Напыление металла: обзор видов обработки и оборудования

Назначение и способы напыления металла

Рассказываем о напылении металла: особенности и назначение технологии. Современные способы. Применяемое оборудование и приборы. Особенности ионно-плазменного и плазменного напыления. Лазерное, вакуумное и порошковое напыление.

Напыление металла – это технология изменения структуры поверхности изделия с целью приобретения определенных качеств, повышающих эксплуатационные характеристики. Обработку выполняют путем нанесения однородного металлического слоя на деталь или механизм. В качестве расходного материала используют специальные порошковые составы, которые подвергают термической обработке и придают им значительное ускорение. При ударном соприкосновении с поверхностью частицы осаждаются на плоскости.

Технология появилась в начале XX века в качестве альтернативы традиционным способам поверхностной модификации металлов. По мере изучения и развития методов напыления металлических изделий была образована отдельная отрасль – порошковая металлургия. Это технология получения порошков для изготовления из них различных изделий.

В современной промышленности напыление металлов считается одним из самых экономичных способов обработки. По сравнению с объемным легированием технология дает возможность получить необходимые эксплуатационные свойства поверхности при меньших затратах.

Сущность и назначение напыления металлов

Нанесение защитных покрытий на металл необходимо для многих отраслей промышленности. Цель напыления изделий – повышение базового эксплуатационного ресурса заготовки. Защитный слой обеспечивает надежную защиту от следующих вредных факторов:

воздействия агрессивных сред;
вибрационных и знакопеременных нагрузок;
термического воздействия.

Состав многокомпонентного порошка подбирают исходя из требуемых эксплуатационных качеств.

Использование нескольких составляющих повышает риск получения неоднородного покрытия ввиду расслаивания защитного слоя. Для решения этой проблемы используют специальные материалы канатного типа, где порошок фиксируется пластичной связкой.

В процессе напыления поток частиц направляют на поверхность металла. При взаимодействии с поверхностью распыляемые элементы деформируются, что обеспечивает надежный контакт с изделием. Качество адгезии с заготовкой зависит от характера взаимодействия частиц с подложкой, а также процедуры кристаллизации защитного слоя.

Способы напыления, применяемое оборудование

Существует два вида процесса напыления:

Газодинамическое. Обработка осуществляется мельчайшими частицами, размер которых не превышает 150 мкм.
Вакуумное. Процедура протекает в условиях пониженного давления. Образование защитного слоя происходит в процессе конденсации напыляемого материала на базовой поверхности.

Рассмотрим основные способы обработки, а также особенности используемого оборудования для напыления.

Напыление в магнетронных установках

Технология магнетронной вакуумной металлизации основана на действии диодного газового разряда в скрещенных полях. В процессе работы установки в плазме тлеющего заряда образуются ионы газа, которые воздействуют на распыляемое вещество. Основными элементами магнетронной системы являются:

анод;
катод;
магнитный узел.

Преимущества магнетронного метода:

высокая производительность;
точность химического состава осажденного вещества;
равномерность покрытия;
отсутствие термического воздействия на обрабатываемую заготовку;
возможность использования любых металлов и полупроводниковых материалов.

С помощью установок получают тонкие защитные пленки в среде специального газа. Напыляемым материалом могут выступать металлы, полупроводники или диэлектрики. Скорость образования слоя зависит от силы тока и давления рабочего газа.

Ионно-плазменное напыление

В состав принципиальной схемы оборудования для ионно-плазменного насаждения входят следующие элементы:

анод;
катод-мишень;
термокатод;
камера;
заготовка.

Алгоритм действия установки:

В камере создается пониженное давление.
На термокатод, который является вспомогательным источником электронов, подается ток.
Вследствие нагрева возникает термоэлектронная эмиссия.
В камеру подают инертный газ. Наибольшей популярностью пользуется аргон.
Между анодом и термокатодом возникает напряжение, которое инициирует образование плазменного тлеющего заряда.
На катод подают мощный заряд.
Положительные ионы воздействуют на распыляемый материал-мишень.
Распыленные атомы осаждаются на заготовке в виде тонкого покрытия.

Ионно-плазменное осаждение используют в качестве декоративных или защитных покрытий, которые характеризуются высокой плотностью и прочностью, а также отсутствием изменений в стереохимическом составе.

Для изменения цвета изделия в технологический цикл добавляют реактивные газы: кислород, ацетилен, азот или углекислоту.

Плазменное напыление

Рабочая температура плазмы может достигать 6000 ºC. Это способствует высокой скорости осаждения состава на поверхности. Длительность процесса – десятые доли секунды.
Существует возможность изменения структурного состава поверхности заготовки. Вместе с горячей плазмой в верхние слои изделия могут диффундировать отдельные химические элементы.
Плазменная струя отличается неизменными показателями давления и температуры. Это положительно влияет на качество напыления.
Благодаря малому времени обработки заготовка не подвергается вредным поверхностным факторам, таким как перегрев или окисление.

В качестве источника энергии для образования плазмы используют искровой, импульсный или дуговой разряд.

