Как напылить металл в домашних условиях

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.

Химическая металлизация: технология, выполнение в домашних условиях

Вопросы эффективной защиты и декоративного оформления поверхностей изделий из различных материалов являются достаточно актуальными как для производственников, так и для многих домашних мастеров. Эффективно решить такие задачи позволяет химическая металлизация, которую можно выполнить и своими руками.

Технология химической металлизации может использоваться практически на любых жестких поверхностях

Виды металлизации

Металлизация изделий, как понятно из названия данного процесса, заключается в том, что на их поверхность наносится тонкий металлический слой. Подвергаться такой обработке может не только металл, но также пластик, древесина, стекло и другие материалы. Наиболее популярными и известными видами такого процесса являются металлизация хромом (хромирование), покрытие поверхности изделия слоем цинка (цинкование), менее известным – алитирование, в процессе которого на поверхность наносится слой алюминия.

Химическая металлизация. Рама для зеркала

В зависимости от того, какое оборудование и какая технология используются для металлизации, данная обработка подразделяется на различные виды. Так, на сегодняшний день хорошо отработаны и активно применяются следующие способы нанесения металлического покрытия:

  1. гальваническая металлизация, выполняемая в ваннах со специальным электролитом;
  2. электродуговая металлизация, при которой покрытие на обрабатываемую поверхность наносится посредством электродугового плавления металлического электрода и последующего распыления расплавленного металла при помощи струи сжатого воздуха;
  3. газоплазменное напыление, при которой, как и при осуществлении дуговой технологии, металл наносится на поверхность изделия в расплавленном мелкодисперсном состоянии (как и электродуговая металлизация, газоплазменное напыление является достаточно сложным технологическим процессом, поэтому их применяют преимущественно в производственных условиях);
  4. плакирование – нанесение на поверхность слоя металла и его последующая горячая прокатка;
  5. диффузионная металлизация, суть которой заключается в том, что атомы наносимого металла под воздействием высокой температуры проникают в поверхностный слой обрабатываемого изделия;
  6. горячая металлизация – формирование покрытия при погружении изделия в ванну с расплавленным металлом;
  7. химическая металлизация.

На последней технологии стоит остановиться подробнее, так как она оптимально подходит для того, чтобы наносить металлические покрытия на различные изделия своими руками в домашних условиях.

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.

Используемые материалы и оборудование

Химическую металлизацию, как уже говорилось выше, можно выполнять своими руками и в условиях домашней мастерской. При этом изделия, отличающиеся небольшими размерами и несложной формой, обрабатывают по такой методике даже без использования специального оборудования. Если же такое оборудование в вашем распоряжении имеется, то наносить слой металла химическим способом можно даже на габаритные детали сложной конфигурации.

Самостоятельно занимаясь выполнением такой процедуры, следует соблюдать предельную осторожность, так как при этом используются опасные для здоровья химические реактивы. Если правильно подготовить оборудование и материалы для выполнения химической металлизации, то своими руками в домашних условиях можно получать на различных изделиях покрытия, качество которых практически не отличается от тех, которые сформированы на заводе.

Читать еще:  Какой цемент лучше для тротуарной плитки?

Реагенты для химической металлизации

В наборе для химической металлизации должны быть реактивы, обладающие свойствами активатора и восстановителя. Для выполнения данной процедуры потребуется также грунтовка, которая наносится на обрабатываемую поверхность, и лак, защищающий готовое покрытие от негативного влияния внешних факторов. Для нанесения финишного лакового покрытия следует выбирать материал, обладающий высокой твердостью и износостойкостью.

Чтобы окрасить наносимый металлический слой в желаемый цвет, можно использовать специальный красящий тонер. Грунтовка, о которой говорилось выше, необходима для того, чтобы улучшить адгезию наносимого металлического слоя с материалом, из которого изготовлено обрабатываемое изделие. Результат химической металлизации, выполняемой своими руками, не всегда может быть качественным. Однако нанесенное покрытие можно удалить, используя для этого специальные смывочные растворы.

Установка химической металлизации предназначается для нанесения покрытия на любые твердые поверхности

Химическая металлизация в домашних условиях

Если вы решили выполнить химическую металлизацию своими руками, следует не только изучить теоретический материал, но и просмотреть обучающее видео на данную тему. Естественно, необходимо подготовить комплект оборудования и расходных материалов для выполнения этого технологического процесса.

