Wszechstronność, dokładność wymiarowa i wysokie właściwości mechaniczne to niektóre z typowych cech, które sprawiły, że odlewanie ciśnieniowe cynku jest jednym z najczęściej stosowanych rodzajów odlewania ciśnieniowego. Jednak gdy wymagana jest poprawa wykończenia powierzchni, odporności na korozję lub wyglądu, wówczas powlekanie odlewów cynkowych staje się krytycznym procesem. Opcje obróbki powierzchni, takie jak galwanizacja, oferują wiele możliwości dla części odlewanych ciśnieniowo z cynku, ponieważ procedura ta może poprawić zarówno wydajność, jak i estetykę produktów, aby dopasować je do różnych zastosowań w sektorach motoryzacyjnym, elektronicznym, sprzętu domowego i medycznym.

Jest to kompletny przewodnik, który pomoże zrozumieć proces powlekania odlewów cynkowych, przygotowanie tej powierzchni i stojące przed nią wyzwania, a także powszechne metody, takie jak chromowanie i synergia między odlewaniem ciśnieniowym stopów aluminium, powlekaniem i anodowaniem.

Czym jest odlewanie ciśnieniowe cynku?

Odlew cynkowy to rodzaj procesu produkcyjnego, w którym stopiony stop cynku jest wtłaczany pod wysokim ciśnieniem do stalowej matrycy. Proces ten jest wykorzystywany do produkcji złożonych części w dużych ilościach z małymi tolerancjami i dobrą powtarzalnością. Niska temperatura topnienia, płynność i doskonałe właściwości mechaniczne cynku sprawiają, że w wielu przypadkach jest on wybierany jako metal do formowania części wymagających wytrzymałości i precyzji w przystępnej cenie.

Chociaż są to pożądane czynniki, właściwości powierzchni cynku zwykle wymagają poprawy przy użyciu procesów odlewania ciśnieniowego cynku, aby spełnić podwyższone wymagania, takie jak odporność na zużycie, ochrona przed korozją i piękno. 

Co oznacza cynkowanie galwaniczne?

Cynkowanie galwaniczne oznacza powlekanie cynkiem, np. w postaci cienkiej powłoki na powierzchni drugiego metalu lub materiału. Zwykle odbywa się to poprzez galwanizację, w której osadzamy cynk na powierzchni, przepuszczając prąd elektryczny przez kąpiel chemiczną.

Istnieją dwa główne zastosowania cynkowania galwanicznego.

1. Cynkowanie galwaniczne (na innych metalach)

• W tym przypadku cynk jest wykończeniem nakładanym na inny materiał, taki jak stal lub żelazo.
• Cel: uniknięcie rdzy i korozji.
• Znajomość elementów złącznych, śrub, nakrętek i części samochodowych.

2. Cynkowe odlewanie ciśnieniowe 

W tym przypadku materiałem bazowym jest cynk, na który nakładane są inne powłoki, takie jak chrom lub nikiel.

• Przeznaczenie: zwiększenie atrakcyjności, ochrona antykorozyjna lub wytrzymałość elementów cynkowych.

• Powlekanie odlewów cynkowych odnosi się do czynności powlekania (chromem lub niklem) elementu odlewanego ciśnieniowo ze stopu cynku w celu poprawy właściwości powierzchni.

Powód, dla którego odlewanie ciśnieniowe cynku jest wymagane

Nieosłonięty cynk z czasem ulega utlenianiu, matowieniu lub uszkodzeniom estetycznym. W takim przypadku konieczne jest powlekanie odlewów cynkowych. Część cynkowa zostanie pokryta powłoką z innego metalu, np. niklu, miedzi lub chromu, zwykle metodą galwaniczną lub bezprądową. Można to wykorzystać na kilka sposobów:

• Odporność na korozję: Powlekany materiał działa jak osłona, która utrzymuje rdzeń cynkowy w wilgotnych i innych pociskach środowiskowych.
• Estetyka: Platerowanie zwiększa połysk i wykończenie, nadając komponentom produktów lepszy wygląd, a produktom skierowanym w stronę klienta - bardziej pożądany.
• Odporność na zużycie: Niektóre powłoki zapewniają twardość i odporność na korozję powierzchni, dzięki czemu są odporne na zużycie.

