содержание      ..     5      6      7      8     ..

Базовые технологии обработки поверхности металлов, сплавов и неметаллических компонентов (пластмассы, пластики) - часть 4

2.3.15 Металлизация пластмасс

Нанесение металлических покрытий на пластмассы и другие диэлектрики позволяет получать специфические композиционные материалы с ценным сочетанием свойств металла пластмассы в одной детали. Этим сочетанием не обладает ни один из исходных материалов, взятых отдельно. Применение пластмасс с металлическими покрытиями позволяет заменять цветные металлы, резко снижать массу и себестоимость конструкций, соединять детали пайкой, значительно расширять ассортимент декоративной отделки поверхности, предохранять пластмассы от старения и механических повреждений, придавать им негорючесть, а также стабильность формы и размеров при тепловых нагрузках.

В зависимости от способа получения различают химические, гальванические, конденсационные, металлизационные и другие металлопокрытия пластмасс, а также сочетания некоторых из них (например, химических и гальванических). По назначению гальванические металлопокрытия, получаемые на пластмассах, делят на защитнодекоративные и специальные. Первые предназначены для придания поверхности декоративных свойств с одновременной защитой ее от воздействия окружающей среды, вторые — для решения разнообразных технических задач, определяемых в основном природой металлов и структурой покрытия: обеспечения электропроводимости, теплопроводности, магнитных и оптических свойств, экранирования от электромагнитных воздействий и излучения, увеличения химической стойкости и др.

Наиболее употребительными в технике гальваническими покрытиями на пластмассах являются: никелевое блестящее, хромовое блестящее, медное, серебряное, олово-свинец и др.

Из пластмасс, на которые наносят гальванические покрытия, практическое применение получили пластики, полипропилен, полисульфон, поликарбонат полиацетали, поливинилхлорид и др.

Технологический процесс получения гальванических покрытий на любых пластмассах включает все операции обработки: подготовку поверхности, получение электропроводного подслоя, нанесение гальванических покрытий.

Подготовка поверхности: механическая, обезжиривание; промывка в теплой воде; промывка в холодной воде; предтравление; травление; улавливание; обезвреживание; промывка в холодной воде; контроль качества подготовки поверхности.

Получение электропроводного подслоя: обезвреживание в растворе соляной кислоты, активирование; улавливание; промывка в холодной воде; акселерация; промывка двухкаскадная в холодной воде; никелирование (меднение) химическое; промывка в холодной воде; контроль качества подслоя.

Нанесение гальванических покрытий: активация; промывка в холодной воде; меднение матовое (никелирование матовое или полублестящее); меднение блестящее; улавливание; промывка двухкаскадная в холодной воде; никелирование блестящее; улавливание; промывка двухкаскадная в холодной воде; хромирование; улавливание; промывка в холодной воде; промывка в горячей воде; сушка; контроль качества покрытия.

В зависимости от природы пластмасс, принятой системы покрытия, способов активации получения электропроводного подслоя и других факторов выполняемые операции и их последовательность могут существенно изменяться.

 

2.3.15.1 Подготовка поверхности

Механическая подготовка, осуществляемая с целью получения микрошероховатости поверхности, часто представляет собой мокрую или сухую абразивную обдувку сжатым воздухом. В условиях единичного или опытного производства применяют обработку шлифовальной шкуркой, пемзой, абразивной пастой, стальной щеткой и т. п. Мелкие детали массового производства обрабатывают с абразивом во вращающихся барабанах или колоколах. В качестве абразива используют кварцевый песок, наждачный порошок, электрокорунд, пемзу и другие вещества.

Однако механическая обработка не всегда обеспечивает достаточное сцепление покрытия со многими диэлектриками и значительно ухудшает декоративные свойства поверхности. По этим причинам ее применяют ограниченно.

Обезжиривание пластмасс проводят в щелочных растворах или в органических растворителях. При этом подбирают такие составы, которые не растворяют обрабатываемый материал и не вызывают заметного его набухания или растрескивания. Для обезжиривания в щелочных растворах применяют те же растворы, что и для обработки металлов.

В качестве органических растворителей применяют фреоны, бензин, керосин, ацетон, метиловый и этиловый спирты, трихлорэтилен, тетрахлорэтилен и др.

При незначительных загрязнениях поверхности пластмасс операцию обезжиривания совмещают с операцией травления в растворах, содержащих СrО3.