Для химической металлизации используются опасные для здоровья химические реактивы, работая с которыми, следует строго соблюдать требования по технике безопасности. Сама же технология химической металлизации, как уже говорилось выше, не представляет особой сложности и напоминает обычную покраску. Главное при этом – строго придерживаться определенной последовательности действий. Более подробно познакомиться с такой методикой позволяют видео, которые несложно найти в интернете.

Простейшая установка для химической металлизации может состоять из эмалированной емкости и паяльной лампы. Для выполнения обработки потребуются соответствующие реагенты и знание химии, чтобы правильно их смешивать. Изучив теоретический материал, просмотрев соответствующее видео и подготовив свой аппарат для химической металлизации, можно приступать к самой металлизации.

Алгоритм действий в данном случае таков:

  1. Проводят тщательную очистку обрабатываемой поверхности от загрязнений.
  2. Выполняют обезжиривание. К данному этапу следует подойти очень ответственно, так как от качества его выполнения во многом зависят характеристики наносимого покрытия. Проводить такую процедуру можно при помощи щелочного раствора или качественного моющего средства, позволяющих удалить с поверхности изделия все органические загрязнения.
  3. Промывают обезжиренную поверхность водой.
  4. Если химической металлизации подвергается не все изделие, то те его участки, на которые не будет наноситься покрытие, необходимо заизолировать при помощи свинца, устойчивого к воздействию электролитического раствора.
  5. Изделие крепят на проводе, по которому к нему будет подаваться электрический ток, и опускают в емкость с электролитическим раствором. Выдерживать изделие в таком растворе следует в течение часа.
  6. Обработанное изделие извлекают из раствора, просушивают, остужают и, если качество нанесенного покрытия достаточно высокое, полируют.

В домашних условиях можно использовать мини-установку для химической металлизации, работающую от компрессора

Чтобы получить на обрабатываемой поверхности качественный металлический слой и при этом не навредить своему здоровью, следует придерживаться определенных рекомендаций.

  • Перед началом процедуры надо проверить надежность всех электрических контактов, на которые будет приходиться основная нагрузка.
  • При выполнении всех этапов химической металлизации (особенно при извлечении обрабатываемого изделия из электролитического раствора) следует пользоваться резиновыми перчатками, которые защитят кожу ваших рук от химических и термических ожогов.
  • Помещение, в котором выполняется металлизация химическим способом, должно быть хорошо проветриваемым. Объясняется это требование тем, что при выполнении этой процедуры происходит интенсивное выделение газов и образование тумана, раздражающего слизистые оболочки органов дыхания и зрения.
  • Не лишним при выполнении химической металлизации будет использование респиратора и защитных очков.

Металлизация с использованием стандартного краскораспылительного оборудования

В целом, если правильно подготовиться к химической металлизации, тщательно изучить все теоретические аспекты данного процесса и просмотреть соответствующее видео, то в результате можно получить качественные декоративные покрытия, отличающиеся еще и отличными защитными свойствами. Используя такую технологию, вы даже в домашних условиях сможете изготавливать различные изделия декоративного назначения, реставрировать поверхности изношенных деталей, наносить на них покрытие, защищающее их от негативного влияния внешней среды.

Важно, что такой процесс не требует применения сложного технологического оборудования, особых знаний и опыта, а также значительных финансовых вложений. Надо только изучить все аспекты методики, а также строго придерживаться технологических рекомендаций и требований по технике безопасности.

Химическая металлизация

Для защиты неустойчивых материалов и их декорирования могут применяться различные технологии обработки. Химическая металлизация – процесс, заключающийся в образовании тонкого защитного слоя на поверхности самой различной формы. У данной технологии есть большое количество особенностей, о которых далее поговорим подробнее.

Суть технологии

Технология химической металлизации может применяться для достижения самых различных целей, большая часть из них связана с изменением декоративных качеств поверхности. Кроме этого данный метод обработки позволяет скрыть основные дефекты металла или другого материала: микроскопические трещины и поры, другие нарушения структуры. В некоторых случаях технология применяется для восстановления покрытия.

Суть технологии заключается в нанесении металла тонким слоем. Особенности процесса нанесения вещества зависит от конкретной технологии, которых достаточно много.

