Что такое металлизация? - Определение, типы и преимущества

Что такое металлизация?

Металлопокрытие — это тонкий слой металла, нанесенный на внешнюю сторону материала. Это процесс покрытия поверхности, при котором металл наносится на проводящую поверхность. Покрытие производилось сотни лет; это также важно для современных технологий.

Покрытие используется для украшения объектов, для предотвращения коррозии, для улучшения паяемости, для закалки, для улучшения износостойкости, для уменьшения трения, для улучшения адгезии краски, для изменения проводимости, для улучшения отражательной способности ИК-излучения, для радиационной защиты и для других целей. В ювелирных изделиях обычно используется покрытие для придания серебряного или золотого оттенка.

Осаждение тонкой пленки позволяет покрывать объекты размером с атом, поэтому покрытие находит применение в нанотехнологиях.

Существует несколько способов покрытия и множество вариаций. В одном методе твердая поверхность покрывается металлическим листом, а затем для их сплавления применяется тепло и давление. Другие методы нанесения покрытия включают гальваническое покрытие, осаждение из паровой фазы в вакууме и напыление. В последнее время гальванопокрытие часто относится к использованию жидкостей. Под металлизацией понимается нанесение покрытия металлом на неметаллические объекты.

Преимущества металлизации

Металлическое покрытие дает много преимуществ изделиям из металла и других материалов. В основном это достигается с помощью гальванического покрытия, для которого требуется электрический ток, или с помощью химического покрытия, которое представляет собой автокаталитический химический процесс. Эти методы, а также некоторые другие, дают одно или несколько из следующих преимуществ:

• Улучшенная коррозионная стойкость
• Декоративная привлекательность
• Повышенная способность к пайке
• Повышенная жесткость
• Уменьшение трения
• Измененная проводимость
• Улучшенная адгезия краски.
• Отложение материала
• Увеличенный магнетизм

Типы металлического покрытия

Существует множество различных типов металлического покрытия, как описано ниже:

• Гальваническое покрытие
• Химическое покрытие
• Погружное покрытие
• Науглероживание
• Физическое осаждение паров
• Плазменное напыление

1. Гальваника

Гальваническое покрытие является наиболее распространенным методом покрытия. В гальванике используется электрический ток для растворения положительно заряженных металлических частиц (ионов) в химическом растворе. Положительно заряженные ионы металла притягиваются к покрываемому материалу, который является отрицательно заряженной стороной цепи.

Деталь или изделие, подлежащее покрытию, затем помещают в этот раствор, и частицы растворенного металла вытягиваются на поверхность материала. Гальваническое покрытие приводит к гладкому, ровному и быстрому покрытию материала, на который нанесено покрытие, эффективно изменяя поверхность материала.

Гальваническое покрытие включает ряд различных этапов и процессов, включая очистку, нанесение ударов, электрохимическое осаждение, импульсное гальванопокрытие и гальванопокрытие щеткой.

Эффекты :

Гальваническое покрытие используется для создания защитного покрытия, декоративного внешнего вида или для изменения свойств материала в технике. Гальваническое покрытие улучшает химические, физические и механические свойства заготовки, что влияет на то, как она работает при механической обработке.

Нанесение покрытия на заготовку можно использовать для ее создания из меньшего размера, облегчения обработки и повышения способности к пайке, проводимости или отражательной способности.

2. Химическое покрытие

Химическое покрытие называется так потому, что это метод покрытия, при котором не используется внешняя электрическая энергия. Химическое покрытие включает химическую реакцию, которая вызывает восстановление атомов металла.

Другими словами, раствор ионов (частиц) металлов при смешивании с восстановителем превращается в твердое вещество металла при контакте с металлом-катализатором (который запускает реакцию). Это приводит к тому, что металл покрывается сплошным слоем металлического покрытия.

Эффекты

Химическое или автокаталитическое покрытие подходит для различных размеров и форм материалов и не требует внешнего электричества или гальванических ванн, что снижает затраты. Однако химическое покрытие медленнее, не может создавать толстые пластины и его труднее контролировать, чем гальваническое покрытие.

Наиболее распространенным методом автокаталитического покрытия является химическое никелирование. Однако с помощью этой техники также можно наносить покрытие серебром, золотом и медью.

Последствия химического нанесения покрытия на конечный продукт включают защиту основного металла от коррозии, увеличение размера заготовки и изменение паяемости, отражательной способности и проводимости.

3. Иммерсионное покрытие

Иммерсионное покрытие включает погружение одного металла в раствор ионов металла из более благородного металла. Ионы более благородного металла более стабильны, поэтому существует естественное «притяжение» для вытеснения поверхностных ионов менее благородного металла тонким слоем ионов более благородного металла.

Иммерсионное покрытие - более медленный процесс, и его можно использовать только для покрытия меньшего количества благородных металлов более благородными металлами. Благородные металлы – это химически инертные металлы. Например, золото, платина или серебро.

Эффекты

Иммерсионное покрытие приводит только к тонкому покрытию покрытия, после чего процесс покрытия останавливается. Иммерсионное покрытие также имеет более низкое качество адгезии, когда покрытие не так прочно «прилипает» к основному металлу.

Эффекты погружения в конечный продукт включают улучшенную коррозионную стойкость, измененную электропроводность, измененный внешний вид, большую твердость, устойчивость к крутящему моменту и измененные возможности склеивания.

4. Науглероживание

Науглероживание, также известное как поверхностное упрочнение, представляет собой процесс термической обработки, при котором получается износостойкая поверхность при сохранении прочности сердцевины. Обычно наносится на низкоуглеродистую сталь после механической обработки, а также на высокоуглеродистую, допускающую зубчатые колеса, подшипники и т. д.

Науглероживание подходит для сложных форм недорогих материалов, которые можно легко обработать, чтобы получить очень твердую поверхность. Процесс включает нагрев детали либо в шахтной печи, либо в печи с закрытой атмосферой.

Затем при температуре вводят науглероживающие газы (обычно монооксид углерода, а также цианид натрия и карбонат бария), при этом тепло и температура влияют на глубину диффузии углерода. Затем деталь либо медленно охлаждают для последующей закалки, либо закаливают непосредственно в масле.

5. Физическое осаждение из паровой фазы (PVD)

PVD — это семейство процессов покрытия, при которых тонкие пленки наносятся на подложку. В процессе физического осаждения из паровой фазы твердый материал покрытия, такой как титан, хром или алюминий, испаряется при нагревании или бомбардировке ионами.

Во время процесса вводится химически активный газ, такой как азот, который образует соединение с парами металла и осаждается на поверхности металла в виде очень тонкого покрытия. Это приводит к чрезвычайно прочной связи между покрытием и металлической частью.

Некоторые из преимуществ PVD; очень твердая и устойчивая к коррозии поверхность, стойкость к высоким температурам и хорошая ударная вязкость.

Идеально подходит для широкого спектра применений:

• Аэрокосмическая промышленность
• Автомобилестроение
• Режущие инструменты
• Медицина
• Огнестрельное оружие
• Оптика
• Тонкие пленки, такие как тонировка окон, упаковка для пищевых продуктов.

6. Плазменное напыление

Плазменное напыление является одним из менее известных видов металлизации. В этом процессе нанесения покрытия, также известном как термическое напыление, расплавленный или размягченный при нагревании материал напыляется на поверхность для получения покрытия.

Материал покрытия впрыскивается в очень высокотемпературное плазменное пламя (до 10 000 К тепла), он быстро нагревается, а затем разгоняется до высокой скорости на поверхности детали и быстро охлаждается, образуя покрытие на поверхности детали. .

В ходе этого процесса обычно на конструкционные материалы наносится покрытие для защиты от очень высоких температур, например, при управлении теплом выхлопных газов. Он также обеспечивает устойчивость к коррозии и износу. Покрытие также может изменить внешний вид и электрические свойства детали.

