Alumiinin passivointi on kemiallinen pinnanmuutosprosessi eli konversiopinnoite, jossa alumiinin pintaan muodostetaan reaktiopinnoitekerros. Menetelmällä pyritään hidastamaan alumiinin pinnan reagoimista erilaisille ympäristörasituksille. Passivointi parantaa alumiinin korroosionkestävyyttä sekä se tarjoaa hyvän tartuntapinnan jatkokäsittelyille, kuten maalaamiselle ja liimaamiselle. Passivointia saatetaan kutsua myös nimellä kromatointi. Erilaisia alumiinin passivointeja ovat mm. Iridite NCP, SurTec 650 ja Alodine. Vaihtoehtoja passivoinnille ovat mm. mekaaninen esikäsittely, tinaus, kemiallinen nikkeli ja anodisointi.
Korroosion estäminen ja muut käyttötarkoitukset
Passivointia hyödynnetään monissa eri teollisuuden kohteissa esimerkiksi ajoneuvo-, sähkö-, rakennus-, ilmailu- ja elektroniikkateollisuudessa. Menetelmää käytetään laajasti mm. elektroniikassa, koska passivointi ei haittaa juurikaan kappaleen sähkönjohtavuutta, mutta tarjoaa korroosionsuojaa. Passivointi voi olla osa esikäsittelyprosessia tai sitä voidaan käyttää pinnan viimeistelyyn. Esimerkiksi passivointia voidaan käyttää esikäsittelynä jauhemaalaukselle, koska se tarjoaa hyvän tartuntapinnan.
-
- Alumiinisia osia käytetään paljon elektroniikassa niiden sähkönjohtavuuden takia. Korroosiota vastaan voidaan osat passivoida.
-
- Alumiinin passivointi ei juurikaan heikennä alumiinin sähkönjohtavuutta ja siksi se on hyvä pinnoite elektroniikkaan.
-
- Elektroniikan alumiiniset komponentit ja kotelot voi olla passivoituja.
Alumiinin passivointi ja alumiiniseokset
Alumiinin passivointi soveltuu niin puhtaalle alumiinille kuin alumiiniseoksillekin. Alumiinin passivointi suoritetaan yleisesti kastolla omassa altaassaan eli kukin käsittelyä tarjoava toimija määrittelee itse käsiteltävän kappaleen maksimimitat. Mahdollisesti passivointi voidaan tehdä myös ruiskuttamalla, sivelemällä, pyyhkimällä, kaatamalla tai levittämällä rullan avulla. Ennen passivointia alumiinit puhdistetaan epäpuhtauksista ja poistetaan luontainen oksidikerros. Passivointi toteutettiin aikaisemmin kuuden arvoisella kromilla, mutta sen myrkyllisyyden takia käyttöä on rajoitettu. Passivointia kutsutaankin kromin takia myös kromatoinniksi. Nykyisin passivointi voidaan toteuttaa eri kemikaaleja hyödyntäen ja löytyy monta kromitonta vaihtoehtoa sekä kolmen arvoista kromia, joka ei ole niin haitallista kuin kuuden arvoinen kromi. Yleisimpiä kauppanimiä alumiinin passivoinnille ovat mm. Iridite NCP, SurTec 650 ja Alodine.
Kauppanimet
Alumiinin passivointia myydään tuote- tai kauppanimien alla. Tuotenimiä samalle menetelmälle voi useita eri valmistajilla. Tunnetuimpia tuotteita ovat mm. Iridite, Alodine ja SurTec.
Iridite on MacDermidin tuotesarja, joka tarjoaa alumiinin konversiopinnoitteita. Esimerkiksi Iridite NCP on kromiton konversiopinnoite, joka sisältää alumiinia, fluoria ja happea. Tuote soveltuu korroosionestoon elektroniikalle sekä esikäsittelyksi mm. maaleille. Iriditellä toteutetun passivoinnin sävy riippuu kerrospaksuudesta. Sävy on aina melko huomaamaton ja se voi olla kirkas, sinertävä, punertava tai pronssinen.
Alodine on Henkel-konsernin konversiopinnoitesarja, jossa on niin kromittomia kuin kromillisia tuotteita. Alodine tunnetaan myös Bonderite -tuotemerkillä. Esimerkiksi Alodine 600 sisältää kuuden arvoista kromia, kun taas Alodine 5200 on kromiton vaihtoehto. Tuotteilla hento sävy voi olla kellertävä, kultaiseen viittaava tai täysin kirkas.
SurTec on pinnoitesarja, joka tarjoaa eri vaihtoehtoja myös alumiinin passivoinnille. Esimerkiksi SurTec 650 on kolmen arvoista kromia sisältävä konversiopinnoite, joka soveltuu elektroniikkaan sekä ilmailuteollisuuden käyttöön. Tuote tarjoaa korroosionkestävyyttä ja hyvä tartuntapinnan maaleille sekä SurTec 650 omaa pienen sähkövastuksen alle 5 mΩ.
Tekniset tiedot ja vertailu
Alumiinin passivointikerroksen paksuus on nanometriluokkaa. Passivointi ei eristä kappaletta kuten esimerkiksi anodisointi, vaan pinta on edelleen sähköä johtava. Osa passivointikerroksista ei heikkene lämpötilan noustessa jopa 350℃ asteeseen. Taulukossa alla on vertailtu pinnoittamatonta alumiinia, passivoitua alumiinia ja anodisoitua alumiinia.
| Alumiini | Passivoitu pinta | Anodisoitu pinta | |
|---|---|---|---|
| Sähkönjohtavuus | Erinomainen | Hyvä | Eriste |
| Korroosionkesto | Pistekorroosio | Hyvä | Erinomainen |
| Ulkonäkö | Harmaa, metallinen | Kirkas, kellertävä, vihertävä | Harmaa, sävytettävissä |
| Kerrospaksuus | – | 0,25 – 1 µm | 0,5 – 25 µm |
| Hinta | € | €€ | €€€ |
Alumiinin passivointi suunnittelun ja valmistuksen kannalta
Yleisesti alumiinin passivointi toteutetaan pinnoituslinjalla, jossa passivoitavat tuotteet ripustetaan ja suoritetaan kasto passivointialtaaseen. Passivointikäsittely voidaan suorittaa kaston sijaan myös ruiskuttamalla. Passivointikäsittely voi täyttää MIL-5541 sekä MIL-DTL-81706 standardien vaatimukset. Käsittely tekee alumiinituotteesta entistä monikäyttöisemmän ja kestävämmän, mikä lisää tuotteen käyttömahdollisuuksia ja -ikää.
Alumiinin passivoinnin vaatimukset ja rajoitteet
Alumiinin passivointi ei sovellu aivan kaikenkokoisille kappaleille, vaan prosessia rajoittaa mm. allaskoko, jossa passivointi suoritetaan. Suuremmille kappaleille voidaan passivointi tehdä mm. ruiskutuksella. Käsittelyä tarjoavat toimijat määrittelevät käsiteltäville kappaleille maksimikoon. Passivointeja tehdään alumiinin lisäksi myös muille materiaaleille kuten sinkki, kadmium, kupari, hopea, magnesium ja tina.
Alumiinin passivoinnin toleranssit
Alumiinin passivointi on mittatarkka prosessi. Muodostunut passivointikerros on hyvin ohut, yleisesti noin 250-1000 nm. Alumiini passivointi suoritettiin aikaisemmin kuuden arvoisella kromilla, mutta sen myrkyllisyyden takia sen käyttöä on rajoitettu. Passivointi voidaan toteuttaa nykyisin esimerkiksi happamalla kolmen arvoisella kromikylvyllä, fosfaatti-, titaani- tai zirkoniumpohjaisilla kylvyillä.
Alumiinin passivoinnin ulkonäkö
Erilaisten passivointien kautta saadaan aikaan hieman erilaisia pintakerroksia. Yleisesti alumiinin passivointikerros on ohut, mikä helpottaa kappaleiden suunnittelua. Väriltään pintakerros voi olla lähes väritön. Alumiinin passivointia käytetään usein esikäsittelynä haluttaessa maalata alumiinisia kappaleita. Kannattaa kuitenkin huomioida, että pintakerros irisoi jonkin verran erilaisiin väreihin. Passivointikalvossa voi ilmetä myös värivirheitä, jotka eivät vaikuta pinnan toiminnallisuuteen.
Alumiinin passivoinnin jatkokehitelmien mahdollisuudet
Alumiinin pintakäsittelyt kehittyvät jatkuvasti uusien materiaalien kehityksen sekä lakien myötä. Vaihtoehtoisia tulevaisuuden pinnoitteita alumiinille ovat mm. plasmakäsittely, laserkäsittely, silaanipinnoite, grafeeni, sooli-geeliprosessi, fosfaattikonversiopinnoite, Ti-Zr-konversiopinnoite ja ALD (Atomic Layer Deposition).
Jatkokäsittelyt ja menetelmät
Passivoitua alumiinia voidaan käyttää sellaisenaan tai alumiinia voidaan passivoinnin jälkeen jatkokäsitellä eri tavoin. Passivointi tarjoaa hyvän tartuntapinnan ja pinta voidaan esimerkiksi maalata tai liimata.
Alumiinin passivoinnin kestävyys tai soveltuvuus eri olosuhteissa ja ympäristöissä
Passivoimalla alumiinipinnasta saadaan erityisen kestävä. Käsitelty pinta kestää hyvin sekä korroosiota että lämpimiä olosuhteita. Alumiini on jo sellaisenaan melkoisen korroosionkestävää, mutta pintaa passivoimalla voidaan tätä ominaisuutta vahvistaa entisestään. Passivointikerros ei kestä voimakkaasti emäksisiä olosuhteita tai hapettavia happoja.
Piirrosmerkinnät ja määrittelyt
Alumiinin passivointikäsittelyistä käytetään monenlaisia kaupallisia nimiä. Esimerkiksi Alodine, Iridite NCP ja SurTec 650 viittaavat alumiinin passivointiin. Alumiinin passivointiin viittaavia standardeja on olemassa useita, kuten MIL-DTL-5541 ja SFS-EN-12487. Passivointia käytetään myös esikäsittelynä ja se voidaan merkitä esimerkiksi maalausjärjestelmään omalla koodilla tai nimellä.
Esimerkki merkinnöistä
MIL-DTL-5541 merkitään passivoituun alumiinikappaleeseen selkein kirjaimin ja numeroin. Kauppanimiin viitattessa on suositeltavaa mainita vastaavuus kuten esimerkiksi “Aluminium passivation SurTec650 or equivalent”.