Напыление алюминия в домашних условиях

Напыление металлов

Напыление металлов позволяет улучшить характеристики деталей, работающих в условиях, связанных сильным изнашиванием и механическими концентрированными нагрузками. Металлизация поверхностей повышает устойчивость и увеличивает срок службы. Кроме решения технических задач, напыление используется во время производства декоративных изделий, бижутерии, в пищевой, фармацевтической и химической промышленностях. Для напыления могут применяться различные металлы, конкретный выбор зависит от технического задания.

Химическое хромирование

Используется для обработки деталей со сложной геометрической формой, процесс основан на восстановлении хрома из растворов солей при помощи гипофосфита натрия. Осадок имеет серый цвет, блеск приобретается после полирования. Химическое хромирование протекает в ваннах с таким составом растворов.

Состав растворов для химического хромирования

  1. Фтористый хром, г — 17
  2. Хлористый хром, г — 1,2
  3. Лимоннокислый натрий, г — 8,5
  4. Гипофосфит натрия, г — 8,5
  5. Вода, л — 1
  6. Температура, °С — 70-87

Скорость процесса хромирования может достигать 2,5 мкм/ч, для изготовления ванн используется устойчивый пластик. Металлизация сопровождается выделением ядовитых химических соединений, растворы негативно влияют на кожу людей. Во время производства работ следует соблюдать правила техники безопасности, для очистки воздушной среды устанавливается принудительная вентиляция. Мощность вентиляции рассчитывается исходя из объема помещения или рабочей зоны с учетом минимальной кратности обмена.

На промышленных предприятиях монтируется вентиляция пластиковая, она позволяет выдерживать рекомендованные технологические параметры при минимальных финансовых потерях. Для промышленного хромирования химическим методом применяются специально разработанные растворы с улучшенными показателями.

Промышленные растворы для химического хромирования

При приготовлении растворов первым растворяется хлористый хром. Затем согласно схеме могут растворяться лимонно-кислый натрий и фтористый хром. Для ускорения химических процессов в состав добавляется щавелевая кислота. Ионы хрома образуют с ней химически активный ион, скорость покрытия возрастает до 7 мкм/ч и более. Процентное содержание ингредиентов корректируется технологами с учетом поставленных конечных задач по обработке деталей.

Для получения расчетного покрытия необходимо выполнять следующие требования:

  1. Качественная подготовка поверхностей. Детали очищаются механическим и химическим способами, при необходимости поверхности шлифуются.
  2. Оборудование должно обеспечивать максимальную автоматизацию процесса для исключения вредного влияния человеческого фактора.
  3. Постоянный контроль за состоянием раствора, фильтрование, поддержание заданной концентрации, своевременная замена катода.

Нарушение рекомендованной технологии может становиться причиной отслоений покрытий или образования глубоких раковин. Необходимость исправления дефектов приводит к значительному увеличению себестоимости производства.

Линия химического хромирования

Визуальный контроль химических процессов производится за счет определения количества выделяемого водорода, технологи рекомендуют для улучшения процесса одновременно покрывать детали из нескольких металлов. Слишком интенсивное выделение водорода может становиться причиной появления раковин, скорость процесса регулируется в каждом конкретном случае.

Газоплазменное напыление

Газоплазменное напыления позволяет получать чистое покрытие с высокими показателями адгезии. Процесс протекает при температурах до +50 000°С, скорость струи оставляет 500 м/с, температура поверхности обрабатываемой детали составляет не более +200°С.

Газоплазменное напыление металлов

Шероховатость поверхности напыляемых деталей до 60 Rz, зона обдува должна на 2–5 мм превышать номинальный размер напыляемого участка. Для работы используются порошки одной фракции по размерам, необрабатываемые участки детали закрываются специальными экранами. Перед процессом поверхность деталей предварительно прогревается до рабочих технологических температур.

