Как сделать напыление на металл

Обновлено: 06.07.2024

Производство металлических изделий модернизируется по мере развития передовых технологий. Металл в большей степени подвержен воздействию влаги, поэтому для обеспечения высокого срока эксплуатации и придания деталям, рабочим механизмам и поверхностям требуемых свойств, в современной промышленности широко используют напыление металлов. Технология порошковой обработки заключается в нанесении на базовую металлическую основу защитного слоя, обеспечивающего высокие антикоррозийные характеристики напыляемых изделий.

Задачи и варианты напыления

Металлическая поверхность после порошковой обработки приобретает важные защитные свойства. В зависимости от назначения и области применения, металлическим деталям придают огнеупорные, антикоррозийные, износостойкие характеристики.

Основная цель напыления базовой основы из металла – обеспечить продолжительный эксплуатационный ресурс деталей и механизмов в результате воздействия вибрационных процессов, высоких температур, знакопеременных нагрузок, влияния агрессивных сред.

Процессы напыления металлов выполняют несколькими способами:

Вакуумная обработка – материал при сильном нагревании в вакуумной среде преобразуется в пар, который в процессе конденсации осаживается на обрабатываемой поверхности.
Плазменное или газоплазменное напыление металла – в основу метода обработки положено использование электродуги, образующейся между парой электродов с нагнетанием инертного газа и ионизацией.
Газодинамический способ обработки – защитное покрытие образуется при контакте и взаимодействии микрочастиц холодного металла, скорость которых увеличена ультразвуковой струей газа, с подложкой.
Напыление лазерным лучом – генерация процесса происходит с использованием оптико-квантового оборудования. Локальное лазерное излучение позволяет проводить обработку сложных деталей.
Магнетронное напыление – выполняется при воздействии катодного распыления в плазменной среде для нанесения на поверхность тонких пленок. В технологии магнетронных способов обработки используются магнетроны.
Защита металлических поверхностей ионно-плазменным способом – основана на распылении материалов в вакуумной среде с образованием конденсата и осаждением его на обрабатываемой основе. Вакуумный метод не дает металлам нагреваться и деформироваться.

Технологический метод напыления деталей, механизмов, поверхностей из металла подбирают, в зависимости от характеристик, которые нужно придать напыляемой основе. Поскольку метод объемного легирования экономически затратный, в промышленных масштабах широко используют передовые технологии лазерной, плазменной, вакуумной металлизации.

Напыление в магнетронных установках

Металлизация поверхностей по технологии магнетронного напыления основана на расплавлении металла, из которого выполнена мишень магнетрона. Обработка происходит в процессе ударного действия ионами рабочей газовой среды, сформированными в плазме разряда. Особенности использования магнетронных установок:

Основными элементами рабочей системы являются катод, анод, магнитная среда, которая способствует локализации плазменной струи у поверхности распыляемой мишени.
Действие магнитной системы активизирует использование магнитов постоянного поля (самарий-кобальт, неодим), установленных на основании из магнитомягких материалов.
При подаче напряжения от источника электропитания на катод ионной установки происходит распыление мишени, причем силу тока нужно поддерживать на стабильно высоком уровне.
Магнетронный процесс основан на использовании рабочей среды, которой выступает соединение инертных и реакционных газов высокой чистоты, подающихся в камеру вакуумного оборудования под давлением.

Преимущества магнетронного напыления позволяют применять данную технологию обработки для получения тонких пленок металлов. Например, алюминиевые, медные, золотые, серебряные изделия. Происходит формирование пленок полупроводников – кремний, германий, карбид кремния, арсенид галлия, а также образование покрытий диэлектриков.

Главное достоинство магнетронного метода – высокая скорость распыления мишени, осаждения частиц, точность воспроизведения химического состава, отсутствие перегрева обрабатываемой детали, равномерность нанесенного покрытия.

Использование при напылении магнетронного оборудования дает возможность обрабатывать металлы и полупроводники с высокой скоростью осаждения частиц, создавать на напыляемой поверхности тонкие пленки с плотной кристаллической структурой, высокими адгезивными свойствами. К основному перечню работ по магнетронной металлизации относятся хромирование, никелирование, реактивное напыление оксидов, карбо- и оксинитридов, сверхскоростная наплавка меди.

Технология ионно-плазменной наплавки

Чтобы получать многомикронные покрытия на изделиях из металла, широко используют метод ионно-плазменного напыления. Он основан на использовании вакуумной среды и физико-химических свойств материалов испаряться и распыляться в безвоздушном пространстве.

Технологически сложный процесс позволяет решать важные технические задачи по металлизации изделий благодаря использованию установки ионно-плазменного напыления:

Увеличение параметров износоустойчивости, исключение спекания при эксплуатации изделий в условиях высоких температур.
Повышение коррозийной устойчивости металлов при эксплуатации в агрессивных водных, химических средах.
Придание электромагнитных свойств и характеристик, эксплуатация в границах инфракрасного и оптического диапазона.
Получение высококачественных гальванических покрытий, придание изделиям декоративно-защитных свойств, обработки деталей и механизмов, используемых в разных отраслях промышленности.

