Войти
Покрытие - это покрытие поверхности, в котором металл нанесен на проводящую поверхность. Гальваника производилась сотни лет; это также важно для современных технологий. Покрытие используется для украшения объектов, для предотвращения коррозии, для улучшения паяемости, для упрочнения, для улучшения износостойкости, для уменьшения трения, для улучшения адгезии краски, для изменения проводимости, для улучшения отражательной способности ИК-излучения, для защиты от излучения и для других целей. В ювелирных изделиях обычно используется металлизация для придания отделки серебром или золотом.
Нанесение тонких пленок позволило покрыть объекты размером с атом, поэтому покрытие находит применение в нанотехнологии..
Существует несколько методов нанесения покрытия и множество вариаций. В одном методе твердую поверхность покрывают металлическим листом, а затем прикладывают тепло и давление для их плавления (вариант этого - пластина Шеффилда ). Другие методы нанесения покрытия включают гальваническое покрытие, осаждение из паровой фазы в вакууме и напыление. В последнее время под гальваникой часто подразумевают использование жидкостей. Металлизация означает нанесение металлического покрытия на неметаллические объекты.
При гальванике ионный металл поставляется с электронами для образования неионного покрытия на подложке. Обычная система включает химический раствор с ионной формой металла, анод (положительно заряженный), который может состоять из покрываемого металла (растворимый анод) или нерастворимый анод (обычно углерод, платина, титан, свинец или сталь), и, наконец, катод (отрицательно заряженный), на который подаются электроны для образования пленки неионного металла.
Гальваническое покрытие, также известное как химическое или авто- каталитическое покрытие, представляет собой не гальваническое покрытие, которое включает несколько одновременных реакции в водном растворе, которые происходят без использования внешнего источника электроэнергии. Реакция завершается, когда водород выделяется восстанавливающим агентом, обычно гипофосфитом натрия (примечание: водород уходит в виде иона гидрида) или тиомочевиной, и окисляется., создавая отрицательный заряд на поверхности детали. Наиболее распространенным методом химического нанесения покрытия является химическое никелирование, хотя слои серебра, золота и меди также можно наносить таким образом, как в технике золочения.
Золотое покрытие - это метод нанесения тонкого слоя золота на поверхность стекла или металла, чаще всего меди или серебра.
Золотое покрытие часто используется в электронике, чтобы обеспечить устойчивый к коррозии электропроводящий слой на меди, обычно в электрических соединителях и печатных платах. При прямом нанесении покрытия золотом на медь атомы меди имеют тенденцию диффундировать через слой золота, вызывая потускнение его поверхности и образование оксидно-сульфидного слоя. Следовательно, слой подходящего барьерного металла , обычно никеля, должен быть нанесен на медную подложку, образуя сэндвич медь-никель-золото.
Металлы и стекло также могут быть покрыты золотом в декоративных целях с использованием ряда различных процессов, обычно называемых золочением.
Сапфиры, пластмассы и углеродное волокно - это некоторые другие материалы, которые могут быть покрытым с использованием передовых методов покрытия. Подложки, которые можно использовать, практически безграничны.
Посеребренный альт-саксофон Серебряное покрытие использовалось с 18 века для создания более дешевых версий предметов домашнего обихода, которые в противном случае были бы сделаны из чистого серебра., в том числе столовые приборы, различные сосуды и подсвечники. В Великобритании пробирные бюро, а также торговцы и коллекционеры серебра используют термин «серебряная тарелка» для изделий из чистого серебра, полученный задолго до изобретения серебряного покрытия от испанского слова для серебра «плата». конфискации серебра с испанских кораблей, перевозивших серебро из Америки, что в то время было крупным источником серебра. Это может вызвать путаницу при разговоре о серебряных изделиях; пластина или гальваника. В Великобритании незаконно называть посеребренные предметы «серебряными». Называть посеребренные предметы «серебряной пластиной» не является незаконным, хотя это грамматически неверно, и этого следует избегать во избежание путаницы.
Самой ранней формой серебряного покрытия была пластина Шеффилда, где тонкие листы серебра сплавлены со слоем или сердцевиной основного металла, но в 19 веке появились новые методы производства (включая гальваническое покрытие) были представлены. Металл Британия представляет собой сплав олова, сурьмы и меди, разработанный в качестве основного металла для покрытия серебром.
Другой метод, который можно использовать для нанесения тонкого слоя серебра на такие предметы, как стекло, - это поместить реактив Толленса в стакан, добавить глюкозу / декстрозу и встряхнуть бутылку. чтобы способствовать реакции.
