La zincatura si riferisce all'elettrodeposizione di zinco metallico sulla superficie di diversi componenti per migliorarne le proprietà fisiche e meccaniche. Lo scopo di questo rivestimento è quello di creare una barriera tra la superficie del substrato e i fattori ambientali che causano corrosione e danni, come ossigeno e umidità. La zincatura non è solo affidabile, ma anche economicamente vantaggiosa, il che la rende una scelta a priori per i produttori.
Contenuti
Storia della zincatura
La galvanoplastica dello zinco iniziò nel 1827, quando il Dr. John W. Revere elaborò le qualità protettive del rivestimento di zinco. Tuttavia, a quel tempo, il processo era lento e presentava numerose limitazioni, come la non uniformità del rivestimento. Nel 1916, furono sviluppati bagni alcalini di cianuro di zinco, migliorando significativamente la qualità e la velocità della placcatura. La moderna zincatura utilizza ora potenti sistemi a corrente continua (CC) in grado di depositare rapidamente grandi quantità di zinco.
Come funziona la zincatura?
La zincatura protegge il metallo di base in due modi principali:
Protezione Galvanica
Lo zinco è più reattivo dell'acciaio o del ferro. Quando il componente è esposto ad ambienti corrosivi, lo zinco si corrode preferenzialmente rispetto al metallo di base. Anche se il rivestimento è graffiato o danneggiato, lo zinco si sacrifica efficacemente.
Barriera fisica
Lo strato di zinco agisce come uno scudo fisico che isola il metallo sottostante da umidità, ossigeno e altri elementi corrosivi. Questo scudo impedisce l'esposizione dell'acciaio ad ambienti aggressivi, prevenendone la corrosione.
Processo di zincatura
Pulizia e preparazione della superficie:
Questo passaggio è fondamentale per garantire un rivestimento di zinco aderente e privo di difetti.
Detergenti alcalini: Soda caustica o potassa caustica.
Sabbiatura: la sabbiatura viene eseguita secondo gli standard specifici di preparazione della superficie SSPC
Attivazione della superficie: Per una corretta deposizione dello zinco, l'attivazione superficiale viene effettuata tramite decapaggio acido. In questo caso, i pezzi vengono spesso immersi brevemente in una soluzione di attivazione come HCl acido diluito o H₂SO₂.
Deposizione di zinco
La deposizione di zinco avviene tramite un processo di elettrodeposizione, in cui i substrati vengono immersi in un bagno elettrolitico contenente zinco e viene applicata una corrente elettrica. All'anodo, lo zinco si ossida, rilasciando ioni Zn²⁺ nella soluzione:
Zn (s) → Zn²⁺ (aq) + 2e⁻
Al catodo avviene una reazione di riduzione in cui lo zinco si solidifica prendendo elettroni:
Zn²⁺ (aq) + 2e⁻ → Zn (s)
Il processo continua finché non si forma uno strato sottile di zinco sul substrato.
La placcatura tipica viene eseguita a:
- Basse tensioni da 2 a 6 V
- Anodi di zinco ad alta purezza
- Densità di corrente controllata di circa 30.5 mA.
- pH: Per bagni acidi (4.8 e 5.5) mentre per bagni alcalini al cianuro (11-13)
Qui, gli anodi di zinco sono alloggiati in cestelli con sacchetti per prevenire la contaminazione. I metodi di placcatura includono
- Placcatura a barile per piccoli articoli sfusi, placcatura a rack per parti più grandi o fragili
- Placcatura a strisce continue per bobine e fili.
Post trattamento
Dopo la placcatura, per garantire la longevità e l'efficacia della zincatura, vengono applicati alcuni post-trattamenti:
Passivazione: In questa fase viene utilizzato un rivestimento di conversione al cromato. Il cromato migliora la resistenza alla corrosione dello zinco.
Polimerizzazione: L'essiccazione del rivestimento avviene in forno o con l'ausilio di aria calda controllata.
Tipi di zincatura e loro usi
Zincatura gialla
Ha un aspetto che va dal giallo brillante all'oro iridescente, dovuto alla conversione del rivestimento cromato giallo. Questo tipo di rivestimento viene applicato ai componenti automobilistici per impedire che si depositino in ambienti umidi e aggressivi.
Zincatura trasparente/blu
Questo rivestimento si ottiene passivando lo zinco con un cromato blu/trasparente. Di conseguenza, appare argentato. Grazie alle sue proprietà di resistenza alla corrosione, trova applicazione nell'elettronica, nella ferramenta leggera per autoveicoli e negli elementi di fissaggio generici. Presenta un livello di protezione dalla corrosione inferiore, ma è più ecologico.