Przewodność elektryczna: W elektronice niektóre powłoki metalowe zwiększają wydajność elektryczną.

Proces odlewania ciśnieniowego cynku galwanicznego

Powlekanie stopem cynku jest metodą wrażliwą i wymaga odpowiedniego czyszczenia, aktywacji i powlekania pośredniego. Zarys procesu będzie następujący:

1. Czyszczenie i odtłuszczanie powierzchni

Odlew cynkowy powinien być dokładnie oczyszczony przed galwanizacją. Alkaliczne środki czyszczące lub odtłuszczacze ultradźwiękowe usuwają oleje, smary, środki antyadhezyjne i brud. Jest to niezbędne, aby warstwy galwaniczne mogły dobrze przylegać.

2. Wytrawianie kwasem

Część jest następnie czyszczona przez trawienie kwasem po odtłuszczeniu, co eliminuje wszelkie warstwy tlenku lub inne zanieczyszczenia na powierzchni. Można ją również lekko wytrawić, aby nadać powierzchni nieco chropowatą teksturę, która zwiększa mechaniczne wiązanie poszycia z powierzchnią.

3. Aktywacja cynku

Cynk jest wysoce reaktywnym metalem, który szybko tworzy tlenki. Część jest zanurzana w roztworze aktywatora cynku, aby zapewnić czystą aktywną powierzchnię, na której nastąpi powlekanie. Pomaga to uniknąć reakcji tlenków między czyszczeniem a powlekaniem.

4. Warstwa miedzi

Powierzchnia cynku jest następnie pokrywana galwanicznie cienką warstwą miedzi (znaną również jako strike). Warstwa ta wzmacnia wiązanie i prowadzi do utworzenia solidnego podłoża, które działa jako platforma dla późniejszego powlekania galwanicznego. Bezpośrednie powlekanie cynku ma tendencję do powstawania pęcherzy lub łuszczenia się w przypadku braku miedzianej powłoki.

5. Główne poszycie (nikiel, chrom itp.)

Rdzeń otrzymuje powłokę z głównego metalu po uderzeniu miedzią. To jest:

• Nikiel: być odporne na korozję i gładkie
• Chrome: aby był długotrwały i błyszczący
• Cyna lub złoto: elektryczne lub kosmetyczne

Osadzanie wybranego metalu odbywa się poprzez galwanizację z wykorzystaniem prądu elektrycznego w medium zawierającym jony metali.

6. Płukanie i neutralizacja

Części są następnie płukane w wodzie dejonizowanej pomiędzy etapami, aby uniknąć zanieczyszczenia pomiędzy kąpielami chemicznymi. Procedury neutralizacji eliminują pozostałe kwasy lub sole, które mogą wpływać na jakość powlekania.

7. Suszenie/kontrola

Po końcowym płukaniu części są suszone za pomocą dmuchaw lub pieców. Następnie poddawane są oględzinom, testom grubości i przyczepności, aby upewnić się, że powłoka przeszła testy.

Opcjonalne wykończenie po obróbce

Zazwyczaj na niektóre obszary można nałożyć dodatkową warstwę nawierzchniową, np. bezbarwny lakier lub uszczelniacz, aby zapewnić odporność na korozję lub uzyskać lepszy wygląd. Inne mogą być polerowane lub wypalane (lusterkowane), aby uzyskać lustrzane wykończenie.

Wyzwania związane z cynkowaniem galwanicznym

Chociaż jest to korzystne, powlekanie odlewów cynkowych wiąże się z kilkoma trudnościami technicznymi:

• Porowatość powierzchni: Odlewanie może powodować porowatość w gazie podczas odlewania, przez co poszycie nie może się przykleić.
• Reaktywność cynku: Cynk jest wysoce reaktywny i musi być powlekany natychmiast po przygotowaniu.
• Tolerancje wymiarów: Grubość powłok galwanicznych powinna być dobrze kontrolowana, aby nie wpływała na ostateczne dopasowanie części.

Aby sprostać tym problemom, konieczne są wysokie standardy precyzyjnego odlewania ciśnieniowego i kontroli procesu.