Лазерное напыление

повышения прочности поверхностного слоя;
восстановления геометрии изделия;
снижения коэффициента трения;
защиты от коррозионных процессов.

В отличие от прочих методов металлизации источником тепла является энергия излучения лазера. Высокая точность фокусировки позволяет добиться концентрации энергии точно в зоне работы. Это снижает термическое воздействие на заготовку, что позволяет избежать изменения геометрии изделия и дает возможность осуществить напыление практически любого материала.

Благодаря высокой скорости охлаждения в поверхностном слое металла образуются структуры с высокой твердостью, что повышает эксплуатационные характеристики детали.

Вакуумное напыление

испарение;
конденсация;
адсорбция;
кристаллизация.

Производительность процесса зависит от многих факторов: структуры заготовки, типа наносимого материала, скорости потока заряженных частиц и многих других.

Вакуумные установки отличаются принципом действия. Существует непрерывное, полунепрерывное, а также периодическое оборудование.

Порошковое напыление

Порошок для распыления представляет собой смесь каучука и цветного пигмента. Его наносят на поверхность с помощью специального электростатического пистолета. При этом порошок приобретает заряд, который способствует эффективному сопряжению с заготовкой.

Для получения качественного покрытия необходимо тщательно подготовить поверхность. Суть процедуры заключается в очистке заготовки от загрязнений и следов коррозии с последующим обезжириванием.

Для использования технологии в промышленных масштабах используют специальные покрасочные линии автоматического или ручного действия.

Напыление металла – одна из самых эффективных технологий модификации поверхности. Обработка позволяет получить покрытие с декоративными или защитными качествами, которые повышают эксплуатационные свойства изделия. А что вы думаете о данной технологии? Какой метод считаете наиболее перспективным? Напишите ваше мнение в блоке комментариев.

Металлизация

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.

Химическая металлизация: технология, выполнение в домашних условиях

Вопросы эффективной защиты и декоративного оформления поверхностей изделий из различных материалов являются достаточно актуальными как для производственников, так и для многих домашних мастеров. Эффективно решить такие задачи позволяет химическая металлизация, которую можно выполнить и своими руками.

Технология химической металлизации может использоваться практически на любых жестких поверхностях

Виды металлизации

Металлизация изделий, как понятно из названия данного процесса, заключается в том, что на их поверхность наносится тонкий металлический слой. Подвергаться такой обработке может не только металл, но также пластик, древесина, стекло и другие материалы. Наиболее популярными и известными видами такого процесса являются металлизация хромом (хромирование), покрытие поверхности изделия слоем цинка (цинкование), менее известным – алитирование, в процессе которого на поверхность наносится слой алюминия.

Химическая металлизация. Рама для зеркала

В зависимости от того, какое оборудование и какая технология используются для металлизации, данная обработка подразделяется на различные виды. Так, на сегодняшний день хорошо отработаны и активно применяются следующие способы нанесения металлического покрытия:

гальваническая металлизация, выполняемая в ваннах со специальным электролитом;
электродуговая металлизация, при которой покрытие на обрабатываемую поверхность наносится посредством электродугового плавления металлического электрода и последующего распыления расплавленного металла при помощи струи сжатого воздуха;
газоплазменное напыление, при которой, как и при осуществлении дуговой технологии, металл наносится на поверхность изделия в расплавленном мелкодисперсном состоянии (как и электродуговая металлизация, газоплазменное напыление является достаточно сложным технологическим процессом, поэтому их применяют преимущественно в производственных условиях);
плакирование – нанесение на поверхность слоя металла и его последующая горячая прокатка;
диффузионная металлизация, суть которой заключается в том, что атомы наносимого металла под воздействием высокой температуры проникают в поверхностный слой обрабатываемого изделия;
горячая металлизация – формирование покрытия при погружении изделия в ванну с расплавленным металлом;
химическая металлизация.

На последней технологии стоит остановиться подробнее, так как она оптимально подходит для того, чтобы наносить металлические покрытия на различные изделия своими руками в домашних условиях.

Технологические особенности химической металлизации

Химическая металлизация может проводиться с различными целями, основной из которых является улучшение декоративных характеристик обрабатываемого изделия. Кроме того, полученное методом химической металлизации покрытие позволяет скрыть такие дефекты обрабатываемой поверхности, как мелкие поры и микротрещины. В отдельных случаях данную технологию используют для того, чтобы выполнить восстановление поверхности.

Если обобщить цели применения данного метода обработки, то все они заключаются в том, чтобы улучшить характеристики материала, из которого изготовлено изделие. К таким характеристикам, в частности, относятся:

декоративные свойства;
коррозионная устойчивость;
твердость;
износоустойчивость и др.

При этом, нанося на поверхность металлический слой химическим способом, можно получить покрытие с требуемыми характеристиками.

