Напыление алюминия в домашних условиях - GazSnabStroy.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Напыление алюминия в домашних условиях

“ХОЛОДНОЕ” НАПЫЛЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ

Кандидаты физико-математических наук О. КЛЮЕВ и А. КАШИРИН.

ТЕМПЕРАТУРА ПЛЮС СКОРОСТЬ

Из способов металлизации поверхностей в современной технике чаще всего пользуются гальваническим нанесением и погружением в расплав. Реже используют вакуумное напыление, осаждение из паровой фазы и пр. Ближе всего к разработке обнинских физиков находится газотермическая металлизация, когда наносимый металл плавят, распыляют на мельчайшие капли и струей газа переносят их на подложку.

Металл плавят газовыми горелками, электрической дугой, низкотемпературной плазмой, индукторами и даже взрывчатыми веществами. Соответственно методы металлизации называют газопламенным напылением, электродуговой и высокочастотной металлизацией, плазменным и детонационно-газовым напылением.

В процессе газопламенного напыления металлический пруток, проволоку или порошок плавят и распыляют в пламени горелки, работающей на смеси кислорода с горючим газом. При электродуговой металлизации материал плавится электрической дугой. В обоих случаях капельки металла перемещаются к напыляемой подложке потоком воздуха. При плазменном напылении для нагрева и распыления материала используется струя плазмы, формируемая плазматронами разных конструкций. Детонационно-газовое напыление происходит в результате взрыва, разгоняющего металлические частицы до огромных скоростей.

Во всех случаях частицы напыляемого материала получают два вида энергии: тепловую – от источника нагрева и кинетическую – от газового потока. Оба этих вида энергии участвуют в формировании покрытия и определяют его свойства и структуру. Кинетическая энергия частиц (за исключением детонационно-газового метода) невелика по сравнению с тепловой, и характер их соединения с подложкой и между собой определяется термическими процессами: плавлением, кристаллизацией, диффузией, фазовыми превращениями и т.д. Покрытия обычно характеризуются хорошей прочностью сцепления с подложкой (адгезией) и, к сожалению, низкой однородностью, поскольку велик разброс параметров по сечению потока газа.

Покрытиям, которые создают газотермическими методами, присущ ряд недостатков. К ним относятся, прежде всего, высокая пористость, если, разумеется, не стоит цель специально сделать покрытие пористым, как в некоторых деталях радиоламп. Кроме того, из-за быстрого охлаждения металла на поверхности подложки в покрытии возникают высокие внутренние напряжения. Обрабатываемая деталь неизбежно нагревается, и если она имеет сложную форму, то ее может “повести”. Наконец, использование горючих газов и высокие температуры в рабочей зоне усложняют меры по обеспечению безопасности персонала.

Несколько особняком стоит детонационно- газовый метод. При взрыве скорость частиц достигает 1000-2000 м/с. Поэтому основным фактором, определяющим качество покрытия, становится их кинетическая энергия. Покрытия отличаются высокой адгезией и низкой пористостью, но взрывными процессами крайне сложно управлять, и стабильность результато в гарантиро вать практически невозможно.

СКОРОСТЬ ПЛЮС ТЕМПЕРАТУРА

Желание создать более совершенную технологию возникло давно. Перед инженерами стояла цель – сохранить достоинства традиционных технологий и избавиться от их недостатков. Направление поиска было более или менее очевидно: во-первых, покрытия должны формироваться в основном за счет кинетической энергии частиц металла (нельзя допускать плавления частиц: это предотвратит разогрев детали и окисление подложки и частиц покрытия), и, во-вторых, частицы должны приобретать высокую скорость не за счет энергии взрыва, как в детонационно-газовом методе, а в струе сжатого газа. Такой метод назвали газодинамическим.

Первые расчеты и эксперименты показали, что создавать таким способом покрытия, обладающие вполне удовлетворительными характеристиками, можно, если использовать в качестве рабочего газа гелий. Такой выбор объяснялся тем, что скорость потока газа в сверхзвуковом соплепропорциональна скорости звука в соответствующем газе. В легких газах (водород из-за своей взрывоопасности не рассматривался) скорость звука гораздо выше, чем в азоте или воздухе. Именно гелий ускорял бы металлические частицы до высоких скоростей, сообщая им кинетическую энергию, достаточную для закрепления на мишени. Считалось, что использование более тяжелых газов, в том числе воздуха, обречено на неудачу.

Работа опытных напылительных установок дала неплохой результат: разогнавшиеся в струе гелия частицы из большинства промышленно применяемых металлов хорошо прилипали к подложке, образуя плотные покрытия.

Но полного удовлетворения инженеры не испытывали. Было понятно, что оборудование на легких газах неизбежно будет дорогим и сможет применяться лишь на предприятиях, выпускающих продукцию высоких технологий (только там есть магистрали со сжатым гелием). А магистрали со сжатым воздухом имеются практически в каждом цеху, на каждом предприятии автосервиса, в ремонтных мастерских.