Режимы работы оборудования при газоплазменном напылении

Схема оборудования для напыления

Оборудование для порошкового напыления состоит из подвода газа (1), катода плазмотрона (2), корпуса катода (3), теплоизолятора (4), корпуса анода (5), порошкового питателя (6), подвода газа-носителя (7), плазменной дуги (8) и источника питания (9).

Газоплазменное напыление допускает финишную обработку покрытий для улучшения характеристик деталей, в таком случае толщина покрытия должна учитывать механическую шлифовку.

Напыление в вакууме

Перенос напыляемых металлов выполняется при разрежении 10 -2 Па, напыление может быть катодным, магнетронным или ионно-плазменным. Вакуум увеличивает прочность сцепления поверхностей. Оборудование для технологии может быть многокамерным или многопозиционным однокамерным. Первые линии состоят из нескольких установок, в каждой из которых выполняется определенное напыление металлов, агрегаты между собой соединены технологическими линиями для транспортировки деталей. Многопозиционные имеют несколько отдельных постов для напыления в одном объеме. Вакуумное напыление производится по следующим этапам:

  1. Создание вакуума заданной глубины. Мощные компрессоры откачивают воздух из камеры, металлизация контролируется автоматическими приборами.
  2. Распыление покрывающего материала. В зависимости от особенностей процесса напыление металлов может выполняться несколькими способами.
  3. Транспортировка деталей в зависимости от их состояния.

Установка вакуумного напыления

Технологические определения Вакуумное напыление – сложный технологический процесс, зависящий от нескольких параметров:

  1. Критическая температурная точка напыления. Выше этого значения весь объем направляемых частиц отражается от поверхности детали, напыление металлов приостанавливается. Параметр зависит от металла детали, состояния ее рабочей поверхности и свойств напыляемых материалов.
  2. Критическая плотность давления. Минимальная плотность, при которой осадочная пленка адсорбируется и становится неспособной принимать атомы металла, напыление прекращается. Контроль критической плотности в установках выполняется непрерывно, при необходимости параметры условий корректируются. В зависимости от состава пленки могут быть моно- или поликристаллическими и аморфными.

Для повышения производительности вакуумное оборудование комплектуется механизмами автоматизированной транспортировки деталей в камеру и из нее, экранами и манипуляторами, заслонками и прочими механизмами. Напыление осуществляется в полуавтоматическом режиме.

Использование вакуумного оборудования позволяет получать напыление металлов с максимальным коэффициентом адгезии, увеличивается скорость протекания процесса, покрытия отличаются повышенной твердостью и химической устойчивостью. Недостаток – высокая энергоемкость процесса. Кроме того, вакуумное напыление не рекомендуется использовать для деталей со сложным профилем поверхностей.

Читать еще:  Можно ли варить алюминий полуавтоматом

Плазменное напыление металлов

Напыление плазменное, которое иногда называют диффузионной металлизацией, образуется вследствие термического диссоциации атомов металла под воздействием высокотемпературной плазмы с последующим осаждением и диффундированием внутрь заготовки. Это простой и дешёвый способ формирования покрытий.

Особенности и назначение плазменного напыления

Особенность покрытия — пластинчатая зернистая структура, возникающая в результате термической диффузии мелких частиц.

Стадии плазменного напыления металла:

  1. Ионизация частиц.
  2. Распыление.
  3. Осаждение.
  4. Затвердевание.

На каждом из этапов необходимо проводить контроль температуры и скорости движения напыляемых частиц.

Осаждение представляет собой совокупность двух, одновременно протекающих процессов – химической связи, которая активируется вследствие высоких температур в зоне обработки, и механических взаимодействий, обусловленных повышенной кинетической энергией частиц напыляемого металла. Дополнительным интенсифицирующим фактором считается наличие промежуточной среды – газа/жидкости — молекулы которой ускоряют и стабилизируют процесс металлизации. При этом образуются дополнительные соединения, улучшающие качество напылённого слоя. Например, азот формирует высокотвёрдые нитриды металлов, гелий предотвращает окисление поверхности, а медь улучшает условия трения.

Процесс используется для формирования оптимальных характеристик поверхностного слоя, а также как метод восстановления изношенных стальных деталей.

