Покрытия поверхностей деталей.

Одним из важнейших технологических методов управления характеристиками поверхностного слоя изделий является нанесение покрытий на их  функциональные поверхности. Это целая отрасль технологической науки и практики, и здесь излагаются только основные принципы и краткое описание наиболее употребительных технологий нанесения покрытий.
Целью нанесения покрытий является улучшение свойств поверхности изделий в функциональном и (или) декоративном смысле. Основными видами функциональных покрытий являются: защита от коррозии, защита от износа, улучшение оптических свойств и трибологических характеристик. Во многих случаях покрытия совмещают функциональные и декоративные свойства. В качестве материалов покрытий используются как металлы, так и неметаллы. Последние в свою очередь, могут быть как органическими, так и неорганическими. Наиболее распространенными "механизмами" нанесения покрытий являются:

• процессы трения различных тел и сред друг о друга;
• адгезионные и когезионные процессы;
• химические и электрохимические процессы;
• диффузионные процессы;
• термические процессы.

Из всех функциональных свойств, улучшаемых с помощью покрытий,  важнейшим можно считать антикоррозионную стойкость. Повышение этой стойкости осуществляется и с помощью разнообразных материалов покрытия, и с помощью различных технологий их нанесения. Так как одними из эффективнейших покрытий являются металлические покрытия, то для защиты от коррозии целесообразно учитывать так называемый электрохимический ряд напряжений металлов (см.таблицу 10.1).

Таблица. 10.1

Материал	Потенциал, V	Материал	Потенциал, V
Бериллий, Be	-1,96	Олово, Sn	-0,146
Магний, Mg	-1,55	Свинец, Pb	-0,13
Алюминий, Al	-1,3	Водород, H	+/0
Марганец, Mn	-1,1	Медь, Cu	+0,343
Цинк, Zn	-0,76	Серебро, Ag	+0,799
Хром, Cr	-0,56	Ртуть, Hg	+0,854
Железо, Fe	-0,44	Платина, Pt	+0,9
Кадмий, Cd	-0,4	Золото, Au	+1,6
Никель, Ni	-0,22

 

Практический смысл этого ряда в том, что в качестве материала покрытия нужно выбирать металл, являющийся анодом по отношению к защищаемому материалу. В противном случае под материалом покрытия-катода могут происходить невидимые анодные разрушения материала изделия. Единственным исключением является использование цинка для покрытия сплавов железа. Но там играют решающую роль диффузионные процессы, в результате которых происходит уплотнение покрытия. Наиболее распространенными методами нанесения металлических покрытий являются:

• химические технологии (без внешнего подвода электрического тока); это чаще всего покрытия медью и благородными металлами;
• гальванические технологии (с подачей внешнего электрического тока); это омеднение, никелирование, хромирование и т.д.;
• механические технологии, например, плакирование - совместное прокатывание между валками покрываемого материала и материала покрытия;
• термические технологии, например, погружение в расплав, покрытие сваркой и т.п.;
• термомеханические технологии, например, плазменное напыление, покрытие взрывом и т.п.;

Самыми распространенными органическими покрытиями являются лакокрасочные. Неорганические покрытия наносятся часто путем плазменного распыления, эмалирования, анодирования и т.п. Сущность химических технологий заключается в так называемом катодном превращении металлических ионов в электролите в металлические атомы. Для поддержания процесса необходимо обеспечивать соответствующую концентрацию электролита. Покрытия получаются плотные, гладкие и очень равномерные по толщине. Чаще всего таким способ наносят медь, никель, кобальт и благородные металлы. Гальванические технологии (отложения металла при пропускании электрического тока через электролит) делят на гальваностегию и гальванопластику. Первое - отложение тонких слоев со временем операции от нескольких минут до нескольких часов. Вторая - отложение слоев толщиной более 1 мм. Время операции может длиться несколько недель. Интенсивность процесса зависит и от концентрации электролита, и от температуры, и от соответствия форм анода и катода (заготовки). Качество покрытий сопоставимо с химическими, но уступает последним по равномерности толщины слоя. В качестве электролитов часто применяют водные растворы, реже - расплавы металлов. В качестве функциональных покрытия используют цинк, кадмий, олово, медь, хром, серебро, золото, а в качестве декоративных покрытий, в основном, благородные металлы, медь, никель, хром и их комбинации. Механические технологии относятся к категории древних, однако плакирование и так называемая голтовка (вибрационное воздействие на покрываемые изделия, между которыми насыпан порошок материала покрытия), получили широкое распространение совсем недавно. К наиболее распространенным термическим технологиям относятся покрытия сваркой и окунания в расплав. К числу достоинств этих технологий относятся простота, однако равномерность толщины слоя покрытия оставляет желать лучшего. Кроме того, температура плавления покрытия не должна превышать температуру плавления материала покрываемого изделия. При использовании термомеханических технологий покрываемую поверхность рекомендуется иметь шероховатой, что обеспечивает лучшее схватывание покрытия с поверхностью изделия. Лакокрасочные покрытия и технологии их нанесения настолько распространены и хорошо известны, что не требуют дополнительных пояснений. Неорганические (неметаллические) покрытия в основном уступают по качеству металлическим покрытиям, но намного дешевле, и поэтому применяются довольно широко. Это в основном тонкие слои из оксидов, карбидов, нитридов, боридов, силицидов и т.д.

Технологии нанесения покрытий и используемое оборудование развиваются и совершенствуются. Рассмотрим несколько новых методов нанесения покрытий.

Газодинамический метод

Технология нанесения металлов на поверхность изделий, реализуемая оборудованием ДИМЕТ, использует газодинамический метод нанесения покрытий. Метод разработан на основе открытого в 80-х годах прошлого столетия эффекта закрепления твердых частиц, движущихся со сверхзвуковой скоростью, на поверхности при соударении с ней. Технология является новой, и ранее в промышленности не использовалось.