Электрофоретические покрытия

Электрофоретические покрытия (ЭП) - покрытия, осаждаемые на поверхность изделий в процессе электрофореза. 3ащищают изделия от коррозии, повышают их износостойкость, улучшают изоляционные, абразивные и др. свойства. Сущность электрофореза заключается в том, что дисперсные частицы, несущие на поверхности электрический заряд (так называемый двой­ной электрический слой), перемещаются под действием напряжения электростати­ческого поля к покрываемой поверх­ности, обладающей электрическим зарядом противоположного знака. Частицы эти осаждают из устойчивых суспен­зий, в которых дисперсионной средой является жидкость с небольшой электропроводностью. В такой среде электрохимические процессы не происходят либо максимально затруднены.

Что­бы создать на поверхности осаждае­мых частиц электрический заряд, в диспер­сионную среду вводят небольшое количество электролита, а для повы­шения устойчивости суспензии и улучшения схватывания покрытия с основой - поверхностно-активные вещества. Иногда в качестве диспер­сионной среды используют воду. Размер осаждаемых частиц 1 - 20 мкм. Электрофоретические покрытия состоят из проводников, полупроводников и диэлектриков. Возможно создание и комбинированных покрытий.

Общая характеристика ЭП:

- температура осаждения ЭП. близка к комнатной;

- продолжительность процесса состав­ляет от нескольких секунд до нескольких минут; , - толщина покры­тия (в зависимости от размера осаж­даемых частиц и режима осаждения) от нескольких до сотен микрометров;

- скорость осаждения во много раз выше скорости осаждения элект­ролитических покрытий;

- осаждаемые частицы перемещаются к электроду при высоком значении градиента потенциала (сотни и тысячи в/см).

Изделие, на которое наносят ЭП, может быть катодом или анодом в за­висимости от того, какой знак у за­ряда частиц. Противоэлектродом служит часто корпус ванны. Поскольку этот вид покрытий отличается высокой пористостью и недостаточ­ной прочностью схватывания с по­верхностью, изделия после нанесения покрытия подвергают, как правило, отжигу (рисунок 21.4), прессованию или пропитывают их поверхность специальными составами. При отжиге (в условиях высокой температуры, восстановительной среды и т. д.) возможно изменение химического состава (восстановление оксидов, об­разование новых фаз), структуры и свойств покрытий.

Изоляционные, антиэмиссионные и эмиссионные элект­рофоретические покрытия на основе оксидов, карбонатов, бескислород­ных тугоплавких соединений и туго­плавких сплавов наносят на детали электротехнических и радиотехнических устройств; твердые и износостойкие покрытия из твердых сплавов и керамико-.металлических материалов используют в инструментальной промышленности; антифрикционные и износо­стойкие покрытия наносят на детали узлов трения в машинах и приборах. Технико-экономическая эффектив­ность применения электрофоретических покрытий определяется высокой производительностью мето­да,, возможностью его автоматизации, значительной. универсальностью составов покрытий.

Плазменные покрытия

Плазменные покрытия (от греч. πλάσμα - изваянное, созданное) - покрытия из материалов, ко­торые пластифицированы в плазмен­ном потоке; разновидность конструк­ционных, защитных и декоративных покрытий. Различают плазменные покрытия (ПП): металлические, неметалличе­ские и композиционные (керамико-­металлические и армированные). В зависимости от свойств наносимых ма­териалов ПП бывают легко- и туго­плавкими, антикоррозионными, из­носостойкими, фрикционными, анти­фрикционными, химически стойкими, электропроводящими и электроизо­ляционными.

Чтобы очистить, уве­личить и активизировать поверхность сцепления, изделия перед нанесением покрытия обрабатывают механиче­ским, электрическим или химическим спо­собом, реже (при нанесении покрытий в вакууме или в инертной среде) на­гревают до температуры 200 - 400 °С. Для осуществления процесса материал покрытия (преимущественно в виде порошка, проволоки или прутка) вводят в плазменный высокотемпературный поток (дуговой, высоко- или сверхвы­сокочастотный), в котором он и пласти­фицируется. Если материалом покры­тия служит порошок, его частицы подхватываются в бункере дозатора и вводятся струей транспортирующе­го газа обычно в сопло плазмотрона. При распылении проволоки или прут­ка материал подается (специальное устрой­ством) с регулируемой постоянной скоростью в плазменный поток, при­чем пруток может находиться под напряжением (тогда он является ано­дом плазмотрона) или быть нейтраль­ным.

