Покрытие считается одним из наиболее используемых процессов обработки поверхности во многих отраслях промышленности. Металлическое покрытие используется для придания компонентам коррозионной стойкости, улучшения паяемости, повышения твердости, снижения трения и улучшения адгезии краски. Покрытие не только обеспечивает долговечность компонентов, но и придает им гладкую и ровную отделку. Его используют на отделке, крепежных элементах и механических компонентах для долговечности и внешнего вида.
Содержание:
Что такое гальваника?
Под гальванопокрытием обычно понимают нанесение тонкого слоя металла на поверхность другого материала, который может быть металлом или неметаллом. Толщина покрываемого металла составляет от 1 до 50 мкм для гальванопокрытия. Для этой цели покрываемые детали погружают в раствор электролита, содержащий ионы покрываемого металла. Обычно эти растворы водные, но иногда можно использовать и расплавленную соль.
Компоненты здесь действуют как катод, а электрод из металла используется. Поскольку реакция начинается либо при подаче тока, например, при гальванопокрытии, либо без внешнего тока, например, при химическом осаждении, ионы металла в растворе начинают осаждаться на поверхности компонентов. Это приводит к образованию гладкой поверхности с повышенной коррозионной стойкостью. Осаждение ионов может осуществляться двумя различными способами в зависимости от используемой техники:
- Ионы металлов физически задерживаются в микроскопических порах на поверхности, например, за счет механического сцепления.
- На границе между материалами силы Ван-дер-Ваальса помогают молекулам прилипать или распределяться по поверхностям.
Что такое процесс нанесения покрытия?
Вот пошаговый процесс нанесения покрытия:
Подготовка поверхности
Первый шаг в гальванизации — убедиться, что поверхность компонентов чистая. Поверхность компонента очищается путем обезжиривания и абразивной обработки, чтобы освободить ее от грязи, мусора или коррозии.
Активация поверхности компонента
Теперь поверхность компонентов обрабатывается кислотой или каким-либо химическим раствором, чтобы обеспечить ее реактивность. Этот шаг гарантирует, будет ли поверхность реагировать с желаемыми ионами металла или нет.
Подготовка раствора для покрытия
Он считается одним из самых важных этапов в гальванопокрытии, поскольку включает в себя подготовку раствора, содержащего ионы металла, которые необходимо нанести на поверхность. Выбор компонентов раствора зависит от того, какой тип гальванопокрытия требуется: хромирование, родирование или золочение.
Погружение в решение
Теперь компоненты погружаются в раствор и дальнейшая процедура продолжается соответственно в зависимости от того, является ли это гальванопокрытием или химическим осаждением. При гальванопокрытии применяется внешний ток, тогда как при химическом осаждении происходит автокаталитическая реакция осаждения металла на поверхность.
Лечение после
После завершения процесса гальванизации компоненты окончательно вынимаются из раствора и промываются водой, чтобы удалить с поверхности ненужные гальванические химикаты. Компоненты высушиваются и подвергаются последующей обработке, такой как полировка, чтобы придать им блестящий окончательный вид.
Методы нанесения покрытия
Гальваника
В гальванопокрытии источник постоянного тока (DC) используется для осаждения слоя металла на проводящую поверхность. Здесь подложка действует как катод, притягивая ионы металла из раствора. Ионы металла восстанавливаются и осаждаются в виде тонкой металлической пленки. В гальванопокрытии
Гальванические металлы обычно включают никель, хром, медь, золото и серебро. Гальваническое осаждение используется там, где требуется точный контроль толщины и состава материала, например, в аэрокосмической промышленности, электронике и медицинских приборах.
Виды гальваники
В зависимости от требуемого покрытия поверхности гальванопокрытие подразделяется на различные виды, такие как:
- Золочение
Он известен своей исключительной проводимостью и коррозионной стойкостью. Золотое покрытие нашло свое применение в электронике, аэрокосмической промышленности и медицинских приборах. Толщина золотого покрытия варьируется в зависимости от области применения, например, в аэрокосмической промышленности его толщина составляет >2.5 мкм.
- Серебряное покрытие
Серебряное покрытие выполняется там, где требуется высокая электро- и теплопроводность поверхности. Считается идеальным для ВЧ-разъемов и переключателей. Иногда серебряное покрытие может потребовать обработки против потускнения из-за образования сульфидов в воздухе.