Процесс химической металлизации разделяется на несколько этапов, легко осуществимых на любом лакокрасочном производстве

Основная задача, которую необходимо решить при выполнении хим металлизации, – это обеспечить оптимальные условия для протекания окислительно-восстановительных реакций. При обеспечении таких условий из состава химического вещества происходит вылет атомов, окислительно-восстановительный потенциал которых находится на более высоком уровне. Конечно, такой процесс сложно проконтролировать визуально, но его результат – изменение цвета обрабатываемой поверхности – будет заметен сразу.

Сама технология выполнения металлизации химическим способом заключается в следующем: на изделие наносятся специальные химические реагенты, которые начинают вступать между собой в реакции. В результате на обрабатываемой поверхности формируется тонкий слой металла. Металлическое покрытие, полученное химическим способом, может быть выполнено не только в определенном цвете, но и иметь несколько оттенков с плавными переходами между ними. Известный многим специалистам и домашним мастерам метод каталитического хромирования изделий, к слову, также выполняется по технологии химической металлизации.

Если наблюдать за выполнением химической металлизации на видео, можно обратить внимание на то, что данный метод не отличается сложностью. Со стороны данный способ нанесения металлического покрытия напоминает простую покраску поверхности.

Используемые материалы и оборудование

Химическую металлизацию, как уже говорилось выше, можно выполнять своими руками и в условиях домашней мастерской. При этом изделия, отличающиеся небольшими размерами и несложной формой, обрабатывают по такой методике даже без использования специального оборудования. Если же такое оборудование в вашем распоряжении имеется, то наносить слой металла химическим способом можно даже на габаритные детали сложной конфигурации.

Самостоятельно занимаясь выполнением такой процедуры, следует соблюдать предельную осторожность, так как при этом используются опасные для здоровья химические реактивы. Если правильно подготовить оборудование и материалы для выполнения химической металлизации, то своими руками в домашних условиях можно получать на различных изделиях покрытия, качество которых практически не отличается от тех, которые сформированы на заводе.

Реагенты для химической металлизации

В наборе для химической металлизации должны быть реактивы, обладающие свойствами активатора и восстановителя. Для выполнения данной процедуры потребуется также грунтовка, которая наносится на обрабатываемую поверхность, и лак, защищающий готовое покрытие от негативного влияния внешних факторов. Для нанесения финишного лакового покрытия следует выбирать материал, обладающий высокой твердостью и износостойкостью.

Чтобы окрасить наносимый металлический слой в желаемый цвет, можно использовать специальный красящий тонер. Грунтовка, о которой говорилось выше, необходима для того, чтобы улучшить адгезию наносимого металлического слоя с материалом, из которого изготовлено обрабатываемое изделие. Результат химической металлизации, выполняемой своими руками, не всегда может быть качественным. Однако нанесенное покрытие можно удалить, используя для этого специальные смывочные растворы.

Установка химической металлизации предназначается для нанесения покрытия на любые твердые поверхности

Химическая металлизация в домашних условиях

Если вы решили выполнить химическую металлизацию своими руками, следует не только изучить теоретический материал, но и просмотреть обучающее видео на данную тему. Естественно, необходимо подготовить комплект оборудования и расходных материалов для выполнения этого технологического процесса.

Для химической металлизации используются опасные для здоровья химические реактивы, работая с которыми, следует строго соблюдать требования по технике безопасности. Сама же технология химической металлизации, как уже говорилось выше, не представляет особой сложности и напоминает обычную покраску. Главное при этом – строго придерживаться определенной последовательности действий. Более подробно познакомиться с такой методикой позволяют видео, которые несложно найти в интернете.

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.

Алгоритм действий в данном случае таков:

Проводят тщательную очистку обрабатываемой поверхности от загрязнений.
Выполняют обезжиривание. К данному этапу следует подойти очень ответственно, так как от качества его выполнения во многом зависят характеристики наносимого покрытия. Проводить такую процедуру можно при помощи щелочного раствора или качественного моющего средства, позволяющих удалить с поверхности изделия все органические загрязнения.
Промывают обезжиренную поверхность водой.
Если химической металлизации подвергается не все изделие, то те его участки, на которые не будет наноситься покрытие, необходимо заизолировать при помощи свинца, устойчивого к воздействию электролитического раствора.
Изделие крепят на проводе, по которому к нему будет подаваться электрический ток, и опускают в емкость с электролитическим раствором. Выдерживать изделие в таком растворе следует в течение часа.
Обработанное изделие извлекают из раствора, просушивают, остужают и, если качество нанесенного покрытия достаточно высокое, полируют.

В домашних условиях можно использовать мини-установку для химической металлизации, работающую от компрессора

Чтобы получить на обрабатываемой поверхности качественный металлический слой и при этом не навредить своему здоровью, следует придерживаться определенных рекомендаций.

Перед началом процедуры надо проверить надежность всех электрических контактов, на которые будет приходиться основная нагрузка.
При выполнении всех этапов химической металлизации (особенно при извлечении обрабатываемого изделия из электролитического раствора) следует пользоваться резиновыми перчатками, которые защитят кожу ваших рук от химических и термических ожогов.
Помещение, в котором выполняется металлизация химическим способом, должно быть хорошо проветриваемым. Объясняется это требование тем, что при выполнении этой процедуры происходит интенсивное выделение газов и образование тумана, раздражающего слизистые оболочки органов дыхания и зрения.
Не лишним при выполнении химической металлизации будет использование респиратора и защитных очков.

