Защитно-декоративные покрытия
10.5. Защитно-декоративные покрытия
Назначение покрытия. Защитно-декоративные покрытия применяют в ремонтном производстве для защиты деталей от коррозии и придания им эстетического внешнего вида.
Наибольшей стойкостью обладают четырехслойные покрытия, которые получают последовательным нанесением слоев никеля, меди, никеля и хрома. Первый слой никеля толщиной не более 5 мкм обеспечивает высокую прочность сцепления покрытия с деталью. Слой меди толщиной до 30 мкм имеет небольшую пористость и обеспечивает хорошую защиту от проникновения коррозионной среды. Второй слой никеля (20 мкм) придает покрытию красивый внешний вид, а очень тонкий (1 — 2 мкм) полупрозрачный слой хрома защищает его от механических повреждении.
Электролитическое меднение. Медь—мягкий, пластичный, легко полирующийся металл. Плотность
ее —8,9 г/см3,температура плавления— 1356 К. В химических соединениях медь может быть одно и двухвалентной. Активно реагирует с азотной, серной и хромовой кислотами. Соляная кислота слабо действует на медь, особенно при нагревании. Щелочи, за исключением аммиака, почти не действуют. Нормальный потенциал меди + 0,34 В. Разность потенциалов меди и железа значительная, поэтому сталь с медным покрытием при его повреждении корродирует быстрее, чем сталь без покрытия. Как самостоятельное покрытие меднение применяется редко.
Электролитическое меднение в ремонтном производстве имеет следующие области применения: восстановление натяга в сопряженных деталях (меднение наружной поверхности вкладышей подшипников коленчатого вала); восстановление размеров деталей (меднение втулок по наружной поверхности с последующим их обжатием); улучшение плавности зацепления и облегчение приработки (меднение червяков, зубьев шестерен); защита поверхностей деталей и инструмента, не подлежащих цементации; получение промежуточного слоя при защитно-декоративных покрытиях стальных и цинковых деталей.
На ремонтных предприятиях широко применяют сернокислые холодные электролиты, состоящие из водного раствора медного купороса Си8О4- 5НгО (200 — 250 кг/м3) и серной кислоты Н25О4 (50 — 75 кг/м3). Покрытие наносят при помощи растворимых медных анодов при режиме: плотность тока — 2 — 4 А/дм2, температура электролита —291 — 293 К, выход по току равен 98—100 %.
Недостаток этих электролитов — невозможность непосредственно покрывать медью железо, цинк и их сплавы. При погружении последних в кислый электролит на их поверхности контактно выделяется медь, которая плохо сцеплена с основой и обладает большой пористостью. Поэтому при мед ненки стальных деталей предварительно наносят на них тонкий подслой никеля или меди в пирофосфорном или цианистом электролитах.
Толщина медных покрытий зависит от их назначения. Так, толщина для придания притирочных свойств поверхностям деталей, а также для шестерней и других зубчатых соединений равна 18 — 24 мкм(до ЗО мкм), для защиты деталей от науглероживания при цементации —48—60 мкм, в качестве подслоя при никелировании и хромировании — 6 — 20 мкм.
Электролитическое никелирование. По физическим и химическим свойствам никель близок к железу. Никель химически стоек против атмосферного воздуха, щелочей и органических кислот. В серной и соляной кислотах он растворяется медленно, а в азотной — быстро. Никелевые покрытия хорошо полируются до зеркального блеска и приобретают красивый декоративный вид. При введении в электролит блескообразователей удается получить блестящие покрытия без полировки. Тонкие (до 25 мкм} никелевые покрытия обладают пористостью, которая уменьшается с увеличением толщины слоя.
Рекомендуемые материалы
По отношению к железу никель имеет менее электроотрицательный потенциал, т. е. является катодным покрытием. Поэтому стальные изделия защищают никелем от коррозии только тогда, когда в покрытии нет пористости и не покрытых никелем мест на поверхности детали. Толщина слоя никеля, при которой покрытие становится практически беспористым, — 25 — 30 мкм. Процесс никелирования осуществляется при комнатной температуре электролита, плотности тока — 1 А/дм2 и выходе потоку —90 —95%.
Состав электролита: сернокислый никель N1S04 — 140 кг/м3; сернокислый натрий Nа2SО4 — 50 кг/м3; борная кислота Н3ВО3 — 25 кг/м3; хлористый натрий NаС1 — 5 кг/м3; сернокислый магний МgSО4 — 10 кг/м3. Никелирование алюминия и его сплавов требует предварительной подготовки поверхности, включающей в себя травление и осветление в 15 — 20 %-ном растворе азотной кислоты для удаления примесей и легирующих добавок железа, марганца, меди и других металлов, не растворимых в щелочи. Затем проводят химическую обработку в растворе состава:
Сернокислый цинк (в пересчете
на металл), кг/м3 .................................. .2 5 — 30
Едкий натр (каустик), кг/м3 ........... 120— 140
Режим обработки:
Температура, ° С. ............................ 15 — 20
Время, с ......................................................... 30 — 40
Цинкатная обработка обеспечивает высокую прочность сцепления никеля с алюминием и его сплавами.
Существует электролит для прямого никелирования алюминия без какой-либо специальной подготовки. Травление выполняют в щелочи, а осветление — в азотной кислоте, затем загружают с выдержкой 1 — 2 мин без тока в электролит следующего состава, кг/м3:
Сернокислый никель ............ 200
Борная кислота ...................... 25
Фтористый натрий ............ 2
Пиросульфат калия ................ 2
Режим прямого никелирования:
Температура,° С .............................. 50
Кислотность, рН ........................... 4,5 — 5,4
Катодная плотность тока, А/дм2 .... 1 — 1,5
Выход металла по току ................. 90 %
Никелевые покрытия можно получить также химическим путем. При химическом никелировании можно получить более равномерные осадки на деталях сложной конфигурации. Эти покрытия обладают повышенной твердостью и износостойкостью, имеют небольшую пористость и достаточно высокие декоративные свойства. Однако химическое никелирование дороже электролитического.