- Никелирование
Никелирование известен своей превосходной износостойкостью, твердостью и защитой от коррозии. Для равномерного покрытия применяется химическое никелирование или никель Уоттса для блестящей, пластичной отделки.
- Хромирование
Традиционные хромовые ванны используют электролиты с шестивалентным хромом. Эти ванны осаждают яркий, износостойкий металлический слой хрома. Поскольку соединения Cr⁶⁺, используемые в традиционных хромирование являются высокотоксичными и канцерогенными, промышленность переходит на более безопасные альтернативы. Системы трехвалентного хрома (Cr³⁺) снижают риски для здоровья, сохраняя при этом блеск, твердость и долговечность, ожидаемые от хромирования.
- Покрытие цинком и цинковыми сплавами
Когда вам нужна экономически эффективная защита стали от коррозии, вам на помощь приходит цинкование. Он обеспечивает в восемь раз большую коррозионную стойкость и обеспечивает как отделку, так и устойчивость к коррозии.
- Меднение
Медное покрытие весьма экономично и универсально; оно находит применение в электронике благодаря своей превосходной электро- и теплопроводности. Медная обшивка также используется в качестве грунтовочного покрытия для таких материалов, как никель или хром.
- Родиевое покрытие
Покрытие родием находит применение в ювелирных изделиях и высокотехнологичной электронике, поскольку оно обеспечивает как блестящую отделку, так и повышенную износостойкость.
- Лужение
Олово широко используется в электронике и пищевой промышленности благодаря своей нетоксичности. Оловянное покрытие может быть выполнено в глянцевом или матовом варианте.
Электрохимическое покрытие
Химическое осаждение, также называемое автокаталитическим осаждением, позволяет осаждать металл посредством самоподдерживающейся окислительно-восстановительной реакции, поэтому внешний электрический ток не требуется.
Типичная толщина химического покрытия составляет от 1 до 120 мкм. Это более затратно и чувствительно к контролю процесса, чем гальваническое покрытие. Это предпочтительно, когда требуется равномерное покрытие и особые свойства поверхности, например, в аэрокосмической отрасли.
Иммерсионное покрытие
Иммерсионное покрытие включает осаждение тонкого слоя металла поверх других веществ посредством реакции замещения. Иммерсионное покрытие предлагает простой процесс отделки поверхности, но он ограничен некоторыми конкретными материалами, такими как золото или серебро. Иммерсионное покрытие предпочтительно, когда требуются тонкие, ровные покрытия на небольших или сложных деталях.
анодирование
Анодирование — это электрохимический процесс окисления, который улучшает поверхность металлов. Он в основном используется для покрытия слоя алюминия путем формирования прочного оксидного слоя. Анодирование находит свое применение в различных промышленных секторах, таких как аэрокосмическая промышленность, архитектура и автомобилестроение.
Термическое напыление
Термическое напыление начинается с нагревания покрываемого материала и его перемещения на подложку для формирования толстого защитного барьера. Он используется в средах с высоким износом, таких как турбины, трубопроводы и двигатели. Но этот процесс может быть дорогим и производить грубые поверхности, которые могут потребовать отделки.
Горячее погружение
При горячем погружении металлические компоненты погружаются в ванну с расплавленным металлом для получения толстого покрытия. Процесс экономически эффективен и обеспечивает защиту, особенно при наружном воздействии. Но горячее погружение может привести к неравномерной толщине покрытой поверхности.
Физическое осаждение из паровой фазы (PVD)
При PVD материал испаряется в вакуумной камере, а затем наносится в виде тонкого слоя на подложку. Обычно используется в автомобильной, инструментальной и декоративной промышленности для отделки, требующей твердости, износостойкости и визуальной привлекательности.
Химическое осаждение из паровой фазы (CVD)
В CVD твердое покрытие наносится путем термического разложения испаренных химикатов в реакционной камере. Покрытия, полученные с помощью этого метода, очень прочные и однородные. Одним из ограничений CVD является то, что он требует высоких температур и дорогостоящих установок, что может ограничить совместимость с подложкой.
Плазменное напыление
Плазменное напыление, как следует из названия, использует сверхгорячую плазменную горелку для плавления материалов. Затем этот расплавленный материал распыляется на поверхность, образуя толстый защитный слой. Этот метод нанесения покрытия считается идеальным для аэрокосмической, автомобильной и биомедицинской отраслей, особенно там, где критически важны тепло- и износостойкость.