Металлизация с использованием стандартного краскораспылительного оборудования

В целом, если правильно подготовиться к химической металлизации, тщательно изучить все теоретические аспекты данного процесса и просмотреть соответствующее видео, то в результате можно получить качественные декоративные покрытия, отличающиеся еще и отличными защитными свойствами. Используя такую технологию, вы даже в домашних условиях сможете изготавливать различные изделия декоративного назначения, реставрировать поверхности изношенных деталей, наносить на них покрытие, защищающее их от негативного влияния внешней среды.

Важно, что такой процесс не требует применения сложного технологического оборудования, особых знаний и опыта, а также значительных финансовых вложений. Надо только изучить все аспекты методики, а также строго придерживаться технологических рекомендаций и требований по технике безопасности.

Технология напыления металлов: основные способы металлизации изделий

Автор: Анастасия Исакова · Опубликовано 27.11.2017 · Обновлено 22.11.2017

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.

В таблице ниже приведены данные для хромирования алюминия в домашних условиях. Перед нанесением гальванического покрытия требуется «положить» на деталь промежуточный металлический слой, а потом выполнять напыление алюминия.

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.

Лазерная сварка (2 видео)

Технология напыления металлов: основные способы металлизации изделий

Особенности и назначение плазменного напыления

Особенность покрытия — пластинчатая зернистая структура, возникающая в результате термической диффузии мелких частиц.

Стадии плазменного напыления металла:

Ионизация частиц.
Распыление.
Осаждение.
Затвердевание.

На каждом из этапов необходимо проводить контроль температуры и скорости движения напыляемых частиц.

Осаждение представляет собой совокупность двух, одновременно протекающих процессов – химической связи, которая активируется вследствие высоких температур в зоне обработки, и механических взаимодействий, обусловленных повышенной кинетической энергией частиц напыляемого металла. Дополнительным интенсифицирующим фактором считается наличие промежуточной среды – газа/жидкости — молекулы которой ускоряют и стабилизируют процесс металлизации. При этом образуются дополнительные соединения, улучшающие качество напылённого слоя. Например, азот формирует высокотвёрдые нитриды металлов, гелий предотвращает окисление поверхности, а медь улучшает условия трения.

Процесс используется для формирования оптимальных характеристик поверхностного слоя, а также как метод восстановления изношенных стальных деталей.

Плазменное напыление металлов часто применяется для восстановления изношенных стальных деталей

Главные плюсы метода

К преимуществам технологии относят:

выполнение работ при любых климатических условиях (давлении, температуре, влажности);
возможность применения оборудования стационарного и переносного типа, что в последнем случае позволяет осуществлять работы по месту их проведения;
возможность нанесения покрытия на локальные участки (дефектные места);
возможность создания слоев с разными свойствами;
возможность создания слоя необходимой толщины или разных по толщине в многослойных покрытиях;
процесс не оказывает влияния на структуру изделия, на которое наносится напыление, что является важным преимуществом;
безопасность;
экологичность.

К недостатку этого вида напыления относят только один факт. Слои можно наносить на пластичные металлы, такие как медь, цинк, алюминий, никель и сплавы на их основе.

Производители разных стран выпускают оборудование стационарного и переносного типа для ручного и автоматизированного нанесения покрытий разной производительности на разные металлы.

Технология процесса напыления

Исходный материал подается в столб плазмы в форме порошка или проволоки. Ионизированные газы высвобождают активные молекулы газов, некоторые из которых (например, водород) дополнительно поднимают температуру внутри плазменного столба, ускоряя процесс превращения молекул исходной заготовки в парообразное состояние. В результате ускоряется оседание движущихся частиц на подложку. Ионизация возможна не только из газа, но и из жидкости, испаряющейся в столбе дуги.

Напыляющие порошки разнообразят состав и свойства покрытий, поскольку в мелкодисперсное состояние может быть переработан широкий спектр металлов.

Где применяют

Методику осаждения жидкого металла широко использует современная промышленность для восстановления участков деталей, пострадавших от повреждений. Лазерная наплавка применяется не только для ремонта и упрочнения покрытий, но и для создания комплектов новых деталей.

EHLA. Технология предназначена для высокоскоростного создания покрытий со снижением тепловых затрат.
SLM. Высокоточная методика выборочного спекания порошков для задания контуров послойного наплыва.
LMD. Способ прямого выращивания деталей путем коаксиального наплавления, точность требует особых ресурсов.

В металлургии, судостроении и нефтегазовой отрасли лазерную наплавку чаще всего выбирают для усиления отдельных участков заготовок либо коррекции их геометрических параметров. Возможность экспериментировать с вариантами наплавления металла открывает перспективы для создания деталей различных форм. Лазерная наплавка позволяет быстро восстановить работоспособность дорогих механизмов, сэкономив деньги и время.

