The production cycle is eventually completed by additional treatments or processes, which allows the die caster to offer not only die cast parts, but also finished goods. This can also happen through to the cooperation with external, specialized partners.

More specifically, this post will deal with chrome plating and painting of zinc die castings.

Chrome plating

A zinc die cast for chrome plating is characterized by peculiar aesthetical and metallurgical features that make it technologically very interesting.
This surface treatment allows achieving a great variety of finishes (shiny, matt, pearly and so on, also thanks to particular pre-treatments) and colors, which deeply influence aesthetical characteristics of part. It also gives to the die casting an increased corrosion and wear resistance.
Being able to successfully chrome plate a component is however quite complex. Given the high reactivity of zamak when exposed to acidic baths typical of galvanic electrochemical processes, any surface imperfection or inhomogeneity will be amplified and will result in defects. In turn, the latter will hinder the die cast’s final appearance and functional properties.
The required surface condition is often obtained by means of an additional polishing process. However, it is crucial to avoid removing the fine-grained region of the die cast part.
Hence chrome plating is one of the most challenging surface treatments that can be applied to a zamak die cast part – it is fundamental to carefully design both the mold and the die casting process, which must be exceptionally stable. Co-design of the galvanic process also represents an important added value and helps to obtain a high-quality chrome plated die cast component.

Aesthetic and functional purposes of a chromed die cast

As mentioned, this surface treatment might be applied for two different purposes: decorative and functional. While they are not necessarily independent, a distinction can be made between the two processes.
Decorative chrome plating requires the deposition of three different metallic layers on the zamak surface. Firstly, copper (alkaline and acidic) is deposited to provide a homogeneous surface; it is then followed by nickel deposition, which provides the part with corrosion resistance and a shiny finish. Finally, a thin chromium flash is applied.
In functional, or hard chromium plating, on the other hand, a thick chrome layer is deposited directly onto the zamak substrate. Thickness can be greater than 15 microns, while in decorative plating it is usually 0.2 microns. After deposition, the surface will be dull and grey, with strong corrosion and wear resistance.

Let us now introduce some particular defects that can be found on chrome plated die cast parts. There follows a brief analysis of their causes and the possible solution strategies, both in the die casting and chrome plating processes. More specifically, the defects analyzed are the following:

• Pores
• Delamination
• Grooves

Pores

A very common defect are pores (or pits), which appear as small circular craters (with a diameter of up to 0.5 mm). Usually they are caused by gas bubbles, which originate during electrodeposition and that are not correctly evacuated.

They can depend on porosities in the zamak substrate, on an incorrectly prepared surface (with inadequate wettability) and/or on an incorrect plating rack design.

To avoid them, it is fundamental to optimize mold design, reducing (and eliminating) filling and thermoregulation inhomogeneities. It is crucial that die casting process be thermally stable. Lastly, plating racks should be designed correctly, so as to take into account the particular geometry of the component.

Delamination

Another common defect is the lack of adherence between deposited layers, also called delamination. It appears in the form of soft “bubbles” on the surface.

It is caused by porosities trapped in the zamak substrate or by corrosion phenomena which might take place between the layers.

A thorough analysis of porosity distribution on the die casting surface is fundamental to understand how to improve the mold and the production process, and plays a key role in the optimization of polishing operations to prepare the surface.

It is also very important to guarantee stability of the conditions of the galvanic baths. This can be obtained through a decrease in time intervals between each phase to minimize corrosion.

Grooves

Finally, it is worth mentioning the appearance of grooves (or furrows) on certain surfaces. They might be mistaken for scratches due to improper handling and their origin is most likely related to an inhomogeneous galvanic deposition process. As a consequence, the latter does not completely fill the marks left on the surface by polishing operations.

Although this defect is not directly dependent on the die cast part, this example highlights the importance of a vertical approach to die casting in improving the quality of the finished good. A more homogeneous surface (e.g. with less cold shuts) will require lighter polishing, thus limiting the onset of the issue.

Painting

A further type of surface treatment is painting. Similarly to chrome plating, on the one hand the application of a layer on a die cast surface gives an increased resistance to corrosion and wear. On the other, it plays a key role in the definition of the final visual features of the product, i.e. color and texture. Painting fulfills therefore a twofold purpose – aesthetical and functional. Even if a less homogeneous surface condition is allowed respect to chrome plating (no surface polishing process is required before applying the paint), a painted zinc die cast part has its own specific requirements and defects.

Painting at its different processes

One of the most common painting processes is spray painting, during which wet paint is applied to the part with a spray gun. Powder coating consists in the application of paint to the part as a powder layer. The paint is then cured at high temperature to obtain a thick, durable coat. Finally, cathaphoresis painting is an electrochemical process in which paint is deposited onto the part by dipping it in proper baths (as in galvanic processes). This way, the whole surface can be covered (and thus not only the areas that can be reached with a gun).