Многочисленные эксперименты со сжатым воздухом вроде бы подтверждали худшие ожидания разработчиков. Однако интенсивный поиск все же позволил найти решение. Покрытия удовлетворительного качества получились, когда сжатый воздух в камере перед соплом нагрели, а в металлический порошок стали добавлять мелкодисперсную керамику или порошок твердого металла.

Дело в том, что при нагревании давление воздуха в камере в соответствии с законом Шарля повышается, а следовательно, повышается и скорость истечения из сопла. Частицы металла, набравшие в струе газа огромную скорость, при ударе о подложку размягчаются и привариваются к ней. Частицы керамики играют роль микроскопических кувалд – они передают свою кинетическую энергию нижележащим слоям, уплотняют их, снижая пористость покрытия.

Некоторые керамические частицы застревают в покрытии, другие отскакивают от него. Правда, таким способом получают покрытия только из относительно пластичных металлов – меди, алюминия, цинка, никеля и др. Впоследствии деталь можно подвергать всем известным способам механической обработки: сверлить, фрезеровать, точить, шлифовать, полировать.

Читайте также:  Теплоемкость алюминия таблица

ГЛАВНОЕ УСЛОВИЕ – ПРОСТОТА И НАДЕЖНОСТЬ

Старания технологов останутся втуне, если конструкторы не смогут создать простое, надежное и экономичное оборудование, в котором был бы реализован придуманный технологами процесс. Основой аппарата для напыления металлических порошков стали сверхзвуковое сопло и малогабаритный электрический нагреватель сжатого воздуха, способный доводить температуру потока до 500-600 o С.

Использование в качестве рабочего газа обычного воздуха позволило попутно решить еще одну проблему, которая стояла перед разработчиками систем на легких газах. Речь идет о введении напыляемого порошка в газовую струю. Чтобы сохранить герметичность, питатели приходилось устанавливать до критического сечения сопла, то есть порошок необходимо было подавать в область высокого давления. Чисто технические трудности усугублялись тем, что, проходя через критическое сечение, металлические частицы вызывали износ сопла, ухудшали его аэродинамические характеристики, не позволяли стабилизировать режимы нанесения покрытий. В конструкции аппарата с воздушной струей инженеры применили принцип пульверизатора, известный каждому еще из школьных опытов по физике. Когда газ проходит по каналу переменного сечения, то в узком месте его скорость увеличивается, а статическое давление падает и может даже быть ниже атмосферного. Канал, по которому порошок поступал из питателя, расположили как раз в таком месте, и порошок перемещался в сопло за счет подсоса воздуха.

В результате на свет появился переносной аппарат для нанесения металлических покрытий. Он имеет ряд достоинств, которые делают его очень полезным в различных отраслях промышленности:

для работы аппарата нужны всего лишь электросеть и воздушная магистраль или компрессор, обеспечивающий давление сжатого воздуха 5-6 атм и подачу 0,5 м 3 /мин;

при нанесении покрытий температура подложки не превышает 150 о С;

покрытия обладают высокой адгезией (40-100 Н/мм 2 ) и низкой пористостью (1-3%);

оборудование не выделяет вредных веществ и излучений;

габариты устройства позволяют использовать его не только в цеху, но и в полевых условиях;

можно напылять покрытия практически любой толщины.

В состав установки входят собственно напылитель массой 1,3 кг, который оператор держит в руке или закрепляет в манипуляторе, нагреватель воздуха, порошковые питатели, блок контроля и управления работой напылителя и питателя. Все это смонтировано на стойке.

Пришлось потрудиться и над созданием расходных материалов. Выпускаемые промышленностью порошки имеют слишком большие размеры частиц (порядка 100 мкм). Разработана технология, которая позволяет получать порошки с зернами размером 20-50 мкм.

ОТ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ДО СЕЯЛОК

Новый способ напыления металлических покрытий может применяться в самых различных отраслях промышленности. Особенно эффективен он при ремонтных работах, когда необходимо восстановить участки изделий, например, заделать трещину или раковину. Благодаря невысоким температурам процесса легко восстанавливать тонкостенные изделия, отремонтировать которые другим способом, например наплавкой, невозможно.

Поскольку зона напыления имеет четкие границы, напыляемый металл не попадает на бездефектные участки, а это очень важно при ремонте деталей сложной формы, например корпусов коробок передач, блоков цилиндров двигателей и др.

Устройства для напыления уже применяют в авиакосмической и электротехнической промышленности, на объектах атомной энергетики и в сельском хозяйстве, на авторемонтных предприятиях и в литейном производстве.

Метод может оказаться весьма полезным во многих случаях. Вот лишь некоторые из них.

Восстановление изношенных или поврежденных участков поверхностей. С помощью напыления восстанавливают поврежденные в процессе эксплуатации детали редукторов, насосов, компрессоров, форм для литья по выплавляемым моделям, пресс-форм для изготовления пластиковой упаковки. Новый метод стал большим подспорьем для работников авторемонтных предприятий. Теперь буквально “на коленках” они заделывают трещины в блоках цилиндров, глушителях и пр. Без особых проблем устраняют дефекты (каверны, свищи) в алюминиевом литье.

