3. Подготовка поверхности деталей перед нанесением покрытий

К предварительной подготовке деталей перед покрытием относятся следующие виды обработки:

1) термическая обработка;

2) механическая обработка ( обработка абразивными материалами, шлифование, полирование);

3) химическая обработка, включающая, ряд операций.

1. Термическая обработка деталей перед нанесением металлических покрытий требуется не для всех металлов и сплавов. Цель термообработки состоит в снятии механических напряжений, уменьшении внутренних напряжений и получении сцепления покрытий с металлом (сплавом) основы. Термообработке подвергают детали из коррозионно-стойких сталей (перед хромированием), алюминия и его сплавов, магниевых сплавов, титана и его сплавов.

2. Механическая обработка включает абразивную обработку, полирование и шлифование. Абразивную обработку применяют для удаления толстых оксидных слоев с деталей из черных и цветных металлов (литье под давлением и выплавляемым моделям, детали, изготовленные жидкой штамповкой).

Шлифование и полирование выполняют для получения гладкой и поверхности перед осаждением покрытий, которые должны быть блестящими. Для этой операции используют природные и искусственные, более твердые абразивы. Полирование хромовой пастой не рекомендуется для деталей из алюминия и его сплавов. Для шлифования используют более твердые круги, для полирования и обработки рельефных деталей – более эластичные.

3. Химическая обработка включает несколько процессов:

а) обезжиривание органическими растворителями, химическое и электрохимическое обезжиривание;

б) разрыхление (снятие) окалины после термообработки, травление, удаление травильного шлама и осветление;

в) активацию;

г) химическое и электрохимическое полирование.

Обезжиривание органическими растворителями применяется для удаления с деталей жировых и масляных загрязнений. Такие растворители не являются универсальными, поскольку они только частично растворяют шлифовальные и полировочные пасты, остатки канифольных флюсов и лакокрасочные клейма, для удаления которых применяют азеотропные смеси растворителей.

Требования к органическим растворителям для обезжиривания многочисленны и разнообразны: растворители должны обладать хорошей растворяющей способностью по отношению к удаляемым загрязнениям и возможно большей маслоемкостью, при этом они не должны растворять полимерные материалы и должны быть стабильны при хранении, обезжиривании и регенерации. Они должны обладать устойчивостью к воздействию тепла, воздуха, активных частиц металла, кислым смазкам и влаге.

В гальваническом производстве наиболее часто применяют трихлорэтилен, характеризующийся очень высокой растворяющей способностью по отношению к большинству загрязнений.

На основе трихлорэтилена используют азеотропную смесь состава (мас. %):

трихлорэтилен - 73, этиловый спирт - 27. Температура кипения -74 ⁰С.

Другим эффективным растворителем является перхлорэтилен, который используют для удаления высокоплавких смол, парафинов, больших количеств воды из швов, выполненных точечной сваркой, или узких отверстий.

Степень очистки деталей и необходимые меры безопасности, а также расход растворителя зависят не только от типа растворителя и его активности, но и от способа обезжиривания. Различают следующие способы обезжиривания: пульверизация, погружение, в паровой фазе, ручной (с протиркой), ультразвуковой. Выбор способа обезжиривания зависит от степени загрязнения, природы загрязнителя.

Химическое обезжиривание, выполняемое в растворах технических моющих средств (ТМС) и в щелочных растворах, имеет определенные преимущества перед обезжириванием в органических растворителях. Растворы для химического обезжиривания более универсальны: в них удаляется большая часть загрязнений, отрываются от металла прилипшие частицы абразива и графита, снимаются консервационные и технологические смазки.

В состав щелочного обезжиривающего водного раствора должны входить веществ, способные нейтрализовать жирные кислоты и омылять растительные и животные жиры и масла, а также эмульгаторы, способные уменьшить величину свободной межфазной энергии на границе масла с обезжиривающим раствором и масла с поверхностью детали. Вещества, входящие в обезжиривающий раствор не должны вызывать коррозию металла и должны легко удаляться при промывке водой. В большей степени этим требованиям соответствуют силикаты и фосфаты щелочных металлов, в меньшей – едкий и углекислый натрий.

Концентрация компонентов этих растворов должна обеспечивать оптимальную эффективность их эмульгирующего действия. Почти во всех растворах обезжиривания в качестве эмульгатора рекомендуется использовать силикаты щелочных металлов, которые при гидролизе образуют кремниевую кислоту в коллоидном состоянии, которая нерастворима. Ее способность диспергировть твердые вещества улучшает качество очистки поверхности. Присутствие силиката в растворе препятствует разъеданию щелочами алюминия, цинка, стали и меди, а также потускнению и коррозии этих металлов между процессами обезжиривания и последующими операциями.

Оптимальную концентрацию щелочи в обезжиривающем растворе выбирают в зависимости от того, какие поверхностно-активные вещества (ПАВ) применяют. В настоящее время используются анионоактивные ПАВ: алкилсульфонат, сульфонол, синтанол ДС-10, ДТ-7, препараты ОП- 7, ОП-10, ОП-20 и др.

Чаще всего в качестве обезжиривающего раствора применяют состав (г/л): NaOH 10; Na₂CO₃ 30-40; Na₃PO₄·12H₂O 50-70; Na₂SiO₃ 2-3; препарат ОП-7 3-5.

Электрохимическое обезжиривание обеспечивает окончательную очистку деталей от всевозможных загрязнений, оставшихся от предыдущих операций обезжиривания. электрохимическое обезжиривание производится в том же растворе, что и химическое при условии варьирования содержания едкого натра. Так, при обезжиривании деталей из цинковых сплавов, меди и медных сплавов едкий натр исключают из состава.

Детали из сплавов меди, олова, алюминия можно обезжиривать на катоде с последующим кратковременным (15-20 с) переключение на анод для удаления загрязнений, но для предотвращения окисления и растворения в щелочных электролитах. Детали, паянные низкотемпературными припоями, не рекомендуется обезжиривать электрохимическим способом; детали из цинковых сплавов, напротив, обезжиривают только электрохимическим методом.

Качество электрохимического обезжиривания определяется правильным выбором параметров электролиза – температурой, длительностью и плотностью тока.

Травление - это процесс растворения оксидных пленок, образующихся на деталях при межоперационном хранении, при термической и механической обработках. Характер и состав оксидных пленок определяется металлом и его реакционной способностью, а также операциями, которым подвергались детали. Оксидные пленки могут быть неплотными, рыхлыми, иметь трещины и поры. Такие пленки удаляются сравнительно легко. Некоторые металлы образуют плотные пленки кислотостойких оксидов, которые удалять сложнее. Наиболее трудно удалять высокотемпературную окалину, образующуюся при отжиге, отпуске и др. Толщина окалины может составлять 0,01 - 0,02 мм.

Для травления деталей в гальваническом производстве применяют почти все известные минеральные кислоты. Наиболее широкое распространение получила серная кислота: травильные растворы серной кислоты недороги, удобны в использовании, допускают нагрев до 90 ⁰С. В меньшей степени применяют соляную кислоту, поскольку она летуча и возможны большие потери; немаловажным фактором является усиление коррозии оборудования под действием паров соляной кислоты.

Азотная кислота, являющаяся сильным окислителем, как правило применяется в смеси с другими кислотами для травления деталей из коррозионно-стойких сталей, медных сплавов, никельсодержащих сплавов типа ковара, титановых сплавов.

Ортофосфорная кислота является нелетучей, хорошо растворяет оксидные пленки на углеродистых, низко- и среднелегированных сталях; после травления на поверхности сталей остается тонкая пассивирующая пленка фосфатов железа. Процесс травления в фосфорной кислоте протекает медленнее, чем в серной или соляной кислотах. Фосфорная кислота входит в состав растворов для травления алюминиевых и магнитных сплавов.

Фтористоводородная кислота , используемая в смесях для травления коррозионно-стойких сталей, кремнистых бронз, титана и титановых сплавов требует особой осторожности и строгого соблюдения техники безопасности.

Из щелочных растворов нашел применение едкий натр для травления алюминия и его сплавов, а также материалов из магниевых сплавов.

