Металлические покрытия

К металлическим покрытиям относятся горячие, гальванические, термомеханические (плакирование), диффузионные и покрытия, наносимые пульверизацией. Металлические покрытия коррозийно стойкими металлами обычно наносят на стальные и латунные изделия.

Горячие покрытия

При этом способе изделие обычно погружают на короткий срок в ванну с расплавленным покрывающим металлом.

Для того чтобы связь покрытий с изделием была прочной не­обходимо, чтобы образовался промежуточный слой в виде сплава между металлом изделия и металлом покрытия. На качество покрытия влияет ряд условий: предварительная подготовка и очистка поверхности изделия от окислов и загрязнений, пра­вильное флюсование металла в ванне, соблюдение теплового режима в ней.

Предварительная подготовка заключается в отжиге изделия (стального), травлении кислотой и промывке водою.

Основное назначение флюсов, в качестве которых применяются хлористый цинк, нашатырный спирт и другие вещества, — очистка поверхности изделия от окислов.

Горячий способ отличается простотой, дает плотное покрытие, обеспечивает хорошее сцепление, но имеет и отрицательные стороны: нанесение покрытий возможно только относительно легкоплавкими металлами (оловом, цинком, свинцом); неизбежен высокий нагрев изделий, что не всегда допустимо (например, для закаленных изделий); требуется большой расход покрывающего металла; покрытия получаются неравномерными.

Покрытие цинком. Покрытие стали цинком — дешевый и распространенный способ предохранения от коррозии изделий широкого потребления. Добавка к цинку 0,05—0,25% алюми­ния делает покрытие более ровным, менее хрупким, блестящим, с хорошо развитым поверхностным рисунком (так называемый мороз).

Как уже указывалось, цинк в паре с железом электрохимически защищает железо от коррозии, так как имеет более отри­цательный потенциал, чем железо. В атмосферных условиях цинковое покрытие быстро темнеет, покрываясь продуктами коррозии (смесью ZnO + Zn(OH)₂ + ZnCO₃), которые несколько повышают защитные свойства цинка. Толщина цинкового покрытия обычно не превышает 0,06—0,08 мм.

Цинковое покрытие применяют при изготовлении листового кровельного железа, ведер, тазов, корыт и других предметов широкого потребления.

Покрытие оловом. Горячий способ покрытия оловом (лужение) применяется для защиты стальных и латунных изделий. Стальные луженые листы называются белой жестью. Луженая латунная и стальная посуда может служить для приготовления, хранения и транспортирования пищевых продуктов, так как оловянное покрытие безвредно для здоровья.

Процесс нанесения оловянного покрытия на черную жесть подобен процессу оцинкования. После того как листы вынуты из ванны, их прокатывают между нагретыми вальцами для сня­тия излишка олова, а затем полируют.

На наших заводах применяется прогрессивный способ получения белой жести с помощью токов высокой частоты. Для этого жесть, покрытую гальванически тонким слоем олова, про­пускают через поле токов высокой частоты, где олово мгновенно расплавляется, создавая малопористую пленку.

Лужение производят также растиранием жидкого олова по поверхности изделия, нагретого до температуры плавления олова.

Покрытие железа оловом относится к катодным, поэтому при наличии в нем даже микроскопических пор, оно не только не защищает сталь от коррозии, но ускоряет ее.

Дефекты горячих покрытий. При нанесении защитных покрытий горячим способом могут возникнуть следующие дефекты.

Хрупкость покрытия появляется при большом содержании химических соединений, окислов и других хрупких включений.

Отслаивание является следствием плохой очистки поверхности изделий и тех же причин, которые вызывают хрупкость.

Пузыри образуются при наличии в основном металле влаги и водорода, выделившегося при травлении, шлаковых включений и других загрязнений.

Морщинистость и рябоватость появляются в результате сдвига окончательно не затвердевшего покрытия при изъятии изделия из ванны, а также при глубокой шероховатости поверхности изделия.

Темные пятна и полосы возникают на покрытиях при загрязнении ванны, а также свидетельствуют о пористости самого покрытия.

Гальванические покрытия

Гальванический способ нанесения металлических покрытий — самый распространенный. Теоретические основы и практические приемы его объединены в особую дисциплину — гальваностегию. Честь разработки гальванотехники принадлежит русскому ученому Б. С. Якоби.