Zincatura nera
La zincatura nera ha in genere una finitura nera opaca o satinata dovuta al rivestimento di cromato nero sullo zinco. Presenta una resistenza alla corrosione da media ad alta, utilizzata per il rivestimento di componenti edili e automobilistici.
Zincatura acida
Questo processo utilizza un elettrolita acido a base di cloruro, tipicamente contenente cloruro di zinco e cloruro di ammonio. La zincatura acida offre una finitura lucida e liscia e velocità di placcatura elevate. Tutte queste caratteristiche si combinano per renderla ideale per componenti automobilistici, bulloni e componenti decorativi. Tuttavia, offre un potere di penetrazione inferiore, rendendola meno adatta a geometrie complesse.
Zincatura alcalina senza cianuro
Utilizza un elettrolita alcalino privo di cianuro, composto da ossido di zinco e idrossido di sodio. Questo rivestimento offre un eccellente potere di penetrazione e una placcatura uniforme. Sebbene la finitura sia più opaca, offre un'elevata resistenza alla corrosione ed è più rispettoso dell'ambiente. Trova impiego nella placcatura di componenti industriali, elementi di fissaggio e componenti dalle forme complesse.
Placcatura in zinco e nichel
Il suo rivestimento contiene il 10-15% di nichel e il resto di zinco. Presenta un'eccellente resistenza alla corrosione e all'usura; per questo motivo viene utilizzato per componenti sottoposti a condizioni difficili e alte temperature, come i componenti dei freni e i sistemi di alimentazione nel settore automobilistico e aerospaziale.
Resistenza alla corrosione: superiore; fino a 10 volte maggiore rispetto allo zinco standard.
Rivestimento in zinco e ferro
La placcatura zinco-ferro è un rivestimento in lega che contiene tipicamente lo 0.3-0.8% di ferro nella matrice di zinco. La presenza di ferro aumenta la resistenza meccanica del rivestimento. Viene comunemente applicata a elementi di fissaggio, utensili industriali e componenti che beneficiano di finiture di passivazione nera.
buona duttilità e saldabilità.
placcatura in zinco-cobalto
La placcatura in zinco-cobalto incorpora circa lo 0.8-1.0% di cobalto nello strato di zinco. Questa aggiunta migliora significativamente la resistenza alla corrosione e conferisce una finitura brillante. È ampiamente utilizzata per componenti decorativi che richiedono una combinazione di estetica superficiale e protezione a lungo termine contro ruggine e usura. La placcatura in zinco-cobalto conferisce alla superficie dei componenti buone proprietà lubrificanti, duttilità, saldabilità e antigrippaggio. Grazie alla sua eccellente protezione contro usura e corrosione, viene utilizzata nel settore aerospaziale e della difesa.
Soluzione di zincatura
I bagni di zincatura differiscono per velocità, sicurezza, adesione e qualità della finitura.
| Bagno di zincatura | Composizione elettrolitica | Caratteristiche principali |
|---|---|---|
| Cloruro acido di zinco | ZnCl₂ + NH₄Cl o KCl (pH ~5) | Elevata efficienza, placcatura rapida, buona copertura, adatto a geometrie complesse |
| Zinco alcalino senza cianuro | ZnO + NaOH o KOH (pH ~12–13) | Rispettoso dell'ambiente, velocità di placcatura moderata, spessore uniforme |
| Cianuro di zinco | NaCN o KCN + Zn(CN)₂ in NaOH/KOH (pH ~12–13) | Ottimo potere di lancio, duttile, forte adesione |
| A base di acido borico | Sale di Zn + acido borico + agenti tampone (pH ~4.5–6.5) | Rivestimenti molto lisci e uniformi, adatti per parti complesse o di precisione |
Quali materiali possono essere zincati?
Acciaio: È il materiale zincato più frequentemente. Lo zinco offre una forte barriera contro la ruggine, rendendo i componenti in acciaio. L'acciaio zincato è adatto per applicazioni automobilistiche, edili e industriali.
Ferro: Poiché il ferro arrugginisce facilmente se entra in contatto con l'umidità e l'ossigeno, è rivestito di zinco per evitarne la formazione.
Fattori che influenzano la galvanica dello zinco
Duttilità e spessore
All'aumentare dello spessore del rivestimento, la placcatura diventa più duttile, ad esempio i rivestimenti sottili di zinco (Fe/Zn 5, Fe/Zn 8) sono più duttili. Sono particolarmente indicati per applicazioni in cui i componenti sono sottoposti a piegatura, formatura o altre sollecitazioni meccaniche.
Efficienza del bagno:
Una vasca ben tenuta garantisce una copertura uniforme e depositi di alta qualità. Ecco i fattori che influenzano l'efficienza di entrambe:
Temperatura
Influisce sulla velocità di placcatura e sull'uniformità del deposito. Temperature più elevate in genere aumentano la velocità di placcatura, ma possono anche aumentare il rischio di scarsa qualità del deposito.
