Металлизация поверхности деталей:химическая, вакуумная, электродуговая и другие виды

Наша компания производит работы по антикоррозионной защите зданий и сооружений с использованием технологии металлизации на высоком профессиональном уровне.

1 Диффузионное насыщение стальных поверхностей – каким оно бывает?

Диффузионная металлизация – это метод насыщения изделий из сталей алюминием (алитирование, алюминирование), цинком (цинкование), бором (борирование), хромом (хромирование) или кремнием (силицирование). Такое нанесение повышает механические качества материалов, из которых изготовлены обрабатываемые детали – в частности, упрочняет их. Также описываемая методика подходит для восстановления деталей металлизацией.

Диффузионная металлизация может быть:

• жидкой – изделие погружается в расплав металла;
• твердой – используется ферросплав, содержащий хлористый аммоний;
• газовой – выполняется в газовых атмосферах, в которых присутствуют галогенные комбинации диффундирующего компонента.

Диффузионная металлизация придает деталям из углеродистой стали высокую жаростойкость (для этих целей применяется силицирование или алюминирование (алитирование)), стойкость к абразивному износу и повышенный показатель твердости. Изделия после алитирования стали становятся более качественными, их можно эксплуатировать в средах, где всегда имеется повышенная температура (вплоть до 1100 °С).

Диффузионная металлизация имеет несколько недостатков:

• малая скорость диффузии (алитирование, силицирование – это достаточно длительная процедура);
• тонкие слои, которые по своим защитным свойствам в несколько сотен раз менее эффективны, нежели покрытия, получаемые, например, при цементации стали.

Эти недостатки существенно ограничивают применение диффузионной технологии на промпредприятиях.

Описание и назначение металлизации

Любой процесс металлизации позволяет решать несколько технологических задач. К ним относятся:

• антикоррозийная защита;
• устранение мелких дефектов, возникших в процессе обработки;
• восстановление первоначальных размеров;
• изменение физических и механических свойств поверхностного слоя для улучшения потребительских характеристик;
• декоративное покрытие.

Способ нанесения покрытия выбирается исходя из поставленных задач. Благодаря выбранному способу удается получить различные характеристики поверхности детали. Толщина слоя наносимого металла определяет область будущего применения.

Металлизация может проводиться несколькими способами:

• физическим воздействием на поверхность (например, механическим или термическим);
• химическим;
• электростатическим.

Для реализации каждого способа разработаны специальные устройства. Они применяются в зависимости от решаемых задач, марки наносимого металла и степени оснащенности предприятия.

Описание технологии

Под металлизацией понимается метод модификации свойств поверхности изделий посредством нанесения на них функционального металлического покрытия. При этом обработанной поверхности придаются иные физические, механические и химические свойства. Покрытия наносятся на поверхности, предварительно подвергнутые механической абразивной обработке, методом электродуговой металлизации (ЭДМ). В качестве исходного присадочного материала используются металлические проволоки, в том числе и порошковые, которые расплавляются электродугой, с последующим распылением по поверхности обрабатываемого изделия струей газа (аргон, гелий, азот) или сжатого воздуха и созданием на нем металлизированного покрытия многослойной структуры. При этом наблюдается относительно невысокий (не более 120°С) нагрев поверхности обрабатываемого изделия, что полностью исключает структурные изменения основного металла и его деформацию.

Сцепление частиц с обрабатываемым изделием и между собой происходит не только путем простого механического сцепления с шероховатой поверхностью (силы адгезии), но и за счет диффузии металлов (силы молекулярного притяжения). Поэтому металлическое напыление прочно удерживается на изделиях и не отслаивается даже при их механической деформации.

Технологические особенности химической металлизации

Химическая металлизация может проводиться с различными целями, основной из которых является улучшение декоративных характеристик обрабатываемого изделия. Кроме того, полученное методом химической металлизации покрытие позволяет скрыть такие дефекты обрабатываемой поверхности, как мелкие поры и микротрещины. В отдельных случаях данную технологию используют для того, чтобы выполнить восстановление поверхности.

