Статьи о радиотехнике, технологиях, чертежах, 3D-моделировании

Конверсионные покрытия

Неорганические фосфатные и оксидные покрытия получают путем химической или электрохимической обработки изделий, в результате которой на поверхности металлов образуются прочные солевые или оксидные пленки. В зависимости от условий проведения процессов получаемые пленки могут обладать высокой адсорбционной способностью, электроизоляционными свойствами, повышенной твердостью и износостойкостью.

Сущность процесса фосфатирования заключается в образовании на поверхности черных и цветных металлов плотных, хорошо связанных с основой пленок, которые состоят из нерастворимых в воде фосфорнокислых солей металла основы и других тяжелых металлов, входящих в состав раствора. Погруженные в раствор для фосфатирования детали начинают растворяться с бурным выделением водорода, при этом основной металл, переходя в раствор, связывает фосфорную кислоту с образованием фосфатной пленки из двух- и трехзамещенных фосфатов. Между фосфатной пленкой и металлом существует тесная кристаллохимическая связь - ионы фосфатируемого металла являются составной частью фосфатной пленки. По мере формирования и роста пленки поверхность металла изолируется от воздействия раствора, скорость фосфатирования уменьшается и через некоторое время процесс прекращается, что фиксируется по прекращению выделения пузырьков водорода.

В зависимости от условий проведения процесса, особенностей металла основы и способов его подготовки фосфатные покрытия могут иметь мелко- или крупнокристаллическую структуру и толщину от 2-15 мкм. Но в основном фосфатные пленки образуют высокоразвитую шероховатую поверхность, обладающую многими полезными свойствами. Благодаря отличной адгезии фосфатные покрытия легко удерживают пропитывающие растворы и смазки, которые проникают в поры и капилляры пленки. Защитная способность их при этом значительно повышается, они являются хорошим грунтом для нанесения лакокрасочных покрытий. Их используют для изделий, работающих в очень жестких условиях.

Фосфатные пленки обладают хорошими электроизоляционными свойствами, предохраняют металлы от смачивания расплавленными металлами (Zn, Sn). Недостатком фосфатных пленок является низкая прочность и эластичность, в результате чего они легко истираются.

Оксидирование сталей, меди и медных сплавов, цинка проводят с целью защитно-декоративной отделки поверхности изделий. Искусственные окисные пленки представляют собой различные по структуре и свойствам компактные соединения металла с кислородом. Получение искусственных оксидных покрытий заключается в обработке металлов соответствующими водными растворами, содержащими окислители, которые способны генерировать на поверхности деталей активный кислород, вступающий во взаимодействие с металлом. Для оксидирования сталей применяют горячие концентрированные растворы щелочи, содержащие окислители. При этом железо растворяется с образованием соединений Na₂FeO₂ и Na₂Fe₂O₄, из которых формируется оксидная пленка:

Оксидная пленка на малоуглеродистых сталях имеет глубокий черный цвет, а на высокоуглеродистых – черный с сероватым оттенком. Толщина пленки составляет 1-3 мкм, качество зависит от состава раствора и режима ведения процесса. Защитная способность оксидных пленок на стали увеличивается после пропитки их маслами и смазками или покрытия лаками и красками.

При оксидировании меди и ее сплавов, латуни, образуются черные или черно-синие пленки толщиной 1-2 мкм. Разновидностью электрохимического оксидирования меди и сплавов, богатых ею, является процесс электрохимического окрашивания, который дает возможность получать яркую цветную окраску на поверхности. Цветные пленки, полученные таким способом, имеют ничтожную толщину, поэтому их необходимо защищать прозрачными лаками.

Оксидные пленки на алюминии, полученные химическим способом в слабощелочных растворах хроматов, обычно очень тонкие (0,5-2 мкм) с малой механической прочностью. Их чаще всего используют в качестве грунта под лакокрасочные покрытия.

Толстый оксидный слой (20-30 мкм) с высокой адсорбционной способностью, тепло- и электроизоляционными свойствами, повышенной твердостью и износостойкостью образуется при анодном электрохимическом оксидировании алюминия. Способность пористых анодных пленок адсорбировать и прочно удерживать различные вещества, в том числе органические и минеральные красители, широко используется для окраски поверхности алюминия в самые различные цвета.

Сущность процесса анодного окисления алюминия состоит в следующем (рис. 1).

