Покрытием называется дополнительный слой из другого металла или нескольких слоев разных материалов, нанесенных на поверхность детали для придания ее поверхности свойств, отличных от свойств основного материала.
В зависимости от назначения различают покрытия защитные, защитно-декоративные и специальные.
Защитные покрытия предназначаются для защиты изделия от коррозии (кадмиевые, цинковые, оловянные и оксидные покрытия).
Защитно-декоративные покрытия наряду с защитой изделий от коррозии придают ему красивый внешний вид (медь-никель-хром, никель-хром, никелевые, золотые, серебряные).
Специальные покрытия придают поверхностям изделий специфические свойства, например, повышают изоляционную способность, увеличивают поверхностную электропроводность, повышают паяемость, отражают способность с одновременной защитой от коррозии (серебро, золото, палладиевые, радиевые, хромовые) и т.д.
Покрытия наносят на металлы, керамику, стекло и пластмассы.
В качестве материала покрытий служат металлы, окислы, соли металлов, пластмассы, лаки и краски.
Толщина покрытий лежит в интервале от десятых долей до сотен микрометров.
Выбор вида и толщины покрытия определяется материалом и назначением детали, особенностями технологии её изготовления и условиями эксплуатации.
Для РЭС одно из главных назначений покрытий – обеспечение работоспособности в различных условиях эксплуатации. Условия эксплуатации классифицируются следующим образом:
– легкие (Л) – в закрытых отапливаемых помещениях;
– средние (С) – в закрытых неотапливаемых помещениях;
– жесткие (Ж) – на открытом воздухе под навесом (-50 – +50º С), влажность до 90% при +40º С;
– особо жесткие (ОЖ) – на открытом воздухе в морском климате.
При выборе материала металлических защитных покрытий нужно стремиться не допускать образования гальванических пар, вызывающих электрохимическую коррозию основного металла детали.
Исходя из конструктивных требований и требований к технологичности и функционированию изделий при выборе покрытия деталей необходимо придерживаться следующих требований:
1. Должна обеспечиваться сопрягаемость деталей с учетом толщины покрытия;
2. На литые детали наносить только лакокрасочные покрытия;
3. В покрываемых деталях должны отсутствовать узкие и глубокие каналы и отверстия, необходимы закругления кромок или фаски 0,2 мм;
4. Детали с размерами по 6–7 квалитету точности подвергать только химическим методам покрытий (оксидирование, фосфотирование) практически не изменяющим размер.
5. Без покрытий применять золото, платину, палладий, радий, серебро, сплавы вольфрама, бериллиевую бронзу, сплавы титана.
Классификации покрытий производится по материалу пленки и способу ее нанесения.
По материалу пленки различают покрытия:
– металлические;
– неметаллические;
– лакокрасочные.
По способу нанесения различают:
– непосредственное;
– гальваническое;
– химическое.
Обозначение металлических и неметаллических покрытий производится согласно ГОСТ 9.306-85, с использованием буквенно-цифровой системы.
Для металлических покрытий – буквы указывают металл покрытий, цифра после буквы – его толщину в мкм, буква в конце – характеристику или характер дополнительной обработки.
Кд 15. хр. – кадмиевое толщиной 15 мкм, хромированное.
М 30. Н18. х. б. – медь 30 мкм, никель 18 мкм, хром 1 мкм, блестящее и т.д.
Для неметаллических покрытий указывают способ нанесения и характер дополнительной обработки или свойства.
Например: Хим. Окс. лкп. – окисное покрытие, нанесенное химическим способом с дополнительным лакокрасочным покрытием.
Ан. Окс. из. – окисное покрытие, нанесенное электрохимическим способом, электроизоляционное.
Типовые технологические процессы нанесения химических и металлических покрытий
Типовые технологические процессы нанесения химических и металлических покрытий содержат этапы подготовки поверхностей деталей, нанесения покрытий, окончательной очистки деталей.
I. Этап подготовки деталей для нанесения покрытий содержит: удаление оксидных пленок и поверхностных дефектов (заусенцев и т.д.); очистку поверхности от жировых и других загрязнителей; защиту мастиками, пленками поверхностей, не подлежащих покрытию; монтаж деталей в приспособлениях (при необходимости).
Все виды подготовки поверхности можно разбить на две группы:
· Механические;
· Химические и электрохимические.
К механическим способам подготовки поверхности относят: гидроабразивная обработка, пескоструйная, галтование, вибрационная обработка, шлифование, полирование, ультразвуковая очистка и др.
К химическим способам очистки относятся: химическое и электрохимическое обезжиривание, травление химическое и электрохимическое, декапирование, электрополирование.
II. Этап нанесения покрытий, кроме основных операций, содержит большое количество операций промывки и сушки, очистки поверхностей от остатков технологических составов, нанесение технологических межоперационных покрытий и их удаление.
III. Этап очистки деталей от остатков технологических сред содержит операции промывки и сушки.
Металлические покрытия
Металлические покрытия представляют собой тонкий слой металла, наносимого на защищаемую деталь. При выборе материала металлических защитных покрытий нужно не допускать образования гальванических пар, вызывающих коррозию основного металла детали.
Различают анодные и катодные покрытия.
Если основной металл детали в паре с металлом покрытий является анодом, то есть имеет более высокий потенциал, то покрытие называется анодным. В окружающей среде в этом случае металл покрытия является более активным, так как имеет более отрицательный потенциал и разрушается раньше чем материал детали.
Если основной металл имеет более низкий по отношению к металлу покрытия электрохимический потенциал, то покрытие называется катодным. Таблица электрохимических потенциалов: Na = - 2,75 В, Al = - 1,3 В, Zn = - 0,76 В, Fe = - 0,44 В, Ni = - 0,25 В, Sn = - 0,13 В, Cu = +0,134 В, Ag = +0,8 В.
Способы нанесения металлических покрытий: окунание в расплавленные металлы, гальваническое осаждение, катодное распыление, испарение в вакууме, ионное осаждение, распыление расплавленного материала.
Путем окунания чаще всего производят лужение деталей. Металлические покрытия на деталях средних размеров осуществляют в основном электрохимическим путем, при котором металла покрытия осаждается на детали из специально приготовленного электролита. Катодом при гальванических покрытиях является деталь, анодом – пластина из металла покрытия. В микроэлектронике чаще применяют катодное распыление, испарение в вакууме, ионное осаждение.
Защитные покрытия деталей из сталей. Типовые покрытия – цинкование, кадмирование, хромирование. Никелевое покрытие не применяется, так как не обеспечивает электрохимической защиты.
Цинкование используется для защиты деталей, эксплуатируемых в условиях промышленной атмосферы.
Детали, предназначенные для эксплуатации в условиях морского климата покрывают кадмием.
Покрытия хромом придают поверхности стальных деталей повышенную твердость и устойчивость к испарению. Из-за пористости Сr покрытия наносят на подслой меди.
Покрытия деталей из медных сплавов. Детали из медных сплавов обычно покрывают металлическими пленками не для защиты от атмосферной коррозии, а для придания поверхности повышенной электропроводности, а при необходимости – паяемости. Наиболее часто в этих целях используется серебро.
В декоративных целях обычно применяют никелевое покрытие, обеспечивающее, кроме того, электрохимическую защиту. Детали из бронзы используют, как правило, без покрытия.
ЛИТЕРАТУРА
1. Технология производства ЭВМ / А.П. Достанко, М.И. Пикуль, А.А. Хмыль: Учеб. – Мн. Выш. Школа, 2004 – 347с.
2. Технология деталей радиоэлектронной аппаратуры. Учеб. пособие для ВУЗов / С.Е. Ушакова, В.С. Сергеев, А.В. Ключников, В.П. Привалов; Под ред. С.Е. Ушаковой. – М.: Радио и связь, 2002. – 256с.
3. Тявловский М.Д., Хмыль А.А., Станишевский В.К. Технология деталей и периферийных устройств ЭВА: Учеб. пособие для ВУЗов. Мн.: Выш. школа, 2001. – 256с.
4. Технология конструкционных материалов: Учебник для машиностроительных специальностей ВУЗов / А.М. Дольский, И.А. Арутюнова, Т.М. Барсукова и др.; Под ред.А.М. Дольского. – М.: Машиностроение, 2005. – 448с.
5. Зайцев И.В. Технология электроаппаратостроения: Учеб. пособие для ВУЗов. – М.: Высш. Школа, 2002. – 215с.
6. Основы технологии важнейших отраслей промышленности: В 2 ч. Ч.1: Учеб. пособие для вузов / И.В. Ченцов.