В основе процесса химического никелирования лежит реакция взаимодействия гипофосфита натрия с ионами никеля. В водном растворе гипофосфит натрия подвергается гидролизу с образованием фосфита натрия и атомарного водорода:
Атомарный водород, адсорбированный на поверхности покрываемого металла, восстанавливает ионы никеля:
Одновременно атомарный водород взаимодействует с атомами Н2РО2- и Н2РО3-,восстанавливая фосфор, который включается в образуемое никелевое покрытие. При химическом никелировании всегда выделяется водород:
Химическое никелирование проводят в растворе следующего состава, кг/м3: хлорид никеля — 45; хлорид аммония — 50; гипофосфит натрия — 20 %, цитрат натрия — 45. Кислотность раствора — 5,5; температура — 78 — 82 ° С, производительность процесса — 15 — 20 мкм/ч.
После нанесения покрытия проводятся двукратная промывка деталей в проточной воде и их термическая обработка при температуре 40и°С с течение 1 ч. При этом образуется соединение Ni3Р, обладающее высокой твердостью; покрытие приобретает мелкозернистую структуру и повышенную сцепляемость с основным металлом.
Цинкование. Покрытие цинка применяют для защиты изделий из черных металлов (листов, труб, проволоки, деталей станков, автомобилей, тракторов, приборов, крепежных изделий) от коррозии. В ремонтном производстве их используют для защиты от коррозии крепежных деталей. Основные преимущества электролитического метода цинкования:
высокая степень чистоты цинка, зависящая главным образом от чистоты анодов и реактивов, применяемых для составления ванн;
высокая химическая стойкость цинковых покрытии, полученных электролизом, обусловленная чистотой осадка;
малый расход цинка, обусловленный возможностью точного регулирования количества цинка и толщины покрытия;
хорошие механические свойства покрытия (эластичность, сцепляемость с основой), достаточно высокая стойкость против коррозии в условиях тропического климата.
При цинковании наиболее распространены сернокислые электролиты следующего состава, кг/м3: сернокислый цинк — 200 — 250, сернокислый аммоний — 20 — 30, сернокислый натрий — 50 — 100 и декстрин — 8—12. Покрытие наносят в специальных вращающихся барабанах или колодках при комнатной температуре электролита и плотности тока 3 — 5 А/дм11. Выход по току составляет 92 %, толщина слоя — 3 — 40 мкм.
Оксидирование. Оксидирование черных металлов применяют для защиты их от коррозии, а также для придания поверхности красивой окраски. Для получения оксидной пленки на поверхности стали применяют химическую обработку изделий в щелочных или кислых растворах: электрохимическую обработку изделий на аноде, проводимую в щелочи или хромовой кислоте, термическую обработку при относительно высокой температуре. Наиболее распространено химическое оксидирование в горячих растворах едкого натра с добавкой окислителей. В процессе оксидирования сталь растворяется с образованием соли Nа2FеО2:
При большом содержании окислителя Ре2+ окисляется до Ре3+, и Nа2FеО2 переходит в Nа2Fе2О4. Эти две соли взаимодействуют между собой:
При этом на поверхности детали образуется оксидная пленка толщиной 0,6 — 1,5 мкм, которая имеет высокую прочность и надежно защищает металл от коррозии. Оксидированию подвергают нормали и некоторые детали арматуры кузова.
Бесплатная лекция: "2 Коммуникативная компетенция и уровни ее сформированности" также доступна.
Оксидирование выполняют в растворе следующего состава, кг/м3: едкий натр — 700 — 800 с добавкой в качестве окислителей 200 — 250 азотнокислого натрия и 50 — 70 азотистокислого натрия при температуре раствора 140 — 145 ° С с выдержкой 40 — 50 мин. После такой обработки детали промывают в воде и, для того чтобы закрыть поры в покрытии, пропитывают в машинном масле при температуре 110 — 115 " С.
Фосфатирование. Фосфатированием называется химический процесс создания на поверхности деталей защитных пленок толщиной от 8 до 40 мкм, состоящих из нерастворимых солей фосфора, марганца и железа. Защитная способность фосфатных пленок выше, чем оксидных, получаемых при щелочном оксидировании стали. Фосфатные покрытия применяют для защиты от коррозии, в качестве грунта при окраске деталей кузова, для уменьшения трения и улучшения прирабатываемости деталей.
Для получения фосфатных покрытий используют препарат Мажеф, который представляет собой смесь од-нозамещенных солей ортофосфорной кислоты, железа и марганца: Fe(Н2РО4)2 Мn(Н2РО4)2* Н2О, МnНРО4 и имеет следующий химический состав, %: 2,4 —2,5 Ре; 14 Мn; 46—52 фосфатов (в пересчете на Р2О5), 1,0 SО42-, следы СаО, С1- и I — 2 воды.
Наиболее эффективно процесс фосфатирования протекает в растворе с концентрацией препарата Мажеф 30 — 33 кг/м3 при температуре 96 — 98 ° С. Продолжительность — 30 —50 мин.
Для повышения производительности и уменьшения температуры разработан процесс ускоренного фосфатирования с использованием ванны следующего химического состава,
кг/м3: препарат Мажеф — 30 — 40; Zn(М03)2-6Н2О — 50 — 65; NaF 2— 5. Температура — 45 — 65 ° С, продолжительность процесса — 8 — 15 мин.