Процесс ионно-плазменного напыления базируется на использовании вакуумной среды. После поджига катода формируются пятна первого и второго уровня, которые перемещаются с высокой скоростью и образуют плазменную струю в ионном слое. Полученная в результате эродирования катодов струя проходит через вакуумную среду и вступает во взаимодействие с конденсируемыми поверхностями, осаживаясь плотнокристаллическим покрытием.

Использование ионно-плазменного напыления позволяет наносить защитные покрытия при температуре поджига катода до 100°C, отличается достаточно простой схемой получения слоев толщиной до 20 мкм.

С помощью ионно-плазменного напыления на металл удается придавать требуемые свойства конструктивно сложным изделиям нестандартной геометрической формы. После обработки металлическую поверхность не требуется покрывать финишным слоем.

Особенности плазменной металлизации

Наряду с ионно-плазменным напылением и магнетронными способами обработки металлов применяют еще один метод – плазменная металлизация. Главная задача технологии – защита изделий от окислительных процессов в агрессивных средах, повышение эксплуатационных качеств, упрочнение обрабатываемой поверхности, усиление сопротивляемости механическим нагрузкам.

Плазменное напыление алюминия и других металлов основано на высокоскоростном разгоне металлического порошка в потоке плазмы с осаждением микрочастиц в виде покрывающего слоя.

Особенности и преимущества технологии плазменного напыления на металл:

Высокотемпературный метод нанесения защитного слоя на обрабатываемую поверхность (порядка 5000-6000 °C) происходит за доли секунд.
Используя методы регулирования газового состава, можно получать комбинированное насыщение металлической поверхности атомами порошковых покрытий.
Благодаря равномерности потока плазменной струи удается получать одинаково пористое, качественное покрытие. Конечная продукция превосходит результаты традиционных способов металлизации.
Длительность процесса напыления невысока, что помогает достичь стопроцентной экономической эффективности использования плазменного оборудования в разных производственных масштабах.

Основные компоненты рабочей установки – высокочастотный генератор, камера герметизации, резервуар газовой среды, насосная установка для подачи давления, система управления. Использовать технологию плазменного напыления на металл допускается в домашних условиях при наличии необходимого оборудования с вакуумной камерой – воздействие кислорода приводит к окислению горячих металлических поверхностей и мишени.

На видео: восстановление деталей напылением.

Процесс лазерной обработки

Наплавка металлов лазерным методом позволяет восстанавливать детали и механизмы потоками света, генерируемыми от оптико-квантового оборудования. Вакуумное напыление лазером является одним из наиболее перспективных методов получения наноструктурированных пленок. В основу процесса положено распыление мишени световым лучом с последующим осаждением частиц на подложке.

Преимущества технологии: простота реализации металлизации, равномерное испарение химических элементов, получение пленочных покрытий с заданным стехиометрическим составом. Благодаря узкой направленности лазерного потока в месте его сосредоточения удается получить наплавку изделия любыми металлами.

Механизмы формирования жидкокапельных фаз:

Крупные капли частиц расплавленной мишени образуются путем воздействия гидродинамического механизма. При этом диаметр крупных капель варьируется в диапазоне 1-100 мкм.
Капли среднего размера формируются вследствие процессов объемного парообразования. Размер капель колеблется в диапазоне 0,01-1 мкм.
При воздействии на мишень коротких и частых импульсов лазерного луча в эрозийном факеле образуются частицы мишени небольшой величины – 40-60 нм.

Если в лазерной установке при наплавке металлов на мишень одновременно действуют все три механизма рабочего процесса (гидродинамика, парообразование, высокочастотный импульс), приобретение изделием требуемых характеристик зависит от величины влияния конкретного механизма наплавки.

Одно из условий качественной лазерной обработки – воздействие на мишень таким режимом облучения, чтобы на выходе получить лазерные факелы с наименьшим включением жидкокапельных частиц.

Оборудование для холодного напыления

Существует два варианта защиты металлов от негативного воздействия внешних и рабочих факторов – легирование и напыление с вакуумным оборудованием. То есть, в сплав добавляют атомы химических элементов, придающих изделиям требуемые характеристики, или наносят на базовую поверхность защитное покрытие.

Чаще всего в отрасли металлизации используют технологию нанесения гальванических покрытий, применяют методы погружения деталей в расплав, задействуют в процессах обработки вакуумную среду, пользуются магнетронным оборудованием.

Иногда используют детонационно-газовое напыление, которое разгоняет частицы до невероятных скоростей. Широко применяют плазмотроны, электродуговую металлизацию, газопламенную обработку, ионное напыление. Задачи промышленности диктуют свои условия, и перед инженерами возникла необходимость создать недорогое, простое в обращении оборудование, для которого можно использовать свойства нагретого сжатого воздуха.