Технология процесса напыления

Исходный материал подается в столб плазмы в форме порошка или проволоки. Ионизированные газы высвобождают активные молекулы газов, некоторые из которых (например, водород) дополнительно поднимают температуру внутри плазменного столба, ускоряя процесс превращения молекул исходной заготовки в парообразное состояние. В результате ускоряется оседание движущихся частиц на подложку. Ионизация возможна не только из газа, но и из жидкости, испаряющейся в столбе дуги.

Напыляющие порошки разнообразят состав и свойства покрытий, поскольку в мелкодисперсное состояние может быть переработан широкий спектр металлов.

Плазменное напыление осуществляется в результате:

  • Инициализации плазмы высоковольтным разрядом, который образует электрическую дугу постоянного тока, образующуюся между двумя электродами — медным анодом и металлическим катодом (чаще – вольфрамовым). Электроды должны постоянно охлаждаться;
  • Генерирования потока высокотемпературного ионизированного плазменного газа, который обычно состоит из аргона/водорода или аргона/гелия;
  • Нагрева газа, с последующим ускорением его движения через сужающееся сопло;
  • Переноса мелкодисперсного порошка в плазменной струе на подложку.

Высококачественное покрытие образуется вследствие сочетания высокой температуры (до 15000°C), концентрированной тепловой энергии плазменной струи, инертной среды распыления и скоростей частиц, достигающих 300 м/с.

Последующая обработка покрытия

Процесс распыления в потоке плазмы ограничен материалами, которые имеют более высокую температуру плавления, чем пламя. При более низких температурах и скоростях (до 40 м/с), энергетические характеристики движущихся частиц уменьшаются, что приводит к окислообразованию, пористости и наличием различных включений в готовом покрытии. Снижается прочность сцепления и адгезии между покрытием и подложкой. Такие покрытия подвергают шлифовке или полированию. В обоснованных случаях предусматривается термическая обработка – закалка, отпуск, нормализация.

Оборудование плазменного напыления

Для диффузионной металлизации производят три вида устройств – со сжиганием кислородной смеси, с подачей инертного газа и с термическим разложением жидкости. Толщина покрытия достигает 100…120 мкм.

Установки плазменного напыления, использующие энергию высокоскоростной кислородной плазмы, работают при гиперзвуковых скоростях газа, достигающих 1600…1800 м/с в момент удара струи по подложке. Так производят плазменное напыление износостойкими карбидами металлов, когда не требуется полного расплавления ионизированных частиц.

Оборудование, где поток плазмы формируется в струе инертного газа, используется для производства покрытий, требующих сочетания хорошей износостойкости и ударопрочности. Нагрев приводит к тому, что газ достигает экстремальных температур, диссоциирует и ионизируется.

Установки третьего типа выполняют металлизацию в конечный момент формообразования поверхности или полости электродуговым разрядом, сжатым поперечным потоком рабочей среды. Такие установки наиболее производительны. В качестве примера рассмотрим станок типа «Дуга-8М», состоящий из следующих узлов:

  1. Инструментальной головки с электрододержателем.
  2. Герметизированной рабочей камеры.
  3. Насосной станции.
  4. Резервуара с диэлектриком.
  5. Генератора плазмы.
  6. Узлов контроля и слежения.

Диффузионная металлизация происходит так. Исходное изделие фиксируется в рабочей камере и герметизируется. Электрододержатель с электродом (имеющим сквозное отверстие) устанавливается над заготовкой, после чего через зону обработки производится прокачка среды под высоким давлением. Включается генератор плазмы, и производится перемещение электрода до момента пробоя межэлектродного промежутка. Высокая концентрация тепловой мощности в дуге приводит к размерному испарению материалов электрода и рабочей среды. В результате одновременно происходит съём металла и насыщение поверхности атомами элементов.

Оборудование для плазменного напыления своими руками изготовить крайне сложно, поскольку кроме мощных источников питания, необходимых для создания дугового разряда, необходимы высокоточные узлы подачи рабочей среды к плазменному столбу.

