Потемнение металлических деталей: в чем была причина и какие исследования проводились
Специалисты Испытательного центра ЦНИИПСК-ТЕСТ часто сталкиваются с непростыми задачами заказчиков в области металловедческой экспертизы. Иногда приходится изучать все стадии производства, чтобы понять возможные предпосылки возникновения дефектов или разрушения металлических объектов.
Новый кейс ЦНИИПСК им. Мельникова связан с элементом крепления из цинкового литейного сплава с гальваническим цинковым покрытием. Проблема заключалась в том, что образцы деталей с серебристой блестящей поверхностью темнели через несколько месяцев после их изготовления. Условия хранения не являлись причиной изменения цвета, поэтому для поиска ответа на поставленную заказчиком задачу необходимо было изучить всю технологию изготовления деталей, а затем, состояние каждого слоя защитного покрытия.
Для исследования заказчиком были представлены образцы крепления без потемнения и с потемневшей поверхностью. Детали имели электролитическое цинковое покрытие с хроматированным слоем и слоем герметика (лака).
Исследование началось с металлографического анализа микроструктуры покрытия на оптическом микроскопе НЕОФОТ 32. Для сохранения краевой зоны поверхности образцы заливали в компаунд. В результате было установлено, что на светлых образцах покрытие соответствует заявленной технологии и состоит из цинкового слоя, хроматированного слоя и слоя лака. На образцах с потемневшей поверхностью хромированный слой на нескольких участках покрытия отсутствовал. Кроме того, в микроструктуре цинкового слоя были найдены повреждения в виде микротрещин и пор. В поверхностном слое наблюдались бесструктурные отложения. Слой лака на шлифе четко не выделялся, как структурная составляющая, так как он имеет схожий с компаундом показатель отражения.
Исследование покрытия методом энергодисперсионного рентгеноспектрального анализа (ЭДРС-анализа) на электронном растровом микроскопе подтвердили отсутствие хрома на некоторых участках цинкового покрытия образцов с темной поверхностью. На этих же образцах в локальных зонах обнаружено присутствие ионов хлора, как по толщине цинкового слоя, так и на поверхности со стороны лакового слоя. Кроме того, обнаружены также элементы щелочной группы: калий, натрий, которые свидетельствуют о нарушениях при промежуточных операциях промывки образцов при нанесении покрытий.
Для исследования состояния лакового слоя был применен метод platinum sputter coating – напыления проводящего металла – платины, для создания проводящего покрытия, так как лак – диэлектрик, и при оценке его состояния на электронном растровом микроскопе из-за накопления заряда изображение покрытия искажается. Нанесение тонкого слоя платины снимает этот заряд и позволяет изучать реальную поверхность и делать практические выводы.
В результате исследования лакового слоя методом напыления платиной установили, что на потемневших деталях наблюдаются многочисленные микротрещины, возникшие в результате растрескивания лака, в то время как поверхность светлых деталей имеет муаровый узор, характерный для лакового покрытия.
Исследования, проведенные в испытательном центре ЦНИИПСК-ТЕСТ, позволили сделать вывод о том, что потемнение поверхности образцов связано с коррозионным процессом, так называемой подповерхностной коррозией, возникшей при нарушении сплошности (равномерности) лакового слоя. Через микротрещины в лаковом слое кислород и конденсат влаги получили доступ к оголенному цинковому покрытию в результате чего и запустился процесс электрохимической коррозии. Продукты коррозии скапливались под лаком и в микротрещинах, изменяя цвет поверхности элементов крепления. Присутствие хлорид-ионов на поверхности образцов усугубляло этот процесс.
