Технология выполнения металлизации пластмасс: разбираем обстоятельно

Исследование процесса коррозии Американским Сварочным Обществом в течение 19 лет

• Алюминиевое покрытие толщиной 0.08-0.15 мм, как с применением пропиток, так и без, обеспечивают полную антикоррозийную защиту металла-основы в течение 19 лет в морской воде и в жёсткой морской и промышленной атмосфере;
• Цинковое покрытие без использования пропитки должно быть 0.30 мм толщиной для того, чтобы обеспечить полную защиту поверхности в морской воде в течение 19 лет. В жёсткой морской и промышленной атмосфере, покрытие цинка толщиной 0.23 мм без использования пропитки и 0.08-0..15 мм с использованием пропитки, обеспечивают антикоррозийную защиту в течение 19 лет;
• В условиях воздействия жёсткой морской атмосферы, необходимо нанести 1 слой промывочного раствора и добавить 1-2 слоя винил алюминия. Это улучшит внешний вид изделия и продлит срок службы цинкового покрытия почти на 100%. Использование пропиток с алюминием улучшает внешний вид, как при этом на металле-основе не появляется ржавчины в течение 19 лет.
• Тонкий слой газотермически напылённого алюминия является более эффективным, оно имеет меньшую тенденцию к образованию вздутий, и, следовательно, имеет более долгий срок службы;
• В тех случаях, когда после использования алюминиевого покрытия возникают физические повреждения, такие как царапины, коррозия не прогрессирует, это означает, что обеспечивается протекторная защита.
• Виды покрытий, которые перечислены в таблице ?2, обеспечивают полную защиту стальных панелей из низкоуглеродистой стали.

Понятие о вакуумной металлизации

С помощью такой технологии происходит обработка поверхностей изделий путём переноса мелких металлических частиц в вакууме. Они покрывают изделия плотным слоем. Для этого используется специальное оборудование, довольно дорогостоящее, для которого необходимо подходящее производственное помещение. В небольшой мастерской такой процесс работы не выполнить.

Вакуумная металлизация широкое применение получила сравнительно недавно, но уже показала, что этот способ, несмотря на использование дорогого оборудования, намного дешевле гальванического нанесения, а по сравнению с лакокрасочными покрытиями слой значительно насыщенней и поверхность получается более красивая.

Спрамет-антикор как альтернатива окраске

Тестирование напыляемых металлических покрытий на устойчивость к внешнему воздействию, показало, что они имеют более длительный срок службы, чем покрытия, полученные во время окраски, которая предполагает соответствующую подготовку стального изделия и выполнение соответствующих процедур во время применения. Во многих случаях напылённый алюминий можно оставлять незащищённым, без использования пропиток.

Использование сплава алюминия с 5% магнием является прекрасной альтернативой покрытию краской. Данный сплав является эффективным покрытием для морских платформ и деталей, которые находятся на палубе корабля.

Термически напыляемый алюминий хорошо использовать для заводского оборудования, работающего при высоких температурах. При использовании эпоксидной пропитки, данное покрытие выдерживает до 5000С, при использовании силиконовых пропиток — более высокую температуру. В отличие от покрытия поверхности краской, изделия с покрытием Спрамет можно использовать почти сразу же после проведения работ. Ещё меньше повреждений во время эксплуатации будет, если наносить покрытие на отдельные детали в процессе производства, что позволяет напылять покрытие на любую часть изделия, и даёт возможность осуществить сборку изделия после завершения работ или после проведения ремонтных работ.

Электронно-лучевое напыление на оборудовании PLASSYS 

PLASSYS – французский разработчик и производитель оборудования для травления и осаждения тонких пленок с 1987 г. Более 30 лет оборудование PLASSYS используется во многих престижных исследовательских центрах по всему миру,в области вакуумных технологий и приложений. PLASSYS также поставляет системы для  нанесения алмазоподобных (DLC) трибологических (защитных) покрытий  с помощью технологии PECVD. Оборудование PLASSYS применяется для термического, электронно-лучевого и магнетронного напыления, выращивания алмазов CVD методом, осаждения с ионным ассистированием, а также  для ионного травления. 