Появилось понятие порошковой металлизации с добавлением в металлический порошок мелкодисперсионной керамики либо частиц твердого металла. Используется для работы с алюминием, никелем, медью.

Результат экспериментов превзошел ожидания, позволив решить следующие задачи:

Нагревание сжатого воздуха в камере приводит к повышению давления, что вызывает увеличение скорости вытекания наплава из сопла в установках.
При наборе металлическими частицами в газовой среде высокой скорости они ударяются о подложку, размягчаются и прикипают к ней. А керамические частицы уплотняют образовавшийся слой.
Использование порошковой технологии подходит для металлизации пластичных металлов – медь, алюминий, никель, цинк. После напыления изделия можно поддавать механической обработке.

Благодаря успешной работе инженеров удалось создать переносной аппарат, позволяющий выполнять металлизацию покрытий на всех промышленных предприятиях и в домашних условиях. Требования для успешной работы оборудования – наличие компрессорной установки (или воздушной сети) с давлением сжатого воздуха в пять-шесть атмосфер и электропитание.

Таблица 1. Хромирование алюминия

Использование передового оборудования для металлизации изделий позволяет решить технические вопросы, связанные с повышением антикоррозийных, прочностных, эксплуатационных характеристик, а также приданием машинам, деталям и механизмам требуемых свойств для работы в сложных эксплуатационных условиях.

В строительных и производственных сферах все чаще применяются высокопрочные пластики. Они превосходят традиционные твердые материалы за счет своей небольшой массы, податливости в обработке и практичности. И все же металл сохраняется во многих отраслях как наиболее выгодный материал с точки зрения сочетания прочности, жесткости и долговечности. При этом далеко не всегда оправдывает себя использование цельной структуры.

Все чаще технологи применяют напыление металлов, которое позволяет наделить рабочую заготовку частью свойств наиболее подходящего в плане эксплуатации сплава.

Общие сведения о технологиях металлизации

Среди современных методов металлизации поверхностей чаще применяют гальваническое нанесение, а также погружение в расплавы. Традиционная технология также предусматривает вакуумную обработку напылением, которая имеет свои классификации в зависимости от используемых активных сред. Так или иначе, любое напыление металлов предусматривает обработку основы материала с целью получения тех или иных защитных качеств.

Это может быть формирование антикоррозийного слоя, восстановление утраченной структуры или же ремонт эксплуатационного износа.

При этом сама рабочая поверхность в большинстве случаев подвергается термической обработке. Перед нанесением металлических частиц она расплавляется горелками, индукторами или посредством воздействия низкотемпературной плазмы. Таким образом подготавливается основа с оптимальными физико-химическими качествами, на которой в дальнейшем производится напыление металлов в виде порошка.

Важно отметить, что в качестве основного материала может выступать тот же металл, стекло, пластики или некоторые породы древесины и камни.

Метод химического хромирования

В качестве активного компонента для реализации такого напыления используют химические реагенты. Классический состав включает хлористый хром, натрий, уксусную кислоту, а также воду с раствором едкого натра. Процесс напыления выполняется при температуре порядка 80 °С.

Начинается работа с подготовки материала. Обычно хромирование используют для обработки металлических поверхностей, в частности стали. Чем покрасить декоративный камень из гипса в домашних условиях? Перед самой операцией материал подвергается первичному покрытию медным слоем.

Далее производится химическое хромирование посредством пескоструйного аппарата, подключенного к компрессорной установке. После завершения процедуры изделие моется в чистой воде и просушивается.

Метод газопламенной обработки

Если в предыдущей технологии предусматривается тщательная подготовка основы, которая должна подвергаться покрытию, то в данном случае особое внимание уделяется частицам металлизации. Современное газопламенное напыление может выполняться с помощью полимерного порошка, проволочного или шнурового материала. Данная масса направляется в пламя кислородно-пропановой или ацетиленокислородной горелки, в которой происходит расплавление и перенос на напыляемую основу сжатым воздухом.

Далее состав остывает, формируя готовое к применению покрытие.

При помощи данной методики можно наделять материалы антикоррозийной стойкостью и механической прочностью. Активным материалом можно обрабатывать алюминиевые, никелевые, цинковые, железные и медные сплавы. В частности, газопламенное напыление используют для повышения эксплуатационных качеств подшипников скольжения, изоляционных покрытий, электротехнических деталей и т. д. Кроме этого, технология используется в интерьерном и архитектурном дизайне для обеспечения конструкций декоративными свойствами.

Метод вакуумного напыления

В этом случае речь идет о группе методов, которые предполагают формирование тонких пленок в вакууме при воздействии прямой конденсации пара. Технология реализуется разными путями, в том числе за счет термического воздействия, испарения электронными и лазерными лучами. Используется вакуумное напыление для повышения технических качеств деталей, оборудования и инструментов.

К примеру, такая обработка позволяет формировать специальные “рабочие” покрытия, которые могут повышать электропроводность, изолирующие свойства, износостойкость и защиту от коррозии.