Livello di pH
Un fattore cruciale per il mantenimento della stabilità del bagno. Le variazioni di pH possono portare a una placcatura non uniforme o a una scarsa adesione.
Concentrazione di zinco
Una concentrazione insufficiente di zinco può comportare una scarsa efficacia del rivestimento e una resistenza alla corrosione inadeguata.
Potenza di lancio e distribuzione dei depositi
I bagni di cloruro acido offrono elevate velocità di deposizione ma hanno un potere di penetrazione inferiore, mentre i bagni alcalini, nonostante velocità di placcatura più lente, mostrano un potere di penetrazione superiore grazie a una migliore distribuzione della corrente.
Ricettività del cromato
Una superficie di zinco pulita e a grana fine consente un'adesione e un'interazione chimica ottimali con cromati trivalenti o esavalenti. Se la superficie di zinco è contaminata, l'adesione del cromato può ridursi significativamente, causando sfaldamenti o formazione di un film non uniforme.
Vantaggi e svantaggi della zincatura
Vantaggi della zincatura
Eccellente resistenza alla corrosione
Lo zinco agisce come un anodo sacrificale, corrodendosi al posto del metallo di base e garantendo un'elevata protezione contro la ruggine.
Conveniente per la produzione su larga scala
La zincatura è relativamente economica rispetto ad altri rivestimenti protettivi. Il processo richiede un consumo energetico moderato e utilizza materie prime ampiamente disponibili, il che lo rende una scelta conveniente.
Compatibilità con molti post-trattamenti
I rivestimenti di zinco accettano facilmente rivestimenti di conversione del cromato (trasparenti, gialli, neri), sigillanti e finiture, che migliorano la resistenza alla corrosione.
Buona adesione e aspetto
I rivestimenti di zinco presentano un aspetto metallico uniforme, che può essere ulteriormente migliorato mediante brillantanti o post-trattamenti.
Svantaggi della zincatura
Tossicità del cianuro e problemi normativi
I tradizionali bagni di zinco alcalino al cianuro sono altamente tossici e comportano costi elevati per il trattamento dei rifiuti.
Duttilità limitata
Alcune soluzioni chimiche per bagni di zinco, in particolare i sistemi a base di cloruri acidi, possono produrre depositi più duri e meno duttili. Ciò può causare microcricche o sfaldamenti se i componenti vengono sottoposti a formatura o piegatura dopo la placcatura.
Meno durevole di altri rivestimenti
Sebbene lo zinco fornisca una solida protezione di base, presenta una minore resistenza all'usura e alla corrosione rispetto alle placcature in leghe come zinco-nichel o zinco-cobalto.
Rischio di fragilità da idrogeno
Durante la pulizia acida e la galvanica, l'idrogeno può essere assorbito dagli acciai ad alta resistenza. Ciò provoca fragilità e potenziale formazione di cricche sotto carico. Questo rappresenta un problema critico per i componenti strutturali o critici per la sicurezza.
Zincatura vs nichelatura
La tabella seguente confronta la zincatura con placcatura al nichel.
| Attributo | Zincatura | Nichelatura |
|---|---|---|
| Missione | Principalmente per la protezione dalla corrosione; rivestimento sacrificale | Resistenza alla corrosione e all'usura; spesso decorativo e funzionale |
| Tipi di bagno | Cianuro, alcalino non cianuro, cloruro debolmente acido | Nichel elettrolitico, nichel solfammato, nichel chimico (fosforo medio/alto) |
| Compatibilità del substrato | Acciaio, ferro e altri metalli ferrosi | Acciaio, ottone, rame, alluminio, zinco pressofuso, ecc. |
| Resistenza alla corrosione | Protezione sacrificale; lo zinco si corrode prima del substrato | Protezione di barriera; il nichel chimico fornisce un rivestimento uniforme e denso |
| Forma | Argenteo o bianco-bluastro; spesso passivato per il colore (blu, giallo, nero) | Lucido, semilucido, opaco; finiture decorative come nichel-cromo lucido |
| Post-Trattamenti | Rivestimenti di conversione cromatica, finiture, sigillanti | Passivazione, trattamento termico (per durezza), finiture |
| spessore dello strato | Tipicamente 5–25 micron | Elettrolitico: 2.5–100 micron; Elettrolitico: varia ampiamente |
| Resistenza all'usura | Da scarso a moderato | Da moderato a eccellente (soprattutto con nichel chimico) |
| Costo | Relativamente basso | Da moderato ad alto (in particolare nichel chimico) |
| Utilizzo nel settore | Elementi di fissaggio per autoveicoli, ferramenta, componenti industriali generali | Aerospaziale, automobilistico, elettronico, lavorazione chimica, stampi, valvole, dispositivi medici |