В электронике серебро иногда используется для покрытия меди, так как его электрическое сопротивление ниже (см. Удельное сопротивление различных материалов ); тем более на более высоких частотах из-за скин-эффект. Переменные конденсаторы считаются высококачественными, если они имеют посеребренные пластины. Точно так же посеребренные или даже сплошные серебряные кабели ценятся в аудиофилах Однако некоторые эксперты считают, что на практике покрытие часто применяется некачественно, что делает результат хуже, чем у медных кабелей с аналогичной ценой.
Следует проявлять осторожность при работе с деталями, подвергающимися воздействию окружающей среды с высокой влажностью, поскольку в таких средах, когда слой серебра пористый или содержит трещины, нижележащая медь подвергается s быстрая гальваническая коррозия, отслаивающаяся от покрытия и обнажающая саму медь; процесс, известный как красная чума. Посеребренная медь, хранящаяся в среде без влаги, не будет подвергаться коррозии такого типа.
Меднение - это процесс электролитического образования слоя меди на поверхности предмета.
Покрытие родием иногда используется на белом золоте, серебре или меди и их сплавах. Барьерный слой никеля обычно сначала наносится на серебро, хотя в этом случае он предназначен не для предотвращения миграции серебра через родий, а для предотвращения загрязнения родиевой ванны серебром и медью, которые слегка растворяются в серной кислоте. обычно присутствует в составе ванны.
Хромирование - это окончательная обработка с использованием электролитического осаждения хрома. Наиболее распространенной формой хромирования является тонкий декоративный блестящий хром, который обычно представляет собой слой толщиной 10- мкм поверх лежащей под ним пластины никеля. При нанесении покрытия на железо или сталь нижнее покрытие из меди позволяет никелю прилипать. Поры (крошечные отверстия) в слоях никеля и хрома снижают напряжение, вызванное несоответствием теплового расширения, но также снижают коррозионную стойкость покрытия. Коррозионная стойкость зависит от так называемого пассивирующего слоя, который определяется химическим составом и обработкой и повреждается трещинами и порами. В особом случае микропоры могут способствовать распределению электрохимического потенциала, который ускоряет гальваническую коррозию между слоями никеля и хрома. В зависимости от области применения покрытия разной толщины потребуют разного баланса вышеупомянутых свойств. Тонкий яркий хром придает зеркальную -подобную отделку таким предметам, как металлические рамы мебели и автомобильная отделка. Более толстые отложения, до 1000 мкм, называются твердым хромом и используются в промышленном оборудовании для уменьшения трения и износа.
Традиционный раствор, используемый для промышленного твердого хромирования, состоит из примерно 250 г / л CrO 3 и примерно 2,5 г / л SO 4. В растворе хром существует в виде хромовой кислоты, известной как шестивалентный хром. Сильный ток используется частично для стабилизации тонкого слоя хрома (+2) на поверхности металлического изделия. Кислотный хром имеет низкую метательную способность, мелкие детали или отверстия расположены дальше и пропускают меньший ток, что приводит к плохому покрытию.
Цинковое покрытие предотвращает окисление защищенного металла, образуя барьер и действуя как расходный анод, если этот барьер поврежден. Оксид цинка представляет собой мелкую белую пыль, которая (в отличие от оксида железа ) не вызывает нарушения целостности поверхности подложки при ее формировании. Действительно, оксид цинка, если его не трогать, может действовать как барьер для дальнейшего окисления аналогично защите, обеспечиваемой алюминием и нержавеющим сталям за счет их оксида слоев. Большинство деталей оборудования оцинкованы, а не кадмий.
Цинк-никель - одно из лучших доступных антикоррозийных покрытий, обеспечивающих более чем 5-кратную защиту обычного цинкования и до 1500 часов испытаний в нейтральном солевом тумане. Это покрытие представляет собой сочетание цинк-никелевого сплава с высоким содержанием никеля (10–15% никеля) и некоторых разновидностей хромата. Наиболее распространенные смешанные хроматы включают шестивалентный радужный, трехвалентный или черный трехвалентный хромат. Это кислотное покрытие, используемое для защиты стали, чугуна, латуни, меди и других материалов, является экологически безопасным вариантом. Шестивалентный хромат был классифицирован EPA и OSHA как канцероген для человека.
Процесс олова широко используется для защиты как железа, так и железа. и цветные металлы поверхности. Олово - полезный металл для пищевой промышленности, поскольку он нетоксичен, пластичен и устойчив к коррозии. Превосходная пластичность олова позволяет формовать листу основного металла с оловянным покрытием различные формы без повреждения поверхностного слоя олова. Он обеспечивает протекторную защиту меди, никеля и других цветных металлов, но не стали.
. Олово также широко используется в электронной промышленности из-за его способности защищать основной металл от окисление, таким образом, сохраняя его паяемость. В электронных устройствах можно добавлять от 3% до 7% свинца для улучшения паяемости и предотвращения роста металлических «усов» в отложениях под напряжением сжатия, которые в противном случае могли бы вызвать короткое замыкание. Однако правила RoHS (ограничение содержания опасных веществ), принятые с 2006 года, требуют, чтобы свинец не добавлялся намеренно и максимальный процент не превышал 1%. Были выпущены некоторые исключения из требований RoHS в критических электронных приложениях из-за отказов, которые, как известно, произошли в результате образования нитевидных кристаллов олова.
В некоторых случаях желательно совместное осаждение двух или более металлов, что приводит к нанесению гальванического покрытия сплава. В зависимости от системы сплава, гальванический сплав может быть упрочненным твердым раствором или дисперсионным упрочнением посредством термообработки для улучшения физических и химических свойств покрытия. Никель-кобальт - это распространенный сплав с гальваническим покрытием.
Металлическое матричное композитное покрытие может быть получено, когда подложку наносят в ванну, содержащую суспензию керамических частиц. Тщательный выбор размера и состава частиц позволяет точно настроить покрытие по износостойкости, высокотемпературным характеристикам или механической прочности. Карбид вольфрама, карбид кремния, карбид хрома и оксид алюминия (оксид алюминия) обычно используются в композитных гальванических покрытиях.
Кадмиевое покрытие находится под пристальным вниманием из-за токсичности для окружающей среды металлического кадмия. Кадмирование широко используется в некоторых приложениях в аэрокосмической, военной и авиационной областях. Однако его использование постепенно прекращается из-за его токсичности.
Кадмиевое покрытие (или покрытие кадмием) предлагает длинный список технических преимуществ, таких как превосходная коррозионная стойкость даже при относительно небольшой толщине и в солевой атмосфере, мягкость и пластичность, отсутствие липких и / или объемных продуктов коррозии, гальваническая совместимость с алюминием, отсутствие прерывистого скольжения, что позволяет надежно затягивать резьбу с покрытием. окрашен в разные цвета и прозрачен, обладает хорошими смазывающими свойствами и способностью к пайке, а также хорошо подходит как для окончательной отделки, так и в качестве основы для краски.
Если забота об окружающей среде имеет значение, в большинстве случаев кадмиевое покрытие можно напрямую заменить позолотой так как оно обладает большинством свойств материала, но золото дороже и не может служить основой для краски.
Химическая реакция для никелирования:
На катоде: Ni → Ni + 2 e
На аноде: H 2PO2+ H 2 O → H 2PO3+ 2 H
По сравнению с кадмиевым покрытием, никелирование обеспечивает более блестящую и твердую поверхность, но более низкую коррозионную стойкость, смазывающую способность, и пластичность, что приводит к тенденции к растрескиванию или отслаиванию при дальнейшей обработке детали.
Никелирование без применения электролита, также известное как эникель и NiP, дает множество преимуществ: толщина слоя на самых сложных поверхностях, прямое покрытие черных металлов (стали), превосходная износостойкость и коррозионная стойкость по сравнению с гальваническим никелем или хромом. Большая часть хромирования, применяемого в аэрокосмической промышленности, может быть заменена химическим никелированием, опять же, это связано с экологическими издержками, затратами на утилизацию отходов шестивалентного хрома и пресловутой тенденцией неравномерного распределения тока в пользу химического никелирования.
Химическое никелирование происходит самостоятельно. -катализирующий процесс, образующийся слой никеля представляет собой соединение NiP с содержанием фосфора 7–11%. Свойства получаемого слоя - твердость и износостойкость - сильно меняются в зависимости от состава ванны и температуры осаждения, которую следует регулировать с точностью до 1 ° C, обычно при 91 ° C.
Во время циркуляции ванны любые частицы в ней также становятся никелированными; этот эффект используется с преимуществом в процессах, при которых покрытие наносится с использованием таких частиц, как карбид кремния (SiC) или политетрафторэтилен (PTFE). Несмотря на то, что он превосходит многие другие способы нанесения покрытия, он дорог, поскольку процесс сложен. Причем процесс длительный даже для тонких слоев. Когда важна только коррозионная стойкость или обработка поверхности, очень строгий контроль состава ванны и температуры не требуется, и этот процесс используется для одновременного нанесения покрытия на несколько тонн в одной ванне.
Слои покрытия, нанесенного методом химического никелирования, при правильном нанесении обеспечивают исключительную адгезию к поверхности. Металлическое никелирование немагнитно и аморфно. Слои покрытия, нанесенного методом химического никелирования, нелегко припаять, и они не схватываются с другими металлами или другой обработанной никелированной заготовкой под давлением. Этот эффект приносит пользу никелированным винтам, изготовленным из таких пластичных материалов, как титан. Электрическое сопротивление выше по сравнению с металлическим покрытием.
