металеві покриття

Завдані металопокриття здатні надавати поверхні виробів високі показники зносостійкості, корозійної стійкості, жаростійкості, а також деякі особливі фізичні властивості. Будова і властивості покриттів значною мірою визначаються способами їх нанесення, до яких відносяться: занурення в розплав, термодифузія, гальванічне осадження, напилення, плакірованіе.

П о г р у ж е н і е в розплав дозволяє покривати вироби з вуглецевої сталі цинком, оловом, свинцем, алюмінієм. При взаємодії з металом основи розплав проявляє велику хімічну активність, яка збільшується з ростом температури. З цієї причини для методів занурення придатні тільки зазначені метали, що мають низьку температуру плавлення.

Міцність зчеплення металу покриття з металом основи обумовлюється утворенням сплаву між цими металами в вигляді їх хімічного з'єдн ?? ення. Виникає проміжний шар має високу твердість і крихкість, в зв'язку з цим його товщина не повинна перевищувати кілька мікрометрів.

Отримувані покриття захищають сталеві вироби від електрохімічного корозійного впливу вологої атмосфери, розбавлених розчинів солей, кислот, лугів завдяки їх власної корозійної стійкості, щільності і товщини ?? е. Зростання товщини покриття при зануренні виробу в розплав залежить від температури розплаву, витримки в розплаві, товщина може досягати 0,05 мм.

Механізм антикорозійного захисту виробів обумовлений співвідношенням електроднихпотенціалів металу основи і покриття в даних умовах корозії. У разі, якщо потенціал металу покриття більш електроположітел ?? ен, ніж потенціал металу основи, то покриття є катодних, при більш електронегативний своєму потенціалі покриття грає роль анода в коррозионном процесі.

Катодне покриття при порушенні його суцільності і проникненні електроліту до основного металу обумовлює початок електрохімічної корозії з анодним розчиненням основного металу і утворенням продуктів корозії. Поширення корозійного процесу під покриттям викликає його відшаровування і втрату захисних властивостей. З цієї причини катодні покриття захищають метал вироби тільки механічно, ізолюючи його від впливу корозійного середовища, але не захищають його електрохімічних.

Анодне покриття при виникненні в ньому несплошностей обумовлює корозійний процес, в якому основний метал є катодом і не піддається корозійного руйнування. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, анодне покриття здатне захищати метал основи і механічно, і електрохімічних.

З покриттів сталевих виробів, одержуваних зануренням в розплав, при звичайних корозійних впливах катодними є покриття свинцем і оловом, анодними - покриття цинком і алюмінієм. З цієї причини до щільності і міцності катодних покриттів свинцем і оловом пред'являються високі вимоги.

Т е р м о д і ф ф у з і я як метод високотемпературного насичення металами поверхні сталевих виробів для додання їм високих характеристик жаростійкості, корозійної стійкості, зносостійкості описана в п. 3.5.5. Більш низькі температури близько 400 ° С застосовуються для отримання цинкових покриттів на дрібних сталевих деталях з високу корозійну стійкість у вологому атмосфері. Необхідна активація поверхні і процесу дифузії цинку досягається застосуванням порошкової суміші цинку з хімічними активаторами. Вироби для дифузійного цинкування укладаються в ящики, засипаються порошкової сумішшю і завантажуються в піч. Після витримки протягом 4 год утворюється дифузійний цинковий шар товщиною 0,1 мм.

Г а л ь в а н і ч е с ь к о е осадження найбільш широко застосовується для отримання покриттів з високими захисними властивостями з багатьох металів і сплавів, включаючи Cr, Ni, Zn, Fe, Cu, Cd, Sn, Pb і ін.

Сутність процесу електроосадження полягає в використанні ванни з водним розчином електроліта͵ містить іони осідає, металу і піддається електролізу. Покриваються вироби занурюються в електроліт і підключаються до негативного полюса джерела постійного струму, ᴛ.ᴇ. в якості катода. Анодом служить розчиняється пластина з осідає, металу або графіт або метал, нерастворяющуюся при електролізі.