Технология применяется и для создания декоративных покрытий. Чем быстро снять краску с дерева в домашних условиях? В данном случае техника может задействоваться в операциях, требующих высокой точности. Например, вакуумное напыление используют в изготовлении часов с позолоченным покрытием, для придания эстетичного вида оправам для очков и т. д.

Применяемое оборудование

Чаще всего для напыления используются аппараты, снабженные сверхзвуковым соплом. Также применяется небольшой по размерам электрический нагреватель, работающий на подачу сжатого воздуха. Особенностью последней модели является возможность доведения температуры до 600 °С. До недавнего времени применение стандартных устройств, напоминающих по принципу действия пневматические пистолеты, осложнялось тем, что частицы изнашивали насадки инструмента.

Современное оборудование, благодаря которому осуществляется напыление металлов, использует принцип пульверизатора. Это значит, что в момент прохождения рабочей газовой среды по каналу подачи струи скорость потока увеличивается по мере сужения трубы. Вместе с этим падает и статическое давление.

Такой принцип работы сокращает износы и увеличивает рабочий срок аппаратов.

Заключение

Существуют и особые металлизированные покрытия, способные уберечь деталь от агрессивных химических и термических воздействий.

Восстановитель является основным компонентом. Химическая металлизация реагенты должны хранится согласно рекомендациям, которые размещают производители.
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.
Грунтовка накладывается на поверхность для обеспечения наиболее благоприятных условий обработки. Она существенно повышает адгезию наносимого металла.
Лак защищает наносимое покрытие от химического и механического воздействия.
Для того чтобы придать поверхности определенный цвет используются специальные тонеры. На упаковке тонеров указывается конкретный оттенок.

После того, как напряжение подается в систему, деталь находится в электролите минимум 20 минут. Оптимальная плотность тока – 50 – 55 А/дм2. С приобретением опыта домашний мастер легко определяет, нужно ли увеличивать время в зависимости от особенностей детали, так как в отдельных случаях хромирование может продолжаться два — три часа.

Катод. Пластина чистого свинца либо сплав свинца с оловом. Необходимо помнить, что площадь катода должна быть больше площади анода. Катод подсоединяется к положительному выходу выпрямителя.
Анод. Это и есть сама хромируемая деталь. Он должен висеть в среде электролита таким образом, чтобы не касаться стенок и дна емкости. Кроме того, анод ни в коем случае не должен касаться катода.
Электролит. Для хромирования требуется особо тщательная подготовка электролита.

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.

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. Как снять ржавчину с металла электролизом в домашних условиях? 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.

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.

Без этой “детали” не обойтись. Заготовка, которая помещается в электролит для металлизации, должна находиться в подвешенном состоянии. В противном случае та еее часть, которая будет примыкать к дну сосуда, останется необработанной.

Конструкция кронштейна, способ его фиксации выбирается самостоятельно, в зависимости от условий проведения работы.

Все в том же порядке: Наливаем воды, берем глюкозу, отвешиваем, растворяем. В принципе раствор готов. Но добавим для нашего опыта замедлитель реакции металлизации тиосульфат натрия.

Так как его нам нужно в ничтожном колличестве, не будем отвешивать сотые доли граммов, а разведем его в 0,5 литре дис воды и наберем нужное нам колличество с помощью шприца и выпустим в раствор востановителя.

Технология применяется и для создания декоративных покрытий. В данном случае техника может задействоваться в операциях, требующих высокой точности. Например, вакуумное напыление используют в изготовлении часов с позолоченным покрытием, для придания эстетичного вида оправам для очков и т. д.

Процесс металлизации поверхностей – это метод нанесения на наружную поверхность детали металлического слоя, который придает обработанной поверхности иные физические, химические, механические свойства. Они могут значительно отличаться от свойств основного материала. Нанесенное покрытие используется для повышения коррозионной, эрозионной, механической стойкости, декоративной отделки и прочего.

Нанесение металлического слоя на металлизируемую поверхность различается методом сцепления и делится на две группы (классификация металлизации):

механическое сцепление (за счет адгезии);
связи между металлами:
- диффузия на границе двух поверхностей;
- диффузия всего покрывающего слоя.

Технологические особенности металлизации

Технология металлизации производится в следующих состояниях:

в холодном состоянии;
в нагретом состоянии;
диффузией.

Такому способу обработки как металлизация могут подвергаться изделия, изготовленные из металла, любого вида пластика, древесины, стекла, гипса, бетона и прочих материалов. Самый распространенный способ нанесения покрытия в домашних условиях — это напыление. Материалы, предназначенные для проведения процесса, можно найти в магазинах. Обычно они продаются в баллонах под давлением с распылителем.

Диффузионный способ покрытия – это процесс, во время которого происходит насыщение поверхности детали легирующими элементами. В качестве легирующих элементов широко используются хром (Cr), алюминий (Al), цинк (Zn), кремний (Si), медь (Cu) и множество других.

Защитный слой на металлизированных деталях можно получить:

в жидкой среде;
в газовой среде;
с использованием твердых компонентов.

