Placage de zinc
La galvanoplastie du zinc est largement utilisée en raison de sa capacité à protéger l’acier de la corrosion. La nature sacrificielle de la protection et de la tolérance aux rayures rend ses performances supérieures aux peintures seules. Toutefois, l’utilisation sur des métaux de base autres que l’acier ou l’acier inoxydable est rare. Le zingage peut être préparé pour avoir une apparence attrayante et, comme son coût est relativement faible, il s'agit d'un revêtement très populaire à la fois pour les petites pièces comme les boulons, les écrous, les rivets, les rondelles, les clous, les charnières et les crochets, ainsi que pour les pièces automobiles, l'intérieur. composants, etc. Il fonctionne également comme sous-couche efficace pour les peintures.
Les plages d'épaisseur minimales typiques sont spécifiées entre 5 et 25 μm (8). La résistance à la corrosion d'un revêtement dépend de l'épaisseur de la couche et du post-traitement appliqué.
Trois procédés principaux sont utilisés pour le zingage : les solutions de cyanure, de non-cyanure alcalin et de chlorure faiblement acide. Le choix de la solution dépend des capacités de traitement des effluents d'une usine ainsi que du type et du matériau des composants à plaquer.
Le procédé au cyanure a un bon pouvoir de macroprojection et donne ainsi une épaisseur de revêtement assez uniforme quelle que soit la forme géométrique du composant. Le bain est facile d'entretien et tolère des variations de concentrations assez importantes. Le bain étant alcalin, il ne corrode pas les pièces en acier et possède également des propriétés de nettoyage de surface lui permettant de tolérer de petites quantités d’impuretés organiques. Cependant, en raison de sa teneur en cyanure, le bain est extrêmement toxique, ce qui entraîne des coûts élevés en matière d'eau de rinçage et de déchets. À des densités de courant élevées, le rendement du courant est faible et le risque de fragilisation par l'hydrogène pour les pièces traitées thermiquement et carbonitrurées est élevé. Les autres inconvénients des bains de cyanure sont un faible pouvoir de microprojection et des difficultés de placage de la fonte. Cela est dû au graphite à la surface de la fonte et à sa plus faible surtension d'hydrogène dans la solution de cyanure par rapport au zinc, ce qui entraînera un dégagement d'hydrogène sur les taches de graphite au lieu d'une précipitation du zinc (9).
Le zinc existe dans les bains de cyanure sous forme d'un complexe tétracyano Zn(CN)42−, qui se dissocie à la même vitesse que la précipitation des ions Zn2 à la cathode (10). L'association avec le complexe cyanure, qui en tant qu'ion anionique provoque une forte polarisation de concentration, améliore le pouvoir de macroprojection du bain, mais rend le rendement du courant faible. Le pouvoir de microprojection (effet de levier) d'un bain de cyanure est faible. Le complexe de cyanure rend la structure cristalline du métal précipité fine, ce qui constitue une bonne base pour les azurants permettant de fabriquer des revêtements brillants, bien que la luminosité du dépôt d'un bain de cyanure seul ne soit pas aussi bonne que celle d'autres types de bains. Dans les bains de cyanure alcalins, les ions zinc sont également associés aux ions hydroxyle sous forme de Zn(OH)42−, et il existe un équilibre entre les complexes cyanure et hydroxyle, qui dépend de la quantité d'hydroxyde de sodium ajoutée au bain.
En raison des effets néfastes du cyanure toxique, sa quantité dans le bain varie de bains à haute teneur en cyanure à des bains à teneur moyenne et faible en cyanure. La teneur totale en cyanure de sodium du bain à haute teneur en cyanure est de 75 à 115 g l−1, tandis que dans les bains à cyanure moyen, elle est de 35 à 55 g l−1 et dans les bains à faible teneur en cyanure, de 6 à 15 g l−1 (10–12). Les coûts d'entraînement et d'élimination des déchets sont inférieurs dans les bains à faible teneur en cyanure, mais les exigences en matière de prétraitement et de variation des paramètres de fonctionnement sont plus élevées. La teneur en hydroxyde de sodium doit être suffisamment élevée, 80 à 100 g l−1, pour avoir une bonne conductivité et dissolution anodique et produire une bonne luminosité.
Les azurants ajoutés au bain de cyanure sont généralement organiques, car la concentration en azurants métalliques est trop critique. Il existe généralement des azurants primaires et secondaires. L'azurant primaire le plus courant est l'alcool polyvinylique (PVA), tandis que les azurants secondaires typiques sont des molécules plus petites contenant des liaisons insaturées et des groupes polaires, par exemple des aldéhydes aromatiques et des pyridines.
Les bains de cyanure contiennent également du carbonate de sodium, qui se forme lorsque les molécules de cyanure sont oxydées par l'oxygène de l'air. Une certaine quantité de carbonate est nécessaire pour former une couche de revêtement dense, mais une quantité excessive, supérieure à 70 à 80 g l−1, doit être éliminée du bain en abaissant la température du bain en dessous de la limite de solubilité du carbonate de sodium.
Les paramètres de fonctionnement importants sont les relations entre les concentrations de NaCN et de Zn et la densité de courant cathodique. Plus la quantité de Zn est élevée, plus le facteur NaCN/Zn est faible, ce qui améliore l'efficacité du courant. Cependant, la puissance de macro-lancement sera moindre et le fonctionnement du processus de placage est plus exigeant. Le choix d'une densité de courant cathodique dépend des concentrations, des azurants utilisés, de la température et de l'agitation. Les valeurs typiques sont 2 à 5 Adm−2. Des densités de courant plus élevées réduiront l’efficacité du courant cathodique. Les bains de cyanure fonctionnent à température ambiante.
La pureté d'un matériau d'anode est important pour les bains de cyanure, car il affecte la brillance de la couche de revêtement. Habituellement, le matériau de l'anode est constitué de zinc pur à plus de 99,99 %, sous forme de billes ou de barres. Lorsque le bain n’est pas utilisé, le zinc se dissout dans le bain ; pour éviter une accumulation excessive de zinc, les anodes doivent être retirées.
Des bains de zinc alcalins sans cyanure peuvent être préparés en dissolvant de l'oxyde de zinc ZnO dans de l'hydroxyde de sodium et en ajoutant des azurants. Le bain contiendra 8 à 10 g de zinc l−1 et 90 à 120 g de NaOH l−1, et le zinc sera dans la solution sous forme d'ions Zn(OH)42− (11,12). La plupart des propriétés du bain sont déterminées par les systèmes azurants, qui sont généralement brevetés et peuvent inclure, par exemple, du PVA et des imines. Les bonnes propriétés des bains sont une faible teneur en métaux et un traitement des effluents généralement peu coûteux, une bonne luminosité, un bon pouvoir de macro-projection et un pouvoir de micro-projection modéré. Le risque de fragilisation par l'hydrogène pour les aciers soumis à un traitement thermique élevé est inférieur à celui des bains de cyanure. Le bain nécessite un meilleur contrôle de fonctionnement que les bains au cyanure ; en particulier, la teneur en métaux doit être contrôlée pendant les périodes d'inactivité, car des concentrations en métaux trop élevées détériorent la brillance. Cependant, une teneur en métal trop faible réduira le rendement actuel. Le bain fonctionne à température ambiante.
Les solutions de chlorure faiblement acides ont gagné des parts de marché à mesure que leurs propriétés se développaient. Le bain contient du zinc 15 à 30 g l−1 et du chlorure d'ammonium ou de potassium, de sorte que la teneur en chlorure du bain est de 110 à 150 g l−1 (10,11). Les azurants organiques doivent être inclus dans le bain. La plage de pH optimale est de 4,5 à 5,5. Le zinc sera dissous dans la solution sous forme d’ions Zn2. Le précipité sera colonnaire et rugueux à moins que des azurants ne soient utilisés. Des dépôts très brillants peuvent être obtenus en utilisant des azurants, et les solutions faiblement acides sont généralement considérées comme donnant le meilleur brillant parmi les procédés de zingage. Le rendement du courant est en même temps très élevé, autour de 95 à 98 % pour une zone de densité de courant importante, ce qui est bénéfique pour le placage de l'acier carbonitruré et de la fonte. La puissance de micro-lancement est très bonne, mais comme l'efficacité actuelle est élevée, la puissance de macro-lancement est faible. Ceci, ainsi que la chimie du bain, nécessite que les pièces soient soigneusement nettoyées avant le placage, et une grande attention doit être accordée aux dispositifs de placage. L'effet néfaste de la solution de chlorure acide est la corrosion potentielle des matériaux du substrat et la coloration du revêtement à moins qu'il ne soit soigneusement rincé. Par conséquent, les pièces soudées par points ou autres pièces à structures lamellaires ne conviennent pas à la solution. Le traitement des effluents est généralement facile, même si l'ammonium peut perturber le fonctionnement d'une usine d'effluents en formant des complexes avec des métaux lourds. Le bain fonctionne à température ambiante et des densités de courant allant jusqu'à 6 Adm−2 peuvent être utilisées sans baisse significative du rendement du courant.