В потоке плазмы частицы по­рошка разогреваются до температуры плав­ления или размягчения. Конец же проволоки или прутка, введенный в плазменный поток, разогревается до температуры плавления. Затем разогретые и оплавленные частицы переносятся плазменным потоком на поверхность изделия. По пути к ней частицы, вы­ходя из плазменного потока, несколь­ко тормозятся и охлаждаются окру­жающей средой, а в результате химического взаимодействия частично изменяют состав. Соприкасаясь с поверхностью изделия, частицы окончательно тор­мозятся, растекаются, сцепляются с нею и друг с другом, образуя по­крытие. Окончательные характерис­тики покрытие приобретает после охлаждения до температуры окружающей среды. Оптимальная толщина покры­тий ~ 0,3 ÷ 0,6 мм.

Преимущества метода плазменного напыления перед газопламенным:

- возможность нанесения любых материалов, плавящихся без разложения с образованием жидкой фазы, независимо от температуры их плавле­ния;

- поток плазмообразующего газа, не содержащего кислород, позволяет ограничить разложение и окисление напыляемого материала и материала обрабатываемого изделия (если необ­ходимо, напыление ведут в камере с контролируемой средой пли под во­дой);

- высокая скорость плазменного потока увеличивает плотность покры­тия и прочность сцепления его с изде­лием; поток плазмы дает возможность наносить сложные и многослойные покрытия;

- энергетические параметры потока плазмы можно легко изменять в широких пределах. Для нанесения ПП чаще всего используют дуговую универсальную плазменную установ­ку (плазмотрон) УПУ-3, состоящую из источника питания, пульта управ­ления, дозаторов и горелок. Плазмо­образующими газами служат аргон, аргоно-водородная смесь, азот и ам­миак. Покрытия наносят в вакууме, на воздухе и в защитной среде. Раз­работан способ нанесения покрытий под водой, что дает возможность по­вышать плотность и прочность сцеп­ления покрытия с основой, экономить инертные газы, обходиться без ва­куумного оборудования. Иногда у плазменных покрытий наблюдаются повышенная по­ристость и недостаточная прочность сцепления с поверхностью изделия, малая термостойкость. Прочность сцепления и термостойкость повыша­ют выравниванием коэффициентов термического расширения покрытия и изделия. Один из методов выравнивания – предварительное напыление подслоя. Режим нанесения ПП определяется температурой плавления, коэффициентом излучения, размером фракции, теплоемкостью и теплопроводностью напыляемого материала. В соответствии с этим устанавливают вольт-амперные характеристики плазмотрона, расход плазмообразующего газа, расход по­рошка и дистанцию напыления.

Проч­ность сцепления покрытия из дву­окиси циркония со сталью в зависи­мости от технологии напыления мо­жет изменяться от 120 до 220 кгс/см². Прочность сцепления повышают уменьшением дистанции напыления, что приводит одновременно к повы­шению коэффициента полезного использова­ния порошка. Чтобы повысить проч­ность сцепления и уменьшить внут­ренние напряжения, изделие после напыления иногда подвергают отжи­гу в вакууме, водороде или инертной среде. Плазменные покрытия значительной толщины используют и как конструкционные детали, если после нанесения покры­тия подложку (основу) удаляют (вы­плавляют, растворяют, выжигают и т. д.). Этот технологический прием, называемый методом удаляемой под­ложки, аналогичен методу литья по выплавляемым моделям. Приме­няют в металлургической, химической, пи­щевой и текстильной промышленности, ма­шиностроении, производстве стекла и др.

Контрольные вопросы

1 В чем состоят основные требования к гальваническим покрытиям?

2 Какие покрытия называются анодными?

3 Какие покрытия называются катодными?

4 Почему для плазменных покрытий характерна повышенная пористость?

5 Какие преимущества имеют комбинированные электрохимические покрытия по сравнению с обычными?