Металлы, используемые в гальванике

Цинкование

Цинк — это недорогой материал, который используется для создания гальванического покрытия на многих металлических подложках. В дополнение к гальваническому покрытию элемент наносится методом шерардизации, погружением в ванну с расплавом и распылением.

В электролитическом или холодном процессе изделие, подлежащее покрытию, устанавливается в качестве катода в электролитическую ванну с растворимыми солями цинка вместе с анодом из металлического цинка. В результате получается очень пластичное покрытие из чистого цинка, толщину и однородность которого можно точно контролировать.

Процесс Sherardizing используется для покрытия мелких металлических изделий, таких как винты и гвозди. Предметы загружаются в бочку вместе с цинковой пылью и нагреваются примерно до 500F. Детали переворачивают в бочке, получая покрытие, состоящее примерно из 90 % цинка и 10 % железа.

Расплавленный цинк также можно наносить погружением или ручным покрытием более крупных предметов. Иногда в ванну добавляют небольшое количество алюминия для улучшения текучести и улучшения покрытия нестандартной формы.

Точно так же небольшой процент олова в ванне способствует получению однородного покрытия подложки и улучшенной отделки. В процессе горячего погружения образуется слой цинково-железного сплава, прилегающий к основному металлу, который может быть несколько хрупким и влиять на адгезию внешних слоев.

Напыление металла или металлизация использует пламя для расплавления металлических порошков или проволоки и их ударов о поверхность подложки, создавая механическую связь между покрытием и основным металлом. Поверхность основного металла должна быть несколько шероховатой, чтобы произошло механическое соединение, но таким образом можно наносить достаточно толстые покрытия.

Покрытия также могут быть пористыми, но поскольку цинк анодирует железо и сталь, это не влияет на способность покрытия противостоять коррозии. Пористая природа напыленного металла также позволяет ему хорошо удерживать краску.

Кадмирование

Кадмирование одно время использовалось в качестве заменителя цинка и часто наносилось на различные автомобильные детали. Производители самолетов указали его из-за его жертвенных характеристик защиты и его естественной смазывающей способности для компонентов, которые часто снимались и переустанавливались.

Он особенно подходит для морской среды, где хорошо выдерживает пресную и соленую воду. Из соображений безопасности его использование в качестве материала для покрытия с годами сократилось, хотя он все еще доступен. Многие производители аэрокосмической техники обратились к покрытию сплавом цинка и никеля.

Хромовое покрытие

Хромирование часто служит просто декоративной цели, но оно также способствует повышению коррозионной стойкости и твердости, что делает его полезным для промышленных применений, где износ является проблемой. Здесь это называется твердым хромированием и иногда используется для восстановления допусков на изношенных деталях.

Хром чаще всего покрывают никелем при производстве стальной мебели, отделки автомобилей и т. Д. Сам никель обычно покрывают медью, и комбинация этих трех слоев элементов только защищает основной металл от коррозии, исключая воздух и влагу; то есть анодного действия нет. Таким образом, покрытие должно быть нанесено надлежащим образом для обеспечения надлежащей защиты от коррозии.

Хромирование — это гальванический процесс, который чаще всего включает использование хромовой кислоты, известной как шестивалентный хром. Ванны с трехвалентным хромом, состоящие в основном из сульфата или хлорида хрома, являются еще одним вариантом для промышленных целей.

Хромат иногда наносят поверх цинкового покрытия для защиты цинка, а в некоторых случаях и для изменения цвета металла, как, например, зеленое или черное цинкование.

Никелирование

Никель является популярным металлом для гальванопокрытий, особенно потому, что он полезен при гальваническом покрытии. Никелирование часто покрывает предметы домашнего обихода, такие как дверные ручки, столовые приборы и душевые принадлежности, для улучшения декоративности и износостойкости.

Никелевые пластины обычно соединяются с медью и алюминием, но также работают с широким спектром металлов и служат основой для покрытия хромом.

При химическом покрытии используется никель-фосфорный сплав. Процентное содержание фосфора в растворе может варьироваться от 2 до 14%. Более высокие уровни фосфора повышают твердость и коррозионную стойкость. Более низкие уровни фосфора обеспечивают более высокую способность к пайке и магнитные свойства.

Меднение

Медь является еще одним популярным металлом для гальванопокрытий для применений, требующих высокой проводимости и экономичности. Меднение часто служит в качестве предварительной обработки ударного покрытия для последующего металлического покрытия, как обсуждалось выше.

Это также популярный металл для покрытия электронных компонентов, таких как печатные платы. Высокая эффективность покрытия и низкая стоимость материала делают медь одним из самых дешевых металлов для нанесения покрытия.

Существует три типа процессов меднения:щелочной, слабощелочной и кислотный. Более высокие уровни щелочности обеспечивают превосходную рассеивающую способность, но требуют более низкой плотности тока и повышенных мер предосторожности. Санитарные инспекторы связывают цианид в щелочных медных ваннах с определенными опасностями для здоровья, поэтому важно следить за этими уровнями.

Позолота

Золото ценится за его высокую устойчивость к окислению и электропроводность. Позолота, которая отличается от золочения тем, что золото не является фольгой, является одним из самых простых способов придания этих характеристик таким металлам, как медь и серебро. Этот процесс часто используется для украшения ювелирных изделий и улучшения проводимости деталей электроники, таких как электрические разъемы.

При золочении меди потускнение является проблемой, и ее легче всего решить, предварительно нанеся напыление никеля. Кроме того, учитывайте твердость и чистоту золота при определении таких факторов, как оптимальная смесь для ванны и продолжительность погружения.

Серебряное покрытие

Как и золото, серебро используется в гальванопокрытиях, требующих декоративной привлекательности и улучшенной электропроводности. Как правило, серебро является более экономичным решением для гальванопокрытий, поскольку оно дешевле золота и хорошо покрывает медь.

Проблемы, которые могут ограничить серебрение как жизнеспособное решение для покрытия, включают влажность и гальваническую коррозию. В частности, серебрение не подходит для применений, подверженных высокой влажности, поскольку серебро склонно к растрескиванию и отслаиванию, что в конечном итоге может привести к обнажению основы.

Лудение

Луженая сталь уже давно используется для упаковки продуктов питания и напитков. Помимо обеспечения коррозионной стойкости, олово нетоксично и образует покрытие, которое помогает стали легко формироваться (благодаря смазывающей способности олова) и легко сваривается и паяется.

В процессе пассивации жестяная пластина покрывается пищевым маслом, что также улучшает адгезию лаков. Листы белой жести могут иметь различную толщину олова на каждой стороне, чтобы лучше соответствовать потребностям внутренней и внешней поверхностей контейнера в окружающей среде.

Жесть также используется в других упаковочных целях, от банок из-под краски до банок из-под жира. Белая жесть почти всегда изготавливается методом горячего погружения. Лужение также используется при изготовлении электронных компонентов.

Другое покрытие на основе олова, известное как тернеплейт, традиционно использовало оловянно-свинцовый сплав в качестве ингибитора коррозии по сравнению со сталью. Окрашенный металл может прослужить 90 лет при регулярном уходе, что делает его идеальным для использования на жестяных крышах.

Сегодня свинец исключен, а олово наносится на нержавеющую сталь для создания коррозионно-стойкой кровли, на которой образуется смягченная патина. Этот материал может служить в два раза дольше, чем медная кровля.

Покрытие родием

Родий — это тип платины, который обеспечивает устойчивость к потускнению, царапинам и блестящий белый блестящий вид. Покрытие родием также распространено в производстве ювелирных изделий, особенно в ситуациях, когда требуется покрытие белого золота. Серебро, платина и медь также являются популярными металлами для покрытия родием.

Одним из недостатков покрытия родием является то, что защитный барьер из родия в конечном итоге изнашивается в приложениях, которые подвергаются высокому уровню износа. В конечном итоге это может привести к обесцвечиванию и, вероятно, потребует повторного покрытия через несколько лет.