Металлизация позволяет предать детали определенные эксплуатационные качества. Среди достигаемых характеристик обрабатываемого изделия отметим следующее:

  1. Повышается твердость. Металл обладает большей прочностью, нежели пластик. Покрывая им поверхность пластиковых или деревянных изделий можно защитить основу от механического воздействия.
  2. Увеличиваются декоративные свойства. Металлическое глянцевое покрытие выглядит весьма привлекательно.
  3. Улучшаются износостойкие качества поверхности. Металлизация проводится зачастую для того, чтобы снизить трение между соприкасающимися деталями.

Детали после выполненной химической металлизации

Детали, которые обладают высокой твердостью и износостойкостью применяются в самых различных сферах. Однако обеспечить высокие эксплуатационные качества можно только при условии соблюдения всех рекомендаций.

Классическая технология металлизации имеет следующие особенности:

  1. Проводится нанесение нескольких реагентов, которые вступают в реакцию для образования поверхностного слоя с определенными эксплуатационными свойствами. Существует много различных методов переноса реагентов на обрабатываемые детали, каждый обладает своими особенностями, достоинствами и недостатками.
  2. В результате проведения металлизации на подложке формируется защитный слой. При этом между покрытием и подложкой образуется надежная связь, которая сохраняется на протяжении длительного периода.
  3. Получаемое покрытие может быть самых различных оттенков. При необходимости можно создать переход от одного цвета к другому без четкой границы. В некоторых случаях, когда нужно получить поверхность с особыми декоративными качествами, при металлизации добавляется краситель.

Химическая металлизация разных цветов

Провести рассматриваемую химическую обработку можно в домашней мастерской, несмотря на то, что металлизация считается сложным технологическим процессом. Как правило, дома обрабатываемую деталь подвергают каталитическому хромированию. За счет этого покрытие становится привлекательным и обретает защиту от воздействия влаги.

Востребована химическая металлизация металла также по причине того, что может применяться в домашних условиях. Работа проводится по следующему алгоритму действий:

  1. Выполняется очищение детали от загрязняющих веществ. Между поверхностным слоем и основанием не должно быть никакой прослойки, так как это существенно снизит эксплуатационные характеристики.
  2. Проводится обезжиривание. Оно проводится при использовании специального щелочного раствора или специального моющего средства, которые могут удалить с поверхности загрязнения органического происхождения.
  3. Обезжиренную поверхность дополнительно промывают чистой водой. Подобным образом можно удалить с поверхности ранее используемые составы при обезжиривании.
  4. Участки поверхности, которые не должны быть подвержены воздействию химического вещества, обрабатываются свинцом. Проведенные тесты указывают на то, что свинец не реагирует на воздействие электролитического раствора.
  5. К ванной с раствором подводится проводка для подачи электричества, после чего деталь опускается в подготовленные реагенты.
  6. После прохождения требуемого срока изделие извлекается из раствора, и оно просушивается, а после этого охлаждается. Если покрытие качественное, то оно полируется.

Для проведения рассматриваемого процесса в домашних условиях можно приобрести специальную мини-установку, предназначенную для проведения химической металлизации, которая работает от небольшого компрессора.

Рассматриваемый процесс должен проводится исключительно при соблюдении нижеприведенных рекомендаций:

  1. Перед погружением детали в ванную и подачей электричества нужно проверить, чтобы все контакты были подведены надежно и смогли выдержать нагрузку.
  2. Помещение, в котором будет проводиться рассматриваемая работа, должно проветриваться. Для этого проводится установка вентиляционной системы. Данная рекомендация связана с тем, что при процессе металлизации металла выделяются газы, которые могут негативно отражаться на зрении и дыхании.

Детали, подвергнутые химической металлизации

Для соблюдения технологии металлизации следует обладать достаточным количеством опыта. Не стоит ожидать, что впервые проводя сложную операцию переноса одного материала на другой получиться результат, который можно достигнуть при использовании специального промышленного оборудования.