Нанесение покрытия металлизацией в холодном состоянии или в нагретом до незначительной температуры, характерно для первой группы и подгруппы 2а. Во время протекания цикла происходит изменение размеров детали на толщину нанесенного слоя металлов или их сплавов.

Для подгруппы 2б характерно насыщение поверхностного слоя методом диффузии при высоких температурах. Во время обработки происходит образование сплава, а размеры практически не отличаются от заданных.

Применение

Металлизация используется для изменения характеристик обрабатываемого изделия. После того, как нанесли слой металла или сплава, деталь получает дополнительную стойкость к высоким температурам, коррозии, износу, эрозии. Кроме этого нанесенный слой может служить для защиты и декоративного оформления готового изделия. С помощью металлизации производится восстановление изношенных деталей.

Поверхность детали после металлизации

Электромашиностроение. Электротехнические компоненты необходимы в любой из отраслей промышленности. Их необходимо защитить от изнашивания, обеспечить точный уровень электрической проводимости. Покрытие металлизация используется при изготовлении:
1. микроволновых схем;
2. электродов конденсаторов;
3. микроволновых отражателей;
4. катушек индукции;
5. керамических резисторов;
6. валов двигателей.

Транспортная промышленность. Нанесенный слой обеспечивает эксплуатирующимся деталям защиту от коррозии, механического воздействия, повышенной температуры. Методом покрытия пользуются при изготовлении:
1. поршней
2. компрессионных колец;
3. распредвалов;
4. стопорных колец;
5. полуосей;
6. тормозных дисков;
7. вытяжных вентиляторов;
8. гидроцилиндров;
9. теплоотводов;
10. шасси;
11. глушителей;
12. деталей двигателей;
13. деталей коробок скоростей.

Авиационная и космическая промышленность. Термическое напыление обеспечивает термостойкость, коррозионостойкость, сопротивляемость трению. Напыляют на:
1. детали двигателя:
2. роторы;
3. лопатки турбин;
4. лопатки компрессоров;
5. камеры сгорания;
6. сопла;
7. детали механизмов руля и управления крыльями;
8. стойки шасси;
9. топливные оправки.

Текстильная промышленность. Элементы ткацких станков подвержены абразивному изнашиванию из-за высоких скоростей и трения. Обрабатываются:
1. ролики;
2. оси.

Бумажная промышленность и полиграфия. Твердые металлы обеспечивают защиту от волокон целлюлозы и химических чернил. Обработке подлежат:
1. цилиндры на печатных машинах;
2. анилоксовые валы;
3. цилиндры бумагоделательных машин;
4. подшипники скольжения.

Энергетика. Газовые турбины работают при высоких температурах, поэтому их детали подлежат обработке металлизацией.
1. Детали газовых агрегатов: турбин и компрессоров
2. детали паровых агрегатов;
3. детали гидравлических агрегатов;
4. запорная арматура.

Защита поверхностей:
1. стальных несущих конструкций, работающих в водной (пресной) среде;
2. стальных несущих конструкций, работающих с морской водой;
3. морского транспорта;
4. металлических конструкций от воздействия высоких температур:
5. дымоходы;
6. вытяжки на газовых турбинах;
7. выпускные коллекторы автомобилей;
8. сопла ракет;
9. металлоконструкций от коррозии на промышленных площадках:
10. железнодорожные мосты;
11. конструкции бассейнов;
12. контейнеры;
13. резервуары, хранящие нефтепродукты;
14. металлоконструкций от химических реакций:
15. трюмы танкеров;
16. установки очистки сточных вод.

Химическая, нефтеперерабатывающая промышленность, например:
1. запорная арматура;
2. уплотнители;
3. посадочные места машин и агрегатов;
4. теплообменники;
5. резервуары.

Металлургическая промышленность:
1. прокатные станы;
2. кристаллизаторы;
3. оборудование для прокатки проволоки, в том числе из цветных сплавов.

Инструменты:
1. прессовые штампы;
2. несущие поверхности;
3. вторичный двигатель.

Тяжелое машиностроение:
1. платформы;
2. буры;
3. краны;
4. экскаваторы.

Пищевая промышленность.

Декоративные изделия:
1. посуда;
2. бумага;
3. ткань.

Виды металлизации

Металлизация поверхностей производится различными методами. Выбор метода зависит от технологии нанесения и используемого при этом оборудования.

В таблице приводятся способы нанесения металлического слоя и наносимые металлы, и их сплавы.

