Подготовка поверхности материала к гальваническому покрытию

Подготовка поверхности после механической обработки

Различают два основных метода подготовки поверхности материала к гальванической обработке – механический и химический метод. Часто детали, поступающие на гальванический участок, имеют поверхность, не подготовленную к нанесению покрытий. Так поверхность изделий может содержать следы ржавчины, масел, или мелкие механические дефекты, возникшие в процессе изготовления или эксплуатации (трещины, задиры, заусенцы и т. д.). Такие детали перед нанесением гальванического покрытия требуют специальной подготовки и тщательной очистки.

Содержание:

1. Шероховатость металла.

2. Механическая подготовка поверхности металла.

     2.1 Пескоструйная обработка.

     2.2 Дробеструйная обработка.

     2.3 Галтовка.

     2.4 Крацевание.

     2.5 Шлифование.

     2.6 Полирование.

3. Химическая подготовка поверхности металла.

     3.1 Обезжиривание.

     3.2 Травление.

     3.3 Активирование поверхности (активация).

4. Вывод.

1. Шероховатость металла

Поверхность любого металла какой бы гладкой и блестящей она ни казалась имеет мелкие неровности – следы обработки. Иногда эти неровности видны невооруженным взглядом т. е. поверхность имеет высокую шероховатость. Таким образом степень шероховатости металла — это физическая величина, показывающая частоту и высоту неровностей на его поверхности. Для объективной оценки данного параметра введено понятие чистоты поверхности.

Важно: чистоту поверхности металла не следует смешивать с классом точности.

Чистота поверхности согласно ГОСТ 2789-59 имеет 14 классов, первые три класса условно относят к грубой поверхности, классы с 4 по 6-й – к получистой поверхности, с 7 по 9-й к чистой поверхности, с 10 класса поверхность металла считается повышенной чистоты. В таблице 1 представлены классы частоты поверхности в зависимости от высоты неровностей в мк.

Классы чистоты поверхности

Таблица 1.

Класс чистоты Высота неровностей, мк Поверхность
1 320 Грубая
2 160
3 80
4 40 Получистая
5 20
10 
6,3  Чистая   
3,2 
1,6 
10 0,8 Весьма чистая
11 0,4
12 0,2
13 0,1
14 0,05

При подготовке изделий к гальванической обработке необходимо учитывать класс чистоты поверхности. Гальваническое осаждение делает неровности на поверхности металла более заметными. Для каждого типа покрытия существуют свои, оптимально подобранные классы чистоты поверхности (таблица 2).

Чистота поверхности металла до и после гальванической обработки

Таблица 2.

Тип гальванического покрытия Требуемый класс чистоты Класс чистоты после покрытия
Анодирование алюминия 6-7 6-7
Воронение стали 6-9 6-8
Кадмирование 7-9 7-9
Цинкование 7-8 5-7
Никелирование    
- глянцевое 7-9 10-13
- полуглянцевое 6-8 7-9
- матовое 5-8 5-8
Хромирование    
- блестящее 7-9 10-13
- полублестящее 5-7 7-9
- матовое 5-7 5-7
Серебрение    
- блестящее 7-9 10-14
- матовое 5-6 6-7
Фосфатирование стали 5-6 4-5

 

Из таблицы видно, что чистота поверхности после обработки значительно возрастает при глянцевом никелировании и блестящем хромировании и серебрении, что очевидно т. к. данные типы покрытия относятся к декоративным.  Цинкование, воронение и фосфатирование стали незначительно снижают класс чистоты поверхности.

Для получения качественного гальванического покрытия необходимо соблюдать следующие требования к поверхности материала:

  • поверхность должна быть обработана механическим способом до получения требуемого для данного покрытия класса чистоты;
  • поверхность материала после механической обработки должна быть очищена и подготовлена химическим или электрохимическим способом – обезжирена, протравлена и тщательно промыта.
  • поверхность материала должна быть активирована (удалена пассивная пленка).