Chromowanie Odlewanie ciśnieniowe cynku

Chromowanie odlewów cynkowych jest bardzo popularnym i pożądanym procesem. Ten rodzaj galwanizacji polega na pokryciu części chromem w celu zwiększenia jej wyglądu i wytrzymałości. W większości przypadków wykonuje się to za pomocą miedzianej powłoki bazowej, a następnie niklu, który jest zwieńczony cienką warstwą chromu.

Korzystne właściwości chromowania:

• Lustrzane wykończenie: Typowe wykończenie tapicerki samochodowej, armatury łazienkowej i okuć
• Twardość: Chrom jest bardzo odporny na zarysowania i zużycie
• Ochrona przed korozją: Sterowanie maszynami, częściami maszyn lub częściami narażonymi na działanie czynników atmosferycznych lub chemikaliów
• Łatwość czyszczenia: Chromu nie da się też łatwo poplamić ani nawet zetrzeć.

Istotną wadą jest to, że chromowane odlewy cynkowe wykorzystują trujące chemikalia, takie jak sześciowartościowy chrom, które podlegają surowym ograniczeniom środowiskowym. Wielu producentów przechodzi na trójwartościowy chrom i inne przyjazne dla środowiska opcje powlekania.

Zalety chromowanych części odlewanych ciśnieniowo z cynku

1. Poprawa wyglądu

Chromowane wykończenie jest jasne, błyszczące i gładkie, co znacznie przewyższa wygląd elementów odlewanych z cynku. Takie lustrzane wykończenie najlepiej sprawdza się w dekoracyjnych sekcjach produkcji, takich jak motoryzacja, urządzenia i produkty konsumenckie.

2. Lepsza odporność na korozję

Cynk jest naturalnie niekorozyjny, ale jego ochrona jest silniejsza dzięki dodaniu warstwy chromu. Ta podwójna powłoka ochronna chroni element przed powietrzem, wilgocią, kwasami, zasadami i utlenianiem, dzięki czemu nadaje się do zastosowań zewnętrznych i w warunkach wysokiej wilgotności.

3. Bardzo duża odporność na zużycie i zarysowania

Chrom jest bardzo twardym metalem, co sprawia, że powlekana powierzchnia części jest bardzo odporna na zarysowania i zużycie mechaniczne. Taka wytrzymałość jest szczególnie przydatna w przypadku elementów, które są stale przenoszone, pocierane lub przesuwane.

4. Dłuższa żywotność produktu

Dzieje się tak dzięki zwiększeniu twardości powierzchni i odporności na korozję, co poprawia żywotność elementów odlewanych z cynku poprzez chromowanie. Komponenty działają dłużej, pozostają mocniejsze, są funkcjonalne, a także dobrze wyglądają, eliminując kosztowne wymiany lub naprawy.

5. Łatwe czyszczenie i konserwacja

Posiada gładką chromowaną wnękę, która nie brudzi się, nie przyjmuje plam i nie pozostawia odcisków palców, co oznacza, że można ją łatwo czyścić i konserwować. Jest to szczególnie ważne w przypadku armatury łazienkowej, sprzętu szpitalnego i obudów elektronicznych, gdzie czystość i estetyka mają największe znaczenie.

6. Fine Stick on Zinc

Części, które mogą być odlewane ciśnieniowo z cynku, są dobrze kompatybilne z powłokami galwanicznymi. Po nałożeniu na przygotowaną powierzchnię za pomocą podkładu miedziano-niklowego, chrom przylega do powierzchni, zmniejszając w ten sposób ryzyko łuszczenia się lub złuszczania podczas użytkowania.

7. Jest to opłacalne dla producentów masowych

Odlewanie ciśnieniowe cynku jest procesem o bardzo dużej objętości, a chromowanie ma bardzo wysoką wartość i nie powoduje drastycznego wzrostu kosztów produkcji. Dzięki temu możliwe jest wytwarzanie trwałych, dobrze wyglądających komponentów w ogromnych ilościach.

Opcje powlekania odlewów cynkowych

1. Niklowanie

Jedną z najpopularniejszych powłok niklowych nakładanych na części odlewane ciśnieniowo z cynku jest niklowanie. Zapewnia ono również doskonałą odporność na korozję, gładkość i polerowanie oraz zwiększa odporność na zużycie. Jest on powszechnie stosowany jako podkład pod inne rodzaje powłok, takie jak chrom.

2. Chromowanie

Chromowanie to procedura powlekania chromu na bazie niklu. Daje lustrzane, błyszczące wykończenie, doskonałą twardość i odporność na ścieranie. Zwykle stosuje się go w wannach, wykończeniach samochodowych, a także ozdobach.

3. Miedziowanie

Powłoka miedziana jest zwykle stosowana jako utrwalenie między powierzchnią cynkową a ostateczną powłoką galwaniczną. Zapewnia ona doskonałe wiązanie i usuwa wszelkie drobne wady powierzchni. W elektronice czasami ekranowanie EMI zapewnia grubsza warstwa miedzi.

4. Niklowanie bezprądowe

W przeciwieństwie do konwencjonalnego powlekania galwanicznego, niklowanie bezprądowe nie wymaga użycia energii elektrycznej. Nakłada nikiel na część w jednolity sposób za pomocą reakcji chemicznej. Działa najlepiej w przypadku skomplikowanych kształtów, ma fantastyczną jednorodność i jest odporny na korozję i zużycie.

5. Cynowanie

Cynowanie zapewnia miękkie, błyszczące wykończenie, które nie jest toksyczne i łatwe do lutowania; dlatego nadaje się do stosowania z komponentami elektrycznymi. Jest ona często nakładana na warstwę miedzi, aby zwiększyć przyczepność do metalu cynku.

6. Cynkowanie galwaniczne (na innych metalach)

Chociaż części odlewane ciśnieniowo z cynku nie są zwykle powlekane w ten sposób, inne metale (takie jak stal) mogą być powlekane cynkiem. Daje to podstawową ochronę przed rdzą i może być stosowane jako warstwa ofiarna w celu uniknięcia rdzy.

Wykończenie powierzchni Odlewanie ciśnieniowe stopów aluminium Anodowanie

W przypadku odlewania ciśnieniowego, nawet jeśli odlewanie ciśnieniowe cynku ma dużą przewagę, odlewanie ciśnieniowe jest również wykonywane z innych stopów aluminium, które są lekkie i mają doskonały stosunek wytrzymałości do masy. Aluminium stwarza jednak nowe problemy, jeśli chodzi o powlekanie i wykańczanie. W tym miejscu pojawia się odlewanie ciśnieniowe stopów aluminium, proces powlekania i anodowania.

Co oznacza anodowanie?

Anodowanie polega na elektrochemicznym zagęszczaniu naturalnego tlenku na elementach aluminiowych. Technologia ta, w przeciwieństwie do konwencjonalnego powlekania galwanicznego, nie dodaje kolejnej metalowej płytki, ale zmienia powierzchnię samego aluminium.

Połączenie galwanizacji i anodowania

Spośród powyższych, obie metody mają zastosowanie w konkretnej branży, gdzie jedna podąża za drugą lub gdzie stosowane są różne metody danej części. Na przykład:

• Obszary konstrukcji, które muszą być starannie zabezpieczone przed korozją, mogą być anodowane.
• Przewodność może być stosowana jako niklowanie lub cynowanie na powierzchniach styku.
• Odpowiedni dobór i rozmieszczenie procesów odlewania ciśnieniowego stopów, powlekania aluminium i anodowania może mieć duże znaczenie pod względem zastosowania i trwałości. 

Tabela porównawcza odlewów cynkowych z powłoką galwaniczną

Poniższa tabela przedstawia techniczne porównanie procesów galwanicznego odlewania ciśnieniowego cynku i ich ważnych właściwości użytkowych i materiałowych, w tym twardości, grubości, przyczepności, odporności na korozję itp. Tabela może być przydatna dla inżynierów, materiałoznawców lub innych specjalistów ds. produkcji.

Zastosowania galwanicznego odlewania ciśnieniowego cynku

1. Przemysł motoryzacyjny

Platerowane cynkiem części odlewane ciśnieniowo znajdują szerokie zastosowanie w przemysł motoryzacyjny, gdzie są one wykorzystywane zarówno do celów funkcjonalnych, jak i dekoracyjnych. Chromowane listwy ozdobne, emblematy, klamki drzwi i elementy wykończenia wnętrza stanowią lepszą opcję, ponieważ są odporne na korozję i zużycie. Inne elementy pod maską również mogą być powlekane, aby były odporne na ciepło i wilgoć.

2. Elektronika użytkowa

Platerowane odlewy cynkowe są stosowane w elektronice jako stylowe obudowy, przyciski i złącza. Platerowanie poprawiło również estetykę wraz z ekranowaniem EMI i trwałością, co ma ogromne znaczenie dla długiej żywotności urządzeń o wysokiej wydajności.

3. Sprzęt łazienkowy i kuchenny

Chromowane elementy odlewane z cynku są powszechnie stosowane w bateriach, kranach, uchwytach i głowicach prysznicowych ze względu na ich wysoką odporność na wodę, błyszczące wykończenie i fakt, że są łatwe do czyszczenia. Elementy te są niedrogie, atrakcyjne i wytrzymałe, dzięki czemu idealnie nadają się do codziennej pracy w wilgotnym miejscu.

4. Sprzęt medyczny

Wykończenia z platerowanego cynku obejmują elementy obudów instrumentów, pokrętła i uchwyty. Łatwość czyszczenia i higieniczny charakter gładkich platerowanych powierzchni są ważne dla sterylizacji, a niezawodność zapewnia mocny odlew cynkowy.

5. Sprzęt i meble architektoniczne

Przykłady obejmują punkty podparcia i zawiasy, gałki, odlewy cynkowe z chromowaniem i inne elementy R, które wymagają eleganckiego i odpornego na rdzę wyglądu. Komponenty te są zarówno atrakcyjne, jak i trwałe w miejscach mieszkalnych, komercyjnych i roboczych.

6. Części telekomunikacyjne i elektryczne

Systemy telekomunikacyjne i energetyczne obejmują złącza, terminale i obudowy ochronne wykonane z elementów cynkowanych galwanicznie. Powłoka galwaniczna zapewnia doskonałą przewodność, odporność na korozję i stabilność wymiarową podczas długotrwałej eksploatacji.

Kwestie regulacyjne i środowiskowe

1. Usuwanie ścieków i chemikaliów

Procesy galwaniczne, które obejmują głównie chromowanie, niklowanie i miedziowanie, wytwarzają toksyczne odpady w postaci niebezpiecznych ścieków i osadów, które wymagają starannego oczyszczenia przed wyrzuceniem. Organy regulacyjne, takie jak EPA (Agencja Ochrony Środowiska) w USA i innych krajach świata, wymagają wysokich standardów przetwarzania odpadów i zrzutów.

2. Wykorzystanie sześciowartościowego chromu

Tradycyjne chromowanie powszechnie zawiera sześciowartościowy chrom, który jest wysoce toksyczny i rakotwórczy. Jego użycie jest obecnie kontrolowane lub ograniczane w wielu krajach przepisami takimi jak REACH (UE) i RoHS. W związku z tym następuje powolny, ale stały transfer przemysłu do trójwartościowego chromu i nietoksycznych substancji, które są bezpieczne dla środowiska i pracowników.

3. Miejsce pracy i emisje do powietrza

Różne procesy galwaniczne mogą emitować lotne związki organiczne (LZO), mgły kwasowe i opary metali. Aby chronić pracowników i być w stanie pracować zgodnie z OSHA lub innymi normami bezpieczeństwa w miejscu pracy, emisje te powinny być ograniczane za pomocą systemów wentylacyjnych, płuczek oparów i środków ochrony indywidualnej (ŚOI).

4. Zużycie wody i energii 

Proces galwanizacji wymaga dużego zużycia energii elektrycznej i wody, szczególnie na etapie galwanizacji i płukania. Większość zakładów wprowadziła systemy o obiegu zamkniętym, technologie niskoenergetyczne i technologie recyklingu w celu zminimalizowania opłat środowiskowych i obniżenia kosztów operacyjnych.

5. Zgodność / certyfikacja

Lokalne i międzynarodowe przepisy dotyczące ochrony środowiska powinny być przestrzegane przez producentów, ponieważ często zdarza się, że producenci dążą do uzyskania certyfikatu ISO 14001 lub innych certyfikowanych procedur o podobnym charakterze, aby udowodnić swoje zdrowe i etyczne działanie. Zakłady galwaniczne są regularnie kontrolowane i audytowane, aby upewnić się, że w pełni spełniają wszystkie wymagania środowiskowe.

Trendy przyszłości w technologii powlekania

Wraz z rozwojem materiałoznawstwa i technologii środowiskowych, przyszła oficjalna regeneracja odlewów cynkowych i związane z nią procesy stają się coraz bardziej przyjazne dla środowiska, opłacalne i zróżnicowane:

• Nanopowłoki odporne na zużycie i wysoką temperaturę
• Anodowanie i powlekanie powłokami hybrydowymi
• Kontrola jakości w AI z poprawioną spójnością procesu

Takie innowacje jeszcze bardziej zwiększą rynkowe zastosowanie chromowania przy użyciu odlewania ciśnieniowego cynku i stopów aluminium, powlekania tworzyw sztucznych i kostkowania, zwłaszcza w pojazdach elektrycznych, lotnictwie i elementach zastosowań energii odnawialnej.

Wnioski

Cynkowe odlewy ciśnieniowe są konwencjonalnie powlekane galwanicznie w celu zwiększenia piękna, zapobiegania korozji lub spełnienia innych wymagań funkcjonalnych we współczesnym procesie produkcyjnym. Wraz z rosnącą potrzebą posiadania trwałych, stabilnych, pięknych i wysoce funkcjonalnych części, branże stale wykorzystują zaawansowane techniki galwaniczne. Niezależnie od tego, czy chodzi o szlachetny połysk chromowania odlewów ciśnieniowych z cynku, czy o zaawansowane technologicznie zabezpieczenia anodowania odlewów ciśnieniowych ze stopów fosforu i aluminium, technologie wykańczania powierzchni ewoluują w szybkim tempie. Przyszłość jest obiecująca dzięki czystszym, skuteczniejszym i bardziej wydajnym systemom galwanizacji, które nie tylko spełnią potrzeby techniczne, ale także będą skoordynowane z globalnymi celami zrównoważonego rozwoju.

Często zadawane pytania 

1. Czym jest odlewanie ciśnieniowe cynku i jakie jest znaczenie tego procesu?

Cynkowanie odlewów ciśnieniowych odnosi się do procesu dodawania cienkiej warstwy (metalicznej) chromu, niklu i miedzi, wśród innych metali, do elementów odlewanych ciśnieniowo ze stopu cynku. Poprawia to odporność części na korozję, jej trwałość na powierzchni, a także jej piękno. Jest to powszechnie stosowane w przemyśle motoryzacyjnym, elektronicznym i AGD w celu poprawy funkcjonalności i wyglądu.

2. Czy możliwe jest chromowanie odlewów cynkowych?

Nie, cynk nie jest chromowany. Na początku odlew cynkowy jest pokrywany warstwą miedzi przed warstwą niklu. Następnie pobierana jest tylko reszta chromowania. Wielowarstwowość sprawia, że system jest wytrzymały i nie powoduje łuszczenia się chromowanej powłoki.

3. Na czym polega trudność w cynkowaniu odlewów ciśnieniowych?

Istnieją problemy z materiałem powierzchni, ponieważ mogą one stać się zanieczyszczone, porowate i mieć problemy ze słabą przyczepnością, gdy podstawa nie jest odpowiednio przygotowana. Tlenki cynku są również najłatwiejsze do utworzenia, a zatem powierzchnia powinna być aktywowana i powlekana najwcześniej. Odpowiednie przygotowanie i wykończenie powierzchni to ważne kroki, aby uzyskać wysokiej jakości i odporne poszycie bez wad.

4. Czy odlew cynkowy jest przyjazny dla środowiska?

Jest, pod warunkiem, że odbywa się to w sposób odpowiedzialny. Podczas gdy konwencjonalne galwanizowanie wiąże się z toksycznymi substancjami, takimi jak sześciowartościowy chrom, większość zakładów podlega obecnie rygorystycznym kontrolom środowiskowym, nie jest niebezpieczna i płaci za budowę oczyszczalni ścieków i oczyszczalni powietrza, aby nie mieć negatywnego wpływu na przyrodę.