Металлизация

Используемые химические реактивы

Химическая металлизация технология предусматривает применение различных веществ, которые в связке образуют защитное покрытие после прохождения химической реакции. Применяя активатор и реактивы при химической металлизации можно обойтись без специального оборудования, однако метод не подходит для больших деталей.

Для проведения рассматриваемой обработки понадобятся:

1. Восстановитель является основным компонентом. Химическая металлизация реагенты должны хранится согласно рекомендациям, которые размещают производители.
2. Активатор также является важным реагентом, который определяет эксплуатационные качества поверхности. Реактивы химической металлизации имеют этикетки, на которых указывается название металла. Примером назовем золото, мель и хром.
3. Грунтовка накладывается на поверхность для обеспечения наиболее благоприятных условий обработки. Она существенно повышает адгезию наносимого металла.
4. Лак защищает наносимое покрытие от химического и механического воздействия.
5. Для того чтобы придать поверхности определенный цвет используются специальные тонеры. На упаковке тонеров указывается конкретный оттенок.

Реактивы для химической металлизации

Стоит учитывать, что при самостоятельном выполнении работ обеспечить высокое качество поверхности достаточно сложно. В некоторых случаях приходится пользоваться помощью специальных очистительных составов.

Рассматривая минусы химической металлизации отметим, что при проведении данной процедуры используются вредные химические реактивы, работа с которыми должна проходить при строгом соблюдении техники безопасности. Данная технология довольно проста в исполнении, напоминает метод покрытия поверхности лакокрасочным веществом.

Этапы выполнения вакуумной металлизации

Напыление металла на поверхности изделий методом вакуумной металлизации производится по технологии, состоящей из нескольких этапов:

Цели металлизации

• Деталь подготавливается к процессу нанесения покрытия. Для этой цели подходят только заготовки несложных форм, которые не имеют острых углов или участков, труднодоступных для прямолинейного попадания конденсата.
• Процесс нанесения защитного слоя. На полимеры с содержанием низкомолекулярных наполнителей предварительно наносятся слои антидиффузионных лаковых покрытий.
• Сушка и обезжиривание. Заготовки проходят этап сушки адсорбированной влаги в течение трех часов при температуре +80 .
• Процесс обезжиривания происходит уже на подготовительном этапе в вакуумной камере путём воздействия тлеющего разряда.
• Проведение отжига на этой стадии особенно благоприятно для полимерных материалов – положительно сказывается на их структуре, снижается при этом внутреннее напряжение.
• Проводится активационная обработка перед нанесением металлического слоя на поверхность для повышения её адгезии. Используемые методы зависят от материала заготовки.
• Нанесение металлического покрытия. При этом слой покрытия формируется путём конденсации пересыщенных паров металлов на холодную поверхность заготовки.
• Затем проводится контрольная проверка качества металлического слоя. Для декоративных изделий она заключается в осмотре поверхности с определением прочности и равномерности слоя. Для технических деталей используются дополнительные испытания. На практике применяются методы отслаивания липкой лентой, истирание, разрушение УЗ колебаниями и др.

Изделия после вакуумной металлизации

Преимущество

Цели металлизации разнообразны, в большинстве случаев это придание или увеличение определенных качеств:

• устойчивости к коррозионным процессам;
• устойчивости к механическим повреждениям;
• износоустойчивости;
• декоративности.

Качество пленки зависит от состава металла:

самое дешевое цинковое покрытие повышает антикоррозионные качества, активно используется в строительстве для защиты закладных деталей, цинком покрывают стальной лист перед покрытием пластиками и профилированием;

• хром увеличивает твердость, придает жаропрочность, делает изделия привлекательными внешне;
• алюминиевым покрытием защищают детали оборудования, работающего при повышенной температуре (до 900°С);
• покрытие медью или оловом придает благородный вид даже пластиковым предметам;
• серебро образует зеркальный блеск.

При проведении работ основное условие для получения результата — соблюдение технологии.

Виды металлизации

Современные технологии позволяют проводить процедуру металлизации разными способами. Рассмотрим основные виды данного процесса:

• термообработка (нанесение металлического слоя на поверхность с погружением в ванну с расплавленным металлом; данный вид металлизации используют, если температура плавления изделия намного выше, чем температура плавления металлического слоя);
• гальваническая (обработка металла под воздействием протекающего тока и электролита; метод не нуждается в дополнительном нагреве, поэтому позволяет наносить слой на поверхность любого материала; наносимая пленка получается равномерной по всей площади);
• газопламенная (осуществляется за счет теплоты, которая выделяется в результате сгорания горючих газов);
• плазменная (метод нанесения металлического слоя при помощи плазменной струи, в которую под воздействием высоких температур подается материал);
• диффузионная (данным способом осуществляется нанесение цветных металлов (брома, цинка, алюминия); с его помощью восстанавливают изношенные детали и добиваются высокопрочного покрытия);
• химическая (в данном методе применяются химические реагенты в жидком виде или в виде порошков; нужно подготовить ванну с раствором и опустить в нее изделие, а затем продержать необходимое количество времени);
• плакирование (нанесение металла на поверхность и его последующая горячая прокатка).

Вакуумная металлизация.

Вакуумная металлизация основывается на испарении и выпадении металлических частиц на поверхность детали. Данный метод является довольно затратным и трудоемким, поэтому применяется только в производственных условиях. Вакуумную металлизацию можно использовать для изделий из любых материалов (пластика, дерева, керамики, стекла и т.д.). Особенно часто этот вид используется для металлизации на автомобильных заводах. Данным способом получают изделие с прекрасным внешним видом, который не влияет на прочностные характеристики.

Газовая металлизация.

Газовая металлизация заключается в использовании газовой струи для нагрева напыляемого металлического слоя. Применение высоких температур позволяет создавать ровный слой на всей поверхности. Его толщина зависит от объема используемой проволоки. После нанесения слоя покрытие обрабатывают методом шлифовки. Газовая металлизация позволяет восстанавливать валы автотракторного оборудования. Для реализации данного способа используют технику и газы, которые применяют при проведении сварочных работ.

Вместо газовых горелок, применяют специальные пистолеты-металлизаторы.

Цинкование.

Метод цинкования применяется для защиты черных металлов от образования ржавчины. На поверхность наносится цинк при помощи различных способов (горячего, холодного, гальванического, диффузионного). Цинкование применяется для обработки листового проката, труб, изделий различной геометрической формы.

Особенности процесса металлизации пластиков

Процесс электрохимической металлизации пластиков отличается от химической металлизации использованием промежуточных слоев. Грунтовочные, промежуточные слои снимают внутренние напряжения, возникающие из-за различных коэффициентов теплового расширения разнородных материалов.

Металлический грунтующий подслой наносят на пластиковые изделия при помощи тока плотностью 0,5…1 А/дм2. Использование тока большей плотности может привести к расслоению грунта в местах присоединения токопроводящих элементов. Избежать дефектов помогает нанесение дополнительного медного или никелевого грунтовочного покрытия, также током низкой плотности. Металлизацию финишным слоем выполняют на обычном режиме.

Металлизация пластика медью

Процесс нанесения слоя меди на пластик поэтапно:

1. Подготовка. Изделие ошкуривают и обрабатывают абразивным составом, снимая все выпуклости и выравнивая дефекты. 2. Обезжиривание. Акрилатный пластик обезжиривают раствором каустической соды в течение суток, полиамидные пластикаты обрабатывают бензином или уайт-спиритом, затем промывают дистиллированной водой. 3. Сенсибилизация. На поверхности формируют пленку гидроокиси олова, помещая на 1 минуту в 0,5% раствор литра хлористого олова и 40 гр соляной кислоты. 4. Активация. Обрабатываемый предмет в течение 3-4 мин погружается в азотнокислое серебро. 5. Металлизация. Процесс проводится в растворе 200 г на литр карбоната меди, 200 г на литр глицерина 90%, 1 литра 20% каустической соды при t=18…25C . Медное покрытие можно дополнительно защитить лаком.

Электродуговая металлизация и её недостатки

К сожалению, есть у этой методики и определённые недостатки. Чем медленней выбрана скорость подачи сжатого воздуха, тем сильнее выгорает металл, используемый для нанесения. Попутно он ещё и окисляется, теряя в своём составе углероды и марганец, что сказывается на физико-химических свойствах. Кроме того, поверхность нуждается в дополнительной обработке, что может затянуть срок проводимых работ. Необходимость очистить и выровнять части конструкции — не самая большая проблема. Дело в том, что электродуговая металлизация

не укрепляет материал. Да и сцепление дополнительного слоя с изначальной поверхностью оставляет желать лучшего, процесс не применим для плоскостей, которые подвергаются постоянному механическому воздействию.

Особенности металлизации пластиков

Напыление на поверхности пластиковых деталей также способно изменить его электрические, физические и химические свойства. Нередко металлизацию используют и как средство повышения оптических качеств подобных заготовок. Главной же проблемой при выполнении таких операций является процесс интенсивного термического испарения, который неизбежно оказывает давление на потоки частиц, напыляющих поверхность элемента. Поэтому требуются специальные режимы регуляции диффузии основного материала и расходуемой массы.

Имеет свою специфику и вакуумная металлизация пластмасс, отличающихся жесткой структурой. В данном случае будет иметь значение присутствие защитных и грунтующих лаков. Для поддержания достаточного уровня адгезии с преодолением барьеров этих пленок может потребоваться повышение энергии термического воздействия. Но здесь же вновь возникает проблема с рисками разрушения пластиковой структуры под влиянием тепловых потоков. В итоге для снятия излишнего напряжения в рабочей среде вводятся модифицирующие компоненты наподобие пластификаторов и растворителей, позволяющих удерживать форму заготовки в оптимальном состоянии независимо от температурного режима.

Достоинства диффузионного насыщения металлов

Поверхность диффузионно-металлизированной детали обладает высокой жаростойкостью, поэтому жаростойкие изделия изготавливают из простых углеродистых сталей с последующим алитированием, хромированием и силицированием. Исключительно высокой твёрдостью (до HV 2000) и высоким сопротивлением абразивному износу обладают борированные слои, вследствие образования на поверхности высокотвёрдых боридов железа – FeB и Fe2B; однако борированные слои очень хрупкие. Сульфидирование – поверхностное насыщение стали серой. Для режущего инструмента стойкость повышается в 2–3 раза.

Сущность и назначение плазменного напыления металлов

Суть процесса плазменного напыления заключается в том, что в струю из плазмы, которая имеет сверхвысокие температуры и направлена на обрабатываемый объект, подают дозированное количество частиц металла. Последние расплавляются и, увлекаемые струей, оседают на поверхности детали. К плазменному напылению прибегают в следующих случаях:

1. Создание защитного слоя на изделии. Это может быть механическое усиление, когда на менее прочное основание наносят более прочный металл. С помощью диффузионной металлизации также можно увеличить сопротивляемость детали коррозионному воздействию, если наносить пленку из оксидов или металлов, мало подверженных окислению.
2. Восстановление изношенных деталей. В этом случае за счет нового слоя покрытия можно убрать дефекты разрушения поверхности, чтобы придать изделию первоначальное состояние. В качестве материала напыления здесь используют металл, идентичный материалу основания.

Плазменное напыление отличается от других видов напыления рядом особенностей:

1. Благодаря тому что плазма воздействует на исходное основание при помощи сверхвысоких температур (5000–6000 градусов по Цельсию), процесс протекает в ускоренном режиме. Иногда достаточно долей секунд, чтобы получить заданную толщину напыления.
2. Диффузионная металлизация позволяет наносить как монослой на поверхность, так и делать комбинированное напыление. При помощи плазменной струи можно дополнять диффундируемый металл элементами газа, необходимыми для насыщения слоя элементарными частицами нужных химических элементов.
3. При плазменном напылении практически отсутствует эффект дополнительного окисления основного металла. Это связано с тем, что реакция протекает в среде инертных газов без привлечения кислорода.
4. Финальное покрытие обладает высоким качеством за счет идеальной однородности и равномерности проникновения атомов напыляемого металла в слой основания.

Виды диффузионной металлизации

Классификацию видов диффузионной металлизации можно провести по нескольким признакам. В первую очередь по типу металла, который будет посредством диффузии проникать внутрь поверхностного слоя. Здесь выделяют:

1. Алитирование, когда термохимическим способом деталь насыщают атомами алюминия.
2. Хромирование – диффузионное насыщение стали атомами хрома.
3. Титанирование – внедрение атомов титана в поверхностный слой стали.
4. Цинкование, когда термохимическим способом металлическую деталь насыщают элементарными частицами цинка.
5. Силицирование – диффузионное насыщение стали кремнием.
6. Борирование – получение высокопрочного поверхностного слоя металла путем внедрения туда атомов бора диффузионным способом.

По состоянию среды, где протекает обработка металла диффузионным способом, металлизация проводится:

• в твердой среде;
• в жидкой среде;
• в газообразной среде.

Твердая металлизация

Этот тип металлизации проводят посредством использования активной твердой среды на основе ферросплавов. Под эту категорию подпадают ферросилиций, ферроалюминий, феррохром (перечисленные компоненты вводят в рабочую область как порошки), плюс к ним еще добавляют аммоний хлористый (NH4Cl), не превышающий 5% от общей массы твердого компонента. Засыпанные порошком детали помещают внутрь специальной печи. Насыщение в твердой среде проводят для стали, кобальта, никеля, титана и других металлов при температуре от 1000 до 1500 градусов по Цельсию. При повышении температуры до рабочего уровня аммоний хлористый начинает вступать в реакцию с ферросплавом, результатом чего является выделение нестойких термических хлоридов металла CrCI2, AlCI3, SiCI4 и других. Эти хлориды, соприкасаясь со стальной поверхностью, начинают диссоциировать. Выделяется химически активный элемент, который проникает в поверхностный слой изделия, насыщая его.

Жидкая металлизация

Диффузионное насыщение в жидкой среде применяют, когда необходимо провести цинкование, хромирование, меднение, алитирование. Для этого используют так называемые ванны-печи, куда помещен расплав, который будет диффундировать, либо соль этого металла. Необходимые для обработки детали помещают в эту жидкую среду при температуре от 800 до 1300 градусов по Цельсию.

Жидким методом можно осуществить диффузионную металлизацию одновременно несколькими элементами. При комплексной металлизации получают такие типы покрытия, как хромоникелирование, хромоалитирование, хромотитанирование.

Газовая металлизация

Диффузию газовой средой проводят для стали и других металлов такими элементами, как молибден, хром, алюминий, титан, ниобий, вольфрам. Химические газообразные соединения этих элементов при соприкосновении с основным металлом вступают с ним в реакцию, и результатом этого является диффузия. Газовой средой обычно выступают галогениды металлов, атомы которых должны проникнуть внутрь поверхностного слоя металлического изделия. Металлизацию газовую проводят в печах муфельного типа или в специализированной конструкции, где поддерживается температура порядка 700–1000 градусов по Цельсию.

Какая бывает металлизация

В зависимости от способа нанесения металлической пленки на поверхность металлизация может быть:

• химическая;
• вакуумная;
• электродуговая;
• плазменная.

Химическая металлизация чаще всего используется при хромировании различных автомобильных деталей – их погружают в гальваническую ванну. Популярная гальваника, хромирование в Москве является одним из самых дешевых вариантов получения защитной металлической пленки на автодеталях. При наличии достаточно большой ванны для гальванической металлизации, выполняются работы не только по хромированию, но и по цинкованию относительно крупных автодеталей.

Вакуумная металлизация пластмасс чаще используется для нанесения алюминиевой пленки на поверхность пластмассовой детали автомобилей. Процесс вакуумной металлизации пластика осуществляется в специальной вакуумной камере. Следует заметить, что такому типу металлизации подвергаются детали небольших размеров. В основном этот вариант служит для получения декоративной поверхности. Вакуумная металлизация пластика популярна при тюнинге мотоциклов – так обрабатываются пластмассовые детали мотоциклов, а также на них наносятся различные рисунки.

Электродуговая металлизация позволяет обрабатывать детали практически любых размеров и конфигурации. С помощью современных технологий таким образом можно обработать весь кузов автомобиля – цинкование, о котором мечтают многие автолюбители. Электродуговая металлизация в Москве предлагается многими компаниями, но в основном это хромирование деталей. Следует заметить, что этот вид нанесения металлической пленки на поверхность изделия обходится дороже, чем химическая металлизация, однако, качество получаемой пленки при этом лучше.

Также металлизацию различают по металлу, который напыляется на поверхность. Таким образом, это может быть цинкование, хромирование, алюминирование и другие варианты. Но для автомобильных деталей в подавляющем большинстве случаев применяются именно эти три металла: цинк, хром и алюминий.

Технологический процесс вакуумной металлизации

Рассматриваемый метод обработки деталей применяется достаточно давно. Вакуумная металлизация – процесс, основанный на испарении и выпадении конденсата материала на подложку. Среди особенностей данного процесса следует отметить нижеприведенные моменты:

1. Универсальность и высокая эффективность метода определяет его большое распространение. В будущем ожидается более обширное применение процесса металлизации полимерных и других материалов. Развитие рассматриваемого метода обработки связывают с совершенствованием используемого оборудования. Так современные вакуумные установить позволяют автоматизировать процедуру металлизации деталей, повысить качество получаемых поверхностей, снизить себестоимость получаемых изделий. Единственное препятствие на пути развития данной отрасли – высокая стоимость современного оборудования и возникающие сложности при его установке, использовании и обслуживании.
2. Технологический процесс вакуумной металлизации достаточно сложен, на результате отражается условие проведения каждого этапа. При нагреве материала, который должен стать будущим покрытием, он претерпевает большое количество изменений. Примером можно назвать то, что изначально покрытие испаряется, затем происходит адсорбция, после чего выпадение конденсата и кристаллизация для закрепления слоя на поверхности.
3. На качество получаемого результата оказывает воздействие достаточно большое количество факторов, среди которых отметим физико-химические качества подложки, выдерживаемые условия проведения металлизации.
4. Образование напыляемого покрытия при металлизации происходит в два основных этапа: перенос энергии и массы от источника к поверхности и их распределение по всей подложке.

