しい微細な亀裂にコーティングを修復することによって腐食を防ぐ役割を果たします。[2] [6] [7]
基質
亜鉛
亜鉛メッキされた部品の耐久性を高めるために、クロメート処理が行われることが多い。クロメートコーティングは塗料と同じように機能し、亜鉛を白錆から保護するため、クロメート層の厚さに応じて部品の耐久性が大幅に向上する。[8] [9] [10]
亜鉛に対するクロメートコーティングの保護効果は色で示され、透明/青から黄色、金色、オリーブドラブ、黒へと進んでいきます。一般的に、コーティングの色が濃いほど耐腐食性が高くなります。[11]コーティングの色は染料で変えることもできるので、色は使用されたプロセスの完全な指標ではありません。
ISO 4520 は、電気めっき亜鉛およびカドミウムコーティングのクロメート変換コーティングを規定しています。ASTM B633 タイプ II および III は、鉄鋼部品の亜鉛めっきとクロメート変換を規定しています。ASTM B633 の最近の改訂版では、ボルト、ナットなどの亜鉛めっき機械ファスナーについては ASTM F1941 に準拠しています。2019 は ASTM B633 の現在の改訂版 (2015 年の改訂版に取って代わったもの) であり、水素脆化の問題に対処する際に必要な引張しきい値を引き上げ、新しい付録で脆化の懸念に対処しました。
アルミニウムとその合金
アルミニウムの場合、クロメート化成浴は単にクロム酸の溶液でよい。このプロセスは迅速（1～5分）で、単一の常温処理タンクと関連するリンスを必要とし、比較的トラブルが少ない。[2]
1995年時点で、ヘンケルのアルミニウム用Alodine 1200sの市販処方は、50～60%の無水クロム酸 CrOで構成されていました。
3、20〜30％テトラフルオロホウ酸カリウム KBF
4、10-15%フェリシアン化カリウム K
3Fe(CN)、5-10%六フッ化ジルコン酸カリウム K
2ジルコニウム
6、および重量で5〜10％のフッ化ナトリウム NaF。処方は、9.0 g/Lの濃度で水に溶解し、pH = 1.5の浴を与えることを意図していました。1分後には薄い金色になり、3分後には金茶色の膜が得られました。平均厚さは200〜1000 nmでした。[6]
イリダイト14-2はアルミニウム用のクロメート化成浴である。その成分には、酸化クロム(IV)、硝酸バリウム、ケイフッ化ナトリウム、フェリシアン化物などが含まれる。[12]アルミニウム業界では、このプロセスは化学フィルム[13]またはイエローイリダイト[13]とも呼ばれる。 商標名にはイリダイト[13]やボンデライト[14]（以前はアロジン、英国ではアロクロムとして知られていた）がある。 [15] アルミニウムのクロメート化成コーティングの主な規格は、米国ではMIL-DTL-5541、英国ではDef Stan 03/18である。
マグネシウム
アロジンはクロメートコーティングされたマグネシウム合金を指すこともあります。[3]
鋼鉄
鋼や鉄は直接クロメート処理することはできない。亜鉛または亜鉛アルミニウム合金でメッキされた鋼はクロメート処理される可能性がある。 [9] [10]亜鉛メッキ鋼をクロメート処理しても、亜鉛の陰極保護による下地鋼の錆に対する防食効果は強化されない。[5]
リン酸塩コーティング
クロメート化成コーティングは、鉄系基材によく使用されるリン酸化成コーティングの上に塗布することができます。このプロセスは、リン酸コーティングを強化するために使用されます。[5]
安全性
六価クロム化合物は発がん性があるため職場や公衆衛生上の懸念が強く、厳しく規制されています。[16]
特に、浸漬浴や濡れた部品を取り扱う際に作業員がクロム酸塩や二クロム酸塩にさらされること、またコーティングに閉じ込められたこれらの陰イオンの微量残留物に対する懸念から、六価クロムを含まない代替の市販浴配合剤の開発が進められている。[17]例えば、クロム酸塩を三価クロム塩に置き換えることで、毒性が大幅に低減し、従来の六価クロム酸塩変換と同等かそれ以上の耐食性が得られる。[18]
欧州では、RoHS 指令とREACH指令により、クロメート化成コーティングプロセスを含む幅広い工業用途と製品における六価クロムの排除が推奨されています。
参考文献
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外部リンク
- アルミニウムの黄色と緑色のクロメート化学