2. Механическая подготовка поверхности металла

2.1 Пескоструйная обработка

Обработка поверхности металлического изделия подаваемым под давлением сжатого воздуха кварцевого песка называется пескоструйной обработкой. Данный процесс предназначен для удаления с поверхности изделия толстого слоя окалины, ржавчины или литейного пригара. К преимуществам данного способа относится эффективность очистки – поверхность изделия после пескоструйной обработки приобретает матовый светло-серый цвет, и равномерную шероховатость поверхности. Детали после пескоструйной обработки очищают от пыли потоком сжатого воздуха, обезжиривают и промывают.

Оборудование для пескоструйной обработки
Оборудование для пескоструйной обработки

Сухая пескоструйная обработка применяется редко, т. к. в процессе образуется большое количество вредной кварцевой пыли, которая не всегда в полном объеме удаляется системой вентиляции. Обработка влажным песком или смесью воды и песка (гидроабразивная обработка) более целесообразна, т. к. образование пыли исключено. В современном пескоструйном оборудовании используются беспылевые сопла, способствующие удалению пыли непосредственно у места ее образования.

2.2 Дробеструйная обработка

При дробеструйной обработке вместо песка используют зерна стальной или чугунной дроби круглой или остроугольной формы. К преимуществам такой обработки следует отнести отсутствие пыли и возможность многократного использования дроби. Кроме того, поверхность изделия под воздействием дроби упрочняется. Недостатком дробеструйной обработки является повышенная шероховатость поверхности с возможным образованием мелких следов от удара дроби. В целом качество поверхности после дробеструйной обработки ниже по сравнению с пескоструйной.

2.3 Галтовка

Галтовка – процесс очистки мелких деталей во вращающихся барабанах под воздействием кварцевого песка, наждака, пемзы, стальной дроби, осколков стекла. В процессе с деталей удаляются небольшие заусенцы, шлам, различные загрязнения. Различают сухую галтовку, которая применяется в качестве окончательной механической обработки для удаления заусенцев и мокрую, при которой в барабан добавляется раствор соды, мыла, аммиака или серной кислоты. Мокрая галтовка применяется для подготовки деталей к гальваническому покрытию или удалению небольшой окалины и ржавчины. Барабан загружают деталями и галтующим материалом не более чем на 80% объема. После процесса очищенные детали помещают на специальную решетку, где отделяют галтующий материал, который используется повторно. Длительность процесса галтовки при скорости вращения барабана 30-60 об/мин может составлять от 2 часов для стальных изделий, до 15 часов для отливок из цветных металлов и 80 часов для отливок из серого чугуна.

Оборудование для галтовки
Галтовочная установка

2.4 Крацевание

Процесс очистки стальных деталей при помощи стальных щеток на станке или вручную называется крацеванием. Виды загрязнений, удаляемые крацеванием: окислы, травильный шлам, остатки покрытий и др. Для крацевания цветных металлов используются щетки, изготовленные из латунной проволоки или других мягких материалов. Щетки в процессе смачиваются 3%-м раствором соды, поташа или извести.

2.5 Шлифование

Шлифование - механический процесс удаления мелких неровностей с поверхности материала с помощью абразивного материала. В качестве инструмента для шлифования на гальваническом производстве используют круги различного диаметра с наклеенным на них абразивным материалом. В основном, на современном производстве используются специальные ленточно-шлифовальные станки, где в качестве шлифовального инструмента используется абразивная лента. Шлифование проводят в несколько этапов, постепенно снижая размер абразива.

2.6 Полирование

Полирование — это финишная обработка поверхности изделия для придания ему зеркального блеска и идеального внешнего вида. Полирование проводится с применением специальных полировочных паст. Несмотря на видимую схожесть с процессом шлифования, полирование гораздо более сложный процесс, который включает в себя механическое, химическое и электрическое воздействие на обрабатываемый материал. Полирование применяется в гальваническом производстве как до покрытия, так и после, в качестве концевой операции. Операцией, предшествующей полированию является операция матирования (засаливания) при которой поверхность изделия обрабатывается абразивным материалом с нанесенной на него полировочной пастой. Для полирования деталей небольших размеров часто используются метод, аналогичный мокрой галтовке – изделия помещают в барабан, заливают мыльным раствором (0,2-0,5% мыла). Полирующим материалом в данном случае служат стальные шарики диаметром 3-10 мм и окатанные фарфоровые осколки диаметром 5-20 мм. Барабан загружается примерно на 80% объема, объем стальных шариков составляет треть объема фарфора и 2-5 объема полируемых изделий.

3. Химическая подготовка поверхности металла

Грамотный выбор химической обработки очень важен, так как существует вероятность порчи детали в результате неправильно подобранного типа и режима подготовки. Например, при травлении заготовок из алюминиевых сплавов необходимо четко соблюдать температурный режим и контролировать время травления, т. к. неверный выбор режима травления может привести к потере деталью ее потребительских качеств.

Химическая подготовка поверхности

К химической обработке поверхности детали перед нанесением гальванического покрытия относят:

3.1 Обезжиривание

Обезжиривание представляет собой процесс химической очистки поверхности изделия от смазочных загрязнений, остатков полировочных паст или других химических материалов. Обезжиривание обычно проводят в щелочных ваннах. Растворы для такой очистки могут содержать следующие химические материалы: гидроксиды, фосфаты, метилсиликаты, полифосфаты, а также различные поверхностно - активные вещества (ПАВ). Растворы для обезжиривания условно различают по степени их щелочности – сильно щелочные (рН=12-14) используются для грубой очистки стальных изделий, среднещелочные (рН=10-12) для очистки изделий из металла и подготовки поверхности к другим методам очистки, слабощелочные (рН=8-10) используются для очистки поверхности цветных металлов и сплавов. Изделия прошедшие химическое обезжиривание обычно дополнительно проходят очистку методом электрохимического обезжиривания, которое более эффективно за счет воздействия на материал пузырьков газа (на аноде выделяется пузырьки кислорода, на катоде – водорода). Мелкие пузырьки газа перемешивают раствор, который более активно воздействует на поверхность металла и способствует более интенсивной очистке. Обычно для электрохимического обезжиривания используют ванны, оборудованные переключателем тока для чередования анодного и катодного режимов. Данные режимы имеют свои особенности и, хотя при катодном режиме газа выделяется примерно в два раза больше чем при анодном оба этих способа находят применение. Например, при анодном обезжиривании кислород может вызывать окисление поверхности металла что может привести к потемнению поверхности деталей из латуни или меди при длительном воздействии. При катодном обезжиривании на поверхности деталей могут оседать частички металла, содержащиеся в растворе (загрязнители) что приводит к возникновению на поверхности темного, труднорастворимого налета.

Из перечисленного можно сделать вывод о том, что необходимо с особым вниманием подходить к процессу электрохимического обезжиривание, так как неправильный выбор состава электролита, катодного или анодного режима, а также температурного режима в отдельных случаях может привести к порче изделия или существенно затруднить процесс дальнейшей гальванической обработки. Для различных металлов и сплавов существуют собственные апробированные технологии химического обезжиривания, подробной описание которых выходит за рамки данной обзорной статьи.

3.2 Травление

Травление - это предварительная очистка поверхности перед дополнительной подготовкой поверхности к нанесению гальванического покрытия которая должна обеспечить дополнительную активность поверхности. Процесс травления необходим также для очистки сварных изделий от остатков окалины, шлама. Крупная (грубая) окалина удаляется механическим воздействием, тонкую очистку проводят химическим путем.

Травление обычных сталей производят растворами соляной или серной кислоты. Используют 30%-ный раствор соляной кислоты, при комнатной температуре. С уже обезжиренного изделия соляная кислота удаляет остатки ржавчины и окалины.  После чего изделие промывают и примерно на 10 секунд помещают в 10%-ный раствор серной кислоты для активации поверхности. Кислоты взаимодействуют с поверхностью стального изделия, что сопровождается выделением водорода, который может негативно воздействовать на материал, вызывая водородную хрупкость, особенно у высокопрочных сталей. Для нивелирования воздействия водорода используют специальные вещества – ингибиторы травления, которые в свою очередь могут затруднить дальнейший процесс гальванической обработки, так как вызывают снижение адгезии покрытий. Вышеперечисленное применимо в основном в лабораторных условиях или при обработке небольшого количества претензионных изделий. При обработке крупных партий изделий в промышленных условиях используют, в основном сернокислое травление. Температуру процесса при этом поднимают до 50-700С. Соляную кислоту не нагревают. Ванны для сернокислого травления, а также ванны с соляной кислотой должны быть обеспечены хорошей вентиляцией. После травления кислотами изделия должны быть тщательно промыты и только после этого помещены в ванну для нанесения гальванического покрытия.

Для подготовки поверхности изделий, изготовленных из коррозионностойких сплавов, используется анодное обезжиривание и травление в смеси кислот - концентрированной азотной и 40%-ной плавиковой. Процесс проходит при комнатной температуре в течении 5-15 минут.

Изделия из медных сплавов после обезжиривания проходят травление в 10-30% растворе серной кислоты при комнатной температуре или для ускорения процесса при температуре до 500С. Длительность травления меди как правило не превышает одной минуты. Основным раствором для травления меди и медных сплавов является раствор с большой концентрацией соляной и азотной кислоты. Лучшим раствором для травления меди считается серная кислота с добавкой пергидроля, а также органических веществ, препятствующих разложению нестабильного пергидроля (глицерин, этиловый спирт, этиленгликоль) – раствор менее агрессивен, чем смесь соляной и азотной кислот и не требует такого тщательного контроля над процессом травления.

Подготовка поверхности алюминиевых сплавов к гальванической обработке проводится при помощи сильно щелочного раствора, содержащим соединения цинка. Алюминий склонен к окислению, оксидный слой может образовываться на поверхности изделия даже при небольшом перерыве между отдельными операциями. Образование оксидного слоя предотвращают именно добавлением в раствор цинка, он осаждается на поверхность растворяя оксидный слой и препятствует его дальнейшему появлению.

3.3 Активирование поверхности

Завершающей операцией подготовки поверхности металла к гальванической обработке является активирование. После травления на поверхности образуется тонкая пленка, которую необходимо удалить перед началом процесса гальваники. Коррозионностойкие и жаропрочные стали особенно нуждаются в активации поверхности т. к. без удаления пассивной пленки на поверхность этих металлов очень сложно нанести качественное покрытие. используются следующие методы активации:

  • Поверхности углеродистых сталей, меди, никеля и их сплавов активируются в растворе 5-10%-ной серной или соляной кислоты, возможно использование смеси этих кислот той-же концентрации.
  • Хромистые и малолегированные стали (Х18, ШХ15) активируются в 50%-ном растворе серной кислоты при 20-220С в течение 10-30 секунд.
  • Поверхности хромоникелевых сталей активируются химически – в растворе, содержащем 200 г/л хлористого никеля и 200 г/л соляной кислоты при комнатной температуре в течение 20-60 мин. или электрохимически - анодным или катодным методом, при этом процесс требует до 2-х минут.

В данной обзорной статье изложены основные принципы теории подготовки поверхности различных металлов к процессу гальванической обработки. В реальном производстве используются сложные многокомпонентные составы, которые не только обеспечивают качественную очистку поверхности, но и нивелируют отрицательное воздействие агрессивной среды и способствуют активации поверхности. Температурный и временной режимы также выбираются с учетом особенностей того или иного состава, марки материала, габаритов изделия и степени загрязнения поверхности. Особое внимания при проведении процесса обращается на соблюдение экологических норм и требований безопасности производства – оборудование цехов качественной вентиляцией, использование рабочими и специалистами спецодежды и средств личной защиты.

Возможно Вас заинтересуют статьи:

  • Электрохимическое полирование

    Электрохимическое полирование (электрополировка) изделий из нержавеющей и углеродистой стали, меди, алюминия с целью подготовки деталей к нанесению гальванического покрытия или повышению...

 

Вопросы по теме статьи Вы можете задать в комментариях.

 

Добавить комментарий

Ваш E-Mail не будет опубликован

Защитный код
Обновить