Технология вакуумной металлизации подходит для обработки самых различных деталей. В качестве примера можно привести рулонные материалы из пластика или пластмассы.

Типовая технология состоит из нескольких основных этапов:

Подготовка детали к проводимому процессу. Среди требований, которые предъявляются к детали можно отметить отсутствие острых кромок и скрытых участков от прямолинейного попадания конденсата. Вакуумная металлизация пластмасс или других материалов возможна только в том случае, если фора заготовки не сложная. Обезжиривание и сушка. Некоторые материалы могут содержать большое количество адсорбированной влаги, к примеру, полимеры. Сушка проводится при температуре около 80 градусов Цельсия, время выдержки составляет 3 часа. Обезжиривание уже проводится в вакуумной камере на подготовительном этапе. Технология обезжиривания предусматривает разматывание рулона и воздействие тлеющего разряда. Как показывают результаты проведенных исследований, выполнение отжига на стадии подготовки полимеров благоприятно сказывается на структуре рассматриваемого материала, так как существенно снижается показатель внутреннего напряжения. Вакуумная рулонная металлизация должна проводится с исключением вероятности образования складок на этапе подготовке заготовки, так как их можно назвать дефектов. Этап активационной обработки поверхности. Вакуумная металлизация пластика и других материалов предусматривает активацию поверхности. При этом могут использоваться самые различные методы активации, выбор которых зависит от качеств самого материала. Данный процесс предназначен для повышения показателя адгезии поверхности. Нанесение вещества на поверхность. В большинстве случае вакуумная металлизация алюминия или другого сплава проходит при применении резистивного метода испарения при условии воздействия температуры. Вольфрамовая технология испарения применяется намного реже, так как предусматривает нагрев среды до небольшой температуры, в результате чего испаритель разрушается за минимальные сроки. Заключительный этап касается контроля качества металлизации. Если наносимый слой носит декоративный характер, то в большинстве случаев контроль качества заключается в регистрации оптических свойств

Кроме этого уделяется внимание равномерности напыления, прочности соединения поверхностного слоя и структуры. Технология вакуумной металлизации пластмасс и других материалов сложна, для получения качественной поверхности нужно соблюдать все условия обработки

Технология вакуумной металлизации пластмасс и других материалов сложна, для получения качественной поверхности нужно соблюдать все условия обработки.

Виды металлизации

Современные технологии позволяют проводить процедуру с применением различных физических, механических и химических методов. Основные виды металлизации:

• термическая обработка;
• гальваническая;
• электродуговая;
• газоплазменное напыление;
• плазменная металлизация;
• с использованием эффекта диффузии;
• химическая металлизация;
• плакирование;
• вакуумная обработка.

Гальванический способ предполагает использование специального электролита. Обработка происходит под воздействием протекающего тока. Этот способ позволяет проводить покрытие металлом любой поверхности, так как не требует дополнительного нагрева. Нанесенная пленка получается одинаковой толщины на всей поверхности.

Диффузионное напыление – это насыщение поверхностного слоя одним из цветных металлов (цинком, алюминием, хромом или бором). Это приводит к улучшению прочностных показателей. С его помощью восстанавливают изношенные детали.

При химической металлизации применяются различного рода реагенты. Они изготавливаются в жидком виде или в форме порошков. Для проведения операции подготавливают ванну с раствором и затем в нее опускают деталь. Для каждого состава существует свое эффективное время воздействия на поверхность.

Под плакированием понимают металлизацию с дальнейшей горячей прокаткой.

Газовая

Эта методика носит название газопламенной металлизации. Сущность процесса заключается в применении газовой струи для нагрева подаваемой проволоки, которая является источником напыляемого металла. Благодаря высокой температуре проволока расплавляется, и капли, ударяясь о поверхность, образуют на ней довольно ровный слой. Толщина этого слоя зависит от объема используемой проволоки. После нанесения покрытия его обрабатывают с помощью шлифовального оборудования. С помощью газовой металлизации восстанавливают коленчатые и распределительные валы автотракторной техники. Для реализации этого метода применяют оборудование и газы, используемые при проведении сварочных работ.

Цинкование

Технологии реализации этих методов отличаются только используемым материалом. Процесс нанесения цинка, или оцинковка, применяется для обработки листового проката, труб, изделий произвольной геометрической формы.