9.6 Химические способы нанесения покрытий

В промышленности применяют различные химические способы нанесения никеле­вых, хромовых, кобальтовых, никель-ко б альтовых и других упрочняющих покрытий. Процесс химического нанесения покрытий включает следующие операции: подготовку деталей к покрытию, нанесение покрытия на рабочие поверхности; термическую обра­ботку, механическую обработку для придания деталям необходимых размеров и чистоты ' поверхности. Готовят детали к химическому покрытию так же, как и к гальваническому.

9.19. Состав ванны и режимы нанесения химических покрытий

Состав ванны и режим обработки	Покрытие
	никелевое	хромовое	кобальтовое	никелевое
Состав ванны, г/л: хлористый никель хлористый кобальт гипофосфит натрия соль Рошеля оксиацетат натрия хлористый алюминий фтористый хром хлористый хром уксусная кислота (ледяная)	21 ... 30 - 10 ... 30 - 15 ... 20 - - - -	- - 8,5 - - - - 17	- 30 20 - 50 50 - - -	30 30 20 200 - 50 50 - -
Скорость осаждения, мкм/ч	15 ... 25	2,5 ... 3	15	15
Оптимальная температура, °С	90.. 93	71 ... 78	90 ... 99	90 ... 100
Количество щелочи для ней­трализации, г/л	4 ... б	10 ... 11	9 ... 10	8 ... 10

Примерный состав ванн и режимы нанесения покрытия химическим способом при­ведены в табл. 9.19.

После термической обработки покрытий при температуре 350 ... 400 “С прочность их сцепления с основным металлом детали, твердость и износостойкость возрастают в 1,5 раза и более. Прочность сцепления покрытия с основным металлом высокая, напри­мер, со сталью 10 свыше 300 МПа. Слой, наносимый химическим путем, сцепляется с углеродистыми сталями прочнее, чем с легированными ияи быстрорежущими.

Скорость осаждения упрочняющего металла зависит в основном от температуры ванны: с повышением температуры никелевой ванны от 50 до 90 °С скорость осаждения никеля возрастает примерно в 7 раз.

Химическое хромирование возможно только по подслою никеля толщиной более 1 мкм. Для нормальной работы в ванну через каждый час добавляют до 3 г/л гипофос­фита и до 3 мг/л уксусной кислоты и едкого натра. Катализаторами служат пластинки из железа, алюминия или других металлов, которые контактируют с обрабатываемыми де­талями. Для придания слою хрома более высокой твердости детали нагревают до темпе­ратуры 600 ... 800°С,азатем механически обрабатывают (обычно полируют).

Усталостная прочность деталей, покрытых никелем и прошедших отпуск при тем­пературе 400 °С, снижается на 30 - 45 %, а износостойкость их повышается в 2 - 3 раза. Несмотря на значительно больший расход реактивов, чем при гальваническом способе, химическое упрочнение никелем применяют для деталей топливной аппаратуры, силу- миновых корпусов гидравлических насосов, золотников и поршней гидравлических аг­регатов из дуралюмина Д1.

Химическое никелирование рекомендуется использовать для защиты деталей, ра­ботающих в условиях среднего и повышенного коррозионного воздействия, вместо мно­гослойных гальванических покрытий никель - хром и медь - никель - хром; это эконо­мит цветные металлы. Химический способ успешно применяют при покрытии никелем керамики, пластмассы и других диэлектриков для создания металлически проводящей IT поверхности. Такое никелирование применяют также для деталей из алюминия и его сплавов, титана и керамики, чтобы получить возможность паять их мягкими припоями. На некоторых предприятиях химическое никелирование позволило заменить доро­гие высоколегированные стали, работающие при температуре до 600 °С, менее легиро­ванными.

Термически обработанные никелевые покрытия вследствие их большой твер­дости, хорошей прирабатываемости, высокой износостойкости, возможности нанесения на различные детали сложного профиля должны найти широкое применение в машино­строении для повышения надежности и долговечности деталей машин.

Химическое хромирование применяют для упрочнения деталей машин и инстру­ментов. Таким путем целесообразно упрочнять режущие инструменты, предназначенные для работы с малыми стружками и повышенными скоростями резания, а также измери­тельные инструменты сложного профиля. Последние перед хромированием обезжири­вают и декапируют в 50 %-м растворе соляной кислоты. Хромированные химическим способом и затем нитроцементованные резцы не уступают по качеству алмазным рас­точным резцам. Химическое упрочнение особенно эффективно для деталей сложных форм, так как стоимость его не зависит от формы деталей.

Лакокрасочные покрытия. Применяют разнообразные лакокрасочные материалы, различающиеся по химическому составу, назначению и свойствам. Надежная и длитель­ная защита металла от коррозии и дерева от гниения достигается в том случае, если по­крытие сплошное, газо- и водонепроницаемое, обладает хорошей сцепляемостью с по­крываемой поверхностью, достаточной сопротивляемостью к механическим деформаци­ям и химическим воздействиям, сопротивляемостью истиранию, действию тепла, холо­да, солнечного света; часто к лакокрасочным покрытиям предъявляются требования по­вышенной стойкости против действия кислот, масла, бензина.

Для удовлетворения всех этих требований в машиностроении применяют много­слойные покрытия, каждый слой которых имеет свое назначение. Непосредственно на поверхность заготовки наносят слой грунта толщиной 15 ... 25 мкм. Он хорошо сцепля­ется с поверхностью и защищает ее от коррозии. На грунт наносят до четырех слоев шпаклевки, которая выравнивает дефекты поверхности (поры, царапины, углубления). Шпаклевка должна быть таердой, хорошо сцепляться с грунтом и поддаваться механи­ческой обработке (обычно шлифованию). На шпаклевку наносят краску или слой эмали, которые улучшают внешний вид изделий, а также повышают его твердость и сопротив­ляемость различным воздействиям. При отсутствии дефектов поверхности краску ихи эмаль можно наносить непосредственно на груит. Число слоев краски или эмали от двух до шести, толщина слоя 30 ... 80 мкм.

Технологический процесс окраски включает операции подготовки поверхности, на­несения грунта, шпаклевки, краски или эмали, сушки и обработки покрытия. Все опера­ции, связанные с подготовкой к окраске и окраской детали, механизированы или автома­тизированы. Трудоемкий и длительный процесс естественной или коллекционной сушки заменяют терморадиационной сушкой. Окраску кистью, окунанием или механическим распылением заменяют окраской распылением в электростатическом поле. Все это по­зволяет получать прочные слои краски, хорошо защищающие рабочие поверхности де­талей от внешних воздействий, повышает срок службы деталей, особенно из тонколи­стовых материалов. Испытания показывают, что при окраске в электрическом поле и сушке в терморадиационной камере детали и узлы более коррозионно-стойки, чем при обычных окраске и сушке.

Лакокрасочные покрытия постоянно совершенствуют, и область их применения расширяется. Например, в машиностроении их используют для защиты материалов, из­делий и оборудования, эксплуатируемых в условиях тропического климата. НИИтрак- торсельхозмаш установил, что лучшими защитными свойствами для сельскохозяйствен­ных машин, работающих в этих условиях, обладают алкидно-меламиновые эмали, син­тетические автоэмали и эмали О-ГФ-МЛ-4-2 зеленого цвета. Применение фосфатирую- щего грунта ВЛ-08 в сочетании с грунтом В-329 значительно улучшает стойкость по­крытий. Внедрение указанных эмалей и грунтов позволяет улучшить товарный вид ма­шин, повысить их защитные свойства и в 2 раза удлинить срок службы покрытий по сравнению с глифталиевыми эмалями.

Покрытие деталей пластмассами. Пластмассовые покрытия применяют для за­щиты от коррозии химической аппаратуры и других изделий, а также для выравнивания неровностей их поверхностей. По химической стойкости к действию самых агрессивных сред, таких, как концентрированные кислоты и окислители, многие пластмассы превос­ходят даже благородные металлы (золото и платину). Пленки пластмассы наносят на поверхности деталей машин вихревым или газопламенным напылением или облицовкой листовыми материалами. Для покрытия деталей газопламенным и вихревым методами пригодны только термопластичные материалы в виде мелкодисперсного порошка, кото­рый при нагреве переходит в вязкотекучее состояние без существенного разложения, а необходимые физико-механические и химические свойства приобретает после охлаж­дения.

Ниже указаны материалы, применяемые для покрытия деталей, и температура, °С заготовки перед напылением.

Полиэтилен:

высокого давления……………………………………………………………………………………...180…200

низкого давления……………………………………………………………………………………….200…220

Полипропилен………………………………………………………………………………………...…220…240

Фторопласт-3……………………………………………………………………………………………260…270

Фторопласт-4………………………………………………………………………...………………….280…300

Процесс нанесения напылением пластмасс аналогичен процессу металлизации на­пылением, отличаясь от него лишь нагревом заготовок до указанной температуры.

Защитные покрытия обычно делают многослойными. Толщина покрытия зависит от назначения детали и напыляемого материала. При использовании полиэтилена хоро­шую защиту от коррозии дает покрытие толщиной 0,25 ... 0,35 мм, при использовании фторопласта-3 - покрытие толщиной 0,18 ... 0,25 мм. Чтобы придать поверхности шеро­ховатость, необходимую для лучшего сцепления с покрытием, и очистить ее от окалины, поверхность подвергают дробеструйной обработке, после чего очищают от пыли, масля­ных плтен и других загрязнений, а затем фосфатируют. Поверхности заготовки, не под­лежащие покрытию, защищают металлической фольгой, жестью и другими материала­ми, а отверстия закрывают пробками. Перед напылением заготовки нагревают (до тем­пературы на 30 ... 50 °С выше температуры плавления пластмассы) в шкафу, обогревае­мом газом или электричеством, до температуры 400 °С. Сильный перегрев заготовки приводит к разрушению пластмасс.

Влажность порошка для напыления должна быть не более 0,3 %, размер зерна не более 0,2 мм. Для окраски порошком полиэтилена в него добавляют I - 1,5 % пигмента и 1,5 - 4,0 % двуокиси титана и перемешивают в шаровой мельнице до получения одно­родного цвета (в течение 40 ... 60 мин.). Методом вихревого напыления можно наносить и многослойные покрытия. Для этого рядом с нагревательным шкафом располагают две установки для напыления, содержащие соответствующие порошки, и напыляют слой сначала одного, а затем другого порошка. Оплавление и охлаждение обычные.

Вихревым и эжекционным напылением можно покрывать детали из различных ме­таллов и их сплавов (сталь, чугун, алюминий), из керамики и других материалов, вы­держивающих нагрев до температуры 300 - 500 °С (табл. 9.20).