Схема процесса покрытия заключается в следующем. Изделия погружают в электролитическую ванну с раствором соли того металла, которым изделие должно быть покрыто. Из того же металла делают анод, а изделие служит катодом. Под действием постоянного тока ионы металла покрытия направляются к катоду — изделию, разряжаются здесь, и металл осаждается на изделиях.

Доброкачественность покрытий зависит от предварительной подготовки (очистки) поверхности изделий, от состава электролита, силы тока, формы покрываемого предмета и других условий. Покрытие должно быть плотным, однородным и прочно сцепленным с изделием. Гальваническим способом можно наносить покрытия не только чистыми металлами, но и некоторыми сплавами.

Покрытие никелем. Никель применяется для покрытия преимущественно стальных и латунных изделий.

Никель дает пористое покрытие, поэтому по стали применяют двухслойное (медь + никель) и трехслойное покрытие (никель + медь + никель).

Многослойные покрытия рекомендуются в тех случаях, когда изделия должны противостоять атмосферной коррозии, а также когда к изделиям предъявляются требования безукоризненной отделки.

Толщина никелевых однослойных и многослойных покрытий, наносимых на стальные изделия, определена стандартом. В зависимости от условий эксплуатации изделий установлены следующие группы покрытий: легкие (Л), средние (С) и жесткие (Ж), соответственно для легких, средних и жестких условий работы. Минимальная толщина никелевых покрытий приведена в. табл. 4.1.

Покрытие никелем по стали принадлежит к катодным, поэтому защитные свойства никеля в значительной степени зависят от пористости покрытия. Пористость возрастает с уменьшением толщины никелевых покрытий.

Таблица 4.1

Условия работы	Условные обозначения группы покрытия	Минимальная толщина покрытия, μ
никелевого без подслоев	многослойных (медь + никель или никель + медь + никель)
суммарная	верхнего слоя никеля
Легкие……………. Средние…………... Жесткие…………...	Л С Ж	—

Благодаря высоким декоративным достоинствам и коррозийной стойкости на воздухе никелевое покрытие получило очень широкое распространение.

Покрытие хромом. Хром применяется в тех случаях, когда от изделий требуется, кроме коррозийной стойкости, высокая сопротивляемость износу и твердость. Твердость пленки хрома превышает твердость высокозакаленной стали. Покрытие жароустойчиво и начинает изменять цвет только при 480—500°.

Хром имеет более отрицательный потенциал, чем железо, но, благодаря высокой способности к пассивированию его потенциал практически приближается к потенциалу благородных металлов. Хром дает покрытие с большой пористостью, поэтому его наносят на сталь не непосредственно, а с подслоем из меди или никеля. Хромовое покрытие наносят на никелевое также и в тех случаях, когда желают сохранить никелированную поверхность блестящей.

Покрытие цинком. Нанесенное гальваническим способом покрытие имеет матово-серую поверхность; оно менее красиво, чем покрытие, нанесенное горячим способом. По толщине электролитические цинковые покрытия также подразделяются на три группы (Л, С, Ж) и колеблются в пределах 5—30 μ. Этим способом оцинковывают проволоку, резервуары керосинок и различные мелкие предметы — винты, гайки, скобяные изделия и т. д.

Покрытие медью. Это покрытие не может служить электрохимической защитой стальных изделий, так как медь обладает высоким положительным значением электродного потенциала (+0,34 V). Поэтому медь не применяют для самостоятельных покрытий, а наносят ее на изделия преимущественно как подслой для последующего покрытия их никелем, хромом, серебром и другими металлами.

Покрытие оловом. Покрытие гальваническим способом применяется реже, чем горячим. Электролитические оловянные покрытия могут иметь либо матовую, либо блестящую поверхность.

Грубоматовая поверхность обнаруживает увеличенную пористость покрытия, которая зависит от толщины слоя защитного металла. Так, при уменьшении толщины слоя с 7 до 3 μ. пористость увеличивается в 4—20 раз.

Сравнительная характеристика защитных свойств горячих и гальванических покрытий оловом в настоящее время остается недостаточно изученной.