МЕТАЛЛИЗАЦИЯ
Группа 1	Группа 2
	Подгруппа 2а	Подгруппа 2б
Электротехнические покрытия Хром, цинк. Медь сплавы никель-кобальт хром-никель бронза и прочие	Плакирование, в том числе нанесение покрытия взрывом Медь, алюминий, серебро, вольфрам, латунь, бронза, нержавеющая сталь	Диффузионное нанесение элементов Алюминий, цинк, молибден и прочие
	Плазменное напыление Вольфрам, никель, хром, Al2O3, ZrO2, MoSi2, WC, NbC, ZrB2
Распыление (пульверизация) электродуговым, газопламенным методом Алюминий, серебро, медь, золото, бронза, латунь, сталь	Окунание в расплавленный металл Цинк, свинец и прочие
	Электрофлрез Вольфрам, молибден, кобальт и прочие	Диффузионное нанесение сплавов Хром-алюминий Алюминий-хром-кремний Тантал-алюминий и прочие
	Вакуумное нанесение на нагретую поверхность Хром, титан, оксиды алюминия, циркония и прочие
Химическое нанесение Медь, ртуть, платина и прочие	Электротехнические покрытия с отжигом Хром, никель, кадмий
Вакуумное нанесение на холодную поверхность Zn, Cd, Al, Ti, Cr, Au, Ag, Pt, Cu, Sn, W, Mo, Ta Zn-Al, Pb-Zn Pb-Cd и прочие	Осаждение чистых металлов из соединений карбонатов в газовой среде Cr, Co, W, Ni, Mo, Ta и прочие
Катодное распыление Золото, серебро, платина, тантал	Осаждение карбидов, нитридов, силицидов, боридов из газообразного состояния TiC, NbC, W2C, HfC, ZrN, TaN, MoSi2, CrSi2, TaB2, NiB2 и прочие

Из широкого спектра методов следует рассмотреть несколько, которые часто используются на производствах.

Вакуумная металлизация

Формирование наносимого слоя металла в вакууме отличается эффективностью и универсальностью. С его помощью металл можно наносить на любой материал. Во время вакуумной металлизации с металлом, предназначенным для нанесения, происходит ряд превращений, связанных с переходом из одной фазы в другую. Так можно выделить:

испарение;
конденсирование;
адсорбция;
кристаллизирование.

Во время процедуры протекает множество физических и химических процессов. Производительность вакуумного метода зависит от типа поверхности, наносимого материала, потока распыленных атомом и прочих.

Оборудование, применяемое при вакуумной технологии, делится на три типа:

непрерывного действия;
полу непрерывного действия;
периодического действия.

Различные типы оборудования позволяют его применять как при массовом производстве, так и при единичном изготовлении деталей.

Газовая металлизация

В основе метода газовой металлизации лежит распыление расплавленного металла. С помощью кислородно-ацетиленового пламени начинает плавиться проволока, подаваемая в зону нагрева. Расплав сжатым воздухом удаляется из зоны нагрева и переносится на поверхность. Мелкие капли расплава, соударяясь с поверхностью, становятся плоскими, что обеспечивает лучшую сцепляемость.

Газовая металлизация — схема

На рисунке показана схема головки распылителя. Где по каналу 1 подается кислородно-ацетиленовая смесь, через сопло 2 выходит расплавленный металл, а через камеру 3 выталкивается наружу расплав.

Цинкование

Цинкованием обеспечивается надежная защита от коррозии. Наносимый на поверхность слой содержит не менее 95% цинка. Цинкование проводится несколькими методами, среди которых можно выделить следующие:

горячее;
холодное;
гальваническое;
газотермическое;
термодиффузионное.

Какой метод использовать для нанесения цинка во многом зависит от того где и при кахих характеристиках будет эксплуатироваться деталь. Цинковое покрытие мягкое, поэтому во время эксплуатации на него не должны оказываться значительные механические нагрузки.

Покрытие — это оболочка плоскости, характеристики которой рознятся от качеств основы (подслоя). Образовывается данная зона или модифицированным веществом основы — диффузионные либо хим. конверсионные напыления, или отложением другого вещества на плоскости подслоя — покрывающие напыления. Формирование 1-го вида напыления управляется термодинамическими данными материй, вступающих в систему. В то же время, покрывающие напыления, в том числе, металлизирование, фактически автономны от разных термодинамических ограничений и, следовательно, обладают обширными способностями для эластичности при использовании в сверхтехнологичных производствах. Материал — слой/ покрывающая облицовка, может обладать изобилием всевозможных (необходимых) качеств, отдельные из каковых формируются подложкой, а прочие — покрытием. Это неосуществимо в случае несложного, монолитного вещества.

Ранее осуществление кроющих покрытий часто возлагалось на электрические технологии. Долгий период обработки, отслаивающиеся и шелушащиеся ненадежные напыления, непомерное потребление дорогого покрывного вещества, трудности с переработкой остатков изготовления — совершенно не соответствуют нынешним условиям. Максимально загазованные, занимающие обширные территории, гальванические цеха безысходно стали неактуальными. На замену им приходит вакуумное покрытие, владеющее целым рядом бесспорных превосходств, из числа которых:

Экологическая безупречность процесса;
Значительное снижение времени на обрабатывание: покрытие сплава — процедура скоротечная, в отличие от длительного электрического осаждения;
Улучшение свойства напыления за счет сцепления многофункционального пласта с подложкой на атомном уровне;
Уменьшение расхода покрывного вещества.

Методы вакуумного напыления

К группе способов вакуумного напыления принадлежат приведенные ниже технологические процессы, а кроме того реактивные виды этих действий. Методы термического напыления:

Испарение электрическим лучом;
Испарение лазерным лучом;
Испарение вакуумной дугой: сырье улетучивается в катодном пятне гальванической дуги;
Эпитаксия молекулярным лучом.

Ионное рассеивание:

Исходный сырье распыляется бомбардировкой ионным потоком и действует на подложку;
Магнетронное рассеивание;
Напыление с ионным ассистированием;
Имплантация ионов;
Фокусируемый ионный узел.

Вакуумно-плазменное напыление

Это физическое оседание паров титана на плоскость продукта. Высокая точность толщины напыления, необыкновенная надежность, средний интервал температур (450-650 оС) обозначает, что данные напыления могут быть использованы в широком диапазоне веществ, превосходя иные процессы в собственной нише. Изделие, на которое наносятся PVD покрытия, вначале вычищаются. Процедура очищения изменяется в зависимости от степени качества плоскости, вещества подложки и геометрии. Изделия загружаются в вакуумную камеру в специализированные устройства, определенные с целью оптимизации перегрузки камеры и обеспеченья однородного напыления. Вакуумная камера откачивается до 10-6 мм рт. ст., для того чтобы изъять все загрязняющие элементы в системе. В камеру напускают инертный газ азот и подают напряжение на подложку, в следствии возникнет тлеющий разряд (плазма). Это очищение изделия в тлеющем разряде для исходной периода осаждения сплава. Высокий ток и невысокое напряжение дуги подается на мишень (твердый материал, применяемый для нанесения).

Ионно-вакуумное напыление

Процессы вакуумного напыления либо осаждения тонких плёнок в вакууме применяются с целью формирования неглубоких пластов толщиной от 0,1 мкм до 200 мкм. Они используются с целью нанесения коррозиеустойчивых, абразивостойких и декоративных пластов на поверхностях, сделанных с разных материалов. Высокая точность по толщине и хим. безупречность тонких плёнок может быть достигнута при выращивании пласта только в вакууме. Атомарная или молекулярная струя осаждаемого элемента приобретают или при нагреве, дальнейшем испарении и конденсации необходимого вещества на плоскости продукта, или при распылении и бомбардировке твёрдой плоскости мишени ионами.

Вакуумное напыление алюминия

Металлизация – это процедура напыления плоскости пластмассы атомами сплава при обстоятельстве высочайшего вакуума. В последствии процесса на плоскости выходит изящная алюминиевая оболочка, что обладает светоотражающим эффектом. Вакуумная металлизация – сверхтехнологическая процедура, что дает возможность извлекать напыления, моделирующее хроматирование, металлообработку, никелировку и прочее.

Вакуумное напыление металлов

Металлы, испаряющиеся при температуре ниже места их плавления, допускается разогревать непосредственным прохождением тока, серебро и золото испаряют в челноках с тантала либо вольфрама. Покрытие должно делаться в камере с давлением менее чем 10-4 мм рт. ст.

Вакуумное ионно-плазменное напыление

Нанесение декоративно-предохранительных покрытий с поддержкой вакуумных ионно-плазменных (вакуумно-дугового и магнетронного) способов напыления обретает обширную популяризацию вследствие природоохранной чистоте изготовления и высочайшему качеству получаемых декоративно-предохранительных плёнок. Условиями, удерживающими последующую популяризацию данных способов представлены: довольно большая цена оснащения, большая необходимая культурность изготовления, жёсткие условия к качеству и чистоте плоскости болванок.

Процесс нанесения

Представляет собой переноску напыляемого вещества в частицах от установки к требуемой поверхности детали/изделия. Осуществляется строго по прямолинейной траектории при уровне давления от 1,0-1 до 10-7 Па. Перед началом процедуры обязательна тщательная очистка рабочей поверхности от органики и продуктов неорганического загрязнения.

Обратите внимание! Чем выше уровень очистки, тем лучше сцепление покрытия и как следствие более качественный результат на выходе.

После, необходимо провести операции по механической полировке либо шлифовке детали. Перед нанесением ионно-плазменного покрытия уровень шероховатости поверхности должен быть не больше Ra=1,25мкм, а для резьбы показатель другой — Ra=2,5мкм. Далее, проводится промывка бензином, этиловым спиртом для удаления абразивов и паст. Описанные манипуляции следует проводить с помощью ультразвуковой ванны.

После приступают к непосредственной процедуре с использованием частиц чистого металла либо его соединений, например, ионно плазменное напыление наноуглеродных покрытий. Завершающей стадией становится постепенное охлаждение детали и ее выдерживание в вакуумной камере. Готовый продукт может выпускаться в эксплуатацию и не требует дополнительных обработок.