Технология и оборудование

В вакуумной камере с уровнем вакуума 10^-4 Па и ниже размещается электронно-лучевой испаритель. Он, чаще всего, состоит из трех основных частей: электронной пушки, отклоняющей системы и водоохлаждаемого тигля различной емкости (рис. 1).

Рисунок 1 – Устройство электронно-лучевого испарителя. 1 – электромагнит, 2 – водоохлаждаемый тигель, 3 – испаряемый материал, 4 – термокатод с фокусирующей системой, 5 – электронный луч

В электронной пушке происходит эмиссия свободных электронов с поверхности катода и формирование их в пучок, который выводится в рабочую камеру к тиглю с испаряемым материалом. Из-за этого он нагревается до температуры, при которой испарение происходит с требуемой скоростью. В образовавшемся потоке пара располагается подложка, на которой происходит конденсация. Для управления электронным пучком требуются дополнительные средства измерения и контроля, чтобы процесс напыления происходил максимально качественно. Потому что именно хорошая фокусировка электронного пучка позволяет получить большую концентрацию мощности, а значит и высокую температуру для увеличения скорости испарения даже тугоплавких материалов. 

Автотигельное испарение материала в данном методе позволяет получить высокую чистоту и однородность осаждаемой пленки. Электронный пучок может быть направлен на материал сверху либо под углом к поверхности. В современном оборудовании, таком как PLASSYS MEB 550 (рис. 2) используются дополнительные системы для отклонения электронного пучка, которые обеспечивают угол поворота до 270°. Таким образом удается избежать образования пленок на деталях электронно-оптической системы и сохранить рабочие параметры электронного луча (рис. 3). Также для увеличения производительности и контроля роста используется револьвер с 6 тиглями, для осаждения различных материалов без необходимости доставать образец, что делает процесс более чистым и контролируемым.

Рисунок 2 – Оборудование электронно-лучевого напыления PLASSYS MEB 550

Преимущества метода электронно-лучевого напыления

• Получение тонких пленок металлов, сплавов и диэлектриков.
• Испарение с большой скоростью даже самых тугоплавких материалов.
• Полностью автоматизированное управление.
• Высокая чистота и однородность осаждаемой пленки.
• Высокая скорость осаждения.
• Возможность получения толстых покрытий. [2] 

Зачем нужно керамическое покрытие?

Керамические покрытия впервые были использованы в аэрокосмической промышленности. Их применяли в газотурбинных двигателях для обработки лопаток турбин. Эти элементы работают в условиях высокого эрозионного и коррозионного износа, а также при постоянных перепадах температуры. Лопатки также должны выдерживать термонагрузки, возникающие при сгорании топлива.

КПД двигателя зависит от температуры в камере сгорания: чем она выше, тем больше коэффициент полезного действия агрегата. Поэтому производители для увеличения мощности и КПД силовых агрегатов повышали температуру газа, а для производства некоторых деталей двигателей использовали высокотехнологичные сплавы и покрытия.

Лопатки производятся из специальных сплавов на основе большого количества легирующих добавок. Такие изделия могут работать в тяжелых условиях эксплуатации, но без керамического покрытия они разрушаются буквально за несколько минут. К примеру, температура газа перед турбиной в двигателях АЛ-31Ф, используемых на самолетах СУ-35 IV поколения составляет до +1700 °C. В двигателях АЛ-41Ф1 на самолетах СУ-35 V поколения эта температура может превышать +2000 °C.

Благодаря керамическому покрытию обеспечивается защита деталей газотурбинных двигателей от износа и коррозии, а также увеличивается их прочность и снижается температура на поверхностях. В зависимости от метода нанесения и толщины слоя и состава керамики температуру поверхности можно снизить до 35 %.

После успешного применения керамических покрытий в аэрокосмической отрасли их начали использовать в мото- и автоспорте, для тюнинга автомобилей и т.д.