Используемая литература и источники:

Статья в Википедии
Справочник по магнитно-импульсной обработке металлов. / Б. Н. Бадьянов. — Ульяновск: изд-во Ульяновский ГТУ, 2000 г.
Соснин Н. А., Ермаков С. А., Тополянский П. А. Плазменные технологии. Руководство для инженеров.. — Санкт-Петербург: Изд-во Политехнического ун-та, 2013.

Последующая обработка покрытия

Процесс распыления в потоке плазмы ограничен материалами, которые имеют более высокую температуру плавления, чем пламя. При более низких температурах и скоростях (до 40 м/с), энергетические характеристики движущихся частиц уменьшаются, что приводит к окислообразованию, пористости и наличием различных включений в готовом покрытии. Снижается прочность сцепления и адгезии между покрытием и подложкой. Такие покрытия подвергают шлифовке или полированию. В обоснованных случаях предусматривается термическая обработка – закалка, отпуск, нормализация.

Наплавка импульсным лазером

Плавка по этой методике выполняется одновременным подводом луча лазерной установки и присадочного элемента к намеченному участку прямого осаждения. При расплавлении материал присадки (проволока, порошок) равномерно распространяется по месту повреждения.

После обработки импульсным лазером зону дефекта не придется подвергать длительной механической коррекции. Чтобы исключить окисление металла, ванну с расплавом защищают подачей смеси инертных газов (аргон и гелий).

Лазерное осаждение реализуют одним из двух методов, представленных в таблице ниже.

Тип импульсной наплавки	Характеристика
Ручная методика	Для работ, выполняемых вручную оператором, присадкой служит проволока, диаметр которой в диапазоне 0,15-0,8 мм. Это может быть материал идентичный основе либо с повышенным свойством твердости. Работа ведется под контролем микроскопа с 10-16 кратным увеличением, диаметр лазерного луча (0,2-2,5 мм) должен в 2 раза превышать диаметр присадки, чтобы уменьшить объемы нагрева и расплава. Методом ручного осаждения металла устраняют небольшие сколы, поры и другие локальные дефекты поверхности. Конфигурация станков с лазерами позволяет обрабатывать мелкие детали, ремонтировать крупногабаритные механизмы
Автоматизированная	Роботизированную методику чаще применяют для защиты новых деталей от следов износа. Причина в низкой вероятности трещинообразования по наплавляемому слою. По ходу создания наплавки лазером подача присадки механизирована. В случае выбора металлического порошка, его доставку к месту расплава обеспечивает сопло. Автоматическую наплавку используют при необходимости наплавлять значительные объемы металла

Преимущество импульсного лазера в минимальных размерах области воздействия при высокой скорости процесса. Эти факторы снижают нагрев детали, препятствуют растеканию металла вокруг зоны наведения лазера, что важно для выполнения разных объемов наплавочных работ.

Непрерывная лазерная наплавка

Этот вид наплавочной технологии обеспечивает высокую производительность при минимальных тепловложениях лазерного луча по сравнению с другими видами плавки, а также сварки. Обработку непрерывным лазером применяют для трудно свариваемых материалов. Средний показатель в зоне перемешивания металлов основы и присадочного материала находится в пределах 10-30 мкм, с учетом режимов наплавления и варьирования толщины наплавки в диапазоне 0,3-3 мм за время одного прохода.

Устройство производственных систем для выполнения внутренних наплавочных манипуляций принципиально отличается от установок для осаждения металла на внешних поверхностях механизмов. Лазерные станки для внутренних работ оснащены призмами или зеркалами, предназначенными для переворачивания световых потоков.

Оборудование плазменного напыления

Для диффузионной металлизации производят три вида устройств – со сжиганием кислородной смеси, с подачей инертного газа и с термическим разложением жидкости. Толщина покрытия достигает 100…120 мкм.

Установки плазменного напыления, использующие энергию высокоскоростной кислородной плазмы, работают при гиперзвуковых скоростях газа, достигающих 1600…1800 м/с в момент удара струи по подложке. Так производят плазменное напыление износостойкими карбидами металлов, когда не требуется полного расплавления ионизированных частиц.

Оборудование, где поток плазмы формируется в струе инертного газа, используется для производства покрытий, требующих сочетания хорошей износостойкости и ударопрочности. Нагрев приводит к тому, что газ достигает экстремальных температур, диссоциирует и ионизируется.

Установки для нанесения металла.

Технология нанесения металлов на поверхность деталей использует газодинамический метод нанесения металлов

покрытий, который состоит в том, что твердые частицы металла, движущиеся со сверхзвуковой скоростью, прочно закрепляются на поверхности при соударении с нею. Сверхзвуковые скорости придаются частицам оборудования ДИМЕТ с помощью сжатого воздуха (компрессор). Технология является новой, и ранее в промышленности не использовалось. Технология позволяет
наносить металлические покрытия
не только на металлы, но и на стекло, керамику, камень, бетон. К настоящему времени технология ДИМЕТ позволяет наносить покрытия из алюминия, цинка, меди, олова, свинца, баббитов, никеля.

