Защитные и защитно-декаративные покрытия

В настоящее время существуют и применяются различные методы защиты металлоизделий, машин и механизмов от коррозии. Выбор способа (или совместного применения нескольких способов) защиты от коррозии зависит от условий, в которых будут проходить использование, хранение и перевозка изделия, от его размеров и экономической выгоды применения определённого метода защиты.

Для удобства изучения разделим известные методы на две группы.

К первой группе относятся методы, основанные на изменении состояния окружающей среды, химического состава металла, применении протекторной защиты и рационального конструирования деталей.

Во вторую группу включены методы защиты, связанные с нанесением защитно-декоративных покрытий

Меднением на поверхности стальных деталей получают покрытие катодного действия, красновато-коричневого цвета, мягкое, пластичное, с низкой твёрдостью и прочностью. Его обычно применяют в качестве промежуточного слоя при нанесении на сталь хрома и никеля (при непосредственном осаждении хрома и никеля на стальную поверхность повышается пористость покрытия, следовательно, возрастает его склонность к коррозионному повреждению), а также для снижения величины переходного омического сопротивления при изготовлении стальных шин для промышленных электрических установок.

Хромирование даёт блестящее твёрдое покрытие с голубоватым оттенком, с высоким сопротивлением коррозии и механическому износу. По механизму защиты хромовое покрытие является катодным, поэтому для повышения эффективности защиты в коррозионно-активной среде наносится трёхслойное покрытие медь-никель-хром, в котором толщина слоя хрома составляет доли микрометра. Хромирование широко применяется для повышения износостойкости штоков и цилиндров силовых элементов гидросистем, при изготовлении блестящих деталей и корпусов часов, измерительных приборов, велосипедов, автомобилей, станков и оборудования (штурвалы, ручки управления), деталей крепежа (винты, болты, гайки, шайбы), различных изделий промышленного и бытового назначения. Местное хромирование деталей часто применяется для контраста с матовыми поверхностями разных цветовых зон других контактирующих деталей.

Никелированием образуется твёрдое блестящее покрытие с желтоватым оттенком катодного действия, имеющее высокую коррозионную стойкость, износостойкость и хорошие декоративные свойства. Толщина никелевого покрытия может быть от долей мкм до 15 мкм. Никелирование широко применяется для покрытия металлических деталей станков, различного оборудования, двигателей, приборов, деталей крепежа, оконной и дверной фурнитуры, столовых приборов, светильников, галантерейных и многих других изделий.

Цинковоепокрытие средней твёрдости наносят гальваническим методом на проволоку, ленту, полосы, листы стали, а также на изделия, не имеющие выступов и углублений (поднутрений). Защищают этим методом от коррозии шиферные гвозди, патроны и цоколи электрических ламп накаливания и ряд других изделий. Цинк - активный анод, надёжно защищающий от коррозии. Существенными недостатками цинкового покрытия следует считать его матово-серый цвет (из-за образования на поверхности покрытия гидроокиси цинка), что снижает товарный вид изделий, а также невозможность применения для посуды и бытовых предметов пищевого назначения по причине токсичности соединений, образующихся при контакте покрытия с продуктами питания и горячей водой.

Лужение, наносимое гальваническим путём, применяют вместо горячего лужения (погружением в расплав) с целью экономии олова (олово - дорогой металл). Получается тонкий и ровный слой мягкого, эластичного покрытия катодного действия светло-серого цвета, сначала блестящего, но постепенно тускнеющего от воздействий атмосферы.

Оксидирование заключается в создании на поверхности металлического изделия слоя оксидов, обладающих значительно большей коррозионной стойкостью, чем основной металл. Оксидное покрытие предназначено для защиты изделий из чёрных и цветных металлов от атмосферной коррозии и может быть получено в окислительных средах химическим или электрохимическим способом. Наибольшее распространение получила технология химического оксидирования, заключающаяся в выдерживании обрабатываемых деталей от 10 до 90 мин в горячем растворе химически активных веществ (растворы щелочей, селитры, расплавы нитрата натрия) при температуре от 20-30 до 135-145^оС. Получается блестящее покрытие определённого цвета, которое несколько повышает чистоту поверхности детали; обработкой водяным паром покрытие можно сделать матовым.

Название, цвет и другие свойства получаемого покрытия зависят от химического состава окислительной ванны и особенностей технологии. Процесс получения на стальных деталях защитной плёнки от сине-чёрного до светло-коричневого цвета называетсяворонением, глубокого чёрного цвета – фосфатированием. Получение защитных плёнок с использованием растворов серной кислоты и хромпика на деталях из сплавов алюминия называется анодированием, на стальных - пассивированием, а с применением щавелевой кислоты в присутствии солей титана, циркона или тория - эматалированием. При помощи минеральных и органических красителей анодные покрытия могут быть окрашены в разные цвета - под золото, в красный, зелёный, синий, голубой, желтый цвет.

Оксидные покрытия (за исключением эматалирования) имеют невысокую твёрдость и износостойкость, не обеспечивают надёжной защиты от коррозии в коорозионно-активных средах, но являются прекрасным грунтом под лакокрасочные покрытия. Именно поэтому довольно часто применяются в сочетании с лаками и эмалями разных составов и цветов при изготовлении различных изделий технического и бытового назначения (инструмент, садово-огородный инвентарь, светильники и др.), за исключением бытовой посуды. Эматалирование при толщине покрытия 10-12 мкм обладает хорошими защитными свойствами в пищевых средах и стойкостью к истиранию. Обычно эта плёнка имеет серовато-молочный цвет, но органическими красителями она может быть окрашена в любой цвет. По причине отсутствия токсичности эматалирование применяется при изготовлении столовой посуды, холодильников бытового и торгового назначения, другого технического и торгового оборудования.

Металлизация пластмасс

Защитно-декоративные покрытия пластиков, пластмасс и других диэлектриков широко применяется для изготовления разнообразных украшений, фурнитуры, декоративных пано, сантехнической арматуры, ручек, оправ, игрушек и т.д.

Процесс металлизации пластмасс в промышленном масштабе был освоен сравнительно недавно, после того, как было поставлено производство abc–пластиков, специально предназначенных для нанесения гальванических покрытий. Благодаря своему составу abc-пластики обладают высокой механической прочностью и в то же время легко обрабатываются в растворах травления с получением высокой прочности сцепления с наносимым металлическим покрытием.

Среди существующих способов металлизации пластиков, пластмасс и т.д., и нанесения на них различных металлических покрытий, самый простой способ - химический. При такой технологии покрытия пластмасс металлами не требуется использования каких-либо специальных устройств или приспособлений.

Основными металлами, которыми покрывают пластмассы, служат медь и серебро. Получаемые пленки металлов имеют толщину несколько микрон, но и они дают на пластмассе хорошее блестящее покрытие.

Медью можно покрывать пластмассы по следующей технологии. Поверхность изделия сначала тщательно зашкуривают мелкой шкуркой и затем обезжиривают. Детали, имеющие выпуклый рисунок, обрабатывают следующим способом: cверху на рисунок насыпают абразивный порошок и затем, используя ваточный тампон, с легким нажимом, вращательными движениями протирают поверхность.

Полиакрилаты обезжиривают в концентрированном растворе едкого натра в течение 24 час. Полиамидные пластмассы достаточно просто обезжирить бензином или ацетоном.

После обезжиривания детали промывают в дистиллированной воде и обрабатывают в течение 1 мин в 0,5-процентном растворе хлористого олова, подкисленного соляной кислотой (40 г/л). Этот процесс называется сенсибилизацией, в результате чего, на поверхности изделия образуется пленка гидроокиси олова.

За сенсибилизацией следует процесс активации поверхности в течение 3 мин в растворе азотнокислого серебра (из расчета 2 г/л) и этилового спирта (20 г/л).

Далее деталь помещают для меднения в один из перечисленных растворов, приготовленных на дистиллированной воде.

Первый раствор:

Медь углекислая 180-200 г/л
Глицерин (90%раствор) 180-200 г/л
Едкий натр (20% раствор) 1000 мл

Температура раствора 15-25°C, время обработки – 1 час. При приготовлении второго раствора, сернокислую медь растворяют в половине объема воды и к раствору при помешивании понемногу подливают глицерин. В другой половине воды растворяют едкий натр.

Раствор едкого натра понемногу вливают в первый раствор при энергичном перемешивании. Непосредственно перед меднением, в раствор вливают 40% раствор формалина из расчета 5-8 мл/л.

Серебром покрывают пластмассы несколько по другой технологии.

Пластмассу обрабатывают так же, как и в предыдущем случае, то есть зашкуривают или обрабатывают порошкообразным абразивом. Моют щеткой в мыльной воде. Промывают дистиллированной водой и в течение 2-3 мин обезжиривают, используя раствор:

Хромовыйангидрид..(CrO₃)-100г/л
Сульфат железа (FeSO₄) - 10 г/л

Далее следует промывка в дистиллированной воде.

Все последующие растворы для серебрения готовят на дистиллированной воде.

Сенсибилизацию проводят в течение 2-3 мин в растворе хлористого олова (из расчета 2 г/л). После вышеперечисленных подготовительных операций пластмассовую заготовку помещают в раствор для серебрения следующего состава:

Азотнокислое серебро (AgNO₃) - 3 г/л
Едкий натр.(NaOH) - 3,5 г/л
Аммиак 25% (NH₄OH) - 8 мл/л

Температура раствора 15-25° C, время обработки – 1 час.

Непосредственно перед серебрением на 1литр раствора вводят 2,5 г/л глюкозы или фруктозы. При опускании изделия в раствор серебра на нем образуется ровный и блестящий слой металла. Если слой неоднородный и имеются пропуски, то это объясняется некачественным обезжириванием детали. В этом случае слой серебра удаляют и процесс повторяют снова.

Серебро с поверхности пластмассовой заготовки удаляют раствором:

хромового ангидрида - 10 г/л;
серной кислоты - 2-3 мл/л.

Полученные на пластмассе пленки металлов либо покрывают тонким слоем защитного лака, либо готовят к дальнейшему гальваническому наращиванию металла. Обычно этот процесс состоит из двух стадий: химическая металлизация поверхности диэлектрика (формирование слоя химической меди) и наращивания слоя меди гальваническим способом до необходимой толщины. Химическая стадия необходима для создания электропроводного слоя на поверхности диэлектрика, на который становится возможным гальваническое осаждение мед