В процесі пропускання через електроліт постійного електричного струму на виробах-катодах відбувається розряд катіонів електроліту з електроосадженням атомів металу і утворенням покриття, а також розряд іонів водню з його виділ ?? еніем в газоподібному вигляді:

В цей же час на анодах метал переходить в електроліт у вигляді катіонів або відбувається розряд аніонів електроліту:

Задані властивості покриття отримують за рахунок зміни режиму електролізу: складу електроліта͵ його температури, катодного щільності струму і його напрямки, накладення ультразвукових коливань. Використовуючи определ ?? енний режим, можна одержувати покриття тонкі і товсті, тверді і м'які, щільні і пористі, матові і блискучі, одношарові і багатошарові стосовно найрізноманітніших деталей приладів, механізмів, машин і умов їх експлуатації.

Н а п и л е н і е покриттів дозволяє надавати поверхні виробів велику контактну міцність і зносостійкість, високий опір корозії, жаростійкість і жароміцність, а також спеціальні властивості: емісійні і антіеміссіонние, гетерні, теплоізоляційні та електроізоляційні, біоактивні і біоін ?? ертние. Метод напилення забезпечує ефективне отримання покриттів з легованих сталей, кольорових металів і сплавів, полімерів і композицій на їх основі. Крім цього, зазначені покриття можуть наноситися на вироби з металів і багатьох неметалічних матеріалів.

Сутність більшості процесів напилення полягає в розпиленні або випаровуванні напилюваного матеріалу з утворенням його частинок у вигляді потоку, що направляється на поверхню виробу, де частинки при ударі і взаємодії з поверхнею формують покриття. З огляду на залежність отспособа створення частинок і їх потоку, а також від виду напилюються частинок методи напилення покриттів поділяються на газотермічне напилення і вакуумноконденсаціонное напилення.

Газотермічне напилення використовує процеси плавлення і розпилення металу, а також інших матеріалів під вплив газового струменя, з утворенням потоку розпорошених частинок, спрямованого до поверхні виробу і формує покриття.

За принципом нагріву і розплавлення матеріалу газотермічне напилення поділяють на два методу:

1. Напилювання з розплавленням за рахунок високотемпературного газового потоку, де за видом нагрівання розрізняють такі способи: а) плазмового напилення, б) газополуменеве напилювання, в) детонаційному-газове напилення.

2. Металлизация з розплавленням шляхом електронагріву, в якій виділяють такі способи: а) електродугова металізація, б) високочастотна металлизация.

Газотермічним розплавленням і напиленням отримують покриття товщиною від 0,15 мкм до 2 мм, використовуючи порошки, дріт, фольгу з металів і різних неметалів, включаючи тугоплавкі. Процеси газотермічного напилення використовуються в приладобудуванні, машинобудуванні, електронної та медичній техніці при виготовленні або відновленні деталей і інструменту з високою поверхневою твердістю, міцністю, зносостійкість, жаростійкість, корозійну стійкість, біоактивністю або біоін ?? ертностью і іншими властивостями.

Металізація дозволяє з високою продуктивністю отримувати покриття, використовуючи струмопровідні матеріали - металеву і порошковий дріт. При цьому можливе застосування дроту з різних металів для нанесення композиційних металопокриттів з високою зносостійкістю, корозійну стійкість, спеціальними властивостями.

Вакуумно-конденсаційне напилення класифікують за принципом випаровування і розпилення на три методу:

1. Напилювання з термічним випаровуванням, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ по виду нагріву ділять на наступні способи: а) з резистивним нагріванням, б) з індукційним нагріванням, в) з електронно-променевим нагрівом, г) з дуговим нагріванням.

2. Напилювання з імпульсним випаровуванням-розпиленням, де розрізняють такі способи: а) з дугоразрядним випаровуванням, б) з електронно-променевою випаровуванням, в) з лазерним випаровуванням.

3. Напилювання з іонним (катодних) розпиленням в плазмі тліючого розряду, в якому виділяють наступні способи: а) в плазмі з двома електродами, б) в плазмі з трьома електродами в) в плазмі з магнетроном.

За характером взаємодії напилюються частинок із залишковими газами камери вакуумне напилення ділять на два класи:

1. Напилювання в нейтральній розрідженій середовищі (аргону, гелію) або в високому вакуумі.

2. Консервативне напилення в активній розрідженому середовищі азота͵ чадного газу, кисню, газових сумішей з отриманням покриття, які мають фази впровадження: нітрид, карбіди, оксиди.

Термічне випаровування і напилення з термічним випаровуванням застосовують для отримання покриттів товщиною від 0,001 до 0,1 мм з металів (включаючи тугоплавкі), сплавів, напівпровідникових з'єдн ?? ень і діелектриків з доданням покриттю характеру однорідних, багатошарових або композиційних структур.

Імпульсне (вибуховий) випаровування-розпорошення дозволяє застосовувати метали і багато інших матеріалів для створення покриттів з підвищеною товщиною і високими фізико-механічними властивостями. Це забезпечило покриттям широке поширення у виробництві деталей і інструменту з високою зносостійкістю поверхні, підвищеною несучою здатністю, контактної міцністю.

Іонну розпилення забезпечується бомбардуванням матеріалу-катода іонними променями або іонно-плазмовим прискореним потоком, часто його називають катодним розпиленням. Напилювані метали і неметали відрізняються широкою номенклатурою, а регулювання параметрів Напилювана потоку характеризується великим діапазоном. З цієї причини способи іонного розпилення успішно застосовуються для отримання як тонких плівкових структур в мікроелектроніці, так і для створення більш товстих захисних покриттів деталей приладів, механізмів і машин, технологічного інструменту і оснастки.

Поряд з відмінностями в технологічних і конструктивних характеристиках газотермічне і вакуумно-конденсаційне напилення мають загальні параметри схеми напилення (рис.35). До загальних умов, що формує покриття, відносяться дистанція напилювання L. кут конусності потоку розпилення # 966 ;. кут зустрічі потоку з поверхнею напилювання # 945; н. тиск навколишнього середовища, температура поверхні напилюваного вироби, діаметр плями напилення dн. швидкість переміщення плями покриття, величина перекриття проходів напилення lп.

Мал. 36. Загальна схема напилення покриттів: 1 - Напилювана поверхню, 2 - потік напилюються частинок, 3 - джерело потоку частинок, 4 - пляма напилюваного покриття

Регулювання конструктивно-технологічних характеристик процесів напилення дозволяє ефективно управляти властивостями одержуваних покриттів і успішно застосовувати напилення при виготовленні деталей широкої номенклатури в різних галузях приладобудування і машинобудування, в електронній, аерокосмічній, ядерної техніці.

П л а к и р о в а н і е представляє накладення з однієї або двох сторін на лист або стрічку з основного металу тонкого листа жаростійкого або корозії металева або сплаву. Після складання цих листів в пакет він прокочується або пресується в гарячому стані або нагрівається під тиском. За рахунок термомеханічних процесів в контактній зоні відбувається взаємна дифузія атомів основного і плакуючого металів з утворенням їх міцного зчеплення в прикордонній зоні.

Жаростойкое плакірованіе вуглецевих і низьколегованих сталей проводиться із застосуванням хромової або хромонікел ?? Євою жаростійких сталей, мідні листи або стрічки плакируют ніхромом.

Антикорозійне плакірованіе сталей передбачає використання міді, латуні, нікелю, хрому або хромонікел ?? Євою нержавіючої сталі, для плакирования дуралюмина застосовується технічний алюміній.

Товщина плакуючого металу може складати величину від 3 до 60% товщини основного металу, частіше нд ?? його застосовуються шари товщиною 10% основного металу.

Читайте також

При впливі дуже високих температур і дуже агресивних середовищ велике значення має застосування неметалічних покриттів. Найбільші відмінності в захисних властивостях виявляють органічні і неорганічні покриття. Про р г а н і ч е с к и ї покриття створюються на. [Читати далі].

Для металевих покриттів використовують різні метали, такі як цинк, нікель, хром, мідь, срібло, олово, золото та ін. До преимущест-вам металевих покриттів відносяться можливість створення тонких міцних покриттів з гарну адгезію покриття до металу, подібні. [Читати далі].

Нанесення захисних металевих покриттів - один з найпоширеніших методів боротьби з корозією. Ці покриття не тільки захищають від корозії, але і надають їх поверхні ряд цінних фізико-механічних властивостей: твердість, зносостійкість, електропровідність. [Читати далі].

Основні відомості Тема 2 Нанесення покриттів на деталі Призначенням поверхневих покриттів є захист деталей і виробів від корозії, надання красивого зовнішнього вигляду і деяких властивостей поверхневого шару, відмінних від основного металу. [Читати далі].