La cromatura è un processo elettrochimico in cui un sottile strato di cromo viene applicato sulla superficie del pezzo immergendolo in un elettrolita e sottoponendolo a corrente. Questo processo viene eseguito per migliorare le proprietà fisiche e meccaniche del substrato, rendendolo più durevole e resistente alla corrosione. Non solo, la cromatura conferisce anche una finitura esteticamente gradevole ai componenti, rendendola adatta anche a scopi decorativi. Di conseguenza, è ampiamente utilizzata sia in campo decorativo che in quello ingegneristico per realizzare componenti meccanicamente efficienti nei settori aerospaziale e automobilistico.
Contenuti
Storia della cromatura
La cromatura fu sviluppata negli anni '1920, quando fu utilizzata con successo per rivestire l'acciaio. A metà del XX secolo, la cromatura era un simbolo del design moderno, soprattutto nell'industria automobilistica. Tuttavia, le preoccupazioni ambientali relative alla tossicità del cromo esavalente portarono a normative più severe negli anni '20. Successivamente, i ricercatori si spostarono verso alternative trivalenti più sicure e si assistette all'ascesa di tecnologie senza cromo.
Processo di cromatura
Preparazione della superficie
Innanzitutto, prima di procedere alla placcatura, la superficie del substrato viene preparata adeguatamente per garantire una buona adesione dello strato di cromo. Questo in genere include:
- Sgrassaggio per rimuovere oli e contaminanti
- Pulizia abrasiva (ad esempio sabbiatura) per rimuovere ossidi o rivestimenti precedenti
- Decapaggio in acido per rimuovere calcare o ruggine superficiale
- Risciacquare abbondantemente tra ogni passaggio
Attivazione
Dopo aver pulito la superficie, il pezzo viene attivato immergendolo in una soluzione acida (39.6 ml/L H₂SO₄) a temperatura ambiente per circa mezzo minuto.
Processo di galvanica
In questo caso, il pezzo viene immerso nell'elettrolita e una corrente elettrica innesca una reazione redox. Di conseguenza, un sottile strato aderente di cromo metallico si deposita sulla superficie del pezzo. Il pezzo funge da catodo e il bagno di placcatura contiene ioni cromo derivati da sali di cromo esavalente (Cr⁶⁺) o trivalente (Cr³⁺). La reazione fondamentale in questo caso è la seguente:
Per la cromatura trivalente: Cr³⁺ + 3 e⁻ → Cr (metallo)
Per la cromatura esavalente: Cr₂O₇²⁻ + 14 H⁺ + 6 e⁻ → 2 Cr (metallo) + 7 H₂O
Post trattamento
Dopo aver eseguito la sottile e densa cromatura, il componente viene sottoposto ad alcuni post-trattamenti a seconda dei requisiti:
- Il pezzo in lavorazione viene risciacquato in acqua deionizzata per rimuovere i residui chimici.
- Per aumentare la resistenza alla corrosione è possibile procedere alla passivazione.
Parametri del processo di cromatura
| Tipo | Densità di corrente (A/dm²) | Temp (° C) | Concentrazione di Cr (g/L) | pH |
|---|---|---|---|---|
| Decorativo (esavalente) | 7.5-17.5 | ~ 40 | 250–300 (CrO₃) | <1 |
| Cromo duro (esavalente) | 30-60 | ~ 50 | 250–500 (CrO₃) | <1 |
| Cromo trivalente | 5-16 | 20-50 | 4–25 (Cr³⁺) | 2-4 |
Diversi metodi di cromatura
Esistono due metodi fondamentali di cromatura, a seconda della composizione del bagno: la cromatura trivalente e la cromatura esavalente.
Cromatura trivalente (Cr³⁺)
Utilizza il cromo allo stato di ossidazione +3, tipicamente solfato o cloruro di cromo, complessato con acidi organici. La cromatura trivalente offre:
- La tossicità del cromo trivalente è bassa, solo 1/100 di quella del cromo esavalente, e non viene prodotta alcuna nebbia di acido cromico esavalente.
- Inquina meno l'ambiente e le acque reflue sono facili da trattare.
- L'efficienza attuale della soluzione di placcatura è elevata, fino al 25%
- Il processo di galvanica può essere effettuato a temperatura ambiente senza riscaldamento.
- La forza di legame dello strato di cromatura non sarà influenzata dall'interruzione della corrente durante il processo di galvanica
- Conforme alle normative ambientali (ad esempio RoHS, REACH)
- Spessore di placcatura più uniforme da 0.13 a 25 µm
- Finitura di alta qualità ed estetica
Composizione del bagno: Solfato o cloruro di cromo, Agenti complessanti come glicina e acido formico, Agenti bagnanti e sali di conduttività.
Cromatura esavalente (Cr⁶⁺)
È il metodo tradizionale per la cromatura, che utilizza acido cromico (CrO₃) e acido solforico (H₂SO₄). Produce la classica finitura cromata lucida e a specchio ed è ancora ampiamente utilizzato per la cromatura dura e per applicazioni decorative. Conferisce ai componenti elevata durezza e resistenza all'usura, nonché una buona resistenza alla corrosione. È ampiamente utilizzato nei settori automobilistico, aerospaziale e degli utensili.