Покрытие серебром. Серебрение применяется в производ­стве изделий домашнего обихода — столовых приборов, подно­сов, кофейников, подстаканников, портсигаров, а также ювелир­ных и галантерейных товаров. Серебром покрывают преимуще­ственно предметы из латунных и медно-никелевых сплавов. Серебро можно осаждать слоем значительной толщины без ухудшения сцепления с основным металлом. К недостаткам покрытия серебром следует отнести легкость взаимодействия серебра с сероводородом воздуха (с образованием темного налета — AgS), малую твердость и быструю истираемость. Покрытие катодно в отношении латуни, поэтому в порах образуются темные точки и пятна соединений меди. Средняя толщина слоя серебра на столовых приборах около 0,03 мм.

Покрытие золотом. Это покрытие применяется главным образом для декоративных целей в ювелирном и часовом производстве, а также для мелких столовых приборов — чайных ложек, стопок, солонок и др. Покрытие не обладает большой твердостью и легко подвергается механическому износу.

Вследствие высокого положительного значения электродного потенциала золота (+1,5 V), оно защищает металл только механически, поэтому поры и другие дефекты покрытия способствуют коррозии основного металла.

Дефекты гальванических покрытий. При нанесении покрытий этим способом наиболее часто встречаются следующие дефекты.

Отслаивание появляется при плохой предварительной очистке поверхности изделия и при неправильном составе ванны, а также из-за прерывания или чрезмерно сильного тока.

Пористость покрытия может возникнуть как след­ствие пористости основного металла, а также в результате грубой механической обработки поверхности изделия; пористость характерна для покрытий, имеющих малую толщину.

Пузыри и вздутия образуются при большой пористости основного металла, при наличии включений водорода как в ос­новном металле, так и в металле покрытия.

Хрупкость может возникнуть от загрязнения ванны; большая толщина покрытия и значительное количество в нем фаз химических соединений также могут быть причиной появле­ния хрупкости.

Непокрытые участки появляются при плохой очистке изделия перед покрытием, загрязнении его руками, при соприкос­новении изделий в ванне друг с другом.

Кроме указанных дефектов, иногда наблюдаются темные пятна, матовость, неравномерность покрытия и др.

Термомеханические покрытия (плакирование)

Плакированием называется способ покрытия одного металла другим с помощью нагрева и прокатки заготовки. Применяют три способа подготовки металла для плакирования: сборка па­кета, состоящего из заготовки основного металла, обернутой листовым плакирующим металлом; нанесение расплавленного плакирующего металла на болванку из основного металла; осаждение гальваническим способом плакирующего металла на болванку основного металла. При любом из этих способов за­готовку затем нагревают и прокатывают на заданный профиль (прокат листовой, сортовой и др.). Благодаря тому, что при прокатке одновременно действуют давление и высокая темпе­ратура, достигается прочное сцепление основного металла с по­крытием. Можно получить плакирующий слой любой толщины и практически совершенно плотный (без пористости). Наиболее широкое применение нашел этот способ для покрытия листового дуралюмина чистым алюминием. Кроме того, плакирование применяют для покрытия стали медью, латунью, алюминием (ферран).

В биметалле могут встретиться дефекты: отслаивание, трещины, неравномерная толщина покрытия, раковины и др.

Диффузионные покрытия

Этот процесс заключается в нагревании изделия в порошке того металла, которым требуется покрыть изделие. Благодаря длительному нагреву покрывающий металл диффундирует в изделие. Диффузионный способ применяют для покрытия мелких стальных изделий цинком (шерардизация) и алюминием (алитирование). Покрытие алюминием придает стальным и чугун­ным изделиям жаростойкость.

Металлизация (пульверизация)

Сущность этого способа состоит в том, что покрывающий расплавленный металл распыляется (разбрызгивается) по по­верхности изделия. Проволоку из покрывающего металла встав­ляют в особый аппарат, где она расплавляется в пламени газа или вольтовой дуги; давлением сжатого воздуха расплавленный металл выбрасывается в виде мельчайших частиц и осаждается на поверхности покрываемого изделия. Этот способ применяют для получения цинковых, алюминиевых и других покрытий.

Дата добавления: 2014-01-07