В некоторых случаях применяют электрохимическое травление, которое имеет определенные преимущества по сравнению с химическим травлением. Катодное травление ускоряет процесс травления на 50 – 60 %, примерно на 75 % снижаются потери металла; при этом уменьшается наводороживание деталей. Анодное травление металлов и особенно сплавов затруднено из-за разнообразия оксидных пленок. К недостаткам электрохимического траления следует отнести неравномерное удаление оксидов с поверхности профилированных деталей, обусловленное низкой рассеивающей способностью растворов для травления; значительный расход электроэнергии; образование кислотного тумана. Электрохимическое травление обычно используют при работе с материалами, для которых невозможно качественное химическое травление.

Активация деталей осуществляется непосредственно перед нанесением гальванопокрытий для удаления тончайших оксидных пленок и обеспечения чистой поверхности. Для выполнения активации используются хорошо известные растворы соляной и серной кислот, как правило, разбавленные, растворяющие тонкие слои оксидов практически на всех металлах и сплавах, а также металлических покрытиях. Концентрированную соляную кислоту используют только при обработке никельсодержащих сплавов, никелевых покрытий и покрытий хромом.

Электрохимическое и химическое полирование как подготовительные операции используются

при невозможности или высокой трудоемкости и стоимости механического полирования. Шероховатость исходной поверхности должна быть в пределах R_a =0?63 – 1,25 мкм. Химическое полирование выполняется при отделке сложных профилированных мелких и крупногабаритных деталей, имеющих однородную структуру материала (изготовленных методом штамповки, протяжки или глубокой вытяжки), а также деталей после механической обработки. Химическое полирование позволяет выполнять массовую обработку мелких деталей, что неосуществимо при электрохимическом полировании, и не требует электрического тока. Некоторые сплавы допускают только химическое полирование, например латуни, при электрохимическом полировании которых происходит обесцинкование поверхностного слоя в результате преимущественного анодного растворения цинка. К недостаткам химического полирования можно отнести значительные гравиметрические потери металла, получение менее ровной поверхности, чем при электрохимическом полировании, значительный расход реактивов, проведение процесса при высоких температурах.

Химическое полирование выполняется на деталях из меди и медных сплавов, коррозионно-стойких сталей, алюминия и алюминиевых сплавов, титана и титановых сплавов. При эксплуатации растворов необходимо следить за накоплением в них полируемых металлов. Для получения поверхности с равномерным блеском и съемом металла химическое полирование необходимо проводить в условиях интенсивного перемешивания раствора.

Электрохимическое полирование позволяет регулировать съем металла в условиях избирательного растворения микровыступов без растворения металла по всей поверхности детали, обеспечивая равномерное изменение размеров детали и равномерное сглаживание поверхности.

Основными компонентами электролитов для электрохимического полирования являются ортофосфорная и серная кислоты и и хромовый ангидрид. Варьирование содержания и сочетания этих реагентов, а также режимов обработки позволяет полировать в них различные металлы и сплавы: медь и медные сплавы, коррозионно-стойкие стали, алюминий и алюминиевые сплавы.

Электрохимическое полирование производят при высоких анодных плотностях тока. Растворяющийся металл образует на поверхности деталей защитную пленку из оксидов металла разной степени валентности и примесей компонентов электролита. Образование защитной пленки является фактором, определяющим процесс полирования. Защитные свойства пленки зависят от природы металла и условий проведения процесса. При некоторой характерной для каждого электролита плотности тока происходит быстрое образование пленки, ограничивающей съем металла с поверхности, и преимущественное растворение выступающих неровностей. При заниженных плотностях тока на формирование пленки затрачивается значительное время и происходит подтравливание металла. При слишком высоких плотностях тока, обильно выделяющиеся пузырьки газа разрушают пленку, и поверхность металла подтравливается. При полировании необходимо строго выдерживать интервал плотности тока. Температурный режим устанавливается в определенном соотношении с анодной плотностью тока. Полируемые детали рекомендуется по возможности охлаждать более интенсивно, чем электролит. Высокие объемные плотности тока обусловливают перегрев электролита и затравливание деталей.