Какой тип материала можно покрыть?
Гальванопокрытие можно наносить на широкий спектр материалов, но эффективность процесса зависит от:
- Проводимость материала
- Свойства поверхности
- Совместимость с методом гальванопокрытия.
Ниже приведены наиболее распространённые типы гальванических материалов:
Металлы (проводящие материалы)
Наиболее распространенными субстратами для гальванопокрытия являются:
- Сталь и железо обычно покрываются цинком.
- Алюминий, покрытый никелем или хромом
- Медь
- Латунь и бронза
- Титан и нержавеющая сталь
Неметаллы
Хотя непроводящие материалы не могут быть гальванизированы напрямую, они все еще могут быть покрыты после активации поверхности. К таким материалам относятся:
- пластики
- Керамика и стекло
- композиты
- Графит и материалы на основе углерода
Стандарты для гальванопокрытия
Ниже приведены общепринятые стандарты гальванопокрытия и их применение:
| Стандарт | Фокус | Типичное использование |
|---|---|---|
| ASTM B633 | Цинкование гальваническим способом для защиты от коррозии | Автомобили, машины, оборудование |
| стандартами качества ISO 4527 | Требования к никелированию и химическому никелированию | Электроника, аэрокосмическая промышленность, инструменты |
| MIL-STD-1500 | Контроль качества гальванопокрытия для военных деталей | Аэрокосмическая промышленность, оборонные системы |
| RoHS | Ограничивает содержание опасных веществ в покрытиях | Электроника, потребительские товары |
| НАСЕ MR0175/ИСО 15156 | Коррозионная стойкость в кислых средах | Нефть и газ, нефтехимические компоненты |
Для чего используется гальванопокрытие?
Улучшение коррозионной стойкости
Покрытие действует как защитный барьер, который защищает основной металл от воздействия влаги, кислорода, химикатов и других едких элементов. Таким образом, оно защищает поверхность компонента от образования коррозии.
Декорирование объектов
Покрытие широко используется в декоративных целях для улучшения внешнего вида металлических предметов. Покрытие серебром и хромом используется в автомобильных деталях для придания им привлекательного, блестящего вида.
Износостойкость
Он также повышает износостойкость поверхности деталей, сокращая частоту ремонтов и замен.
Увеличить паяемость
Некоторые поверхности трудно паять из-за их химического состава. Такие поверхности подвергаются гальванизации, что повышает их паяемость.
Пониженное трение
Покрытие обеспечивает более гладкую, более жесткую поверхность, которая уменьшает трение между движущимися частями. Хромирование обычно выполняется на подшипниках или шестернях для уменьшения износа из-за трения.
Измененная проводимость
Покрытие также полезно для изменения свойств проводимости поверхностей компонентов. Обычно серебряное и золотое покрытие обеспечивает отличную электропроводность и коррозионную стойкость.
Улучшенная адгезия краски
Поверхность часто покрывается слоем никеля или цинка для улучшения адгезии красок и покрытий. Эти металлы обеспечивают чистую, однородную поверхность с сильными связующими свойствами, которые помогают краске прилипать более эффективно.
Преимущества гальванопокрытия
- Покрытие обеспечивает отличную защиту от коррозии, например, цинк-никелевое покрытие, которое выдерживает до 720 часов испытаний в соляном тумане.
- Обеспечивают отличную износостойкость, например, твердое хромирование, достигающее 70 HRC.
- Он также улучшает электропроводность поверхности. Электропроводность поверхности улучшается за счет снижения контактного сопротивления и потерь радиочастот в высокочастотных приложениях.
- Обеспечивает длительный срок службы компонентов, особенно в суровых условиях.
Ограничения по покрытию
- Некоторые покрытия, такие как высокопрочная сталь, могут привести к водородной хрупкости, что может привести к растрескиванию под нагрузкой.
- Нанесение покрытия может привести к неравномерному покрытию деталей сложной геометрии из-за колебаний плотности тока.
- В некоторых процессах гальванопокрытия, например, с использованием шестивалентного хрома, используются токсичные химикаты, вредные как для здоровья человека, так и для окружающей среды.
- Проблемы с адгезией могут возникнуть из-за плохой подготовки поверхности или несовместимости базовых материалов.