Методы химической металлизации

Тип используемого оборудования определяет особенности технологии. Химическая металлизация может поводится следующим образом:

  1. Гальванический метод характеризуется применением ванной со специальным электролитам. Среди особенностей этой технологии отметим то, что ее применение позволяет покрывать даже сложные поверхности, имеющие большое количество переходов и граней.
  2. Электродуговая технология предусматривает использование специальных электродов, которые расплавляются при подаче электричества. Расплавленное вещество подается при помощи сжатого воздуха. Подобная металлизация в домашних условиях проводится крайне редко.
  3. Газоплазменное напыление – технология, которая заключается в расплавлении реагентов до мелкодисперсного состояния и его нанесения при непосредственном контакте полученного вещества с поверхностью детали. Эта технология достаточно сложна в исполнении, может проводиться только при установке специального оборудования.
  4. Горячий метод формирования покрытия заключается в полном погружении изделия в ванную со смешенными реагентами.
  5. Диффузный метод предусматривает проведение процесса при воздействии повышенной температуры. За счет неполного перестроения атомной решетки частицы переносимого сплава проникают в структуру подложки.
  6. Плакирование – технология, которая заключается в нанесении химических веществ, после чего проводится горячий прокат.

Кроме этого классификация методов обработки проводится по виду наносимого вещества. Наиболее распространенными можно назвать:

Приведенные выше сплавы не реагируют на воздействие влаги и некоторых химических веществ, а также обладают привлекательными декоративными качествами.

Читать еще:  Как выбрать деревообрабатывающий станок универсальный для дома?

Химическая металлизация хромом

Металлизация в домашних условиях зачастую проводится путем нанесения химического вещества, которое вступает в реакцию. Химическая металлизация активатор можно приобрести в специализированном магазине.

Используемые химические реактивы

Химическая металлизация технология предусматривает применение различных веществ, которые в связке образуют защитное покрытие после прохождения химической реакции. Применяя активатор и реактивы при химической металлизации можно обойтись без специального оборудования, однако метод не подходит для больших деталей.

Для проведения рассматриваемой обработки понадобятся:

  1. Восстановитель является основным компонентом. Химическая металлизация реагенты должны хранится согласно рекомендациям, которые размещают производители.
  2. Активатор также является важным реагентом, который определяет эксплуатационные качества поверхности. Реактивы химической металлизации имеют этикетки, на которых указывается название металла. Примером назовем золото, мель и хром.
  3. Грунтовка накладывается на поверхность для обеспечения наиболее благоприятных условий обработки. Она существенно повышает адгезию наносимого металла.
  4. Лак защищает наносимое покрытие от химического и механического воздействия.
  5. Для того чтобы придать поверхности определенный цвет используются специальные тонеры. На упаковке тонеров указывается конкретный оттенок.

Реактивы для химической металлизации

Стоит учитывать, что при самостоятельном выполнении работ обеспечить высокое качество поверхности достаточно сложно. В некоторых случаях приходится пользоваться помощью специальных очистительных составов.

Рассматривая минусы химической металлизации отметим, что при проведении данной процедуры используются вредные химические реактивы, работа с которыми должна проходить при строгом соблюдении техники безопасности. Данная технология довольно проста в исполнении, напоминает метод покрытия поверхности лакокрасочным веществом.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

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.

Как напылить металл в домашних условиях

№12 Декабрь 2019

Журнал добавлен в корзину.

«ХОЛОДНОЕ» НАПЫЛЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ

Кандидаты физико-математических наук О. КЛЮЕВ и А. КАШИРИН.

Когда только появились первые металлические орудия труда, выяснилось, что, твердые и прочные, они сплошь и рядом портились под воздействием влаги. Шло время, люди создавали механизмы и машины, и чем более совершенными они становились, тем в более тяжелых условиях приходилось работать их металлическим деталям. Вибрации и знакопеременные нагрузки, огромные температуры, радиоактивное облучение, агрессивные химические среды — вот далеко не полный перечень «испытаний», которым они подвергаются. Cо временем люди научились защищать металл от коррозии, износа и других явлений, которые сокращают срок службы деталей. По сути, есть два подхода к обеспечению такой защиты: либо в основной металл добавляют легирующие элементы, которые придают сплаву искомые свойства, либо на поверхность наносят защитное покрытие. Условия работы деталей машин диктуют свойства, которыми должны обладать покрытия. Технологии их нанесения разнообразны: есть распространенные и относительно несложные, есть очень тонкие, позволяющие создавать покрытия с уникальными свойствами. А неугомонные инженеры продолжают изобретать все новые покрытия и придумывать способы их получения. Судьба этих изобретений может стать счастливой, если покрытие намного превосходит своих предшественников по полезным свойствам или если технология дает существенный экономический эффект. В разработке физиков из Обнинска соединились оба этих условия.

ТЕМПЕРАТУРА ПЛЮС СКОРОСТЬ

Из способов металлизации поверхностей в современной технике чаще всего пользуются гальваническим нанесением и погружением в расплав. Реже используют вакуумное напыление, осаждение из паровой фазы и пр. Ближе всего к разработке обнинских физиков находится газотермическая металлизация, когда наносимый металл плавят, распыляют на мельчайшие капли и струей газа переносят их на подложку.

Металл плавят газовыми горелками, электрической дугой, низкотемпературной плазмой, индукторами и даже взрывчатыми веществами. Соответственно методы металлизации называют газопламенным напылением, электродуговой и высокочастотной металлизацией, плазменным и детонационно-газовым напылением.

В процессе газопламенного напыления металлический пруток, проволоку или порошок плавят и распыляют в пламени горелки, работающей на смеси кислорода с горючим газом. При электродуговой металлизации материал плавится электрической дугой. В обоих случаях капельки металла перемещаются к напыляемой подложке потоком воздуха. При плазменном напылении для нагрева и распыления материала используется струя плазмы, формируемая плазматронами разных конструкций. Детонационно-газовое напыление происходит в результате взрыва, разгоняющего металлические частицы до огромных скоростей.

Во всех случаях частицы напыляемого материала получают два вида энергии: тепловую — от источника нагрева и кинетическую — от газового потока. Оба этих вида энергии участвуют в формировании покрытия и определяют его свойства и структуру. Кинетическая энергия частиц (за исключением детонационно-газового метода) невелика по сравнению с тепловой, и характер их соединения с подложкой и между собой определяется термическими процессами: плавлением, кристаллизацией, диффузией, фазовыми превращениями и т.д. Покрытия обычно характеризуются хорошей прочностью сцепления с подложкой (адгезией) и, к сожалению, низкой однородностью, поскольку велик разброс параметров по сечению потока газа.

Читать еще:  Производство пеллетов из опилок в домашних условиях

Покрытиям, которые создают газотермическими методами, присущ ряд недостатков. К ним относятся, прежде всего, высокая пористость, если, разумеется, не стоит цель специально сделать покрытие пористым, как в некоторых деталях радиоламп. Кроме того, из-за быстрого охлаждения металла на поверхности подложки в покрытии возникают высокие внутренние напряжения. Обрабатываемая деталь неизбежно нагревается, и если она имеет сложную форму, то ее может «повести». Наконец, использование горючих газов и высокие температуры в рабочей зоне усложняют меры по обеспечению безопасности персонала.

Несколько особняком стоит детонационно- газовый метод. При взрыве скорость частиц достигает 1000-2000 м/с. Поэтому основным фактором, определяющим качество покрытия, становится их кинетическая энергия. Покрытия отличаются высокой адгезией и низкой пористостью, но взрывными процессами крайне сложно управлять, и стабильность результато в гарантиро вать практически невозможно.

СКОРОСТЬ ПЛЮС ТЕМПЕРАТУРА

Желание создать более совершенную технологию возникло давно. Перед инженерами стояла цель — сохранить достоинства традиционных технологий и избавиться от их недостатков. Направление поиска было более или менее очевидно: во-первых, покрытия должны формироваться в основном за счет кинетической энергии частиц металла (нельзя допускать плавления частиц: это предотвратит разогрев детали и окисление подложки и частиц покрытия), и, во-вторых, частицы должны приобретать высокую скорость не за счет энергии взрыва, как в детонационно-газовом методе, а в струе сжатого газа. Такой метод назвали газодинамическим.

Первые расчеты и эксперименты показали, что создавать таким способом покрытия, обладающие вполне удовлетворительными характеристиками, можно, если использовать в качестве рабочего газа гелий. Такой выбор объяснялся тем, что скорость потока газа в сверхзвуковом соплепропорциональна скорости звука в соответствующем газе. В легких газах (водород из-за своей взрывоопасности не рассматривался) скорость звука гораздо выше, чем в азоте или воздухе. Именно гелий ускорял бы металлические частицы до высоких скоростей, сообщая им кинетическую энергию, достаточную для закрепления на мишени. Считалось, что использование более тяжелых газов, в том числе воздуха, обречено на неудачу.

Работа опытных напылительных установок дала неплохой результат: разогнавшиеся в струе гелия частицы из большинства промышленно применяемых металлов хорошо прилипали к подложке, образуя плотные покрытия.

Но полного удовлетворения инженеры не испытывали. Было понятно, что оборудование на легких газах неизбежно будет дорогим и сможет применяться лишь на предприятиях, выпускающих продукцию высоких технологий (только там есть магистрали со сжатым гелием). А магистрали со сжатым воздухом имеются практически в каждом цеху, на каждом предприятии автосервиса, в ремонтных мастерских.

Многочисленные эксперименты со сжатым воздухом вроде бы подтверждали худшие ожидания разработчиков. Однако интенсивный поиск все же позволил найти решение. Покрытия удовлетворительного качества получились, когда сжатый воздух в камере перед соплом нагрели, а в металлический порошок стали добавлять мелкодисперсную керамику или порошок твердого металла.

Дело в том, что при нагревании давление воздуха в камере в соответствии с законом Шарля повышается, а следовательно, повышается и скорость истечения из сопла. Частицы металла, набравшие в струе газа огромную скорость, при ударе о подложку размягчаются и привариваются к ней. Частицы керамики играют роль микроскопических кувалд — они передают свою кинетическую энергию нижележащим слоям, уплотняют их, снижая пористость покрытия.

Некоторые керамические частицы застревают в покрытии, другие отскакивают от него. Правда, таким способом получают покрытия только из относительно пластичных металлов — меди, алюминия, цинка, никеля и др. Впоследствии деталь можно подвергать всем известным способам механической обработки: сверлить, фрезеровать, точить, шлифовать, полировать.

ГЛАВНОЕ УСЛОВИЕ — ПРОСТОТА И НАДЕЖНОСТЬ

Старания технологов останутся втуне, если конструкторы не смогут создать простое, надежное и экономичное оборудование, в котором был бы реализован придуманный технологами процесс. Основой аппарата для напыления металлических порошков стали сверхзвуковое сопло и малогабаритный электрический нагреватель сжатого воздуха, способный доводить температуру потока до 500-600 o С.

Использование в качестве рабочего газа обычного воздуха позволило попутно решить еще одну проблему, которая стояла перед разработчиками систем на легких газах. Речь идет о введении напыляемого порошка в газовую струю. Чтобы сохранить герметичность, питатели приходилось устанавливать до критического сечения сопла, то есть порошок необходимо было подавать в область высокого давления. Чисто технические трудности усугублялись тем, что, проходя через критическое сечение, металлические частицы вызывали износ сопла, ухудшали его аэродинамические характеристики, не позволяли стабилизировать режимы нанесения покрытий. В конструкции аппарата с воздушной струей инженеры применили принцип пульверизатора, известный каждому еще из школьных опытов по физике. Когда газ проходит по каналу переменного сечения, то в узком месте его скорость увеличивается, а статическое давление падает и может даже быть ниже атмосферного. Канал, по которому порошок поступал из питателя, расположили как раз в таком месте, и порошок перемещался в сопло за счет подсоса воздуха.

В результате на свет появился переносной аппарат для нанесения металлических покрытий. Он имеет ряд достоинств, которые делают его очень полезным в различных отраслях промышленности:

для работы аппарата нужны всего лишь электросеть и воздушная магистраль или компрессор, обеспечивающий давление сжатого воздуха 5-6 атм и подачу 0,5 м 3 /мин;

при нанесении покрытий температура подложки не превышает 150 о С;

покрытия обладают высокой адгезией (40-100 Н/мм 2 ) и низкой пористостью (1-3%);

оборудование не выделяет вредных веществ и излучений;

габариты устройства позволяют использовать его не только в цеху, но и в полевых условиях;

можно напылять покрытия практически любой толщины.

В состав установки входят собственно напылитель массой 1,3 кг, который оператор держит в руке или закрепляет в манипуляторе, нагреватель воздуха, порошковые питатели, блок контроля и управления работой напылителя и питателя. Все это смонтировано на стойке.

Пришлось потрудиться и над созданием расходных материалов. Выпускаемые промышленностью порошки имеют слишком большие размеры частиц (порядка 100 мкм). Разработана технология, которая позволяет получать порошки с зернами размером 20-50 мкм.

ОТ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ДО СЕЯЛОК

Новый способ напыления металлических покрытий может применяться в самых различных отраслях промышленности. Особенно эффективен он при ремонтных работах, когда необходимо восстановить участки изделий, например, заделать трещину или раковину. Благодаря невысоким температурам процесса легко восстанавливать тонкостенные изделия, отремонтировать которые другим способом, например наплавкой, невозможно.

Поскольку зона напыления имеет четкие границы, напыляемый металл не попадает на бездефектные участки, а это очень важно при ремонте деталей сложной формы, например корпусов коробок передач, блоков цилиндров двигателей и др.

Устройства для напыления уже применяют в авиакосмической и электротехнической промышленности, на объектах атомной энергетики и в сельском хозяйстве, на авторемонтных предприятиях и в литейном производстве.

Метод может оказаться весьма полезным во многих случаях. Вот лишь некоторые из них.

Восстановление изношенных или поврежденных участков поверхностей. С помощью напыления восстанавливают поврежденные в процессе эксплуатации детали редукторов, насосов, компрессоров, форм для литья по выплавляемым моделям, пресс-форм для изготовления пластиковой упаковки. Новый метод стал большим подспорьем для работников авторемонтных предприятий. Теперь буквально «на коленках» они заделывают трещины в блоках цилиндров, глушителях и пр. Без особых проблем устраняют дефекты (каверны, свищи) в алюминиевом литье.

Устранение течей. Низкая газопроницаемость покрытий позволяет ликвидировать течи в трубопроводах и сосудах, когда нельзя использовать герметизирующие компаунды. Технология пригодна для ремонта емкостей, работающих под давлением или при высоких и низких температурах: теплообменников, радиаторов автомобилей, кондиционеров.

Нанесение электропроводящих покрытий. Напылением удается наносить медные и алюминиевые пленки на металлическую или керамическую поверхность. В частности, метод экономически более эффективен, чем традиционные способы, при меднении токоведущих шин, цинковании контактных площадок на элементах заземления и т. п.

Антикоррозионная защита. Пленки из алюминия и цинка защищают поверхности от коррозии лучше, чем лакокрасочные и многие другие металлические покрытия. Невысокая производительность установки не позволяет обрабатывать большие поверхности, а вот защищать такие уязвимые элементы, как сварные швы, очень удобно. С помощью напыления цинка или алюминия удается приостановить коррозию в местах появления «жучков» на крашеных поверхностях кузовов автомобилей.

Восстановление подшипников скольжения. В подшипниках скольжения обычно применяют баббитовые вкладыши. С течением времени они изнашиваются, зазор между валом и втулкой увеличивается и слой смазки нарушается. Традиционная технология ремонта требует либо замены вкладыша, либо заварки дефектов. А напыление позволяет восстановить вкладыши. В этом случае для уплотнения слоя напыляемого металла керамику применять нельзя. Твердые включения через считанные минуты после начала работы выведут подшипник из строя, причем поврежденными окажутся поверхности и втулки и вала. Пришлось применить сопло особой конструкции. Оно позволяет наносить покрытие из чистого баббита в так называемом термокинетическом режиме. Частицы порошка сразу за критическим сечением сопла разгоняются сверхзвуковым потоком воздуха, затем скорость потока резко снижается до околозвуковой. В результате резко возрастает температура, и частицы нагреваются почти до температуры плавления. При попадании на поверхность они деформируются, частично плавятся и хорошо прилипают к ниже лежащему слою.

СПЕЦИАЛИСТУ — НА ЗАМЕТКУ

Каширин А. И., Клюев О. Ф., Буздыгар Т. В. Устройство для газодинамического нанесения покрытий из порошковых материалов. Патент РФ на изобретение № 2100474. 1996, МКИ6 С 23 С 4/00, опубл. 27.12.97. Бюл.№ 36.

Каширин А. И., Клюев О. Ф., Шкодкин А. В. Способ получения покрытий. Патент РФ на изобретение № 2183695. 2000, МКИ7 С 23 С 24/04, опубл. 20.06.02. Бюл. № 17.

Координаты разработчиков и условия приобретения их технологий или изделий можно узнать в редакции.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector