5.4. Неметаллические химические покрытия

Из химических способов отделки и покрытия поверхности деталей радиоаппаратуры наиболее распространены оксидирование, фосфатирование и антикоррозионное азотирование.

Оксидирование представляет собой процесс создания окисной пленки исходного металла на поверхности деталей. Пленка имеет толщину около одного микрона, т. е. размеры деталей при оксидировании практически не изменяются. Химическое оксидирование — один из способов защиты от коррозии стальных деталей, а также деталей из меди, алюминия и магния и их сплавов.

Поэтому оксидированию подвергаются детали, размеры которых выполнены по 1—3-му классам точности. В зависимости от применяемых электролитов существуют три вида оксидирования: щелочное, бесщелочное и химическое.

Стальные детали оксидируют в стационарных ваннах щелочным и бесщелочным (кислотным) способами.

Щелочное оксидирование производится в Горячих концентрированных растворах едких щелочей в присутствии различных окислителей. Широкое применение имеет раствор, состоящий из едкого натра NaOH (650—700 г/л), азотистокислого натрия NaNO₂ (200—220 г/л), азотнокислого натрия NaNO₃ (50—70 г/л) и перекиси марганца МnО₃ (20—25 г/л). В этом растворе, нагретом до 138—145° С, изделия выдерживают от 60 до 90 мин в зависимости от процентного содержания углерода в стали. Температура нагрева деталей из легированных сталей 150—155° С, время оксидирования 1,5—2 ч.

После обработки в растворах детали тщательно промывают проточной подогретой водой (40—45° С) и протирают щетинными щетками. Затем в стационарной ванне с устройством для встряхивания детали промывают горячей (70—95° С) водой под душем в течение 10—15 сек. После обработки в мыльном растворе при температуре 70—95° С в течение 15—20 мин проводится вторичная промывка горячей водой под душем с последующей сушкой в сушильном шкафу при непрерывной циркуляции воздуха, подогретого до 70—90° С. Затем детали проваривают в масле при температуре 110—120° С в течение 10—15 мин.

Внешний вид получаемой окисной пленки можно изменять, применяя различные окислители.

Бесщелочное (кислотное) оксидирование стальных деталей образует защитную пленку из фосфатов кальция и окислов железа. Получаемая при этом пленка толщиной около 15 мкм по устойчивости против коррозии и механической прочности превосходит пленку, образующуюся в щелочно-нитратных растворах.

Химическое оксидирование алюминия и алюминиевых сплавов ведут в растворах, содержащих щелочь и хроматы щелочных металлов. Предварительно обезжиренные в щелочном растворе изделия оксидируют в течение 10—15 мин в стальной ванне при 85—100° С в водном растворе 50 г/л кальцинированной соды и 15 г/л хромовокислого натрия. Полученную пленку, обладающую хорошей адсорбционной способностью, закрепляют обработкой в растворе хромового ангидрида (20 г/л).

Оксидированные поверхности закрашивают цинкохроматным грунтом АПГ.

При оксидировании меди и ее сплавов в щелочно-сульфатных растворах получаются окисные пленки различной толщины темно-синего и коричневого цветов; в отдельных случаях эти пленки используют в качестве грунта для лакокрасочных покрытий.

Фосфатирование — это химический процесс образования на поверхности деталей пленки фосфатов. Пленка имеет шероховатую поверхность, обладает высокой адсорбционной способностью, является хорошим грунтом для смазок, лаков, красок, прочно сцепляется с основным металлом. Фосфатирование практически не изменяет размеров деталей. Вместе с тем фосфатная пленка неэлектропроводна, не поддается паянию и разрушается от ударов. Работа фосфатированных деталей на трение не допускается.

Фосфатирование стальных деталей состоит из подготовки поверхности детали (предварительная обработка), получения фосфатного покрытия (собственно фосфатирования) и дополнительной обработки фосфатированных деталей для усиления какого-либо свойства покрытия. Предварительная обработка деталей заключается в обезжиривании, очистке от ржавчины и окалины и промывке. Для фосфатирования применяют главным образом растворы фосфорнокислых солей марганца, цинка и железа и свободной фосфорной кислоты с теми или иными добавками, улучшающими процесс образования фосфатного покрытия. Крупные детали погружают в ванну на подвесках, а мелкие — в специальных сетчатых корзинах, перфорированных барабанах и т. д. Детали, загруженные во вращающихся барабанах, получают более ровный фосфатный слой с мелкокристаллической структурой. Время, необходимое для образования фосфатного слоя требуемой толщины, зависит от состава ванны, температуры и качества поверхности фосфатируемых деталей и колеблется от нескольких минут до часа и более. Толщина наносимого фосфатного слоя составляет от 0,001 до 0,015 мм в зависимости от назначения детали.

По окончании фосфатирования детали тщательно промывают сначала холодной проточной водой, затем горячей и тщательно просушивают в сушильных шкафах при 200—300° С.

Азотирование состоит в насыщении поверхности стальных деталей азотом в потоке аммиака при температуре 500—650°С. Антикоррозионному азотированию подвергают детали из малоуглеродистых сталей, выполненные по 2-му и 3-му классам точности и работающие в средних и жестких условиях эксплуатации (например, оси под посадку шарикоподшипников и других деталей, зубчатые колеса, втулки, кольца, муфты, детали, штифтуемые на осях). Для деталей толщиной или диаметром менее 1,5 мм и для пружин антикоррозионное азотирование не применяется.

Лучшие антикоррозионные свойства поверхности стали получаются, если режим процесса азотирования обеспечивает за относительно короткое время максимальную и равномерную концентрацию азота в поверхностном слое с образованием твердого раствора нитридов в железе. Это зависит от качества подготовки деталей, от температуры процесса азотирования, равномерности и скорости подачи аммиака к поверхности обрабатываемых деталей, от полноты предварительной очистки аммиака от влаги, от степени диссоциации аммиака и от условий охлаждения деталей.

Чем лучше механически подготовлена поверхность детали, тем выше качество азотирования. Перед азотированием детали тщательно обезжиривают.

Температура процесса азотирования и его продолжительность тесно связаны между собой. С повышением температуры до 700° С скорость процесса резко возрастает, а затем начинает заметно падать, так как при высоких температурах превалирует процесс распада нитридов. Так, количество поглощаемого сталью азота при температуре 600° С в 3 раза больше по сравнению с азотированием при температуре 500° С (при одинаковой продолжительности процесса). Увеличение времени азотирования также ведет к возрастанию количества азота, поглощенного сталью, и глубины азотированного слоя. Азотирование при температуре ниже 500° С не обеспечивает надежной защиты от коррозии.

Как правило, в первое время насыщение стали азотом происходит наиболее интенсивно, затем скорость процесса азотирования уменьшается и определяется скоростью диффузии азота в металл.

Продолжительность азотирования определяется получением коррозионно-устойчивого беспористого слоя. Увеличение длительности процесса сверх установленных пределов повышает хрупкость как азотированного слоя, так и самого металла.

На поглощение азота сталью влияет и степень диссоциации (распада) аммиака. На степень диссоциации аммиака влияет не только температура, но и полнота загруженности контейнера стальными деталями. Сталь усваивает только атомарный азот, поэтому необходимо, чтобы молекулы аммиака адсорбировались на поверхности стальных деталей и на этой же поверхности претерпевали диссоциацию. Максимальное насыщение стали азотом происходит при диссоциации аммиака в пределах 15—45%. Процесс азотирования обычно проводят при диссоциации аммиака в пределах 20—30%.