Composizione del bagno: acido cromico (CrO₃), acido solforico (H₂SO₄) in un rapporto 100:1 e catalizzatori al fluoruro per sistemi a catalizzatore misto.
Cromatura esavalente vs cromatura trivalente
| caratteristica | Cromatura trivalente | Cromatura esavalente |
|---|---|---|
| Base chimica | Cromo (III) – Cr³⁺ | Cromo (VI) – Cr⁶⁺ |
| Aspetto del colore | Blu-grigiastro o argento leggermente più scuro | Argento-bluastro brillante, simile a uno specchio |
| Resistenza alla corrosione | Comparabile o superiore alla passivazione | Ottimo con depositi più spessi |
| Durezza | 800–1000 alta tensione | 850–1000 alta tensione |
| Tossicità | Bassa tossicità | Altamente tossico e cancerogeno |
| Trattamento dei rifiuti | Più facile e meno costoso | Complesso e costoso |
| Efficienza di placcatura | Più alto (fino al 25-30%) | Inferiore (10–15%) |
| Applicazioni | Automotive, aerospaziale, decorativo | Abbigliamento militare, aerospaziale, industriale |
| Costo | Costi operativi leggermente più elevati | Minori costi chimici, maggiori costi di smaltimento |
Tipi di cromatura
Placcatura decorativa in cromo
Come suggerisce il nome, viene utilizzato a scopo decorativo perché offre una superficie brillante e riflettente con una caratteristica velatura bianco-bluastra. Con uno spessore tipico di 0.13-1.3 μm, offre una moderata resistenza alla corrosione e all'usura rispetto alla cromatura dura. Di conseguenza, è considerato ideale per finiture automobilistiche, infissi e ferramenta.
Placcatura in cromo duro
La cromatura dura può raggiungere una durezza da HRB68 a HRB72 e viene utilizzata per aumentare la durata, la resistenza all'usura e la resistenza alla corrosione dei componenti meccanici. Lo strato di cromo ha solitamente uno spessore compreso tra 10 e 500 μm, ma strati superiori a 250 micrometri possono creparsi e indebolire il metallo sottostante. Questo tipo di cromatura viene utilizzato per barre idrauliche, componenti di motori e rulli da stampa.
Cromatura nera:
Si ottiene modificando la composizione chimica del bagno, in genere cromo trivalente combinato con altri sali metallici come nichel o cobalto. La cromatura nera offre una finitura scura, satinata-opaca, con moderata resistenza alla corrosione e all'usura, oltre a un gradevole aspetto estetico. Per questo motivo, viene spesso utilizzata nell'ottica, nei pannelli solari, nel settore aerospaziale e nelle finiture di lusso per auto.
Quali materiali possono essere cromati?
metalli:
Acciaio e sue leghe: Sono ampiamente utilizzati e costituiscono ottime basi sia per la cromatura decorativa che per quella dura.
Ottone: L'ottone cromato è comunemente utilizzato negli apparecchi idraulici e negli oggetti decorativi.
Rame: Viene utilizzato come strato sottostante per garantire una migliore aderenza e un aspetto migliore.
Alluminio: può essere cromato ma necessita di uno speciale pretrattamento per garantire una corretta adesione.
Plastica
È possibile farlo, ma avviene attraverso un processo in due fasi:
- Nella placcatura chimica solitamente si utilizza il nichel per rendere conduttiva la superficie.
- Galvanotecnica per applicare la finitura cromata.
A cosa serve la cromatura?
Viene utilizzato principalmente su componenti come pistoni, aste idrauliche, stampi, matrici e componenti del motore per ridurre l'attrito e prolungarne la durata. Ecco altri utilizzi:
Parti metalliche sinterizzate
La cromatura migliora la resistenza alla corrosione e la finitura superficiale di parti metalliche sinterizzateTuttavia, a causa delle fessure interne presenti in questi componenti, se sottoposti a elettrodeposizione diretta, la soluzione di placcatura può rimanere all'interno, causando corrosione. Pertanto, è essenziale riempire prima i pori interni. Le tecniche comuni di densificazione e sigillatura per i componenti sinterizzati includono impregnazione di resina e infiltrazione di rame.
Ripristino delle parti usurate
Gli spessi strati di cromo possono ripristinare le tolleranze dimensionali delle parti meccaniche usurate.
Superfici a basso attrito
Grazie alla sua scorrevolezza e durevolezza, è ideale per lo scorrimento di parti o la sigillatura di superfici.
Automotive
La cromatura presenta una superficie lucida e facile da pulire che aumenta la resistenza alla corrosione ed è comunemente utilizzata nei componenti automobilistici.
Ad esempio, la cromatura degli steli degli ammortizzatori aumenta la durezza superficiale, migliora la resistenza all'usura e ne prolunga la durata utile.