Если обобщить цели применения данного метода обработки, то все они заключаются в том, чтобы улучшить характеристики материала, из которого изготовлено изделие. К таким характеристикам, в частности, относятся:

• декоративные свойства;
• коррозионная устойчивость;
• твердость;
• износоустойчивость и др.

При этом, нанося на поверхность металлический слой химическим способом, можно получить покрытие с требуемыми характеристиками.

Процесс химической металлизации разделяется на несколько этапов, легко осуществимых на любом лакокрасочном производстве

Основная задача, которую необходимо решить при выполнении хим металлизации, – это обеспечить оптимальные условия для протекания окислительно-восстановительных реакций. При обеспечении таких условий из состава химического вещества происходит вылет атомов, окислительно-восстановительный потенциал которых находится на более высоком уровне. Конечно, такой процесс сложно проконтролировать визуально, но его результат – изменение цвета обрабатываемой поверхности – будет заметен сразу.

Сама технология выполнения металлизации химическим способом заключается в следующем: на изделие наносятся специальные химические реагенты, которые начинают вступать между собой в реакции. В результате на обрабатываемой поверхности формируется тонкий слой металла. Металлическое покрытие, полученное химическим способом, может быть выполнено не только в определенном цвете, но и иметь несколько оттенков с плавными переходами между ними. Известный многим специалистам и домашним мастерам метод каталитического хромирования изделий, к слову, также выполняется по технологии химической металлизации.

Если наблюдать за выполнением химической металлизации на видео, можно обратить внимание на то, что данный метод не отличается сложностью. Со стороны данный способ нанесения металлического покрытия напоминает простую покраску поверхности.

Область применения

Электродуговая металлизация вместе с последующим нанесением на металлоконструкции лакокрасочных материалов относится к гибридным покрытиям, срок службы которых благодаря синергетическому эффекту существенно превосходит суммарный срок эксплуатации каждого из этих слоев.

Данные покрытия рассчитаны на длительную антикоррозионную защиту металлоконструкций, которые в процессе эксплуатации подвергаются воздействию агрессивных факторов внешней среды как снаружи, так и внутри сооружений, а также в жидкостях.

Покрытия, создаваемые методом электродуговой металлизации, нашли применение в системах защиты от коррозии:

• металлоконструкций;
• железобетонных опор (мостов, эстакад, путепроводов);
• трубопроводных магистралей, топливо- и нефтехранилищ;
• технологического оборудования нефтедобывающих и нефтехимических производств, тепловых сетей.

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.

Под термической обработкой понимают нанесение на поверхность металлизирующего слоя при погружении в ванну с расплавленным металлом. Такая обработка допустима только в том случае, если температура плавления детали значительно выше температуры плавления наносимого металла.

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.

Вакуумная

Данная металлизация основана на последовательном испарении (адсорбции) и последующем выпадении частиц металла на поверхность обрабатываемой детали. Технологический процесс ее реализации довольно сложный и затратный. Потому его применяют на предприятиях и в условиях мастерских. Этот метод обладает рядом преимуществ, что позволяет использовать его для деталей из различных материалов (дерева, пластика, керамики, стекла и других полимерных соединений). Особое распространение он получил для металлизации пластмассы на автомобильных заводах. Вакуумная металлизация позволяет получить изделие с эффектным внешним видом, но не улучшает прочностных характеристик.

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.

Вместо газовых горелок применяют специальные пистолеты-металлизаторы инжекторного типа. В некоторых случаях метод применяют для формирования не металлических покрытий. В газовую струю подают порошок из стекла, эмали, специальных пластмасс.

Цинкование

Широко распространенным способом защиты черных металлов от коррозии является цинкование. В качестве материала используется цинк, который наносится на поверхность различными методами (горячим, холодным, гальваническим, термодиффузионным).

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

3 Особенности электродуговой обработки стальных поверхностей

Электродуговая металлизация – нанесение защитного покрытия посредством расплавления электродугой проволочных электродов и последующего распыления (в сжатой струе воздуха) металла, выполняющего роль протектора. В результате подобного процесса (требуется специальное оборудование) на поверхность стальных изделий наносятся мелкие частицы, которые формируют покрытие сплошного типа.

