§ 24. Методы покрытия

В машиностроении применяют покрытия: лакокрасочные, галь­ванические, окисными и пластмассовыми пленками. Классификация, ряды толщин и обозначение металлических и неметаллических покры­тий приведены в ГОСТ 9791—61.

Лакокрасочные покрытия применяют как декоративные, для за­щиты металлических поверхностей от коррозии и деревянных от влаги и загнивания. Процесс нанесения лакокрасочных покрытий в общем случае состоит из трех основных этапов: подготовки поверх­ности, ее окраски и сушки, отделки окрашенной поверхности.

Подготовка поверхности включает очистку и выравнивание, грун­товку и шпатлевку поверхности с последующим шлифованием. Очистку производят химическим или механическим (пескоструйной обработкой, шлифованием переносными машинами и стальными приводными щетками) воздействием. Для удаления следов масла детали промывают в моечных агрегатах или нагревают (если допустимо) до температуры 350-400° С.

Выравнивание поверхностей крупных листоштампованных деталей производят опайкой вмятин с последующей зачисткой, а поверхностей крупных отливок шлифованием. Используют также газопламенное на­пыление дефектных мест пластмассами с их последующим зашлифованием.

Грунт наносят на подготовленную поверхность с целью обеспечить прочное сцепление с ней последующего покрытия. Применяют лакомасляные, битумомасляные, нитро- и водоразбавляемые грунты.

Загрунтованную поверхность подвергают шпатлевке. Толщина шпатлевочного слоя должна быть минимальной; при большой тол­щине слоя снижается прочность покрытия. Наибольшее применение в машиностроении получили лакомасляные и быстровысыхающие нитрошпатлевки. Для сглаживания неровностей запшатлеванной поверх­ности производят се шлифование механизированным инструментом.

О к р а с к у поверхности производят в один или несколько слоев. Для окраски применяют масляные и эмалевые краски и лаки. Эмалевые краски разделяются на масляные, нитро- и спиртовые эмали. Срок сушки нитроэмалей 30—40 мин. При высыхании они образуют твердый блестящий слой. Продолжительность сушки масляных и спиртовых эмалей 24—48 ч.

В машиностроении применяют следующие методы окраски изделий.

Ручная окраска кистью не требует предварительной защиты смеж­ных неокрашиваемых участков, мало производительна и неудобна при работе с быстросохнущими материалами.

Окраска распылением наиболее распространена и высоко произво­дительна; она позволяет наносить быстросохнущие лакокрасочные ма­териалы (нитролаки, нитроэмали), которые при нанесении другими способами не образуют ровной гладкой поверхности. Метод перспекти­вен с точки зрения автоматизации окрасочных работ.

Различают механическое, воздушное и безвоздушное распыление и распыление в электростатическом поле, При механическом распылении краска подается к форсунке насосом. При воздушном распылении краска распыляется в струе сжатого воздуха и в виде тумана переносится на окрашиваемую поверхность. При безвоздушном распылении краска в нагретом до температуры 70—90° С состоянии под давлением 20-40 кГ/ выбрасывается из сопла и распыляется. Этот метод позволяет применять более вязкие материалы, что сокращает расход , растворителя и время сушки. При окраске в электростатическом поле краска подается распылителем и переносится на окрашиваемую поверхность металлического изделия, получающего положительный заряд от источника постоянного тока высокого напряжения (распылитель имеет отрицательный заряд). Этим методом можно окрашивать и неметаллические детали, помещая за ними металлические экраны. Помимо экономии краски, при этом методе улучшаются условия, ра­боты, повышается производительность и создаются условия комплекс­ной автоматизации процесса окраски.

Метод окунания является производительным и дешевым в условиях массовой окраски небольших деталей с хорошо обтекаемой поверх­ностью.

При окраске обливанием окрашенная деталь вылеживается в парах растворителя определенное время, в течение которого краска расте­кается по поверхности равномерным слоем. Покрытие получается глад­ким, беспористым и одинаковой толщины.

Окраску в барабанах применяют для однослойного покрытия быст­росохнущими красками мелких однотипных деталей.

Окраску на вальцах применяют для нанесения лакокрасочного материала на листовой материал.

Качество лакокрасочного покрытия зависит от способа сушки. С у ш к а — это сложный химический процесс, состоящий из испаре­ния растворителя и окисления или полимеризации пленки. Сущест­вуют два метода сушки: естественная и искусственная. Естественная сушка производится при температуре 18—25⁰ С и является длительным процессом. Искусственная сушка ускоряет процесс высыхания пленки и значительно улучшает качество покрытия.

Существует несколько способов искусственной сушки. Наиболее распространена конвекционная сушка. Она основана на обогреве окрашенных деталей горячим воздухом в специальных сушилках. Про­цесс сушки начинается с поверхности покрытия. Образующаяся короч­ка препятствует улетучиванию растворителя, что удлиняет время сушки.

Терморадиационная сушка (рефлекторная, панельная, ламповая) основана на поглощении инфракрасных лучей окрашенной поверхностью. Сушка пленки начинается с нижних слоев покрытия, чем уско­ряется испарение растворителя. Время сушки сокращается в 5—10 раз, ;i качество пленки повышается.

Индукционная сушка весьма эффективна; она ограничена необхо­димостью изготовления сложных индукторов и окраской деталей только из токопроводящих материалов.

Отделка окрашенной поверхности включает лакирование, полирование и художественное оформление. Лакирование повышает стойкость покрытия и придает ему блеск; лаковое по­крытие наносят на окрашенную поверхность в один или несколько слоев. Полированием достигают особо блестящую поверхность, исполь­зуя фетровые круги или шкурку цигейки с применением специальных паст.

Художественное оформление предусматривает нанесение узких декоративных линий (цировка), рисунков и фабричных знаков.

Гальванические покрытия деталей машин применяют как защитные, декоративные, износостойкие и технологические. Процесс нанесения покрытия состоит из операций подготовки поверхности перед покры­тием, нанесения его и полирования (если нужно). Подготовка поверх­ности деталей перед покрытием включает шлифование, полирование и обезжиривание.

Меднение применяют в качестве подслоя при многослойном покрытии; для местной защиты стальных деталей от науглерожива­ния при цементации; для улучшения прирабатываемости сопряженных деталей.

Н и к е л и р о в а н и е применяют как защитно-декоративное по­крытие, наносимое на детали непосредственно и с подслоем меди.

X р о м и р о в а н ие применяют в целях создания защитно-деко­ративного покрытия и повышения сопротивления механическому износу. Пористое хромирование лучше удерживает смазку и имеет более низкий коэффициент трения.

Ц и н кование производят с целью защиты в основном от атмо­сферной коррозии. После химической обработки цинковых покрытий у деталей повышается антикоррозионная стойкость и улучшается внешний вид.

К а д м и р о в а н и е применяют для защиты от коррозии крепеж­ных деталей и пружин, а также деталей, работающих в морской воде, для улучшения притирки рабочих поверхностей.

Б о р и р о в a н и е применяют для получения покрытии высокой твердости для деталей, работающих в тяжелых условиях (абразивный износ и ударные нагрузки).

Л у ж е н и е используют для защиты деталей от коррозии в слабых кислых средах, покрытия деталей под пайку и местной защиты поверх­ностей при азотировании деталей.

Покрытия сплавами повышают твердость (никелькобальтовые) и коррозионную стойкость (цинккадмиевые), уменьшают по­ристость (свинцовооловянные) и улучшают внешний вид. Эти покры­тия наносят гальванотермическим или термодиффузионным способом. Сущность последнего заключается в следующем: покрытия из отдель­ных металлов наносят последовательно, а при дальнейшем нагреве они взаимно диффундируют, образуя сплавы переменного состава.

Оксидные и фосфатные покрытия на черных металлах могут быть получены термическим, химическим и электрохимическим способами. Термический способ заключается в нагреве детали из стали на воздухе, в среде водяного пара или расплавленной селитре. При этом на поверхности металла образуется пленка толщиной около 1 мкм, которая в зависимости -от его состава и температуры оксидирования имеет различную окраску. Воздушно-термический способ широко используют для получения тонких пленок на деталях электротехнической аппаратуры. К химическим способам относятся щелочное и кислое оксидирование. В первом случае обработку стальных деталей производят в горячем концентрированном растворе едкой щелочи, содержащем окислители; во втором — рабочий раствор содержит ортофосфорную кислоту и окислители. Бесщелочное оксидирование по сравнению со щелочным сокращает продолжительность обработки деталей в 2 3 раза, повышает механическую прочность пленки и стойкость ее против коррозии.

Оксидные пленки на стальных деталях, получаемые этим способом, вследствие малой толщины (0,8—3 мкм) и значительной пористости не являются надежной защитой металла от коррозии. Защитная способ­ность их может быть повышена покрытием лака.

Химическим способом можно оксидировать детали из алюминия, магния, меди, цинка и их сплавов. Химические способы оксидирова­ния используют для отделки деталей приборов, инструмента и изделий широкого потребления.

Электрохимическое оксидирование деталей из черных и цветных металлов и сплавов производят в растворе едкой щелочи. Процесс идет при более низкой температуре и сопровождается меньшим расходом химикатов, чем при химическом щелочном окси­дировании. Детали, подвергаемые оксидированию, являются анодом. Их предварительно очищают от следов коррозии и обезжиривают, а после оксидирования промывают в воде.

Декоративное оксидирование продолжается 80—40 мин; для получе­ния пленок, стойких против коррозии, время увеличивают до 1,5-2 ч.

При ф о с ф а т и р о в а н и и на поверхности металла химическим путем создают пленку нерастворимых фосфорнокислых солей марганца и железа или железа и цинка. В зависимости от структуры фосфатной пленки и метода подготовки к покрытию толщина ее бывает от 2 до 15 мкм и более. Ускоренный способ фосфатирования известен в лите­ратуре под названием бондаризации. Фосфатировать можно детали из черных, цветных и легких металлов.

Металлические покрытия напылением (металлизация) производят распылением расплавленного металла струей сжатого воздуха. Движу­щиеся с большой скоростью (100 — 150 м/сек) частицы металла уда­ряются о поверхность детали и сцепляются с ней, образуя слой проч­ного мелкопористого металлического покрытия. Сплавления между расплавленными частицами металла с обрабатываемой поверхностью не происходит. Нанесенный слой непластичен, хрупок, но хорошо сопротивляется сжатию. Его толщина может быть от нескольких сотых до 3—4 мм и больше. Напыленный слой может быть подвергнут обработке (обтачивание, шлифование). Напылением наносят также и неметаллические покрытия.

Этим методом производят защитно-декоративные, антифрикцион­ные и жаростойкие покрытия, восстанавливают изношенные детали и исправляют дефекты литья.

Металл расплавляют ацетилене-кислородным пламенем (газовая металлизация) либо дугой (электрометаллизация). Исходным материа­лом служит металлическая проволока; реже используют аппараты, работающие на расплавляемых порошках. Покрываемую поверхность счищают от масла и окислов. Пескодувной обработкой или грубым об­тачиванием на ней создают шероховатости для лучшего сцепления с напыленным слоем.

Пластмассовые покрытия применяют в качестве декоративных, антикоррозионных и антифрикционных покрытий. Их наносят газо­пламенным или вихревым способом. В качестве исходных материалов служат термопластичные пластмассы (полиэтилен, полипропилен, по­лиамид, капролактан, поливинил-бутираль, фторопласт, полиуретан) в виде мелкодисперсного порошка, переходящего при нагреве в вязко-текучее состояние. Толщина покрытий 0,15—0,35 мм. Заготовки перед напылением нагревают до температуры 180 300°C в зависимости от применяемой пластмассы. Продолжительность напыления 2—5 сек. Пластмассовые покрытия позволяют применять углеродистые стали вместо легированных и цветных металлов в химическом машинострое­нии, в машиностроении для производства пищевых продуктов и дру­гих областях.

Готовые детали и узлы, передаваемые на длительное хранение или транспортировку, подвергают консервации. Консервацию производят нанесением антикоррозионной смазки (технический вазелин, пушсало и др.) при помощи кистей, окунанием в подогретый состав или пуль­веризацией. Применяют также нанесение антикоррозионных лаков, смываемых после бензином или другими органическими растворителя­ми. Эффективна консервация погружением деталей в ванну с 30%-ным раствором нитрита натрия при температуре 40—60° С в течение 2-3 мин, а также упаковкой в оберточную бумагу, пропитанную 10%-ным раствором нитрита натрия или другими ингибиторами кор­розии.