Установка вакуумного напыления УВН

Установка вакуумного напыления УВН-1М — это одна из более практических и полезных конструкций предоставленной серии. Эта форма конструкции содержит в наборе сразу 4 сменных научно-технических модуля, любой с каковых представляет собственную значимость в ходе резистивного улетучивания либо же распыления металлов. Не мене удачно устройство себя демонстрирует и в разбрызгивании проводящих веществ, дуговом испарении электродов из графика и в отделке углеродных нано текстур, что представлены весьма непростыми веществами.

Установки ионно плазменного напыления

Используются в качестве платформы для разработок в такой области, как вакуумное ионно плазменное напыление, а также для обработок различных малоразмерных и средних деталей. Отличаются непрерывным, полунепрерывным и периодическим действием. Это позволяет применять установки в различных сферах деятельности: бытовых и промышленных. К преимуществам подобных установок относят:

Высокая надежность и простота в применении.
Современный дизайн и малые габариты.
Скорость технологического цикла при обработке.
Низкий уровень энерго- и ресурсопотребления.
Лучшее качество покрытия за счет газовой плазмы.

Каждая установка ионно плазменного напыления отвечает международных стандартам технологии и безопасности, о чем свидетельствую приложенные сертификаты. С ее помощью, возможно нанесение покрытий на поверхность: металла, стекла, керамики, пластика. Обеспечивает износостойкость, антикоррозийный и защитно-декоративный эффект после обработки изделий методом ионно плазменного напыления. Управление осуществляется автоматическим программным обеспечением.

Наш e-mail: [email protected]

В основе технологии по нанесению металлических покрытий на поверхность деталей и изделий с образованием металлического покрытия

требуемого свойства, реализуемой оборудованием ДИМЕТ®, лежит процесс газодинамического напыления металлов на поверхность.

В 80-х годах 20-го века был открыт эффект закрепления твердых частиц при соударении с поверхностью, и образовании покрытия, если частицы разгоняются до сверхзвуковой скорости. Данный эффект послужил основой для разработки технологии газодинамического напыления металлов

Оборудование ДИМЕТ® сертифицировано по системе ГОСТ РФ. Сертификат соответствия N РОСС RU.ТН02.Н00580.

Базовые элементы технологии

Технология нанесения металлических покрытий

включает в себя нагрев сжатого газа (воздуха), подачу его в сверхзвуковое сопло и формирование в этом сопле сверхзвукового воздушного потока, подачу в этот поток порошкового материала, ускорение этого материала в сопле сверхзвуковым потоком воздуха и направление его на поверхность обрабатываемого изделия.

В качестве порошковых материалов используются порошки металлов, сплавов или их механические смеси с керамическими порошками. При этом путем изменения режимов работы оборудования можно либо проводить эрозионную обработку поверхности изделия, либо наносить металлические покрытия требуемых составов. Изменением режимов можно также менять пористость и толщину напыляемого покрытия.

В наиболее распространенных газотермических методах нанесения покрытий для формирования покрытий из потока частиц необходимо, чтобы падающие на подложку частицы имели высокую температуру, обычно выше температуры плавления материала.

Сам способ формирования металлизации оборудованием ДИМЕТ® заключается в газодинамическом методе, т.е. закрепление твердых металлических частиц, обладающих большой кинетической энергией, на поверхность подложки в процессе высокоскоростного удара.

Привлекательность технологии нанесения металла на поверхность деталей и изделий газодинамическим методом состоит в том, что оборудование и создаваемые с его помощью покрытия свободны от большинства недостатков, присущих другим методам нанесения металлических покрытий

, и обладают рядом технологических, экономических и экологических преимуществ.

Отличительные особенности диффузного напыления

При работе с металлическими поверхностями часто возникает необходимость придать конечному продукту дополнительные характеристики, чтобы расширить область применения детали. Можно защитить металлическую поверхность от воздействия влаги, высокой температуры и агрессивной химической среды. Плазменное напыление имеет ряд особенностей, которые отличают процесс металлизации от других вариантов обработки металлических поверхностей:

Ускоренный процесс нанесения покрытий благодаря высокотемпературному воздействию на обрабатываемую поверхность – порядка 5000-6000° C. Технологически напыление может длиться доли секунд для получения необходимого результата.
Плазменная обработка металлов позволяет создать на поверхности комбинированный слой. Диффундировать можно не только металлические частицы, но и элементы газа из плазменной струи. В итоге металл насыщается атомами нужных химических элементов.
Традиционная металлизация протекает неравномерно и характеризуется длительностью технологического процесса и возможными окислительными реакциями. Струя высокотемпературной плазмы создает равномерную температуру и давление, обеспечивая высокое качество финальных покрытий.
При помощи плазменной струи перенос частиц металла и атомов газа происходит мгновенно. Процесс относится к области сварки с применением порошков, стержней, прутков и проволоки. Перенесенные частицы образуют слой толщиной от нескольких микрон до миллиметров на поверхности твердого тела.

Современная диффузная металлизация предполагает использование более сложного оборудования, чем в случаях, когда применяют газоплазменное оборудование. Для организации процесса диффузной обработки требуется одновременно наличие газовой и электрической аппаратуры.

Читайте также: