4.3. Нанесение покрытий
4.3.1. Общие положения
Покрытие – поверхностный слой детали, целенаправленно создаваемый под воздействием окружающей среды на поверхности заготовки (подложки, матрицы).
Покрытия характеризуются конечной толщиной, химическим составом и структурно- фазовым состоянием, качественно отличающимся от аналогичных свойств матрицы.
Данный способ является одним из наиболее эффективных путей повышения качества деталей машин.
Способы нанесения покрытий разделяют на три основных группы:
Физико-химический (гальванический, электролитический).
Химический.
Физический.
Работоспособность детали с покрытиями зависят от состояния поверхностного слоя подложки перед нанесением покрытия. В первую очередь уделяют внимание химической чистоте поверхности, т.к. любое загрязнение уменьшает силу сцепления покрытия с заготовкой и приводит к отслаиванию и растрескиванию покрытий.
Шероховатость поверхности матрицы двояко влияет на качество. С одной стороны, чем больше шероховатость поверхности заготовки, тем больше площадь контакта, а значит и сила сцепления, что особо важно при физических способах. С другой стороны, чем больше шероховатость, тем труднее очистить поверхность от загрязнения.
О.Н. в поверхностном слое заготовки интенсифицируют процесс нанесения покрытий и определяют знак О.Н. покрытий.
Крупнокристаллическая структура матрицы определяет крупнокристаллическую структуру окрытий. В случае мелкозернистой структуры подложки такой жёсткой связи нет.
Классификация методов подготовки поверхности под покрытия.
1. Механические:
а) шлифование и полирование; б) виброударная обработка; в) галтовка;
г) крацевание; д) пескоструйная обработка; е) дробеструйная; ж) гидроабразивная.
2. Химические:
а) обезжиривание; б) травление; в) химическое полирование.
3. Электрохимические методы:
а) обезжиривание; б) травление; в) полирование.
4. Физические:
а) вакуумный отжиг; б) бомбардировка поверхности заготовки высокоэнергетическими частицами.
Химические и электрохимические методы применяют после механических. После химических и электрохимических методов детали промывают в тёплой воде и сушат при невысокой температуре.
Условия работы покрытий разделяют на лёгкие, средние, жёсткие.
Лёгкие – закрытые, сухие, отапливаемые помещения.
Средние – пребывание изделий в атмосфере, загрязнённой промышленными газами и пылью без непосредственного воздействия дождя и снега, приморские районы, где воздух содержит соли.
Жёсткие – пребывание детали в атмосфере со значительным количеством газов и пыли при непосредственном воздействии дождя и снега, брызг, морской воды.
4.3.2. Физико-химические методы нанесения покрытий
Данные методы применяют для защиты изделий от коррозии, повышения износостойкости, твёрдости, сообщения антифрикционных свойств для декоративной отделки, для повышения отражательной способности, электропроводности, изготовления металлических копий с предметов.
Основоположником гальванотехники считается Якоби, получивший в 1837 г. медную копию с металлического оригинала.
Эти методы имеют следующие преимущества.
1. Возможность получения покрытий с разной структурой
2. Возможность регулирования толщины покрытий
3. Возможность получения покрытий из одного и того же металла с различными свойствами.
4. Возможность получения сплавов без применения высоких температур.
Недостатки.
1. Неравномерность толщины покрытия.
2. Достаточно большая продолжительность процесса.
3. Вредность производства.
Покрытия из металлов применяют для следующих целей:
1. Восстановление изношенных поверхностей (Сu,Cr,Fe).
2. Покрытия с катодным характером защиты от коррозии (Ni,Pb).
3. Покрытия с анодным характером защиты от коррозий (Zn,Cd)
4. Защитно-декоративные (Cr,Ni,Co,Au,Ag).
5.Покрытия увеличивают твёрдость и износостойкость (Cr,Fe,Ni,Co,Ro).
6. Защита от радиации (Pb).
7. Покрытия, повышающие отражающую способность (Cr,Ni,Au,Ag,Ro).
8. Покрытия, повыш. эл. проводность пов-го слоя (Сu,Ni,Ag,Sn).
9. Покрытия, защищающие участки детали от цементации (Сu), от азотирования (Sn).
10. Покрытия, сообщающие антифрикционные (защитные от трения) свойства (Сu,In,Sn,Agи их сплавы).
Основным параметром процесса является плотность тока на катоде или аноде:
J=I/F,
где I- сила тока,F– площадь электрода.
Чем выше плотность тока, тем более мелкозернистым получается покрытие. Но при слишком больших Jполучаются рыхлые осадки, т.к. начинает восстанавливаться водород. Толщина покрытия рассчитывается по формуле Фарадея:
,
где С – электрохим-ий эквивалент
осаждаемого металла; J-
плотность тока,
- выход по току;t–
продолжительность процесса;γ- плотность осаждаемого материала.
Температура электролита влияет на качество покрытий. С одной стороны формируется крупнокристаллическая структура, с другой – улучшается растворимость солей, увеличивается и повышается пластичность покрытий.
Перемешивание электролита осуществляется продуванием сжатого воздуха, периодическим подниманием и опусканием электродов и механическими мешалками. При уменьшении концентрации электролита до определённого значения формируется мелкозернистая структура, при слишком разбавленном электролите получаются рыхлые осадки.