Оборудование газодинамического нанесения металлических покрытий ДИМЕТ

Малогабаритное универсальное оборудование для ручной или частично автоматизированной работы. Пять рабочих режимов, два переключаемых порошковых питателя ПВ43, два сопла: круглое СК20, плоское СП9; эргономичная рукоятка с двухпозиционной кнопкой управления. Возможность дистанционного включения подачи воздуха и порошка. Энергопотребление: 220 В, 3,3 кВт. Сжатый воздух: давление 6-10 атм, расход – 400 л/мин. Вес – 18 кг. Для многофункционального применения.

Портативное универсальное оборудование для ручной работы. Пять рабочих режимов, два переключаемых порошковых питателя ПВ-43, два сопла: круглое СК20, плоское СП9. Энергопотребление: 220 В, 3,3 кВт. Сжатый воздух: давление 6-10 атм, расход – 400 л/мин. Вес – 17 кг. Для многофункционального применения.

Портативное оборудование для ручной работы. Два рабочих режима, порошковый питатель ПВ43, одно круглое сопло СК20. Энергопотребление: 220 В, 2,9 кВт. Сжатый воздух: давление 6-10 атм, расход – 400 л/мин. Вес – 9 кг. Для применения в локальном ремонте.

Малогабаритное универсальное оборудование для автоматизированной или ручной работы. Пять рабочих режимов, два стабилизированных порошковых питателя ПВ45, три сопла: круглое СК20, плоское СП9, износостойкое СК30, эргономичная рукоятка с двухпозиционной кнопкой управления. Возможность дистанционного выбора порошкового питателя, рабочего режима и управления подачей воздуха и рабочего порошка. Возможность компьютерного управления. Энергопотребление: 220 В, 3,3 кВт. Сжатый воздух: давление 6-10 атм, расход – 400 л/мин. Вес – 19 кг. Для многофункционального применения.

Что такое металлизация и виды

Череповецкий завод металлоконструкций более 55 лет занимается производством и обработкой изделий из металла. У нас вы можете заказать услуги по металлизации от опытных специалистов.

Что такое металлизация?

Металлизация – это метод нанесения металлического слоя на внешнюю часть изделия, который придает ему химические, физические и механические свойства. Такое покрытие применяется не только к металлическим деталям, но и к заготовкам из дерева, пластика, стекла. Нанесенный слой можно использовать в качестве антикоррозийного, декоративного и устойчивого к механическим повреждениям.

Описание и назначение металлизации

Метод металлизации выполняет большое количество функций, среди которых:

защита от образования ржавчины;
удаление царапин, трещин и сколов, появившихся в процессе обработки;
восстановление первоначальных габаритов изделия;
создание декоративного покрытия;
изменение физических и химических свойств верхнего слоя.

Способ нанесения покрытия избирается в соответствии с поставленными задачами и характеристиками, которые необходимо получить по окончании процесса. Толщина слоя определяет сферу применения будущего изделия.

Металлизация может проводиться химическим, физическим или электростатическим воздействием на поверхность. Она осуществляется в холодном, нагретом или диффузном состоянии.

Нанесение защитного слоя на металлическое изделие можно получить:

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

Особенности металлизации металлов и сплавов

Металлизация металлов и сплавов определяется их физическими свойствами. К каждому изделию требуется индивидуальный подход. Например, для некоторых групп металлов и сплавов не подходит нанесение тонкого слоя чужеродного материала. Для них применяются другие методы металлизации.

Для другой группы, наоборот, нанесение металлической пленки является оптимальным способом обработки металла. Оптимальные методы выбирают с учетом индивидуальных свойств изделий.

Виды металлизации

Современные технологии позволяют проводить процедуру металлизации разными способами. Рассмотрим основные виды данного процесса:

термообработка (нанесение металлического слоя на поверхность с погружением в ванну с расплавленным металлом; данный вид металлизации используют, если температура плавления изделия намного выше, чем температура плавления металлического слоя);
гальваническая (обработка металла под воздействием протекающего тока и электролита; метод не нуждается в дополнительном нагреве, поэтому позволяет наносить слой на поверхность любого материала; наносимая пленка получается равномерной по всей площади);
газопламенная (осуществляется за счет теплоты, которая выделяется в результате сгорания горючих газов);
плазменная (метод нанесения металлического слоя при помощи плазменной струи, в которую под воздействием высоких температур подается материал);
диффузионная (данным способом осуществляется нанесение цветных металлов (брома, цинка, алюминия); с его помощью восстанавливают изношенные детали и добиваются высокопрочного покрытия);
химическая (в данном методе применяются химические реагенты в жидком виде или в виде порошков; нужно подготовить ванну с раствором и опустить в нее изделие, а затем продержать необходимое количество времени);
плакирование (нанесение металла на поверхность и его последующая горячая прокатка).

1. Вакуумная металлизация.