Typical defects of painted die casts

The most common defects that can occur in a painted die cast are the following:

• Orange peel
• Cratering
• Blistering

Orange peel

One of the most common painting defects is an irregular surface, also called orange peel, which is a consequence of an excessive amount of paint deposited on the surface, or by an excessively small distance between part and spray gun.

This issue can be resolved mainly through a correct definition of painting process parameters (if necessary through process automation). Improving the die cast surface quality might also help reducing the required amount of paint, thus avoiding the defect.

Cratering

Another frequent defect is cratering, which appears in the form of small dots (craters, 0.2-0.4 mm) where paint does not attach to the lower surface. This lack of adherence is usually due to contamination caused by:

• Oil residuals on the zamak surface,
• Silicone additives in painting products

A statistical approach to process analysis, with a structured experimental plan, allows to better understand a complex phenomenon which involves two different technologies. By identifying the physical variables that influence defect formation, it is possible to optimize the whole process in order to produce compliant parts.

Blistering

Finally, it is worth to mention blistering, i.e. gases or air trapped in the die cast part that might expand during paint curing at high temperature, resulting in “bubbles” – rigid deformations of the part surface.

To avoid this kind of defect, it is fundamental to optimize the mold filling process by adopting the most suitable gate design. This will help to minimize turbulences, which may in turn lead to air trapping. This can also be achieved through the adoption of CFD (Computational Fluid Dynamics) simulation software.

In addition, the adoption a vacuum die casting system strongly helps to reduce the presence of this defect.

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Per prima cosa, è importante distinguere tra finiture superficiali e trattamenti superficiali: le prime indicano la texture della superficie, ad esempio se risulta liscia o ruvida al tatto, mentre i secondi identificano tutti quei processi industriali mirati a modificare la texture della superficie.

I trattamenti superficiali includono diversi processi industriali che possono modificare la superficie di un oggetto, prodotto o componente al fine di ottenere o migliorare una sua proprietà o caratteristica. Ad eccezione dei componenti fatti di metallo nobile, quasi tutte le parti in metallo necessitano di un trattamento dopo la produzione. Diversi trattamenti possono essere scelti per diversi motivi: per migliorare l’estetica di un prodotto, per migliorarne la resistenza chimica, la resistenza alla corrosione o all’usura, per migliorarne o modificarne la conduttività elettrica, per rimuovere le bave ed altri difetti o per modificare la texture della sua superficie.

A volte più trattamenti possono essere applicati contemporaneamente, per ragioni estetiche o funzionali: ad esempio, per ottenere un miglior risultato, trattamenti estetici come la cromatura o la verniciatura sono solitamente preceduti da speciali trattamenti preparatori. Ci sono diverse di tecniche di lavorazione: alcune possono essere utilizzate come trattamento conclusivo, mentre altre sono utilizzate per preparare la superficie per lavorazioni secondarie. La scelta del trattamento dipende dal design del prodotto e dalle richieste del cliente. Grazie a questo tipo di lavorazione, è possibile prevenire difetti superficiali causati da agenti esterni che potrebbero danneggiare il componente.

Un altro motivo per applicare un trattamento superficiale è di migliorare la funzionalità del componente: ad esempio, le lavorazioni meccaniche sono utilizzate non solo per limare i bordi taglienti, ma possono anche aumentare la ruvidità per garantire una più facile presa su maniglie e altri componenti simili.

Come abbiamo detto in precedenza, la maggior parte dei prodotti in metallo richiede dei processi di finitura: la maggior parte dei pressofusi di alluminio, magnesio e zinco riceverà almeno un trattamento post-fusione, a seconda delle specifiche di durabilità, protezione ed estetica.

Uno dei processi più comunemente utilizzati nella pressofusione è la sbavatura: le bave sono estremamente comuni e a causa della loro affilatezza costituiscono un pericolo per gli operatori. Ci sono diverse tecniche per rimuovere le bave, dalla sbavatura manuale alla sbavatura termica, effettuata tramite macchinari appositi. La sbavatura è spesso seguita da un rivestimento di conversione per rimuovere ogni traccia di olio, di agenti rilasciati dal pressofuso e di altri contaminanti.

Il processo di rivestimento di conversione consiste nel creare una protezione sul componente in metallo, attraverso la reazione della superficie con un composto chimico. Questo rivestimento è utilizzato per lo più come preparazione e primer per la verniciatura finale, ma può essere utilizzato come finitura definitiva in alcuni casi, soprattutto per i componenti funzionali che una volta assemblati saranno nascosti alla vista: l’uso di un solo trattamento permette di ridurre notevolmente i costi.

Tuttavia, talvolta anche i componenti strettamente funzionali possono richiedere più di un trattamento: quando ci sono delle specifiche funzionali, come la protezione dalla corrosione e la dissipazione del calore, è raccomandato l’uso di una combinazione di rivestimenti di conversione e funzionali per andare incontro alle necessità del cliente.

Per ottenere il miglior risultato ed evitare di scoprire dopo la stampata che un componente non è adatto ad essere sottoposto al trattamento richiesto, è consigliabile consultare un fornitore già in fase di design del prodotto, come vedremo nella prossima parte del post.

I vantaggi della collaborazione per i trattamenti superficiali

Le tecnologie odierne permettono di ottenere prodotti pressofusi con finiture superficiali eccellenti. Per ottenere i migliori risultati e gestire i costi, è essenziale conoscere in anticipo ogni lavorazione che dovrà essere applicata al prodotto. L’applicazione di trattamenti superficiali ai pressofusi implica diverse variabili: la previsione di eventuali problemi e l’identificazione delle possibili soluzioni permette di migliorare il tempo produttivo e di aumentare il risparmio, garantendo allo stesso tempo la qualità richiesta.

Nella produzione industriale, ogni prodotto è definito da precise specifiche e la finitura superficiale dipende da requisiti funzionali o estetici. Anche se l’aspetto di maggior peso nel design del prodotto è sempre lo scopo finale del componente, è necessario tenere a mente che la forma e le geometrie del prodotto possono influenzare la buona riuscita del trattamento superficiale, causando anche difetti visibili.

Per questo motivo la collaborazione tra cliente e fornitore dovrebbe essere costante in ogni fase dello sviluppo del prodotto tramite un’attività di co-design, per individuare le criticità delle forme e ottenere un processo più semplice e definito. Questo permette, ad esempio, di attuare le necessarie modifiche delle superfici, dei bordi e dei punti di montaggio, per ottenere prodotti che richiedono una preparazione superficiale minima prima dell’applicazione del rivestimento finale. Le modifiche del progetto non sono sempre possibili, ma, se attuabili, possono portare a dei miglioramenti consistenti della qualità della finitura superficiale.

Come detto precedentemente, è consigliabile definire i trattamenti post-fusione durante la stesura del progetto. Infatti, le caratteristiche strutturali del prodotto hanno un impatto diretto sull’applicazione di un rivestimento: ad esempio, la presenza di canali e cavità sul componente potrebbe causare sverniciature. Se vuoi saperne di più sull’argomento, puoi leggere questo post.

Una collaborazione tra il fornitore di pressofusi e il cliente può quindi migliorare non solo le lavorazioni post-fusione, ma anche i trattamenti superficiali definitivi, sia di natura funzionale che estetica, come la galvanica o la verniciatura.

Suggerimenti pratici per migliorare i risultati

Come detto nei paragrafi precedenti, ci sono diverse precauzioni che possono aiutare ad ottenere risultati di finitura migliori. Qui sotto elencheremo alcuni accorgimenti che possono essere messi in atto prima dello stampaggio per ottenere vantaggi concreti in termini di design del prodotto e finitura. Questi suggerimenti permettono di semplificare le procedure, tagliando i costi di produzione e finitura.

Linee di divisione

Le linee di divisione sono una delle conseguenze inevitabili della pressofusione: nel punto in cui si congiungono le due metà dello stampo, si formerà una linea di divisione. Una consultazione preventiva con il fornitore sulle necessità estetiche assicura un posizionamento adeguato delle linee divisorie, nascondendo i bordi visibili e di eliminare la necessità di lucidatura post-fusione.

Svasature

Per assicurare l’integrità dei bordi dei fori maschiati, le filettature principali possono essere protette dalla sbavatura o lucidatura tramite svasature o lamature posizionate sui fori del pressofuso prima delle lavorazioni.

Spessore delle Pareti

Quando necessario e applicabile, lo spessore delle pareti può essere aumentato sulle protuberanze per evitare raschiature sulle aree verniciate circostanti.

Nervature di rinforzo

Delle nervature di rinforzo ben progettate permettono di migliorare il riempimento dello stampo e di evitare i segni di risucchio sulle superfici. Protuberanze corte e massicce ottimizzano il flusso del metallo e assicurano l’integrità della configurazione.

Raggio

Utilizzare il massimo raggio possibile per tutti gli angoli interni ed esterni migliora il riempimento delle cavità e rende possibile raggiungere tutta la superficie della parte con strumenti di sbavatura a vibrazione.

Housing

Un buon design degli angoli dell’housing possono assicurare un riempimento complete delle cavità e l’integrità degli angoli.

Superfici texturizzate pressofuse

Durante la costruzione dello stampo, si possono produrre superfici texturizzate su alcune aree selezionate del componente, attraverso una particolare preparazione dello stampo.

Questi sono solo alcuni dei suggerimenti più comuni per migliorare il risultato finale dei processi di finitura superficiale e per ridurre gli sprechi durante la pressofusione, ma un fornitore esparto potrà sicuramente suggerire la soluzione più adatta per ogni prodotto. Dal momento che ci sono diverse variabili da tenere in considerazione a seconda del prodotto, sarebbe impossibile fornire dei suggerimenti universalmente applicabili, dal momento che ogni caso merita particolare attenzione.

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