Электродуговая металлизация характеризуется рядом достоинств:

• большая (до 15 мм) толщина получаемого защитного слоя;
• недорогое оборудование и сравнительно простая технология процесса;
• возможность внедрения в производство специальных линий, автоматизирующих проведение операции;
• отличная производительность.

Кроме того, электродуговая металлизация гарантирует рациональный расход распыляемых металлов, малые затраты (энергетические) на получение покрытия с заданными параметрами, высокую производительность. Да и оборудование для нее отличается повышенной надежностью.

Не лишена электродуговая металлизация и недостатков. Во-первых, ее технология не всегда обеспечивает хорошую прочность сцепления стальной основы с наносимым покрытием. Во-вторых, выполнять данное напыление не рекомендуется для обработки изделий, работающих в коррозионных средах.

Преимущества и недостатки

В отличие от других методов антикоррозийной защиты электродуговая металлизация обладает целым рядом положительных характеристик:

• детали и конструкции, подвергнутые металлизации, отличаются большим сроком службы (до 30 лет);
• процесс термического напыления происходит при относительно малом тепловом воздействии на основу (температура нагрева 70—100°С), что исключает структурные изменения и деформацию основного металла;
• нанесенное напыление имеет высокую антикоррозийную стойкость и износостойкость;
• технологический процесс ЭДМ отличается высокой производительностью (до 100 кг/час напыляемого металла) и экономической эффективностью (низкие энерго- и другие производственные затраты), не критичен к размерам обрабытываемых конструкций, месту их расположения и погодным условиям;
• металлическое напыление может состоять из различных металлов и сплавов, и достигать значительной толщины (до 15 мм), обладает высокой адгезией (с течением времени только возрастает), отличается высокой пластичностью, не отслаивается и не разрушается как при воздействии довольно низких температур (до —60°C), так в условиях механической деформации (изгиба);
• антикоррозийные покрытия, созданные с помощью ЭДМ, обладают протекторным свойством самовосстановления, которое состоит в закупоривании мест механического повреждения защитного слоя окислами металла покрытия;
• оборудование ЭДМ отличается высокой надежностью, легкостью и простотой в обслуживании;
• процесс ЭДМ обладает высоким потенциалом автоматизации, в том числе путем создания автоматических линий.

Основными недостатками электродуговой металлизации являются:

• ограниченный ассортимент присадочных материалов (связано с требованиями по их электропроводности и использованием в виде проволочных электродов);
• присутствие в антикоррозийном покрытии значительной доли оксидов, что сказывается на его ударостойкости (связано с перегревом и окислением напыляемого материала при малой скорости подачи проволочных эдектродов);
• имеются случаи недостаточной прочности сцепления напыленного металла с основой (15–45 МПа);
• наличие высокой пористости антикоррозийного напыления ограничивает применение металлизации в агрессивных средах без применения дополнительных методов защиты.

Присадочные материалы

Выбор материала для нанесения покрытия зависит от условий эксплуатации и основных изнашивающих процессов, протекающих на поверхностях. Основным видом присадочного материала является непрерывный проволочный электрод. Применяют как проволоки сплошного сечения, так и порошковые диаметром от 1,0 до 2,5 мм. Скорость подачи проволоки варьируется от 220 до 850 м/ч.

Проволоки сплошного сечения используются преимущественно для создания покрытий на поверхностях под неподвижные посадки (из малоуглеродистых сталей Св-08, Св-10ГА) и подвижных соединений (из высокоуглеродистых сталей Нп-50, Нп-85 и легированных сталей Нп-30Х13, Нп-40Х13, Нп-60Х3В10Ф). Для получения покрытий с высокой твердостью используют порошковые проволоки.

Для создания антикоррозионных покрытий применяются высоколегированные проволоки на железной основе (Св-08Х18Н8Г2Б, Св-07Х18Н9ТЮ, Св-06Х19Н9Т, Св-07Х19Н10Б, Св-08Х19Н10Г2Б, Св-06Х19Н10М3Т), а также проволоки из цветных металлов (никеля, цинка, меди и др.).

Основными цветными антикоррозионными материалами, наносимыми способом электродуговой металлизации на стальные конструкции и изделия, являются цинк, алюминий и их сплавы. Цинковые покрытия являются коррозионностойкими в морской воде и в условиях морской атмосферы. Наибольшее влияние на скорость коррозии цинка в индустриальной атмосфере промышленных городов оказывает содержание в ней окислов серы, а также других веществ (например, хлора и паров соляной кислоты), образующих с цинком гигроскопические соединения.

Алюминий по своим химическим свойствам очень активен, но в присутствии окислителей покрывается защитной пленкой, резко понижающей его химическую активность. Коррозионная стойкость алюминия зависит от условий, в которых происходит коррозия. В сильно загрязненной атмосфере алюминий корродирует во много раз быстрее, чем в чистом воздухе. Алюминий стоек в горячей и мягкой воде.

Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи: comments powered by HyperComments

5 Несколько слов о металлизации печатных плат

Надежность эксплуатации печатных плат напрямую зависит от того, насколько качественно выполнена металлизация сквозных отверстий в них. В ходе процесса в отверстиях осаждается медь. Это, по сути, электрохимическая обработка печатных плат, которая не вызывает особых сложностей у опытных людей.

Метод металлизации сквозных отверстий в печатных платах состоит из двух этапов:

• сначала происходит активация меди за счет катализирующего воздействия палладия, входящего в состав смеси для обработки печатных плат;
• затем на центрах активации начинается процесс восстановления меди.

В результате этой двухстадийной операции в отверстиях печатных плат создается сплошное проводящее покрытие. При наличии спецоборудования и некоторых умений несложно выполнить металлизацию отверстий в домашних условиях.

1 этап. Подготовка поверхности

В состав этапа подготовки поверхности входят следующие операции:

• обезжиривание поверхности металла с помощью углеводородных растворителей в случае присутствия масляноо-жировых включений.
• обмыв участков старого лакокрасочного покрытия металлоконструкции с целью удаления солей, атмосферных загрязнений, закоксованностей;
• абразивоструйная, гидроабразивная или гидродинамическая очистка поверхности металла с целью удаления старого лакокрасочного покрытия, ржавчины, окалины и придания шероховатости;
• сушка поверхности ( при использовании технологий гидроабразивной или гидродинамической очистки)
• ручная очистка и закругление острых углов, кромок, удаление заусенцев и варочных брызг.
• обдувка сжатым воздухом и обеспыливание поверхности металла.

Контроль качества подготовленной поверхности осуществляется на предмет соответствия следующим критериям:

• абразивоструйная очистка должна быть осуществлена до степени, определенной регламентом (ППР), как правило, это степень SA 2- 2,5 — 3 по ISO 8501 и проверена визуально путем сравнения с эталоном;
• ручная очистка должна быть осуществлена до степени St 2- 2,5- 3 по ISO 8501 и проверена визуально путем сравнения эталоном;
• шероховатость Rz мкм (в зависимости от условий ППР) — проверяется с помощью компаратора или профилометра по ISO 8503-1
• степень обеспыливания по ISO 8502-3 — проверяется по количеству и размеру частиц пыли;
• степень обезжиривания проверяется люминесцентным способом по ГОСТ 12.2.052-81.

Контроль качества металлизационных покрытий

В процессе производства металлизационные покрытия оцениваются как по качеству поверхности, так и по прочности сцепления частиц наплавляемого металла с поверхностью изделий. Подобный контроль должен состоять из оценки внешнего вида, определения толщины и проверки прочности сцепления с основанием (адгезии). Наплавление должно иметь равномерное мелкозернистое строение и достаточно высокую чистоту поверхности (3-5 класс). При этом абсолютно недопустимым является наличие пропусков, вздутий и металлических брызг. Возможны только малозаметные различия в цветовых оттенках поверхностного металлизированного слоя.

К металлизированным покрытиям предъявляется целый ряд требований, среди них:

• прочность сцепления с основанием;
• мелкозернистая структура, отличающаяся наилучшими механическими свойствами;
• минимум пористости;
• равномерность толщины покрытия.

В отдельных случаях могут выставляться дополнительные требования, связанные с высокой твердостью, износоустойчивостью и др.

Осмотр внешнего вида

Визуальный осмотр металлизационных покрытий проводится невооруженным глазом. Конечный результат осмотра должен соответствовать требованиям технических условий на определенный вид покрытия.

Оценку качества покрытия наиболее важных изделий производят по эталонам. Покрытия никелированных деталей должны быть светлыми, блестящими и ровными. На поверхности не должно быть точечных пятен, черных полос, пузырей, трещин, отслаиваний и шероховатости. После полирования декоративные многослойные покрытия должны обладать равномерным блеском и высокой плотностью. Наличие механических дефектов в виде царапин, рисок и оголенных участков не допускается.

Техника безопасности

Любой метод металлизации относится к категории вредных и небезопасных технологических процессов. Основными источниками повышенной опасности при работе являются:

• наличие высоких температур, являющихся катализаторами процесса;
• необходимость применения источников повышенного напряжения;
• использование открытого пламени при газовом методе;
• применение различных химических соединений, пары которых оказывают негативное воздействие на органы дыхания.

При проведении работ необходимо строго соблюдать все пункты техники безопасности, которые приведены в инструкции к конкретной установке или аппарату. Если работы проводятся самостоятельно в домашней мастерской, необходимо позаботиться о наличии средств защиты органов дыхания, зрения, открытых частей тела. Исключить возможность поражения электрическим током.

Понравилась статья? Поделитесь своим мнением в блоке .

Поиск записей с помощью фильтра:

2 этап. Нанесение металлизационных покрытий

Качество напыления и эффективность данного процесса в значительной степени зависят от выбранного режима металлизации, технологическими параметрами которого являются:

• рабочее напряжение дуги;
• давление воздуха;
• расстояние между соплом аппарата и металлизированной поверхностью;
• скорость перемещения металлизатора относительно изделия.или конструкции.

Напряжение дуги должно соответствовать типу используемых проволочных электродов. Сжатый воздух при ЭДМ необходимо подавать под давлением около 0,6–0,7 Мпа. Сопло металлизатора нужно располагать в 8–12 см от обрабатываемой поверхности. Скорость перемещения распылительного устройства относительно металлизируемой поверхности следует выбирать из такого расчета, чтобы за один проход толщина напыляемого слоя не превышала 0,10–0,15 мм. Низкая скорость перемещения распылителя приводит к сильному нагреву наносимого покрытия, что отрицательно влияет на его твердость и износостойкость. При ЭДМ общий нагрев обрабатываемой поверхности не должен подниматься выше 60°С. В целях исключения перегрева при нанесении утолщенных покрытий используется обдув обрабатываемых поверхностей сжатым воздухом (0,05-0,07 МПа). При этом его поток направляется на обрабатываемую поверхность на некотором расстоянии от пучка микрочастиц расплавленного металла. При ЭДМ плоских деталей и конструкций рекомендуется наносить напыление полосами, при этом соседние полосы должны перекрываться на треть их ширины.

Следует отметить, что в напыленном слое может возникать ряд дефектов. Анализ дефектов, характерных для традиционных методов наплавления, показывает, что одна из основных причин образования пор, раковин и несплавлений — это отсутствие внешнего механического воздействия при формировании и кристализации металлизированного покрытия. Образование бугристостей обусловлено слишком большой скоростью подачи проволочных электродов, недостаточным напряжением электродуги или недостаточным давлением воздушного потока. Причины пережога напыленного слоя связаны со слишком большим напряжением и силой тока, недостаточной скоростью перемещения электродугового металлизатора, большой толщиной напыляемого слоя, пониженным давлением воздуха.

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...