Материалы покрытий деталей и узлов приборов

 

В приборостроении освоены десятки видов различных покрытий, различающихся функциональным назначением, материалом, технологией нанесения и др. По функциональному назначению покрытия можно разделить на защитные, декоративные, специальные и комплексные (комбинированные по функциям). Материалами покрытий могут быть металлы, сплавы, неметаллические материалы, композиционные составы [53,54]. В качестве основных технологических методов нанесения покрытий используются гальванические, химические, горячие (металлические и неметаллические покрытия), распылением и др.

Защитные покрытия предназначены для защиты элементов конструкций приборного оборудования и применяются тогда, когда такая защита не может быть обеспечена выбором материала конструкции, устойчивого к действию влаги, агрессивной газовой среды, контактам с другими материалами и т.п. К сожалению, в подавляющем большинстве случаев, защита несущих деталей конструкции может быть обеспечена только покрытием поверхности одним из видов: металлическим, полимерным, стеклоэмалевым, оксидным или комплексным химическим соединением.

Декоративные покрытия придают поверхности детали красивый внешний вид и практически во всех случаях выполняют и защитные функции.

Специальные покрытия предназначены для придания поверхности деталей особых свойств или защищают их от влияния особых сред.

Выбор вида покрытия в каждом конкретном случае зависит от материала детали, ее функционального назначения и условий эксплуатации.

На деталях из алюминиевых сплавов возникает оксидная пленка, существенно замедляющая химическую коррозию, а на малоуглеродистой стали оксидная пленка образуется медленнее и, будучи рыхлой и гигроскопичной, облегчает коррозию. Из органических веществ коррозию алюминия вызывают фенольные соединения финил-ртуть (применяется в тропикоустойчивом приборном оборудовании против грибковых образований).

В условиях морского климата и промышленной атмосферы оксидный слой на магниевых сплавах создает удовлетворительную коррозионную защиту.

На деталях из меди и медных сплавов под воздействием углекислоты, кислорода и влаги образуется сульфат меди или хлорид меди. Медь корродирует под действием аммиака в условиях влажного теплого климата. Исключение составляет бронза. Бронза имеет высокую коррозионную стойкость в тяжелых климатических условиях и не требует защитного металлического покрытия. Это особенно относится к бериллиевой бронзе, часто применяемой для изготовления пружин и пружинных контактодержателей. Латунь не требует защиты только при средней влажности воздуха и температуры до 30°С, корродирует в контакте с термопластами и ртутными фунгицидами.

Высокой коррозионной стойкостью обладают титановые сплавы.

Скорость эрозии стальных деталей с повышением температуры от 20 до 60°С возрастает в пять раз. Стальные детали можно применять только при соответствующем покрытии. Исключение составляют высоколегированные нержавеющие стали типа 1Х18НЭТ, 12Х18Н1ОТ.

Основные виды металлических покрытий, их назначение и область применения приведены в табл. 4.1.

Из приведенных в табл. 4.1 металлических покрытий наибольшей температурной стабильностью обладает хромовое; золотое покрытие не взаимодействует с кислотными щелочными и сернистыми соединениями, но подвержено износу и истиранию. С целью обеспечения комплекса свойств выполняются многослойные покрытия, например: слой меди, толщиной 6 - 10 мкм (высокая адгезия к стали), слой никеля толщиной 3 - 6 мкм (высокая твердость), слой хрома толщиной 0,5 мкм (антифрикционность).

Помимо металлических, для выполнения функций защиты поверхности деталей применяются химические оксидные и окисные покрытия (см. табл. 4.2).

К покрытиям, наносимым горячим способом относятся традиционные оловянно-свинцовые, цинковые, серебряные. Более широкому и качественно новому применению горячего метода нанесения покрытий способствовало развитие плазменной технологии и порошковых композиций. Использование технологии плазменного напыления разнообразных металлических и неметаллических компонентов композиций позволяет получать сверхтонкие покрытия с размером частиц до 40 мкм. Композиции различных материалов покрытий позволяют модифицировать свойства поверхности в широком диапазоне функционального назначения (см. табл. 4.3).

Пленочные изоляционные покрытия образуют на поверхности металла или электронного (электрического) узла тонкий и непрерывный слой. Такие покрытия защищают материал от проникновения в его поры влаги, увеличивают прочность изоляции. При пропитке или покрытии деталей используют изоляционные лаки УР-231, СБ-1С; перхлорвиниловые эмали ХВ-125; пентафталевые эмали ПФ-115, МФ-28, ПФ-223; эпоксидные эмали Э-5, Э-11; нитроцеллюлозные эмали НЦ-11, НЦ-25; кремнийорганические эмали ЭМ-9, ЭМК-2, ЭМКО-81 и компаунды МБК, ЭЗК, ФК-20, УТ-31. Пленочному покрытию изоляционными лаками и эмалями подвергаются функциональные узлы на печатных платах и микроузлы, различные моточные изделия.

Для более надежной защиты изделий и сохранения электрических и механических свойств полимерных покрытий при длительном воздействии повышенных температур и их резком изменении рекомендуется применять комбинированные пассивационно-защитные покрытия. Они состоят из тонкой пленки неорганического диэлектрика и органического полимерного покрытия, назначение которого - предотвратить механическое повреждение пленки неорганического диэлектрика (например, SiO₂) и защитить его поверхность от воздействия внешней атмосферы.