Предтравление обычно проводят непосредственно перед травлением. Эта операция включает обработку поверхности полимера органическими растворителями, их смесями или эмульсиями, а также растворами кислот, щелочей, солей.

Состав смеси растворителей и режим обработки зависят главным образом от природы полимера и чаще всего устанавливаются экспериментально.

Травление — химический процесс, в результате выполнения которого происходит изменение структуры и химических свойств поверхности диэлектрика.

Травление обычно стремятся проводить в растворах, которые избирательно (селективно) действуют на разные компоненты одного и того же диэлектрика. Поэтому составы этих растворов и режимы обработки в них часто весьма специфичны и определяются природой, структурой и свойствами поверхности диэлектрика.

Обезвреживание выполняют для удаления ионов Сг (VI), остающихся на поверхности диэлектрика после выполнения операции улавливания и промывки. Операция обезвреживания заключается в обработке поверхности раствором, содержащим восстановитель, например сульфат двухвалентного железа.

Активация — процесс, в результате выполнения которого обрабатываемой поверхности диэлектрика придают каталитические свойства, обеспечивающие инициирование реакции химического восстановления металла: на поверхность пластмассы наносят активатор, из которого образуются каталитически активные частицы. В качестве активатора может быть использован раствор благородного металла (Pd, Ag, Au, Pt и др.).

Сенсибилизация представляет собой обработку поверхности диэлектрика раствором восстановителя. В качестве последнего чаще всего используют кислые растворы двухлористого олова.

После активирования проводят промывку в непроточной обессоленной воде с целью улавливания благородного металла. Затем следует промывка в проточной воде и загрузка в ванну химического покрытия.

2.3.15.2 Получение электропроводного подслоя

Придание поверхности пластмассы электропроводных свойств с целью последующего нанесения гальванических покрытий достигают разными способами: химическим восстановлением металла из раствора его соли, электрохимическим восстановлением металла из окислов, введенных в состав поверхностного слоя пластмассы или промежуточного покрытия, образованием электропроводных соединений (фосфидов, сульфидов и др.), нанесением электропроводных эмалей или металлических покрытий конденсационным способом и т. д. Из них самое широкое промышленное применение нашел способ химического восстановления металлов, например Ni, Си и Ag.

Из этих способов наиболее часто применяют химическое никелирование. В некоторых случаях в качестве подслоя более предпочтительно медное покрытие, например при наличии пластичного слоя меди детали с покрытиями легче переносят резкие колебания температуры. Вследствие тех же причин химическое меднение предпочитают использовать и при нанесении покрытий на детали с большой площадью поверхности. Кроме того, на медь легче, чем на никель, наносить гальванические покрытия, так как полученные химическим способом слои никеля быстрее пассивируются.

Для химического никелирования пластмасс используют низкотемпературные ги-пофосфитные, как кислые (pH 4-7), так и щелочные (pH 8-11), растворы.



2.3.15.3 Нанесение гальванических покрытий

Особенностью химико-гальванического способа получения покрытий является создание тонкого электропроводного подслоя, который легко повреждается при меха-

нических воздействиях и растворяется в агрессивных электролитах, имеет ограниченную электропроводимость (особенно подслой сульфидов). Особенностями пластмасс являются малая их плотность (ниже, чем у электролитов), повышенная деформируемость (особенно у термопластических пластмасс при повышенной температуре электролитов), более высокий, чем у наносимых покрытий коэффициент линейного расширения.

Для усиления электропроводного подслоя в большинстве случаев дополнительно наносят матовую медь. Это позволяет повысить прочность сцепления между электропроводным подслоем и последующими слоями покрытия. Необходимость нанесения слоя меди вызывается еще и тем, что она служит буфером между пластмассой и блестящим никелевым покрытием при резком изменении температуры.

 

2.3.16 Оксидирование (алюминия, стали, меди)

2.3.16.1 Анодное оксидирование алюминия и его сплавов

Электролиты защитного и защитно-декоративного анодирования алюминия и его сплавов (см. таблицу 2.35) обладают низкой экологической опасностью, за исключением электролитов, содержащих хромовый ангидрид, который увеличивает их экологическую опасность на три порядка.

Электролиты эматалирования алюминия и его сплавов (см. таблицу 2.36) обладают более высокой экологической опасностью как за счет содержания хромового ангидрида, так и за счет содержания соединений титана (ПДКрыб.хоз. = 0,06 мг/л).

Таблица 2.35 — Составы электролитов защитного и защитно-декоративного анодирования, их экологическая опасность и режимы обработки

2.3.16.2 Химическое оксидирование алюминия, магния и их сплавов

Экологическая опасность растворов химического оксидирования алюминия, магния и их сплавов (см. таблицы 2.37 и 2.38) определяется концентрацией соединений шестивалентного хрома, являющихся основными компонентами этих растворов. Поэтому практически невозможно реально снизить их экологическую опасность.

Таблица 2.37 — Составы растворов химического оксидирования алюминия и его сплавов, их экологическая опасность и режимы процессов

2.3.16.3 Химическое оксидирование сталей

Наиболее широко применяемым раствором химического оксидирования являет­ся раствор следующего состава, г/л: едкий натр 600-700, нитрат натрия 50-80, нитрит натрия 200-250. Его экологическая опасность определяется концентрацией нитритов и составляет 2,13 • 10⁶. В таблице 2.39 представлены разновидности раствора химиче­ского оксидирования.

Таблица 2.39 — Составы растворов и режимы химического оксидирования стали и чугуна

2.3.17 Фосфатирование сталей
Экологическая опасность растворов фосфатирования (см. таблицу 2.40) определяется содержанием в них соединений цинка и марганца и не может быть произвольно снижена без изменения технологических характеристик растворов.

Таблица 2.40 — Составы растворов фосфатирования, их экологическая опасность и режимы обработки

2.3.18 Пассивирование (хроматирование)

В таблице 2.41 приведены составы некоторых растворов хроматирования цинковых и кадмиевых покрытий, а в таблице 2.42 — хроматирования алюминия и его сплавов. Их экологическая опасность определяется концентрацией соединений шестивалентного хрома.

Таблица 2.41 — Составы растворов хроматирования цинка и кадмия, их экологическая опасность и режимы обработки

Одной из альтернатив хроматированию в растворах шестивалентного хрома является формирование защитных пленок на основе соединений трехвалентного хрома — хромитов. Соединения трехвалентного хрома не являются канцерогенами. В растворах на основе трехвалентного хрома образуются пленки, в которых Cr (III) находится в виде стабильных комплексов. Такие пленки называют хромитными.

В отличие от традиционных хроматных хромитные пленки не теряют коррозионную стойкость после термического воздействия.

Достижения в области хромитирования позволяют получать при определенных условиях бесцветные, радужные и черные конверсионные пленки с более высокой коррозионной стойкостью, чем традиционные хроматные.

По техническим характеристикам хромитные пленки можно объединить в следующие основные поколения:

Первое поколение: бесцветно-голубые пленки толщиной до 60 нм с невысокими защитными способностями (3-4 ч в солевом тумане до начала белой коррозии). Состав хромитирующего раствора и условия эксплуатации: хромитирующая композиция — 2060 мл/л, длительность обработки — 30-60 с, температура раствора — 18 °С — 30 °C.

Второе поколение: пленки с повышенной толщиной (около 100 нм), достигаемой за счет увеличения концентрации компонентов и температуры раствора. Коррозионная стойкость таких покрытий составила 24-48 ч в солевом тумане до 5 % белой коррозии. Состав хромитирующего раствора и условия эксплуатации: хромитирующая композиция — 40-100 мл/л, длительность обработки — 30-80 с, температура раствора — 18 °С — 45 °С.

Третье поколение: так называемые толстослойные пленки (до 400 нм), имеющие коррозионную стойкость порядка 300 ч в солевом тумане до 5 % белой коррозии. Пленки третьего поколения получают в растворах с высокой рабочей температурой при времени обработки 60-120 с. Состав хромитирующего раствора и условия эксплуатации: хромитирующая композиция — 70-120 мл/л, длительность обработки — 30-120 с, температура раствора — 30 °C — 60 °C.

Четвертое поколение хромитных пленок отличается тем, что благодаря введению в состав хромитирующих растворов наночастиц кремния удалось получить уникальные свойства хромитных пленок. По коррозионной стойкости пленки с наночастицами превосходят пленки третьего поколения и обладают эффектом самозалечивания, подобно шестивалентным хроматным пленкам. Состав хромитирующего раствора и условия эксплуатации: хромитирующая композиция — 70-120 мл/л, композиция наночастиц — 10-120 мл/л, длительность обработки — 30-120 с, температура раствора — 30 °С — 60 °С.

содержание      ..     5      6      7      8     ..