Cromatura Pistoni Idraulici: Vantaggi e Svantaggi
La cromatura è un processo elettrochimico che si basa su una tecnica chiamata galvanostegia, sviluppata all’inizio dell’Ottocento da Johann Wilhelm Ritter. Questo metodo sfrutta reazioni di ossidazione e riduzione, in cui gli elettroni vengono scambiati tra materiali. Il processo si svolge all’interno di una cella elettrolitica, dove due elettrodi vengono inseriti nella soluzione: un catodo (l’oggetto da cromare) e un anodo, che solitamente è un metallo inerte.
Quando una corrente elettrica attraversa la soluzione, i cationi (ioni positivi di cromo) si spostano verso il catodo, dove avviene una reazione di riduzione: gli ioni di cromo acquisiscono elettroni e si trasformano in atomi di cromo metallico. Galvani nel 1791 inventò la pila che permise successivamente lo sviluppo della galvanostegia, cioè la deposizione di metallo sulle superfici conduttive.
I primi elettroliti per la Cromatura a livello industriale furono introdotti nella seconda metà del XIX secolo e perfezionati nei primi anni del XX secolo. A parte piccole variazioni nelle formulazioni degli elettroliti di cromatura, fino ai nostri giorni il componente base del bagno di cromatura è l’anidride cromica CrO3 definita acido cromico quando è in soluzione. Il Cromo in questo elettrolita è in forma esavalente ed i suoi sali si definiscono Cromati.
A causa della elevata tossicità del Cromo nella sua forma esavalente (Cr VI) vengono poste attualmente forti limitazioni al suo uso. Il cromo metallico invece, anche se depositato da bagni di Cromo esavalente, non ha limitazioni di utilizzo essendo inerte e anche la sua dissoluzione in ambienti aggressivi non è problematica in quanto si trasforma da Cromo zerovalente (Cr°) in Cr trivalente (Cr III) non tossico. A causa della pericolosità del Cromo esavalente, il regolamento REACh ha limitato il suo utilizzo ad aziende che abbiano ottenuto l’autorizzazione.
Per questo motivo, negli ultimi anni, sono stati sviluppati elettroliti che utilizzano Cromo trivalente, anziché Cromo esavalente, per la cromatura decorativa. Non esistono ad oggi alternative al Cromo esavalente per la cromatura dura a spessore. Le proprietà del Cromo metallico depositato elettroliticamente sono ben conosciute e l’utilizzo della cromatura è tuttora tra i più diffusi metodi per la protezione degli oggetti metallici dalla corrosione e dall’usura.
Tipi di Cromatura
La cromatura è tecnicamente distinguibile in due tipologie di rivestimento utilizzate per finalità diverse:
- La cromatura dura a spessore
- La cromatura decorativa
Cromatura Dura a Spessore
Mediante il processo di cromatura viene depositato direttamente su acciaio o su altro metallo base, uno strato funzionale di Cromo allo scopo di conferire una elevata durezza superficiale e proteggere il particolare da usura e corrosione. Il rivestimento di Cromo duro è molto diffuso, soprattutto su particolari di geometria semplice sottoposti ad usura abrasiva da scorrimento come steli di cilindri idraulici, oleodinamici, rulli di calandratura per cartiere o per grafica e tantissime altre applicazioni dove la durezza e la capacità di scorrimento del Cromo risultano insuperabili.
La cromatura dura viene depositata con spessori che possono andare da poche decine fino a centinaia di micron a seconda della gravosità dell’impiego. In applicazioni con elevati carichi di scorrimento o usura gravosa si deposita uno strato con spessore elevato e si procede a una successiva rettifica per permettere di rientrare nella rugosità e nelle dimensioni corrette, spianando le irregolarità del rivestimento.
Un limite abbastanza importante del bagno di cromatura è la sua scarsa penetrazione nelle zone di bassa densità di corrente. In altre parole, la corrente necessaria alla deposizione galvanica tende a depositare il Cromo sulle parti più esterne del pezzo da rivestire. Ne consegue che lo strato di Cromo risulta molto più spesso sugli spigoli esterni mentre è scarso se non addirittura inesistente nelle parti interne di un pezzo meccanico complesso.
Lo strato di Cromo quando è depositato a massima durezza è micro-fessurato con criccature diffuse e questa caratteristica, se da una parte riduce la resistenza a corrosione, dall’altra permette alle sostanze oleose di insediarsi nelle fessure, operando una continua leggera lubrificazione che risulta molto vantaggiosa nel caso di scorrimento su guarnizioni come nei martinetti idraulici.
La resistenza a corrosione è abbastanza buona anche se non risulta eccellente quando non è supportata da un rivestimento sottostante e ciò è dovuto alla micro-fessurazione dello strato che permette la corrosione del materiale base dopo poche ore di esposizione a nebbia salina.
Cromatura Decorativa
È la classica cromatura lucida dei rubinetti e dei particolari utilizzati a scopo decorativo, per l’aspetto lucido ed attraente che si ottiene sul particolare dopo trattamento. Viene anche detta Nichel-cromatura, in quanto si tratta di un duplice rivestimento, composto da un primo strato di nichelatura elettrolitica che conferisce levigatezza e brillantezza e un successivo strato di cromo, che dona un colore bianco-azzurro costante nel tempo e una resistenza ad abrasione da pulitura grazie alla sua durezza, permettendo così di mantenere la lucentezza del pezzo nel tempo.
Il Nichel-Cromo elettrolitico ha un costo ridotto ed un look decorativo e brillante, non eguagliato nell’estetica da altri trattamenti galvanici. Può soffrire di aderenza non eccellente sul metallo base e perciò, anche per la sua disuniformità di spessore, tipica di tutti i trattamenti galvanici, non viene quasi mai utilizzato per finalità funzionali su pezzi di meccanica di precisione.
Lo spessore della cromatura decorativa è solitamente di circa 10-15µm. La nichelatura elettrolitica ha uno spessore di circa 10 µm e la cromatura viene depositata con spessori molto bassi, mediamente intorno al micron.
Lo strato di cromo, essendo micro-fessurato non permette una buona resistenza a corrosione del materiale base e quindi viene in aiuto lo strato di nichel elettrolitico, che oltre a rendere il pezzo attraente grazie al potere brillantante e livellante del rivestimento, assolve al ruolo di proteggere il metallo base dalla corrosione.
Alternative alla Cromatura Tradizionale
Secondo gli esperti di ILT, l’EHLA è molto più rispettoso dell’ambiente rispetto alla cromatura poiché non vengono utilizzati prodotti chimici. Questi rivestimenti vengono applicati utilizzando un laser per creare una piscina di fusione, in cui viene immessa una piccola quantità di polvere. La polvere metallica viene poi depositata in uno strato sottile e coerente mediante un movimento tra il raggio laser e il componente.
Oltre al minimo impatto ambientale, altri vantaggi al processo includono un minor consumo di risorse, con l’EHLA si è in grado di depositare circa il 90 per cento dei materiali nelle aree giuste. “Con EHLA, possiamo impregnare il componente a velocità che sono dalle 100 alle 250 volte superiori a quelle usate nel sistema tradizionale di Deposizione di materiale laser”, commenta Backes.
“Inoltre, lo si può fare appena si riscalda. EHLA è già stato provato e testato nel settore privato. Ad esempio, la società olandese IHC Vremac Cylinders B.V. “Ciò rende possibili nuovi componenti che non si consumano più durante il ciclo di vita del prodotto. I tre ricercatori hanno ricevuto il premio Joseph von Fraunhofer del 2017 per il loro lavoro sull’ EHLA. Con un bilancio annuale di ricerca di oltre due miliardi di euro, la Fraunhofer Society è una delle più importanti organizzazioni di ricerca scientifica applicate in Europa.
Nichelatura Chimica: Un'Alternativa Valida
Già verso il 1844 fu descritta una formazione di Nichel metallo da una soluzione contenente Sali di Nichel e Ipofosfito. Si deve però arrivare agli anni del dopoguerra per definire un processo industriale per la deposizione di lega di Nichel-Fosforo da soluzioni contenenti Sodio Ipofosfito e Solfato o Cloruro di Nichel. Il primo processo industrialmente efficiente fu brevettato nel 1955 con il nome di Kanigen. Da allora, nonostante la composizione della soluzione di nichelatura chimica sia rimasta essenzialmente la stessa, le continue modifiche alla formulazione dei bagni di nichelatura chimica hanno reso il processo sempre più affidabile raggiungendo ad oggi livelli massimi di qualità e costanza delle caratteristiche superficiali.
La nichelatura chimica è un processo che deposita, sulla superficie del pezzo da trattare, un rivestimento a base di una lega di nichel fosforo, senza l’utilizzo di corrente. Si distingue dai processi elettrolitici proprio per l’assenza di una sorgente esterna di energia, permettendo di rivestire uniformemente tutte le superfici anche di pezzi con geometria complessa. Le caratteristiche superficiali conferite dalla nichelatura chimica sono l’uniformità di spessore, la resistenza a corrosione, la durezza e la resistenza a usura.
Il Nichel chimico può rivestire direttamente tutte le leghe metalliche di comune utilizzo nella meccanica (Acciaio, Acciaio Inox, Alluminio, Rame, Ottone), tranne le leghe di Zinco come la Zama che devono necessariamente essere ramate prima di procedere alla nichelatura.
Vantaggi della Nichelatura Chimica
- Uniformità di spessore: La deposizione avviene regolarmente su tutte le superfici del pezzo immerso, con una velocità costante permettendo di ottenere un deposito uniforme di lega Nichel-Fosforo.
- Resistenza a corrosione: Il grado di protezione è leggermente diverso tra i vari tipi di Nichel chimico ed è comunque superiore alla nichelatura e cromatura galvanica a parità di spessore.
- Durezza e resistenza a usura: Le leghe Ni-P hanno durezze che vanno da circa 500 HV a 700 HV con una ottima resistenza a usura, proporzionale alla durezza. Si possono ulteriormente indurire mediante un trattamento termico a temperature superiori a 250°C.
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