Czarne wykończenie cynk-niklu w produkcji elementów złącznych

Aplikacje czarnej pasywacji Cr+3 na powłoki stopowe cynk-niklu w elementach złącznych są coraz częściej określane w specyfikacjach producentów z branż motoryzacyjnej, maszynowej i rolniczej. Wykończenie cynk-niklu ma określone wymagania. Wymagania takiego wykończenia dotyczą zarówno estetyki (koloru – jednolitej, głębokiej barwy czarnej), jak i szeregu odporności, w tym przede wszystkim korozyjnej, chemicznej, termicznej, a także stopnia nawodorowania oraz współczynnika tarcia.

Z uwagi na rosnący rynek, wielkość produkcji oraz szeroki wybór rodzajów połączeń, a także wspomniane oczekiwania techniczne wytwórcy elementów złącznych stoją przed wieloma wyzwaniami, ale też i możliwościami, jakie oferują innowacyjne wielowarstwowe technologie pokryć galwanicznych. Rewolucja w rozwoju samochodów elektrycznych rozpoczęła przemianę w podzespołach i ich właściwościach dotychczas związanych z silnikami spalinowymi, jednakże zapotrzebowanie na elementy złączne z całą pewnością będzie rosło, chociażby na stabilny i bezpieczny montaż akumulatorów oraz silników elektrycznych.

W silnikach konwencjonalnych, obserwowany od niedawna trend związany ze stosowaniem materiałów lekkich, będzie kontynuowany, a jego znaczenie będzie rosło. Sztuka łączenia tych różnych materiałów, składników podwozia, nadwozia, poszczególnych komponentów będzie odgrywała coraz ważniejszą rolę w procesie projektowania i produkcji nowoczesnych aut elektrycznych. Na tle dotychczasowych podejść w produkcji funkcjonalnych pokryć w czarnym wykończeniu innowacyjna japońska technologia chromianowania oferuje otrzymanie stabilnej, jednolitej głębokiej barwy czarnej w połączeniu z parametrami odpornościowymi, w tym antykorozyj­nymi oraz odpornością na ścieranie, bez potrzeby stosowania drogich i trudnych w nakładaniu uszczelniaczy, najczęściej z barwnikami, uniemożliwiającymi zastosowanie tych procesów w automatycznych liniach galwanicznych do obróbki drobnicowej. Te niespotykane, jak dotąd, właściwości nie mogły zostać niezauważone przez producentów Tier oraz OEM.

Równomierny kolor powłoki

Najtrudniejsze do osią­gnięcia w produkcji czarnych elementów złącznych jest uzyskanie powłoki o równomiernej głębokiej barwie czarnej mającej wysokie odporności korozyjne (sięgające powyżej 1000 godzin w komorze solnej, zgodnie ze specyfikacjami motoryzacyjnymi), a także spełniające testy cykliczne będące coraz częściej wykorzystywanym badaniem, a tym samym wymogiem w produkcji mocowań.

Wraz ze stosowaniem zaawansowanych materiałów i ich kombinacji, jak na przykład stali wysokowytrzymałej w połączeniu z aluminium serii 6000 czy 7000, korozja galwaniczna stała się ważnym parametrem wymagań specyfikacji OEM. Bliska współpraca tych firm wytwarzających komponenty motoryzacyjne z firmą Dipsol, dostawcą rozwiązań galwanicznych do powłok funkcjonalnych, pozwala na pozyskanie bazy R&D do produkcji i optymalizacji technologii chromianowania Cr+3 na kolor czarny w całości wypełniające zapisy specyfikacji wiodących marek aut i OEM, pozwalające na osiąganie odporności korozyjnych, które do niedawna były poza zasięgiem dla pokryć w czarnym wykończeniu bez kosztownych i niełatwych w aplikacji uszczelniaczy z pigmentem (fot. 1).

Obok korozji ogniskowej coraz więcej obaw budzi również odporność chemiczna, tak w branży motoryzacyjnej, jak i rolniczej. Testy pokrycia obejmują w tym przypadku 48-godzinne zanurzenie i ekspozycję w stężonym roztworze mocznika amonowego (fot. 2 i 3). Jak widać, testy chemiczne w odniesieniu do samej pasywacji mogą powodować białe przebarwienia z efektami korozji. W tym przypadku może pomóc specjalny uszczelniacz mineralny, który można uruchomić również w automacie bębnowym (fot. 4 i 5). Na powłokach ukazanych pod mikroskopem elektronowym SEM (fot. 6-8) wymieniony uszczelniacz mineralny tworzy bardziej gęstą strukturę warstwy finalnej o niższym stopniu chropowatości.

Lżejsze elementy złączne

Równolegle z rozwojem mocowań materiałów lekkich same elementy złączne projektuje się i wytwarza z myślą o oszczędności na wadze, czy to z wykorzystaniem klejów albo spawów, czy to wyłączając dodatkowe elementy nieredukujące siły mocowania, czy też w końcu redukując sam rozmiar łączenia. Stąd niektóre wymagania techniczne zmieniły projekt łba elementu złącznego na wewnętrzne wklęsłe gniazdo (np. gniazdo sześciokątne) oraz gniazdo zewnętrzne z wypukłościami. Spowodowało to dodatkowe problemy z pokryciem łba śruby powłokami ochronnymi. W niektórych przypadkach może to doprowadzić do sytuacji, w której należy nałożyć 25 μm lub więcej powłoki/powłok dupleksowych, by otrzymać wystarczającą odporność.

Dla porównania Dipsol jest w stanie utrzymać cienką powłokę w procesie wielowarstwowym, której grubość będzie wynosiła 16 μm lub mniej (fot. 9-11). Kolejnym ważnym kryterium wyboru i wymaganiem jest określony współczynnik tarcia, pozwalający uzyskać pożądaną siłę docisku łączonych elementów. Można to osiągnąć przy użyciu wielu technik i rodzajów finalnej powłoki, najczęściej nakładanej metodą zanurzeniową na powłokę chromianową. Najczęściej stosuje się uszczelniacze z dyspersją teflonu, lubrykanty oraz woski.

Świat mocowań oznacza dziś zaspokajanie rosnących potrzeb ze strony przemysłu, przede wszystkim motoryzacji elektrycznej. Złożoność tych wymagań nakazuje producentom elementów złącznych prowadzenie badań nad rozwojem połączeń, zarówno od strony materiałowej, geometrycznej, a w końcowym efekcie dobranie optymalnego, często innowacyjnego pokrycia galwanicznego. Rozwój wymagań w kierunku rosnącej ochrony korozyjnej przy łączeniu różnych materiałów sprawia, że powłoka cynk-nikiel staje się i będzie stawać się coraz częściej wybieranym pokryciem, tak dla nowych projektów, jak i w miejsce dotychczas stosowanych pokryć cynkowych, natomiast estetyka połączeń będzie coraz częściej poszukiwała jednolitej, głębokiej barwy czarnej.

Przeczytaj inne artykuły z zakresu technologii łączenia >>

Galeria

Zobacz więcej