Расходные материалы

Выбор исходных материалов определяется свойствами покрытия и стоимостью его получения.

Металлы. Предпочтение отдают интерметаллидам алюминия, железа, титана, никеля и кобальта, потому что они имеют высокие температуры плавления и сравнительно невысокие плотности, что уменьшает энергоёмкость плазменного напыления.

Самофлюсующиеся порошки. Используются порошки самофлюсующихся сплавов (типа бор-кремний). В процессе обработки расплавы порошков образуют металлургические соединения, устойчивые к коррозии и износу.

Минералокерамика. Для плазменного напыления используют исходные материалы, содержащие алюминий и кремний: они не дают трещин или отслаиваний. Добавка железа, марганца, меди, цинка и магния приводит к улучшению свойств покрытия.

Металлоорганические соединения. Используются преимущественно неполярные жидкости, которые хорошо растворяются в минеральных и синтетических маслах малой вязкости.

Читать еще:  Пассивация алюминия азотной кислотой

Химическая металлизация – как защитить покрытие?

Тех, кто интересуется защитой сплавов и декоративным напылением, наверняка интересует вопрос, осуществима ли химическая металлизация в домашних условиях? Поговорим об этом подробнее.

1 Что такое металлизация и каковы ее виды?

Что же собой представляет технология металлизации и в каких случаях она осуществляется? Как становится понятно из названия, данный процесс заключается в нанесении на поверхность металлического слоя. Причем в качестве материала основы может выступать как металл, так и неметалл (дерево, стекло и т. д.). В зависимости от покрытия выделяют: самый популярный процесс цинкования (наносится слой цинка), химическое хромирование (слой хрома), не всем знакомое алитирование (алюминиевое покрытие) и т. д.

Что же насчет методов нанесения, они также могут быть самыми различными, в зависимости от того, какое оборудование используется. Широко распространено гальваническое покрытие, когда обрабатываемую деталь помещают в ванну с электролитом. Также к данному процессу можно отнести и газопламенное напыление, и плакирование. В первом случае реагенты наносятся в дисперсном состоянии, а способ плакирования заключается в том, что на одну или же обе стороны изделия наносят слой металла и затем осуществляют горячую прокатку.

Еще существует диффузионная технология и метод горячего покрытия. В первом случае напыление получают путем насыщения верхних слоев детали атомами металла защитного покрытия, которые затем проникают вглубь при нагреве. Второй же метод заключается в том, чтобы погрузить обрабатываемую деталь в раскаленный металл. Как видно, один метод причудливее другого, особенно это отражает используемое оборудование. И последний вид, на котором остановимся более подробно, это хим. металлизация, мы разберем эту технологию и попробуем осуществить ее в домашних условиях.

2 Назначение химической металлизации и ее особенности

Проводится металлизация с различными целями, чаще всего это получение декоративного покрытия. Еще подобным способом можно устранить такие мелкие дефекты, как микротрещины, поры и т. д. Однако это далеко не единственная задача, с помощью хим металлизации иногда производят и восстановление деталей, правда, достаточно редко. Основное же назначение покрытия из определенного металла – улучшение свойств основного материала. Таким образом достигаются великолепные антикоррозионные характеристики, повышается стойкость, увеличивается твердость, осуществляется защита от эрозии. В общем, можно сказать, что с помощью хим металлизации появляется возможность получения покрытий с заданными свойствами.

Итак, выше уже были рассмотрены разные способы нанесения защитных покрытий, осталась без внимания только хим металлизация. На ней сейчас и остановимся более подробно. Данная технология заключается в том, чтобы обеспечить идеальные условия для протекания окислительно-восстановительных реакций. В этом случае атомы, у которых окислительно-восстановительный потенциал находится на более высоком уровне, вырываются наружу. На видео мы не увидим явного процесса перехода, но отчетливо заметим изменение цвета детали.

Технология проведения химической металлизации заключается в следующем: на поверхность наносятся специальные реагенты, которые вступают в реакцию между собой, в результате чего образуется покрытие. Причем последнее может иметь самые разные цвета, при необходимости создаются даже такие покрытия, которые сочетают в себе несколько оттенков, плавно переходящих друг в друга.

Примерно так осуществляется, например, каталитическое хромирование. Если обратить внимание на соответствующие видео процесса хим металлизации, то можно заметить, что метод довольно прост в исполнении, в принципе его можно сравнить с простым нанесением краски.

3 Химическая металлизация – необходимые материалы и оборудование

Некоторые из процессов хим металлизации можно выполнить в домашних условиях, правда, нужно быть очень осторожными, чтобы не навредить здоровью, ведь работать придется с химией, иногда весьма агрессивной. А вот если у вас есть еще и более-менее специализированное оборудование, то можно обрабатывать элементы, имеющию самую различную сложную форму и размеры, начиная от пуговицы и заканчивая огромной статуей, напыление получается не хуже заводского.

Что же насчет материалов, так для химической металлизации понадобятся реактивы со свойствами активатора и восстановителя. Кроме них необходима еще и грунтовка, которой предварительно обрабатывается поверхность изделия, а также лаковое покрытие. Последнее выполняет защитную функцию и является завершающим аккордом в процессе хим металлизации. Оно обладает довольно высокой твердостью и износостойкостью.

Для того чтобы получить какой-то определенный цвет, технология предусматривает добавление еще и красящего тонера. Чтобы повысить адгезионные свойства перед тем как наносить защитный слой металла, поверхность покрывают специальным грунтом. Если эксперимент не удался, и полученный результат далек от ожидаемого, то без труда удалить такое покрытие можно с помощью специального смывочного вещества.

4 Можно ли провести химическую металлизацию в домашних условиях?

Итак, рассмотрев всю теоретическую часть, стоит перейти к практической и выяснить, возможно ли своими руками осуществить химическую металлизацию, где искать оборудование и реагенты, которые понадобятся для этого?

Конечно, подобная обработка деталей может навредить здоровью, но только в том случае, если игнорировать технику безопасности, поэтому данному вопросу отведено отдельное место в статье. Что же насчет ранее описываемого способа хим металлизации, то технология не представляет ничего особо сложного. Как уже говорилось, она очень похожа на простую покраску, там не используется замысловатое оборудование, главное – выдерживать последовательность. Сейчас же более детально рассмотрим иной метод, который несколько сложнее в исполнении.

Читать еще:  Как правильно плавить алюминий

Нам понадобятся эмалированная емкость, реагенты, паяльная лампа и, желательно, некоторые знания в области химии, для того чтобы точно определиться с необходимыми компонентами. Подготовив все расходные материалы для химической металлизации и простенькое оборудование, приступаем к обработке самой детали. Ее следует хорошенько очистить и обезжирить. Учтите, данная операция весьма важна и не терпит халатного отношения, так что берем щелочной раствор либо же хорошее моющее средство и тщательно удаляем все органические загрязнения. Не забываем и промыть элемент под проточной водой, дабы смыть само моющее средство.

Если не вся деталь подвергается металлизации, то следует заизолировать участки, которые не будут обрабатываться. Для данной цели подойдет свинец, так как он устойчив к электролиту.

Теперь понадобится установка для химической металлизации. Так как к деталям нужно будет подвести ток, то крепить их нужно на проводящие основания. Далее опускаем изделие в ванну с раствором, подаем напряжение и вытаскиваем через час. Если качество покрытия устраивает, отключаем оборудование, и дело остается за малым – просто отполировать остывшую деталь.

Помните, что любое игнорирование мер безопасности может нанести вред вашему здоровью. Итак, перед началом обязательно проверьте качество контактов вашего оборудования, ведь через них проходит достаточно большой ток, и, можно сказать, что именно на них возлагается основная нагрузка. Поэтому они должны быть максимально надежны. Вытаскивая деталь из ванны, не забудьте надеть перчатки, в противном же случае ожогов не избежать. Кроме того, особые требования предъявляются и к помещению, в котором будет проходить металлизация, особенно если работаете в домашних условиях. Оно должно быть открытого типа, так как во время реакции происходит обильное выделение газов, в результате чего возникает туман, который раздражает слизистые человека.

Особенности процесса хромирования алюминия

Хромирование алюминия проводят, если требуется повысить термостойкость, износостойкость поверхности деталей или для придания антифрикционных свойств.

Непосредственное хромирование алюминия и его сплавов невозможно из-за наличия на поверхности природной прочно сцепленной с основой оксидной пленки. Эта пленка повышает стойкость алюминиевых деталей против коррозии, но одновременно препятствует получению необходимого сцепления с ними хромовых покрытий.

Если эту оксидную пленку удалить и поместить алюминий в раствор соли какого-либо металла, то из-за высокого электроотрицательного потенциала алюминия на нем будут контактно выделяться находящиеся в растворе более электроположительные металлы, например, медь, никель, хром, олово или кадмий и т.д. Но при этом, контактное осаждение не позволяет получать удовлетворительное сцепление этих металлов с основой.

Поэтому, для хромирования алюминия применяют специальную подготовку поверхности, которая включает:

  • Механическую обработку;
  • Гидропескоструйную обработку (при необходимости);
  • Обезжиривание химическое;
  • Травление;
  • Осветление;
  • Активацию.

Механическая обработка перед хромированием алюминия (шлифование, полирование) проводится, если на поверхности детали имеются неровности, риски, забоины, раковины. Такие дефекты необходимо удалять, поскольку именно на этих участках наиболее вероятно отслаивание покрытия, особенно при термообработке.

Химическое обезжиривание проводится в растворе щелочного моющего средства Лабомид или Деталин с концентрацией 20 – 30 г/л при температуре 70 – 80 ºС в течение 5 – 10 мин. (см. статью «Обезжиривание поверхности»).

Травление алюминиевых деталей проводят в щелочном растворе едкого натра с концентрацией 80 – 100 г/л при температуре 45 – 50 ºС в течение 0,5 – 2,0 мин.

Осветление деталей из алюминия и его деформируемых сплавов выполняется в растворе азотной кислоты 300 – 400 г/л при температуре 15 – 30 ºС в течение 1,0 – 2,0 мин. Для осветления деталей из кремнистых и литейных сплавов к раствору азотной кислоты добавляют плавиковую (HF) в количестве 80 – 120 г/л при температуре 15 – 30 ºС в течение 0,2 – 1,0 мин.

После стандартной подготовки поверхности (см. статью «Травление поверхности») перед хромированием алюминия требуется проведение активации (удаление оксидной пленки с одновременным легким подтравливанием) с осаждением на его поверхности прочно сцепленного с основой тонкого слоя металла для последующего нанесения основного покрытия.

В производстве наиболее распространен метод активации путем «цинкатной» щелочной обработки в растворе состава, г/л:

ZnO 60 – 70
NaOH 250 – 420
при температуре 18 – 25 ºС в течение нескольких секунд.

При этом формируется тонкий слой цинка. В принципе уже на этот слой можно наносить хромовое покрытие. Однако, для улучшения сцепления рекомендуется первый слой цинка удалять, растворив его в растворе азотной кислоты (300 – 500 г/л). Затем, после тщательной промывки, детали повторно помещают в цинкатный раствор на 15 – 30 сек. Такой метод называется «двойной цинкатной обработкой». После двойной цинкатной обработки можно проводить основной процесс — хромирование алюминия.

Твердый хром наносят в две стадии из одного и того же электролита состава, г/л:

Хромовый ангидрид 250
Серная кислота 1,5

(см. статью «Покрытие хромом – это надежно и красиво!»), но с различными режимами осаждения:

  • при 18 — 21 ºС и катодной плотности тока 16 А/дм 2 ;
  • при 55 ºС и плотности тока 32 – 40 А/дм 2 .

Предложенный метод из-за своей простоты является наиболее доступным при хромировании алюминия и универсальным.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector