Зачем алюминий хроматируют перед порошковой покраской?

Голый алюминий покрыт рыхлой естественной оксидной плёнкой Al₂O₃ толщиной 2–10 нм, к которой порошок липнет слабо и которая пропускает под покрытие влагу. Хроматирование или бесхромовая конверсия наращивает на металле плотный слой навеской 20–1500 мг/м², он даёт адгезию и режет подпленочную коррозию. Без конверсионного слоя покрытие сходит нитями коррозии от кромок за 1–2 года.

Чем отличается жёлтое хроматирование от зелёного?

Цвет задаёт валентность хрома. Жёлтый слой это шестивалентный хром Cr6+ (хроматный, навеска 0,6–1,5 г/м²), он самозалечивается при повреждении и даёт лучшую защиту, но токсичен и канцерогенен. Зелёный это трёхвалентный хром Cr3+ или смешанные фосфат-хроматные слои, менее вреден. Под покраску по адгезии оба работают, разница в стойкости и в допуске по экологии.

Можно ли красить алюминий без хроматирования?

Технически порошок ляжет и на просто обезжиренный алюминий, но для улицы это брак: без конверсионного слоя нет барьера от филиформной коррозии и адгезия падает в первый же влажный сезон. Для интерьера с сухим воздухом иногда обходятся травлением плюс осветлением, но фасад, влажные зоны и побережье требуют конверсии обязательно.

Что такое бесхромовая подготовка алюминия?

Это конверсионные слои без хрома: на титане и цирконии (нанокерамика, навеска 20–45 мг/м²) либо на цирконий-силановой химии. Их вводят из-за запрета Cr6+ по REACH. Толщина всего 20–100 нм, но по адгезии и по солевому туману они уже дотягивают до хроматных при верно выставленной ванне: pH 3,5–5, температура 20–35 °C, время 30–120 секунд.

Что означает класс Qualicoat и Seaside для фасада?

Qualicoat это система приёмки наружного покрытия алюминия. Обычный класс требует подготовки, дающей стойкость покрытия к филиформной коррозии и к машине Мачу. Класс Seaside (морской) ужесточает требования для побережья: добавляется второе травление с контролем съёма металла и более строгий солевой туман. Под C5 у моря берут именно Seaside-подготовку.

Сколько часов соляного тумана должно выдержать покрытие?

Зависит от класса. Обычная наружная приёмка требует 1000 часов нейтрального соляного тумана (тест по ISO 9227) без подпленочной коррозии больше нормы от надреза. Для морского класса и категории C5 планка поднимается до 1000 часов уксуснокислого тумана и жёстче по расползанию от реза. Хроматный и хорошо настроенный бесхромовый слой эту планку берут.

Чем хроматирование алюминия отличается от фосфатирования стали?

Разная химия и разный металл. Сталь фосфатируют (цинк- или железофосфат, навеска 1,5–3 г/м²), формируя кристаллический фосфатный слой. Алюминий фосфат почти не берёт, поэтому его хроматируют или ставят бесхромовую конверсию на титане-цирконии. Линии с оцинковкой и алюминием в одной загрузке ведут на универсальной цирконий-химии, которая работает по обоим металлам.

Как долго можно хранить алюминий после подготовки до покраски?

Не дольше 16 часов, а по строгим регламентам покраска в тот же день. Свежий конверсионный слой активен, но поверх него снова растёт естественный оксид, и адгезия падает. Партия, пролежавшая между конверсией и напылением сутки и больше, идёт на переподготовку: смывку и повторную конверсию.

Главная / Подготовка

Хроматирование и пассивация алюминия перед порошковой покраской

Короткий ответ

Естественный оксид на алюминии рыхлый, толщиной 2–10 нм, порошок держит плохо и пускает под себя коррозию. Перед покраской наращивают конверсионный слой: жёлтый хромат Cr6+ навеской 0,6–1,5 г/м² либо бесхромовую нанокерамику на титане-цирконии навеской 20–45 мг/м². Cr6+ вытесняют из-за токсичности. Для фасада нужен класс Qualicoat, для побережья и категории C5 берут Seaside с выдержкой до 1000 часов соляного тумана.

Партию алюминиевых кронштейнов красили после одного лишь обезжиривания, без конверсии: сроки поджимали, решили сэкономить ванну. Через одиннадцать месяцев с монтажа пошли рекламации, покрытие вздулось и отходило нитями от каждого просверленного отверстия. Под краской металл рыхлый, серый, слой отделяется ногтем. Это филиформная коррозия, и запустила её не краска, а голый оксид алюминия, на который эту краску положили.

Алюминиевые детали в ванне конверсионной обработки перед порошковой покраской, жёлтый хроматный слой на поверхности — fig.01 — конверсионная ванна: на металле нарастает плотный слой, который заменяет рыхлый естественный оксид

01 / оксидПочему голый алюминий плохо держит порошок

Алюминий на воздухе моментально покрывается плёнкой Al₂O₃. Это естественная защита от дальнейшего окисления, но под покраску она не годится по двум причинам. Первая: плёнка рыхлая и неоднородная, толщиной всего 2–10 нм, с порами и микротрещинами. Порошковое покрытие цепляется за неё слабо, механического замка нет. Вторая: сама плёнка живая, она продолжает расти под краской, впитывает влагу через поры и отслаивает покрытие изнутри.

Конверсионная обработка снимает эту плёнку травлением и растит на её месте плотный сплошной слой с заданной химией. Он работает как якорь для порошка и как барьер для влаги и хлоридов. Разница видна на солевом тумане: голый алюминий с краской расползается коррозией от надреза за сотни часов, деталь с конверсией держит 1000 часов с расползанием в доли миллиметра.

Почему естественный оксид алюминия не защищает под краской?

Плёнка Al₂O₃ толщиной 2–10 нм рыхлая и пористая, она пропускает влагу к металлу и продолжает расти под покрытием, отслаивая его. Порошок за неё держится слабо. Плотный конверсионный слой снимает этот оксид и заменяет барьером, который не растёт и не впитывает влагу. Про сам отрыв покрытия есть материал почему отслаивается порошковая краска.

02 / хроматЖёлтое хроматирование и почему его вытесняют

Классика конверсии алюминия это хроматирование. Жёлтый слой формируется на шестивалентном хроме Cr6+, навеска 0,6–1,5 г/м². У него есть эффект, который не даёт ни один заменитель: самозалечивание. При царапине до металла ионы хрома мигрируют в дефект и пассивируют оголённый алюминий заново. Поэтому хроматная деталь прощает мелкие повреждения покрытия, коррозия от них не расползается.

Проблема в токсичности. Cr6+ канцероген, стоки хроматных ванн требуют дорогой очистки, а с точки зрения нормативов по химикатам шестивалентный хром попал под жёсткое ограничение. Из-за этого производства уходят с жёлтого хромата на менее вредный трёхвалентный Cr3+ (зелёные слои) и на полностью бесхромовую химию. Cr3+ уже не самозалечивается так же, но по адгезии и базовой стойкости под покраску его хватает.

Cr6+ уходит с линий не по капризу, а по регламенту

Шестивалентный хром ограничен по экологическим требованиям к химикатам. Новые линии его почти не ставят: очистка стоков и допуски по воздуху цеха съедают выгоду. Старые ванны Cr6+ доживают там, где нужна максимальная стойкость и есть узаконенная очистка. Тренд один: бесхромовая конверсия.

Что даёт самозалечивание хроматного слоя?

При царапине до металла ионы Cr6+ мигрируют в дефект и заново пассивируют оголённый алюминий, коррозия от повреждения не расползается. Это преимущество жёлтого хромата навеской 0,6–1,5 г/м² над бесхромовыми слоями, которые дефект не залечивают. Плата за эффект это токсичность шестивалентного хрома.

03 / бесхромБесхромовые слои: титан, цирконий, силаны

Замена хромату это конверсия на титане и цирконии, часто в связке с силанами. Слой тонкий, толщиной 20–100 нм, навеска всего 20–45 мг/м² против сотен мг/м² у хромата. Работает он иначе: не наращивает толстую плёнку, а прививает к металлу фторид-оксидную сетку циркония с органическими сшивками, за которую порошок держится химически.

По цифрам эти слои дотягивают до хромата: адгезия по решётчатому надрезу без отрыва, солевой туман 1000 часов для наружного класса. Чего у них нет, так это самозалечивания, поэтому к чистоте поверхности и стабильности ванны они строже: любой недомыв или скачок pH ведёт к пятнам и провалу адгезии. Ещё плюс: цирконий-химия работает и по алюминию, и по стали с оцинковкой, что удобно для смешанных загрузок.

Тип конверсии	Навеска / стойкость
Жёлтый хромат Cr6+	0,6–1,5 г/м², самозалечивание
Зелёный хромат Cr3+	0,3–1 г/м², умеренная
Нанокерамика Ti/Zr	20–45 мг/м², без стоков хрома
Цирконий-силан	20–100 нм, по Al и стали
Солевой туман (наружка)	1000 часов ISO 9227

Бесхромовая нанокерамика хуже хромата?

По адгезии и по солевому туману 1000 часов при верно настроенной ванне она равна хромату. Слабее в одном: не самозалечивает царапины. Зато без токсичных стоков, толщина всего 20–100 нм и работает по алюминию и стали разом. Подробнее в статье про нанокерамическую подготовку поверхности.

04 / ваннаЛиния подготовки: стадии и режимы

Конверсия это не одна ванна, а линия из нескольких стадий с промывками между ними. Порядок обычный: обезжиривание в щёлочи или в кислотном обезжиривателе при 40–60 °C, промывка, травление в едкой щёлочи со съёмом металла 0,5–3 г/м², промывка, осветление (десмат) в кислоте для снятия чёрного налёта, промывка, конверсия, финальная промывка деминерализованной водой.

Режим самой конверсионной ванны зависит от химии. Хроматные ванны идут при 20–40 °C и pH 1,5–2,5, время окунания 1–5 минут. Бесхромовые цирконий-ванны мягче: pH 3,5–5, температура 20–35 °C, время 30–120 секунд. Финальная промывка обязательно деминерализованной водой с проводимостью ниже 30 мкСм/см: соли из водопроводной воды садятся под покрытие и дают вздутия.

Зачем травить алюминий перед конверсией?

Травление в щёлочи снимает рыхлый естественный оксид и загрязнения, обнажая чистый металл со съёмом 0,5–3 г/м². Без этого конверсия ляжет на грязную пористую плёнку и не даст адгезии. После травления идёт осветление в кислоте, оно убирает чёрный налёт из легирующих элементов сплава.

Почему финальная промывка только деминерализованной водой?

Водопроводная вода несёт соли кальция и хлориды, они садятся на свежий конверсионный слой и остаются под покрытием. На улице эти соли тянут влагу и запускают коррозию точками. Финальную промывку ведут деминерализованной водой с проводимостью ниже 30 мкСм/см, тогда под краской чисто.

05 / классQualicoat, Seaside и категория C5 у моря

Наружное покрытие алюминия принимают по системе Qualicoat. Обычный класс задаёт полную линию подготовки с конверсией и проверяет результат тестами: адгезия, солевой туман, машина Мачу, кипячение. Для побережья вводят усиленный класс Seaside. У него два отличия: обязательное второе травление с контролем съёма металла не менее 2 г/м² и более строгий солевой туман.

Категория коррозионной агрессивности C5 это морской воздух и промзона с хлоридами и серой. Под неё берут Seaside-подготовку: слабо подготовленный алюминий у моря сходит за сезон, соляной аэрозоль бьёт по каждому дефекту. Чем ближе к воде, тем меньше прощает линия: экономия на второй травильной ванне возвращается рекламациями с расползанием коррозии от каждого реза.

Образцы алюминия с порошковым покрытием после испытания в камере соляного тумана, оценка расползания коррозии от надреза — fig.02 — тест соляного тумана: коррозию меряют по расползанию от надреза, для морского класса планка строже

Чем Seaside отличается от обычного класса?

Морской класс добавляет второе травление с контролем съёма металла от 2 г/м² и ужесточает солевой туман. Он нужен для категории C5: побережье и промзона с хлоридами. На обычной подготовке покрытие у моря пускает коррозию от кромок за сезон, на Seaside держит расчётный срок.

06 / стальОтличие от фосфатирования стали

Сталь готовят иначе. Её фосфатируют: в фосфатной ванне на металле растёт кристаллический слой цинк- или железофосфата навеской 1,5–3 г/м². Этот слой цепляет краску механически кристаллами и пассивирует железо. На алюминии фосфат почти не формируется, химия сплава другая, поэтому фосфатная ванна ему бесполезна. Алюминию нужна конверсия на хроме или на титане-цирконии.

Практический вывод для цеха со смешанной загрузкой: одну линию под оба металла собирают на цирконий-химии, она конвертирует и алюминий, и сталь с оцинковкой в общей ванне. Держать две отдельные линии, фосфатную под сталь и хроматную под алюминий, дороже и по площади, и по обслуживанию. Про совместную покраску разных металлов есть отдельный материал.

Можно ли готовить сталь и алюминий в одной ванне?

Да, на бесхромовой цирконий-химии: она формирует конверсионный слой и по стали с оцинковкой, и по алюминию. Классический фосфат под алюминий не годится, а хромат под сталь избыточен. Универсальная цирконий-ванна закрывает смешанную загрузку. Подробнее в статье про покраску нержавейки и разных металлов.

07 / хранениеОкно между подготовкой и покраской

Свежая конверсия активна ограниченное время. Слой якорит порошок и защищает металл, но поверх него снова начинает расти естественный оксид, и с каждым часом адгезия проседает. Регламенты дают на окно между финальной промывкой и напылением не больше 16 часов, а строгие требуют покраску в ту же смену. Партия, пролежавшая сутки и дольше, идёт на смывку и повторную конверсию.

Отсюда правило планирования: подготовку и покраску держат в одном потоке, без залёживания деталей между операциями. Особенно это бьёт по выходным. Партия, вытравленная в пятницу вечером и оставленная до понедельника, к покраске негодна: поверхность заново окислилась, свежий налёт под краской даст отслоение. Дешевле спланировать смену, чем переделывать линию.

Подготовленные алюминиевые детали на подвесах перед загрузкой в камеру полимеризации в тот же день — fig.03 — подготовку и покраску держат в одном потоке: залежавшийся после конверсии металл идёт на переподготовку

Что будет, если покрасить алюминий на следующий день после подготовки?

Поверх конверсии за это время нарастает свежий оксид, адгезия падает, покрытие рискует отслоиться. Допустимое окно не больше 16 часов, лучше в ту же смену. Пролежавшую партию не красят поверх, а отправляют на смывку и повторную конверсию. Про слабую адгезию есть материал порошок не липнет и низкая адгезия.