Под действием выделяющегося на аноде активного кислорода на алюминии образуется тончайший слой окисла

металла (0,01-0,1 мкм) - плотная пленка барьерного типа по реакции:

Внешняя сторона этой пленки, обращенная к раствору, частично растворяется в электролите и становится пористой. Через образовавшиеся поры кислород проникает к основному металлу, благодаря чему процесс окисления алюминия идет непрерывно, т.е. барьерный слой постепенно обновляется и как бы перемещается в глубь металла. После обработки пористых оксидных пленок на алюминии в пассивирующих растворах солей хрома паром или горячей водой защитная способность пленок повышается вследствие гидратации оксида, а также адсорбции хромата и образования соединений типа (AlO)₂CrO₄.

Разновидностью процесса анодного окисления алюминия и его сплавов является эматалирование. В отличие от анодных пленок, практически не изменяющих фактуру основного металла, эматалевые покрытия придают поверхности вид, напоминающий эмаль. По структуре и физико-механическим свойствам эматалевые пленки мало отличаются от оксидных, полученных анодированием. Являясь пористыми, эти пленки способны окрашиваться в различные цвета, адсорбируя органические красители.

Стеклоэмалевые покрытия

Силикатные материалы – это общее название неорганических материалов, содержащих различные соединения кремния с другими элементами, а также оксиды алюминия, магния, циркония. Силикатные эмали представляют собой легкоплавкие, чаще непрозрачные окрашенные стекла, которые в виде тонкого слоя наплавляются на поверхность изделий. Они применяются для защитно-декоративной и специальной поверхностной обработки металлов и керамики. В эмалированных металлических изделиях сочетаются механическая прочность металла с химической стойкостью, декоративностью и другими свойствами стекла.

Эмали, применяемые для покрытия металлов и керамики, получают сплавлением шихты - однородной смеси подготовленных для стекловарения сырьевых материалов: кварцевого песка, полевого шпата, буры, каолина, соды, взятых в определенном соотношении, и небольших количеств специальных добавок.

Одни из них улучшают сцепление эмалевого слоя с основой, другие обусловливают декоративные и специальные свойства покрытий. Сплавленную эмаль в виде жидкого расплава выливают в воду, где она затвердевает в форме мелких частиц – гранул размером примерно 0,5мм. Затем гранулы эмали размалывают до мелкодисперсного состояния в водном растворе, содержащем вещества, способствующие образованию устойчивой суспензии – эмалевого шликера. Его наносят на поверхность подготовленных к эмалированию изделий окунанием, обливанием, напылением и кистью. Изделия с нанесенным на них шликером высушивают до полного удаления воды, подвергают обжигу (нагреванию в специальных печах при температуре 750-900℃) для сплавления частиц стекла и образования равномерного эмалевого покрытия.

В большинстве случаев эмалевое покрытие состоит из грунтового слоя и одного-двух покровных слоев. Причем, чем тоньше пленка эмали, тем надежнее сцепление покрытия с основой и меньше вероятности скола или облета эмали.

Окрашивание прозрачных эмалей осуществляется введением цветных окислов кобальта, железа, меди, хрома и марганца в шихту или добавлением различных пигментов в готовые гранулы эмали при их помоле.

Наряду с покровными эмалями, выполняющими защитно-декоративные функции, применяются эмали, обладающие некоторыми специальными свойствами. Кислотостойкие эмали содержат повышенное, против обычного, количество кремнезема. Повышенная стойкость в щелочных средах достигается введением в шихту дополнительных количеств окиси циркония с одновременным исключением нестойких в щелочах окислов алюминия и цинка. Жаростойкость обеспечивается увеличением содержания в эмалевых гранулах тугоплавких окислов алюминия и хрома.

К группе специальных относятся светящиеся эмали, получаемые введением в состав шихты люминофоров, чаще всего сульфидов цинка, активированного микродобавками тяжелых металлов. Для получения эмалей с постоянным свечением применяют люминофоры, содержащие радиоактивные вещества.

Эмалирование золота, серебра, меди, сплавов на их основе применяется в декоративных целях для изготовления ювелирных и сувенирно-подарочных изделий.

Теперь вы знаете, что такое неорганические покрытия, какие они бывают. Остались вопросы? Спрашивайте здесь. Подписывайтесь на наш youtube канал, где мы постоянно выкладываем образовательные видео как делать: чертежи, 3D-модели, печатные платы.