Вакуумная металлизация основывается на испарении и выпадении металлических частиц на поверхность детали. Данный метод является довольно затратным и трудоемким, поэтому применяется только в производственных условиях. Вакуумную металлизацию можно использовать для изделий из любых материалов (пластика, дерева, керамики, стекла и т.д.). Особенно часто этот вид используется для металлизации на автомобильных заводах. Данным способом получают изделие с прекрасным внешним видом, который не влияет на прочностные характеристики.

2. Газовая металлизация.

Газовая металлизация заключается в использовании газовой струи для нагрева напыляемого металлического слоя. Применение высоких температур позволяет создавать ровный слой на всей поверхности. Его толщина зависит от объема используемой проволоки. После нанесения слоя покрытие обрабатывают методом шлифовки. Газовая металлизация позволяет восстанавливать валы автотракторного оборудования. Для реализации данного способа используют технику и газы, которые применяют при проведении сварочных работ.

Вместо газовых горелок, применяют специальные пистолеты-металлизаторы.

3. Цинкование.

Метод цинкования применяется для защиты черных металлов от образования ржавчины. На поверхность наносится цинк при помощи различных способов (горячего, холодного, гальванического, диффузионного). Цинкование применяется для обработки листового проката, труб, изделий различной геометрической формы.

Оборудование и материалы

Для каждого метода металлизации используется свое собственное оборудование. Для обработки под воздействием высоких температур применяют приспособления, способные создавать растворы для термообработки. Подогрев осуществляется при помощи электрических ТЭНов.

Для газового способа применяют сосуды с газами, специальные распылители, редукторы и проводящие шланги.

Для химического метода нужно иметь набор растворов и реактивов, устойчивых к вредному воздействию химических жидкостей.

Химическая металлизация в домашних условиях

Химическую металлизацию можно осуществить и в домашних условиях. Для этого дома нужно создать свою собственную лабораторию. Металлизация позволяет осуществлять разнообразные дизайнерские решения.

Металлизация химическим способом в домашних условиях проводится в несколько этапов:

Предварительные работы по подготовке. Поверхность необходимо очистить, отшлифовать, а затем обезжирить.
Заготовку нужно промыть.
Если вы собираетесь обрабатывать не всю поверхность изделия, часть его нужно тщательно закрыть.
Подготовить надежную систему крепления изделия к каркасу, который опускается в химический раствор.
В ванной приготовить необходимый раствор.
После осуществления процесса металлизации заготовку просушивают и полируют.

Металлизация, выполненная в домашних условиях, не всегда дает ожидаемый эффект. Поэтому после того, как вы просушили изделие, его необходимо аккуратно обработать. Чтобы не осуществлять процесс металлизации вручную, можно изготовить простую установку.

Будьте аккуратны, так как вы работаете с ядовитыми веществами!

Техника безопасности

Металлизация, проведенная любым из методов, относится к категории небезопасных и вредных процессов. В процессе работы опасность представляют:

высокие температуры;
источники повышенного напряжения;
открытое пламя (при использовании газового метода);
химические вещества, которые могут оказывать вредное воздействие на дыхательные органы.

При проведении процесса металлизации необходимо придерживаться строгих правил безопасности, которые приведены в инструкции к веществу или оборудованию. Если вы работаете в домашних условиях, позаботьтесь о средствах защиты дыхательных органов, глаз, открытых участков кожи. Также защитите себя от воздействия электрического тока.

Металлизация – надежная защита поверхностей различных изделий

Под металлизацией понимают процесс нанесения специального слоя металла на металлические, бетонные, стеклянные и пластмассовые поверхности для придания им высокой жаро-, износо- и коррозионной стойкости, а также повышения декоративных качеств изделий.

1 Диффузионное насыщение стальных поверхностей – каким оно бывает?

Диффузионная металлизация – это метод насыщения изделий из сталей алюминием (алитирование, алюминирование), цинком (цинкование), бором (борирование), хромом (хромирование) или кремнием (силицирование). Такое нанесение повышает механические качества материалов, из которых изготовлены обрабатываемые детали – в частности, упрочняет их. Также описываемая методика подходит для восстановления деталей металлизацией.

Диффузионная металлизация может быть:

жидкой – изделие погружается в расплав металла;
твердой – используется ферросплав, содержащий хлористый аммоний;
газовой – выполняется в газовых атмосферах, в которых присутствуют галогенные комбинации диффундирующего компонента.

Диффузионная металлизация придает деталям из углеродистой стали высокую жаростойкость (для этих целей применяется силицирование или алюминирование (алитирование)), стойкость к абразивному износу и повышенный показатель твердости. Изделия после алитирования стали становятся более качественными, их можно эксплуатировать в средах, где всегда имеется повышенная температура (вплоть до 1100 °С).

Диффузионная металлизация имеет несколько недостатков:

малая скорость диффузии (алитирование, силицирование – это достаточно длительная процедура);
тонкие слои, которые по своим защитным свойствам в несколько сотен раз менее эффективны, нежели покрытия, получаемые, например, при цементации стали.

Эти недостатки существенно ограничивают применение диффузионной технологии на промпредприятиях.

2 Алюминирование и силицирование – информация о методиках

Алюминирование (оно же алитирование) производится в тех случаях, когда деталям и механизмам машин требуется придать высокие антикоррозионные свойства при повышенных (до 900 °С) температурах. Чаще всего такое напыление используется для упрочнения конструкций из жаропрочных сталей и аустенитных сплавов с малым содержанием углерода.

Алитирование считается незаменимой методикой при изготовлении оборудования для крекинга газа и нефти, компонентов газовых турбин и двигателей автотранспортных средств, печной арматуры, элементов паронагревательной аппаратуры. Алюминирование нередко выполняется вместо горячего цинкования деталей трубных изделий, проволоки, стальных листов, а также в строительной отрасли.

Технология метода сравнительно проста. Алитирование осуществляется в смесях порошкообразного вида, состоящих из ферроалюминия, алюминия и его окислов. Напыление длится около восьми часов, ведется при температуре порядка 1000 °С. При таких условиях алюминирование позволяет получать на поверхности металлических изделий защитный слой толщиной около половины миллиметра (действительно качественное напыление с превосходным защитным потенциалом).

Кроме того, алитирование (алюминирование) иногда производится следующими способами:

нанесением на изделия слоя специальной алюминиевой краски с их последующим отжигом (диффузионным) в защитной среде;
нанесением порошка, содержащего алюминий, с обязательным отжигом детали после обработки изоляционной обмазкой;
погружением заготовки в расплав (жидкое алитирование) при температуре около 750 °С.

Алюминирование небольших по геометрическим размерам деталей и печатных плат обычно выполняют посредством газотермического напыления.

Силицирование осуществляется в жидких либо газообразных средах. При этом разрешается применять и безэлектролизный, и классический электролизный способ обработки изделий. Силицирование обеспечивает конструкциям, функционирующим в различных кислотах или в соленой воде, уникальную стойкость против коррозии. Современная технология напыления металла кремнием позволяет получать оборудование и устройства для нефтяной, бумажной и химической промышленности с высокотвердыми слоями толщиной до 1000 микрометров.

3 Особенности электродуговой обработки стальных поверхностей

Электродуговая металлизация – нанесение защитного покрытия посредством расплавления электродугой проволочных электродов и последующего распыления (в сжатой струе воздуха) металла, выполняющего роль протектора. В результате подобного процесса (требуется специальное оборудование) на поверхность стальных изделий наносятся мелкие частицы, которые формируют покрытие сплошного типа.

Электродуговая металлизация характеризуется рядом достоинств:

большая (до 15 мм) толщина получаемого защитного слоя;
недорогое оборудование и сравнительно простая технология процесса;
возможность внедрения в производство специальных линий, автоматизирующих проведение операции;
отличная производительность.

Кроме того, электродуговая металлизация гарантирует рациональный расход распыляемых металлов, малые затраты (энергетические) на получение покрытия с заданными параметрами, высокую производительность. Да и оборудование для нее отличается повышенной надежностью.

Не лишена электродуговая металлизация и недостатков. Во-первых, ее технология не всегда обеспечивает хорошую прочность сцепления стальной основы с наносимым покрытием. Во-вторых, выполнять данное напыление не рекомендуется для обработки изделий, работающих в коррозионных средах.

4 Другие способы металлизации стальных деталей – вакуумное и плазменное напыление

Широкое распространение получила вакуумная металлизация и напыление конструкций из стекла, металла, керамики, пластмасс и пластика. Ее используют для улучшения декоративных характеристик:

сварных конструкций;
решеток, светильников, элементов экстерьера и интерьера;
разной по назначению фурнитуры;
сувениров;
аксессуаров транспортных средств.

Чтобы качественно выполнить подобное напыление, требуются специальные устройства и дорогое оборудование – магнетронные системы, дуговые и ионные источники. Вакуумная металлизация подходит для защиты стеклянных, металлических, пластиковых и керамических изделий. Для процесса необходимо особое оборудование, поэтому выполнить его в домашних условиях невозможно.

Еще одна сложная методика защиты поверхности – плазменная металлизация. Она также требует применения специального оборудования, позволяющего получать ионизированный газ (техническую плазму). Такой вид обработки производят при помощи порошковых материалов, дополнительно используют металлические прутки и проволоку.

5 Несколько слов о металлизации печатных плат

Надежность эксплуатации печатных плат напрямую зависит от того, насколько качественно выполнена металлизация сквозных отверстий в них. В ходе процесса в отверстиях осаждается медь. Это, по сути, электрохимическая обработка печатных плат, которая не вызывает особых сложностей у опытных людей.

Метод металлизации сквозных отверстий в печатных платах состоит из двух этапов:

сначала происходит активация меди за счет катализирующего воздействия палладия, входящего в состав смеси для обработки печатных плат;
затем на центрах активации начинается процесс восстановления меди.

В результате этой двухстадийной операции в отверстиях печатных плат создается сплошное проводящее покрытие. При наличии спецоборудования и некоторых умений несложно выполнить металлизацию отверстий в домашних условиях.