Electroplating

Elektrochemiczne osadzanie warstwy metalu na podłożu. Najczęstsza obróbka powierzchniowa części stalowych -- stosowana dla ochrony przed korozją, odporności na zużycie, lutowalności i wyglądu. Ten przewodnik wyjaśnia, co podać w specyfikacji, ile to kosztuje, co może pójść nie tak i kiedy kruchość wodorowa zniszczy Twoje części.

Which Plating Do You Need?

Zacznij od głównego wymagania. Większość części stalowych jest cynkowana -- to najtańsza skuteczna opcja. Przechodź do droższych powłok galwanicznych tylko wtedy, gdy masz konkretny powód. Skorzystaj z tej tabeli, aby podjąć decyzję.

If Your Part Needs...GalwanizacjaTypical ThicknessCost Factor
Podstawowa ochrona przed korozją na stali (w pomieszczeniach lub na zewnątrz pod osłoną)Cynkowanie (chromianowanie bezbarwne)5–8 μm1x (punkt odniesienia)
Ochrona przed korozją na zewnątrz (motoryzacja, budownictwo)Cynkowanie (żółte lub oliwkowe)8–15 μm1x
Wysoka odporność na korozję ze zgodnością z RoHS (motoryzacja, rynek europejski)Stop cynk-nikiel8–15 μm2–3x
Twarda, odporna na zużycie powierzchnia na staliTwarde chromowanie10–250 μm3–5x
Jasne, dekoracyjne wykończenie (produkty konsumenckie, armatura)Niklowanie + chromowanie dekoracyjneNi: 10–20 μm / Cr: 0.25 μm2–4x
Jednorodna powłoka na złożonej geometrii (bez prądu)Niklowanie chemiczne (ENP)10–50 μm3–5x
Lutowalność (styki elektryczne, zaciski PCB)Cyna lub cyna-ołów5–15 μm2–3x
Przewodność elektryczna z ochroną przed korozjąCyna lub srebro5–15 μm2–4x
Obróbka wstępna przed lakierowaniem lub klejeniemMiedziowanie (warstwa kontaktowa)2–5 μm1–2x
Maksymalna odporność na korozję, środowisko morskie (bez ograniczeń kosztowych)Cadmium8–15 μm4–6x
Złota zasada Jeśli nie wiesz, jaką powłokę galwaniczną zastosować, a część jest ze stali, wskaż w specyfikacji cynkowanie z chromianowaniem żółtym. Pokrywa to 80% przypadków zastosowania przy najniższym koszcie. Przejdź na powłokę cynk-nikiel tylko wtedy, gdy klient wymaga zgodności z RoHS i ponad 500 godzin w teście mgły solnej. Przejdź na twarde chromowanie tylko wtedy, gdy występuje rzeczywiste wymaganie odporności na zużycie.

Rodzaje powłok galwanicznych w skrócie

PropertyCynkZinc-NickelNiklowanie (elektrolityczne)Electroless NiHard ChromeDecorative ChromeTinMiedź
Thickness Range5–25 μm8–15 μm5–50 μm10–75 μm10–500 μm0.25–0.5 μm5–15 μm2–30 μm
Hardness (HV)70–120350–500150–300500–700800–1000900–110010–2050–100
Korozja (godz. mgły solnej)96–500500–100048–200200–50024–20048–9648–20024–96
Cost Factor1x2–3x2–3x3–5x3–5x2–4x2–3x1–2x
Odporność na zużycieLowModerateModerateDobraDoskonałaNiska (cienka)Bardzo niskaLow
Typowe zastosowanieElementy złączne, wsporniki, detale tłoczoneElementy złączne samochodowe, części na rynek europejskiDekoracyjne, odtwarzanie wymiarówZłożone kształty, zawory, części pompPręty siłowników hydraulicznych, formy, powierzchnie cierneElementy wykończenia konsumenckiego, baterie, uchwytyStyki elektryczne, zaciski, piny PCBWarstwa podkładowa, uziemienie elektryczne
H-Embrittlement RiskYesYesYesLowWysokaModerateLowLow

Zinc Plating Variants

Cynkowanie to podstawowa powłoka galwaniczna stali. Koroduje ofiarnie -- warstwa cynku rdzewieje zamiast stali pod spodem. Odporność na korozję zależy przede wszystkim od filmu chromianowego (pasywacyjnego) naniesionego na wierzch cynku. Chemia chromianowania ma większe znaczenie niż grubość cynku dla wyników testu mgły solnej.

Chromate TypeAppearanceMgła solna (godz.)Zgodność z RoHSTypical Application
Clear / Blue (Cr3+)Bezbarwny do lekko niebieskiej iryzacji96–120YesZastosowania wewnętrzne, produkty konsumenckie, osprzęt elektroniczny
Yellow Iridescent (Cr3+)Irydacyjny żółty, czasem tęczowy120–200YesNa zewnątrz, wsporniki samochodowe, przemysł ogólny
Yellow Iridescent (Cr6+)Jaskrawy żółty irydujący150–250NoMilitary, aerospace (RoHS-exempt), legacy auto
Olive Drab (Cr6+)Ciemna zieleń oliwkowa200–500NoMilitary hardware (MIL-DTL-5541 equivalent for zinc)
Black (Cr3+)Matowa czerń96–200YesElementy złączne, części widoczne, wnętrze samochodu
Uszczelniacz / warstwa wierzchnia (na Cr3+)Zależy od bazowego chromianowaniaAdds 200–500 hrsYesGdy wymagane są osiągi w teście mgły solnej jak dla Cr6+, ale bez Cr6+. Typowe dla europejskiej motoryzacji.
Chrom trójwartościowy a sześciowartościowy Cr6+ (sześciowartościowy) zapewnia lepsze osiągi w teście mgły solnej i przez dekady był standardem branżowym. Przepisy RoHS i REACH ograniczają Cr6+ w większości produktów konsumenckich i samochodowych sprzedawanych w UE. Chromianowanie trójwartościowe (Cr3+) jest zgodne z RoHS, ale samodzielnie daje niższą liczbę godzin w mgle solnej. Rozwiązanie: zastosować chromianowanie Cr3+ plus organiczną lub nieorganiczną warstwę uszczelniającą. Dorównuje to starym powłokom Cr6+ lub je przewyższa, przy wyższym koszcie.
Cynk-nikiel a cynk + chromianowanie Powłoka ze stopu cynk-nikiel (zwykle 12–15% zawartości Ni) zapewnia 5–8 razy większą odporność na korozję niż czysty cynk z chromianowaniem Cr3+ -- bez polegania na Cr6+. To standardowy wybór dla europejskich elementów złącznych w motoryzacji i części wymagających zarówno wysokiej odporności na mgłę solną, jak i zgodności z RoHS. Kompromis: koszt jest 2–3 razy wyższy niż zwykłe cynkowanie, a ryzyko kruchości wodorowej takie samo lub nieco większe.

Hydrogen Embrittlement

To najgroźniejszy rodzaj uszkodzenia części powlekanych galwanicznie. Atomy wodoru wytwarzane podczas procesu galwanizacji mogą dyfundować do stali i czynić ją kruchą. Część może przejść kontrolę, a następnie pęknąć nagle pod obciążeniem -- często bez widocznych ostrzeżeń. Najbardziej podatne są stale hartowane i wysokowytrzymałościowe. To kwestia krytyczna dla bezpieczeństwa. Błąd oznacza łamanie się części podczas eksploatacji.

Material / ConditionH-Embrittlement RiskBaking Required?Uwagi
Hardened steel (HRC 33+)WysokaMandatoryKażda stal hartowana powyżej ~HRC 33. Obejmuje większość elementów złącznych powyżej klasy 8 (metryczne 10.9), stal sprężynową oraz bieżnie łożysk.
Stal wysokowytrzymałościowa niskostopowa (HSLA)WysokaMandatory4140, 4340, 8620 after quench & temper. Check hardness -- if HRC 33+, bake.
Spring steel (music wire, 1095)WysokaMandatorySprężyny to zawsze wysokie ryzyko. Nawet sprężyny pracujące przy niskich naprężeniach mogą pękać od wodoru. Wypiek zawsze wymagany.
Stal węglowa (HRC 22–32)ModerateRecommendedRyzyko niższe, ale nadal możliwe. Wielu producentów OEM wymaga wypieku dla każdej części ze stali węglowej z powłoką galwaniczną, niezależnie od twardości.
Mild steel (HRC below 22)LowZwykle niewymaganyStal niskowęglowa, niehartowana. Wodór dyfunduje z niej naturalnie. Wypiek ma charakter profilaktyczny, nie obowiązkowy.
Stal nierdzewnaLowNoAustenitic SS (304, 316) is not susceptible. Martensitic SS (410, 420) can be -- treat like hardened steel.
ŻeliwoLowNoStruktura grafitu w żeliwie nie zatrzymuje wodoru tak jak hartowany martenzyt.
Miedź, mosiądz, aluminiumNoneNoTe metale nie są podatne na kruchość wodorową.

Baking Procedure

ParameterSpecyfikacjaUwagi
Temperature190–200 °C (375–390 °F)Temperaturę należy osiągnąć w ciągu 4 godzin od galwanizacji (lub zgodnie z ASTM B850). Niższe temperatury są mniej skuteczne.
Time4–24 hoursMinimalnie 4 godziny dla większości części. 8–23 godziny zgodnie z ASTM F1940 dla elementów złącznych. Sprężyny i części krytyczne dla bezpieczeństwa: ponad 23 godziny. Czas liczy się od osiągnięcia temperatury przez część, nie od włączenia pieca.
TimingW ciągu 4 godzin od galwanizacjiWodór dyfunduje do stali podczas galwanizacji i trawienia kwasowego. Im dłużej zwleka się z wypiekiem, tym głębiej wnika i tym trudniej go usunąć. ASTM B850 nakazuje wypiek w ciągu 4 godzin.
Reference StandardsASTM B850, ASTM F1940, MIL-STD-1500AF1940 dotyczy konkretnie badań kruchości wodorowej elementów złącznych. B850 obejmuje wypiek po galwanizacji.
What Happens If You Skip Baking Wodór pozostaje uwięziony w sieci krystalicznej stali. Pod obciążeniem rozciągającym wodór migruje do punktów koncentracji naprężeń (gwinty, zaokrąglenia, karby) i powoduje pękanie międzyziarnowe. Część pęka przy obciążeniach znacznie poniżej jej nominalnej nośności -- często przy 20–50% oczekiwanej granicy plastyczności. Brak widocznych ostrzeżeń: brak odkształcenia, przebarwień ani pęknięć powierzchniowych przed awarią. W przypadku części krytycznych dla bezpieczeństwa (elementy złączne, sprężyny, osprzęt do podnoszenia, elementy zbiorników ciśnieniowych) pominięcie wypieku grozi odpowiedzialnością prawną. Zawsze wykonuj wypiek.

Dimensional Impact

W przeciwieństwie do anodowania (które rośnie zarówno do wewnątrz, jak i na zewnątrz), galwanizacja osadza materiał tylko na powierzchni. Każda powierzchnia mająca kontakt z kąpielą galwaniczną staje się grubsza. Ma to znaczenie dla gwintów, pasowań wciskowych, czopów łożyskowych i każdej cechy o ciasnych tolerancjach.

Plating TypeTypical ThicknessPer-Side BuildupPrzyrost całkowity na średnicyThread Pitch Dia Impact
Cynkowanie (cienkie, 5 μm)5 μm+5 μm+10 μm (0.0004 in)Znikomy dla klasy 6g/2A
Cynkowanie (standardowe, 8–12 μm)8–12 μm+8–12 μm+16–24 μm (0.0006–0.001 in)Może powodować zbyt ciasne przejście wzornika przechodniego na gwintach 2A. Wymiaruj gwinty przed nałożeniem powłoki lub zastosuj nakrętkę 2B.
Cynkowanie (grube, 15–25 μm)15–25 μm+15–25 μm+30–50 μm (0.0012–0.002 in)Istotny. Należy zmniejszyć wymiary gwintów przed galwanizacją lub poprawić gwint po nałożeniu powłoki.
Cynk-nikiel (8–15 μm)8–15 μm+8–15 μm+16–30 μmJak w przypadku cynku przy równoważnej grubości. Trzeba to uwzględnić.
Niklowanie chemiczne (25 μm)25 μm+25 μm+50 μm (0.002 in)Istotny. Wymiaruj otwory z wyprzedzeniem, osłaniaj czopy łożyskowe.
Twarde chromowanie (50 μm)50 μm+50 μm+100 μm (0.004 in)Krytyczny. Zawsze szlifuj po twardym chromowaniu. Chrom osadzany jest z naddatkiem i szlifowany do wymiaru końcowego.
Chromowanie dekoracyjne (0.25 μm)0.25 μmznikomy samodzielnieNegligibleWarstwa podkładowa niklu (10–20 μm) jest tym, co dodaje grubości.
Cynowanie (8 μm)8 μm+8 μm+16 μmNiska twardość oznacza, że cyna może odkształcać się w gwintach -- kontroluj wymiary wzornikami ostrożnie.
Hard Chrome Grinding Twarde chromowanie prawie nigdy nie jest stosowane w wymiarze bezpośrednio po nałożeniu powłoki. Standardowy proces: nałożyć powłokę z naddatkiem 50–100 μm, a następnie szlifować do wymiaru końcowego. Zapewnia to precyzyjną kontrolę wymiarową i usuwa narośla powierzchniowe. Jeśli potrzebujesz twardego chromowania na wale, podaj na rysunku: "TWARDE CHROMOWANIE MIN. 0.002 IN, SZLIFOWAĆ DO WYMIARU OSTATECZNEGO".

Kompatybilne materiały

Nie każdy materiał podłoża dobrze przyjmuje powłoki galwaniczne. Najłatwiejsza jest stal węglowa. Aluminium, tytan i żeliwo wymagają specjalnej obróbki wstępnej. Galwanizacja niewłaściwego materiału bez odpowiedniego przygotowania skutkuje słabą przyczepnością, pęcherzami lub brakiem powłoki.

SubstrateCynkNickelChromeTinMiedźUwagi
Carbon steel (1018, 1045, A36)Najlepszy wybórDobraDobraDobraDobraStandardowe podłoże. Trawienie kwasowe oczyszcza powierzchnię, powłoka nakładana bezpośrednio. Nie wymaga specjalnego traktowania.
Alloy steel (4140, 4340, 8620)DobraDobraDobraDobraDobraJak stal węglowa, ale uwaga na kruchość wodorową. Wypiek po galwanizacji.
Stainless steel (304, 316)RarelyDobraDobraZ warstwą kontaktowąZ warstwą kontaktowąPasywna warstwa stali nierdzewnej utrudnia galwanizację. Wymaga kontaktowego niklowania Wolffa lub kontaktowej warstwy sulfamidowej w celu aktywacji powierzchni przed galwanizacją.
Copper / BrassPossibleDobraDobraDobraDobraCynk na miedzi ma słabą przyczepność. Najpierw zastosuj barierową warstwę niklu. Miedź galwanizuje się bezpośrednio.
AluminiumNoCynkowanie zanurzenioweCynkowanie zanurzenioweCynkowanie zanurzenioweCynkowanie zanurzenioweAluminium tworzy warstwę tlenkową natychmiast w powietrzu. Należy zastosować zanurzenie cynkujące (podwójne cynkowanie zanurzeniowe dla najlepszych efektów), aby uzyskać powierzchnię przyjmującą powłokę. Przyczepność jest głównym punktem awarii.
Żeliwo (szare, sferoidalne)DifficultDifficultDifficultDifficultDifficultWysoka zawartość węgla i grafitu powoduje nierównomierną powłokę, wżery i słabą przyczepność. Porowatość powierzchni zatrzymuje roztwór galwaniczny. Wymagane wydłużone trawienie kwasowe i specjalna kontaktowa warstwa miedzi. Nie każdy zakład galwanizuje żeliwo.
TytanNoProces specjalnyProces specjalnyProces specjalnyProces specjalnyTytan ma niezwykle stabilną warstwę tlenkową. Wymaga zastrzeżonej technologii obróbki wstępnej (np. aktywacja fluorkowa). Niewiele zakładów oferuje galwanizację tytanu. Zwykle się nie opłaca -- rozważ raczej anodowanie tytanu.
Odlew ciśnieniowy z cynku (Zamak)Wyłącznie cynkowanie cyjankoweZ kontaktową warstwą miedziZ kontaktową warstwą miedziZ kontaktową warstwą miedziDobraKwaśny roztwór do cynkowania atakuje podłoże z odlewu cynkowego. Należy stosować alkaliczną kąpiel cynkową (cyjankową lub bezcyjankową). Przed niklowaniem/chromowaniem zawsze stosuj najpierw kontaktową warstwę miedzi.
Aluminum Plating Reliability Galwanizacja aluminium jest możliwa, ale przyczepność jest jej chronicznym problemem. Nawet przy podwójnym cynkowaniu zanurzeniowym połączenie między podłożem aluminiowym a warstwą galwaniczną jest słabsze niż na stali. Cykle termiczne i udary mogą powodować złuszczenie powłoki. Jeśli aluminiowa część z powłoką będzie narażona na wahania temperatury lub wstrząsy mechaniczne, zweryfikuj przyczepność badaniami ASTM B571 (jakościowymi) lub ASTM B533 (ilościowymi) przed uruchomieniem produkcji.

Cost Drivers

Ceny galwanizacji różnią się w zależności od regionu, wielkości zakładu i wolumenu. Jednak względna struktura kosztów jest stała. Oto co realnie wpływa na cenę jednej części.

Cost FactorWpływDetail
Setup / Lot ChargeWysoki przy małych zamówieniachWiększość zakładów pobiera minimalną opłatę za partię ($30–150). Przy zamówieniu 10 sztuk koszt uruchomienia dominuje w cenie za sztukę. Przy 500 sztukach i więcej koszt galwanizacji jednej sztuki znacznie spada.
Plating MaterialModerateCynkowanie jest najtańsze. Cynowanie i miedziowanie mają umiarkowany koszt. Niklowanie, chromowanie i powłoki cynk-nikiel są drogie -- chemia kąpieli i anody metalowe więcej kosztują.
ThicknessModerateDłuższy czas galwanizacji = wyższy koszt. Standardowe cynkowanie (5–8 μm) to jedna cena. Żądanie 25 μm cynku wydłuża czas cyklu i może podnieść opłatę za partię.
Masking$1–10 za sztukęKażda maskowana strefa (gwint, otwór, powierzchnia) wymaga pracy ręcznej. Prosta maska taśmowa: $1–3. Precyzyjna korek-maska do otworu: $5–10. Wiele maskowanych stref szybko się sumuje.
Wypiek (kruchłość wodorowa)+$0.50–3 za sztukęDodatkowy cykl piecowy (4–23 godziny w 190 °C). Zwiększa nakład pracy i zużycie energii oraz opóźnia wysyłkę. Obowiązkowy dla części hartowanych -- nie opcjonalny.
RoHS Compliance+10–30%Chemie trójwartościowe kosztują więcej niż sześciowartościowe. Badania i dokumentacja zwiększają narzut. Wymaga tego większość europejskich odbiorców i klientów z sektora produktów konsumenckich.
Military / Aerospace Spec+20–50%MIL-DTL-5541, AMS 2410, QQ-P-416, or ASTM B633 compliance adds process control, testing, and documentation. Lot traceability requirements drive up cost.
Rush / Expedite+25–100%Standardowy czas realizacji galwanizacji: 3–7 dni roboczych. Ekspres zaburza harmonogram partii. Niektóre zakłady całkowicie odmawiają realizacji ekspresowych.
Part Size / WeightNiski do umiarkowanegoBardzo małe części wymagają specjalnych wieszaków (pomaga galwanizacja w bębnach). Bardzo duże części mogą się nie mieścić w standardowych wannach i wymagają dostosowanych wieszaków lub obróbki ręcznej.

Common Mistakes

MistakeConsequenceFix
Brak wypieku w specyfikacji dla części ze stali hartowanejOpóźnione pękanie pod obciążeniem. Części przechodzą kontrolę końcową, ale zawodzą podczas eksploatacji. Potencjalna odpowiedzialność za bezpieczeństwo, jeśli część jest konstrukcyjna lub nośna.Add "BAKE PER ASTM B850, 190 °C MIN, 4 HR MIN WITHIN 4 HR OF PLATING" to the drawing. This is non-negotiable for HRC 33+ steel.
Nieuwzględnianie grubości powłoki na gwintachŚruby z powłoką nie wkręcają się w nakrętki. Wzornik przechodni/nieprzechodni nie przechodzi. Gwinty są ciasne lub zatarzają się. Najgorzej przy cienkich częściach powlekanych (gwinty klasy 3B).Dla cynku o grubości 8–12 μm przyjmij 0.0003–0.0005 in na stronę na średnicy poglądowej. Zwiększ średnice gwintów wewnętrznych lub zmniejsz zewnętrzne przed galwanizacją. Albo wskaż poprawkę gwintów po nałożeniu powłoki.
Polecenie cynkowania na aluminiumKąpiel do cynkowania (kwaśna) rozpuszcza aluminiowe podłoże. Części wychodzą uszkodzone, wżarte lub całkowicie bez powłoki.Do ochrony przed korozją aluminium stosuj anodowanie lub powłokę konwersyjną. Jeśli galwanizacja aluminium jest wymagana, wskaż niklowanie chemiczne z cynkowaniem zanurzeniowym jako obróbką wstępną.
Calling out Cr6+ chromate for RoHS-restricted partsCzęści nie przechodzą kontroli wejściowej u klienta. Cała partia odrzucona. Kosztowna poprawka lub złom.Najpierw sprawdź wymagania klienta. Jeśli dotyczy RoHS, wskaż chromianowanie trójwartościowe (Cr3+) z warstwą uszczelniającą, aby osiągnąć wymagania co do mgły solnej.
Określenie twardego chromowania bez szlifowania po nałożeniu powłokiPowierzchnia jest chropowata, z naroślami i mikropęknięciami. Tolerancja wymiarowa niekontrolowana. Powierzchnia cierna nie spełnia oczekiwań.Zawsze podawaj w specyfikacji "NAŁOŻYĆ POWŁOKĘ Z NADDATKIEM, SZLIFOWAĆ DO WYMIARU OSTATECZNEGO" dla twardego chromowania. Chrom celowo osadzany jest z naddatkiem.
Galwanizacja żeliwa bez rozszerzonej obróbki wstępnejNierównomierna powłoka, pęcherze, słaba przyczepność, porowatość zatrzymuje roztwór powodujący wtórną korozję. Części wyglądają na powlekane, ale powłoka się łuszczy.Poinformuj zakład galwaniczny, że materiał to żeliwo. Żądaj rozszerzonego trawienia kwasowego i kontaktowej warstwy miedzi. Licz się z wyższym kosztem. Nie wszystkie zakłady dobrze radzą sobie z żeliwem -- zweryfikuj ich możliwości.
Określenie chromowania dekoracyjnego bez podkładu niklowegoSam chrom jest porowaty i prawie nie chroni przed korozją. Pęka przy niewielkim odkształceniu. Rdza prześwituje w ciągu dni na częściach pracujących na zewnątrz.Chromowanie dekoracyjne zawsze nakłada się na nikiel (a często najpierw na miedź). Standardowy układ: kontaktowa warstwa miedzi + nikiel (10–20 μm) + chrom (0.25 μm). Nikiel zapewnia barierę antykorozyjną.
Brak podanej grubości powłoki na rysunkuZakład stosuje swoją domyślną grubość, która może być zbyt mała dla Twoich wymagań korozyjnych lub zbyt duża dla Twoich tolerancji. Brak podstaw do odrzucenia części niezgodnych.Zawsze podawaj w specyfikacji: "CYNKOWANIE WG ASTM B633, TYP II, SC 2 (CHROMIANOWANIE ŻÓŁTE), 0.0005 IN MIN" lub równoważne. Grubość, norma i rodzaj chromianowania powinny znaleźć się na rysunku.
Opóźnienie wypieku o więcej niż 4 godziny po galwanizacjiWodór dyfunduje głębiej w stal. Wypiek staje się mniej skuteczny. Część wodoru zostaje trwale uwięziona. Ryzyko kruchości pozostaje.ASTM B850 wymaga wypieku w ciągu 4 godzin od zakończenia galwanizacji. Ustal logistykę z zakładem galwanicznym. Jeśli części muszą być wysłane do innego zakładu w celu wypieku, określ limit czasu w zamówieniu.
Nieuwzględnienie kosztu maskowania w wycenieCena jednostkowa jest wyższa niż oczekiwano, ponieważ nie uwzględniono pracy przy maskowaniu. Erozja marży na zamówieniu.Zidentyfikuj maskowane strefy podczas wyceny. Każda maskowana powierzchnia lub otwór to dodatkowe $1–10. Przy 5 lub więcej maskowanych strefach koszt maskowania może przewyższyć koszt galwanizacji.