Цинковое лужение
Существует несколько техник нанесения металлических, неметаллических, композиционных покрытий. К ним, в первую очередь, можно отнести электрохимический метод (гальваническое осаждение), погружение в расплавленный металл (метод горячего покрытия или лужение), металлизация или газопламенное напыление, термодиффузия, метод магнетронного распыления (технология нанесения тонких плёнок на подложку с помощью катодного распыления мишени в плазме магнетронного разряда – диодного разряда в скрещенных полях) и методы химического осаждения, а так же, технология электроосаждения композиционных гальванических покрытий (КГП). Большую часть покрытий наносят погружением в ванну с раславленным металлом, либо электроосаждением из водных растворов электролитов. Другие методы распространены в меньшей степени и являются довольно нетривиальными. Все эти технологические разновидности преследуют три основные цели: создание защитного слоя, получение декоративного покрытия и для решения технологической задачи, например, получение зон электропроводности на диэлектрике. Рассмотрим суть этих методов чуть подробнее.
Металлизацию или газопламенное напыление осуществляют с помощью специального пистолета, в котором плавится металл, и образующийся металлический аэрозоль, наносится на покрываемую поверхность. Наносимое покрытие, получается довольно пористым. Данным методом возможно получить слои практически любой толщины и с хорошим сцеплением с металлической основой. К преимуществам металлизации относится возможность нанесения на собранные конструкции. В ряде случаев, для придания большей коррозионной стойкости, полученный таким образом слой, заполняют термопластичными полимерными смолами.
В дифузионном методе нанесения покрытий, деталь, при повышенной температуре, погружают в смесь, содержащую металлический порошок, где и протекает диффузия наносимого металла из порошка в основной металл. Данным методом осуществляют алюминирование и цинкование.
Система газопламенного напыления
Система магнетронного распыления
Как было отмечено выше, довольно часто применяется метод горячего покрытия или лужения – в котором, защищаемые металлические изделия, погружаются на непродолжительное время в ванну с расплавленным металлом. Данным методом наносят металлы с низкими температурами плавления: олово, цинк, галлий, индий, свинец, алюминий и проч. Перед нанесением декоративно-защитного слоя, изделие обрабатывают флюсом, состав которого зависит от технологических особенностей процедуры лужения. Флюс, в первую очередь, удаляет с поверхности металла жировые отложения и оксидные плёнки, препятствующие получению равномерного покрытия и ухудшающие адгезию контактирующих металлов. В отличии от горячего цинкования стали, при алюминировании возникает ряд факторов, влияющих на процесс коатирования стали алюминием: во-первых, более высокая температура плавления алюминия, для достаточной текучести которого, рабочая температура расплава должна поддерживаться в пределах 700 градусов Цельсия; во-вторых, образуются побочные хрупкие интерметаллиды железа и алюминия в условиях высокотемпературного контакта металлов; и в-третьих, окись алюминия образующаяся, в виде тонкой плёнки, на поверхности стали, и на конец, прожилки всё той же окиси алюминия, загрязняют поверхность изделия при извлечении его из ванны лужения. Погружение и продвижение в расплаве листового проката механизировано. Излишки расплава счищают щётками, отжимают с листов валками или сдувают сжатым воздухом.
Шерардизация — разновидность цинкования, заключающаяся в нагревании (при 340-400 °С) стальных изделий в порошке цинка для получения диффузионного поверхностного слоя.
Гальваническое цинкование
Технология электроосаждения (гальваническая) наиболее эффективна и часто применяется в наше время. Огромным плюсом является то, что при минимальном расходе металла, эта технология позволяет получать равномерные слои желаемой толщины. В зависимости от роли в макрогальванической паре с основным металлом (на который оно наносится), покрытие называется анодным или катодным, что в конечном счёте, определяется величиной потенциала покрытия по отношению к основному (защищаемому) металлу. Покрытие, чей потенциал в данных условиях более электроотрицателен, чем потенциал защищаемого (основного) металла, называется анодным, а то покрытие, потенциал которого более электроположителен – катодным. Например, при частичном нарушении цинкового покрытия на железном изделии (в простонародье называемым – «оцинковка»), в растворе электролита возникает гальваническая пара, где катодом служит железо, анодом – цинк, который в ходе электрохимической коррозии разрушается, сохраняя металл детали — железо — в неизменном состоянии. Подобные гальванические пары, после вмешательства нерадивого ортадонта, могут обнаружиться и в организме человека: а именно у людей со вставными зубными протезами, выполненными из разных металлов.
Успешно развивается технология электроосаждения композиционных гальванических покрытий. Суть метода осаждения КГП заключается в том, что вместе с металлом из гальванической ванны на детали осаждают различные порошки: оксиды, карбиды, бориды или сульфиды, а так же порошки полимеров, металлов и др. Включение дисперсных материалов в матрицу значительно изменяет свойства покрытий, а главное — в десятки раз повышает их износостойкость, антифрикционные характеристики, термическую и коррозионную стойкость, что создаёт предпосылки для широкого применения покрытий в самых разнообразных устройствах. Композиционные покрытия представляют собой металлические или неметаллические матрицы с заданным распределением в них разнообразных «упрочнителей». В качестве «упрочнителей» применяют порошки, волокна, материалы других видов с отличными от матрицы свойствами. Такие покрытия характеризуются границей раздела фаз. Различные сочетания материалов матрицы и дисперсионной фазы позволяют получить сотни типов композиционных гальванических покрытий. В простейшем варианте, КГП получают из гальванической ванны с электролитом, куда засыпают порошок и перемешивают, устанавливают аноды, укрепляют на катоде деталь; дисперсионную фазу поддерживают во взвешенном состоянии или транспортируют к катоду. При пропускании через суспензию электрического тока на детали образуется покрытие.
Впервые, в двадцатых годах прошлого столетия, на возможность соосаждения металла с неметаллическими частицами обратил внимание Ю.В. Баймаков. Использование чугунных растворимых анодов при осаждении железа позволило ему получить до 1,5% графита в покрытиях. В Англии К. Финк и Дж. Принке попытались реализовать эту идею для практических целей. Они добились улучшения антифрикционных свойств медных покрытий соосаждением их с коллоидным графитом. В ходе дальнейших исследований было установлено, что наиболее легко КГП образуются из электролитов меднения, серебрения, никелирования и железнения. Затруднено электроосаждение композиционных покрытий из хромовых электролитов. С увеличением доли порошков в гальванической ванне доля частиц в покрытиях может достигать 30-40%. Показано, что дисперсная фаза значительно повышает твёрдость покрытий и в десятки раз увеличивает их износостойкость. Более подробную информацию о технологии получения КГП вы можете получить из книги И.Н. Бородина «Порошковая гальванотехника», выпущенной издательством «Машиностроение» в 1990 году.
Все покрытия, по своему назначению, можно разделить на три больших класса: защитные, защитно-декоративные и специальные. Основная цель защитного покрытия — защита поверхности деталей от атмосферной коррозии. Защитно-декоративные покрытия защищают детали от коррозии и придают им декоративный вид. Специальные покрытия применяют для придания деталям поверхностной твёрдости, износостойкости, жаростойкости, отражательной способности, электропроводности, изоляционных и других специальных свойств.