Н
Е М Е Т А Л Л И Ч Е С К И
ЕМ е т а л л и ч е с к и е
АНОДНЫЕ
КАТОДНЫЕ
НЕОРГАНИЧЕСКИЕ
ОРГАНИЧЕСКИЕ
Силикатное
эмалирование
Лакокрасочное,
полимерное,
смазкой
Гальваническим путём Напылением
Меднение,
никелирование,
хромирование,
цинкование,
лужение,
серебрение,
золочение
Алитирование,
меднение,
лужение,
никелирование,
кадмирование
Оксидирование,
фосфатирование,
анодирование,
пассивирование,
эматалирование
ОКСИДНЫЕ
Погружением
в расплав
Плакированием
Диффузионная
металлизация
Цинкование,
лужение,
свинцевание,
алюминирование
Алитирование,
никелирование,
меднение,
латунирование
Алитирование,
хромирование,
силицирование,
борирование
Рис. 9.1. Схема классификации защитно-декоративных покрытий,
применяемых для металлических изделий
изменениям структуры основного металла; хорошая отражательная способность (зеркальность) покрытия; экономное расходование покровного металла.
Недостатками следует считать невозможность регулирования толщины покрытия на изделиях сложной формы, относительную длительность процесса, высокий расход электроэнергии. Кроме того, качество и пористость покрытия существенно зависят от качества подготовки исходной поверхности, чистоты электролита и плотности тока [9].
Гальваническим методом на поверхность металлических изделий можно наносить медь, никель, хром, цинк, олово, серебро, золото, родий.
Меднением на поверхности стальных деталей получают покрытие катодного действия, красновато-коричневого цвета, мягкое, пластичное, с низкой твёрдостью и прочностью. Его обычно применяют в качестве промежуточного слоя при нанесении на сталь хрома и никеля (при непосредственном осаждении хрома и никеля на стальную поверхность повышается пористость покрытия, следовательно, возрастает его склонность к коррозионному повреждению), а также для снижения величины переходного омического сопротивления при изготовлении стальных шин для промышленных электрических установок.
Хромирование даёт блестящее твёрдое покрытие с голубоватым оттенком, с высоким сопротивлением коррозии и механическому износу. По механизму защиты хромовое покрытие является катодным, поэтому для повышения эффективности защиты в коррозионно-активной среде наносится трёхслойное покрытие медь-никель-хром, в котором толщина слоя хрома составляет доли микрометра. Хромирование широко применяется для повышения износостойкости штоков и цилиндров силовых элементов гидросистем, при изготовлении блестящих деталей и корпусов часов, измерительных приборов, велосипедов, автомобилей, станков и оборудования (штурвалы, ручки управления), деталей крепежа (винты, болты, гайки, шайбы), различных изделий промышленного и бытового назначения. Местное хромирование деталей часто применяется для контраста с матовыми поверхностями разных цветовых зон других контактирующих деталей.
Никелированием образуется твёрдое блестящее покрытие с желтоватым оттенком катодного действия, имеющее высокую коррозионную стойкость, износостойкость и хорошие декоративные свойства. Толщина никелевого покрытия может быть от долей мкм до 15 мкм. Никелирование широко применяется для покрытия металлических деталей станков, различного оборудования, двигателей, приборов, деталей крепежа, оконной и дверной фурнитуры, столовых приборов, светильников, галантерейных и многих других изделий.
Цинковое покрытие средней твёрдости наносят гальваническим методом на проволоку, ленту, полосы, листы стали, а также на изделия, не имеющие выступов и углублений (поднутрений). Защищают этим методом от коррозии шиферные гвозди, патроны и цоколи электрических ламп накаливания и ряд других изделий. Цинк - активный анод, надёжно защищающий от коррозии. Существенными недостатками цинкового покрытия следует считать его матово-серый цвет (из-за образования на поверхности покрытия гидроокиси цинка), что снижает товарный вид изделий, а также невозможность применения для посуды и бытовых предметов пищевого назначения по причине токсичности соединений, образующихся при контакте покрытия с продуктами питания и горячей водой.
Лужение, наносимое гальваническим путём, применяют вместо горячего лужения (погружением в расплав) с целью экономии олова (олово - дорогой металл). Получается тонкий и ровный слой мягкого, эластичного покрытия катодного действия светло-серого цвета, сначала блестящего, но постепенно тускнеющего от воздействий атмосферы.
Чаще всего гальваническим лужением обрабатывают изделия, подвергаемые впоследствии пайке (проводники, клеммы, разъёмы электрических цепей), а также арматуру светильников, оконную и дверную фурнитуру, изделия металлической галантереи, детали технического назначения.
Электролитическое серебрение чаще всего применяют для декоративной отделки изделий из латуни, мельхиора и нейзильбера, а также для снижения переходного сопротивления разъёмных элементов электрических цепей. Серебряное покрытие средней твёрдости и износостойкости обладает высокой коррозионной стойкостью во многих средах, за исключением сероводорода и йода (что, кстати, используется для художественной отделки изделий - чернения), имеет хорошую адгезию к основному металлу и хороший, приятный ("благородный") блеск, обладает высокой электропроводностью. Толщина серебряного покрытия может быть от 3,5 до 31,25 мкм. В технике серебрению подвергают контакты, разъёмы электрических цепей радио-, телеаппаратуры, ЭВМ, приёмопередающих устройств; из изделий бытового назначения серебрению подвергают столовые приборы (ложки, вилки, ножи, икорницы, ведёрки для шампанского и др.), ювелирные изделия и предметы искусства.
Электролитическое золочение широко применяется в ювелирном и часовом производстве при изготовлении изделий из меди и медных сплавов (латунь, мельхиор), никеля, серебра, а также для покрытия ответственных контактно-разъёмных деталей электрических цепей в космонавтике и ракетостроении (для снижения переходных сопротивлений и повышения надёжности передачи слаботочных сигналов). Оно обладает довольно хорошей износостойкостью, высокой твёрдостью и стойкостью к коррозии, хорошими декоративными свойствами.
Для всех гальванических покрытий характерна зависимость свойств от качества подготовки исходной поверхности: неполное удаление окислов и жиров приводит к отслоению покрытий, грубая обработка поверхности - к образованию матовых пятен и пористости. Загрязнение электролита вызывает хрупкость покрытия; нарушение температурного режима и изменение состава электролита, отклонение от требуемой плотности тока приводят к появлению на защитном покрытии тёмных пятен, матовости и неравномерной толщины покрытия.
Погружение в расплавленный металл (горячий способ) применяют для нанесения слоя легкоплавких металлов, таких, как олово, цинк, свинец и алюминий. После извлечения из расплава на поверхности изделия остается тонкий (от 7-10 мкм для оловянного до 80 мкм для цинкового) слой покровного металла.
К преимуществам этого метода следует отнести технологическую простоту и высокую скорость процесса, возможность автоматизации. Недостатками являются невозможность получения равномерных по толщине покрытий, большой расход покровного металла, необходимость использования в качестве расплавов только легкоплавких металлов.
Этим методом подвергают лужению стальную ленту, идущую на изготовление консервных банок, посуду пищевого и молочного назначения, мясорубки. Цинком по этой технологии покрывают кровельное железо, проволоку, трубы и стальную посуду непищевого назначения (вёдра для воды, лейки, корыта, умывальники). Свинцеванию методом погружения в расплав подвергают топливные баки автомобилей с двигателями внутреннего сгорания, химическую аппаратуру; алюминирование (алитирование) применяют при изготовлении выхлопных труб автомобилей, самолётов и др.
При нанесении покрытий методом напыления проволока, изготовленная из металла покрытия (алюминий, медь, свинец, кадмий, никель, цинк и др.), проходя через специальный пистолет, расплавляется электрической дугой и распыляется струей сжатого воздуха под давлением 4-6 атм. Частицы расплавленного металла образуют на поверхности изделия защитное покрытие толщиной от нескольких единиц до сотен мкм. Неоспоримыми преимуществами этого метода являются возможность нанесения покрытий на изделия сложной формы и больших размеров, на ограниченные участки поверхности изделия; возможность нанесения металлических покрытий на изделия из дерева, пластмассы, гипса, картона и других неметаллических материалов. Недостатки следующие: покрытие получается пористым и неровным по толщине, защитные свойства значительно слабее, чем при нанесении другими методами; велик расход покровного металла.
Способ плакирования заключается в том, что после тщательной подготовки (очистки) поверхностей производится совместная горячая или холодная прокатка основного (толстый лист) и защитного (тонкий лист) металлов. В результате значительных удельных давлений, превышающих предел текучести металлов, происходит их схватывание на молекулярном уровне. В процессе прокатки толщина листа основного металла уменьшается до заданных размеров, а покровный металл превращается в равномерную плёнку с одной или двух сторон (при двустороннем плакировании). Обычно в качестве основного металла используются сталь и сплавы алюминия (дюраль), а для образования защитного слоя применяются медь, алюминий, никель, латунь. Эта технология используется также для получения биметаллов различного назначения.
Диффузионная металлизация - это процесс насыщения поверхности стальных деталей алюминием, хромом, кремнием, бором и другими элементами на глубину от десятых долей мм до 1-1,5 мм. При диффузионной металлизации стали алюминием существенно повышается её окалиностойкость; хромом - коррозионная устойчивость, кислотоупорность и поверхностная твёрдость; кремнием - кислотоупорность; бором – твёрдость, износостойкость и кислотоупорность. Технологически диффузионная металлизация состоит в погружении заготовки в твёрдый, жидкий или газовый металлизатор с температурой от 750 до 1000оС и выдержке в нём от 1 до 25 ч. Обработке диффузионной металлизацией могут подвергаться самые разнообразные изделия: колосники топочных устройств, выхлопные коллекторы двигателей внутреннего сгорания, чехлы термопар, электронагреватели, трубы различного назначения, инструмент для литья цветных металлов и др. В декоративном отношении эти покрытия выглядят менее привлекательно, чем аналогичные металлические покрытия, нанесённые другими методами: они имеют серый, тёмно-желтый или светло-коричневый цвет, не блестят.