Устранение течей. Низкая газопроницаемость покрытий позволяет ликвидировать течи в трубопроводах и сосудах, когда нельзя использовать герметизирующие компаунды. Технология пригодна для ремонта емкостей, работающих под давлением или при высоких и низких температурах: теплообменников, радиаторов автомобилей, кондиционеров.

Нанесение электропроводящих покрытий. Напылением удается наносить медные и алюминиевые пленки на металлическую или керамическую поверхность. В частности, метод экономически более эффективен, чем традиционные способы, при меднении токоведущих шин, цинковании контактных площадок на элементах заземления и т. п.

Антикоррозионная защита. Пленки из алюминия и цинка защищают поверхности от коррозии лучше, чем лакокрасочные и многие другие металлические покрытия. Невысокая производительность установки не позволяет обрабатывать большие поверхности, а вот защищать такие уязвимые элементы, как сварные швы, очень удобно. С помощью напыления цинка или алюминия удается приостановить коррозию в местах появления “жучков” на крашеных поверхностях кузовов автомобилей.

Восстановление подшипников скольжения. В подшипниках скольжения обычно применяют баббитовые вкладыши. С течением времени они изнашиваются, зазор между валом и втулкой увеличивается и слой смазки нарушается. Традиционная технология ремонта требует либо замены вкладыша, либо заварки дефектов. А напыление позволяет восстановить вкладыши. В этом случае для уплотнения слоя напыляемого металла керамику применять нельзя. Твердые включения через считанные минуты после начала работы выведут подшипник из строя, причем поврежденными окажутся поверхности и втулки и вала. Пришлось применить сопло особой конструкции. Оно позволяет наносить покрытие из чистого баббита в так называемом термокинетическом режиме. Частицы порошка сразу за критическим сечением сопла разгоняются сверхзвуковым потоком воздуха, затем скорость потока резко снижается до околозвуковой. В результате резко возрастает температура, и частицы нагреваются почти до температуры плавления. При попадании на поверхность они деформируются, частично плавятся и хорошо прилипают к ниже лежащему слою.

Читайте также:  Тигель для плавки алюминия своими руками

СПЕЦИАЛИСТУ – НА ЗАМЕТКУ

Каширин А. И., Клюев О. Ф., Буздыгар Т. В. Устройство для газодинамического нанесения покрытий из порошковых материалов. Патент РФ на изобретение № 2100474. 1996, МКИ6 С 23 С 4/00, опубл. 27.12.97. Бюл.№ 36.

Каширин А. И., Клюев О. Ф., Шкодкин А. В. Способ получения покрытий. Патент РФ на изобретение № 2183695. 2000, МКИ7 С 23 С 24/04, опубл. 20.06.02. Бюл. № 17.

Координаты разработчиков и условия приобретения их технологий или изделий можно узнать в редакции.

Химическая металлизация: технология, выполнение в домашних условиях

Вопросы эффективной защиты и декоративного оформления поверхностей изделий из различных материалов являются достаточно актуальными как для производственников, так и для многих домашних мастеров. Эффективно решить такие задачи позволяет химическая металлизация, которую можно выполнить и своими руками.

Технология химической металлизации может использоваться практически на любых жестких поверхностях

Виды металлизации

Металлизация изделий, как понятно из названия данного процесса, заключается в том, что на их поверхность наносится тонкий металлический слой. Подвергаться такой обработке может не только металл, но также пластик, древесина, стекло и другие материалы. Наиболее популярными и известными видами такого процесса являются металлизация хромом (хромирование), покрытие поверхности изделия слоем цинка (цинкование), менее известным – алитирование, в процессе которого на поверхность наносится слой алюминия.

Химическая металлизация. Рама для зеркала

В зависимости от того, какое оборудование и какая технология используются для металлизации, данная обработка подразделяется на различные виды. Так, на сегодняшний день хорошо отработаны и активно применяются следующие способы нанесения металлического покрытия:

  1. гальваническая металлизация, выполняемая в ваннах со специальным электролитом;
  2. электродуговая металлизация, при которой покрытие на обрабатываемую поверхность наносится посредством электродугового плавления металлического электрода и последующего распыления расплавленного металла при помощи струи сжатого воздуха;
  3. газоплазменное напыление, при которой, как и при осуществлении дуговой технологии, металл наносится на поверхность изделия в расплавленном мелкодисперсном состоянии (как и электродуговая металлизация, газоплазменное напыление является достаточно сложным технологическим процессом, поэтому их применяют преимущественно в производственных условиях);
  4. плакирование – нанесение на поверхность слоя металла и его последующая горячая прокатка;
  5. диффузионная металлизация, суть которой заключается в том, что атомы наносимого металла под воздействием высокой температуры проникают в поверхностный слой обрабатываемого изделия;
  6. горячая металлизация – формирование покрытия при погружении изделия в ванну с расплавленным металлом;
  7. химическая металлизация.

На последней технологии стоит остановиться подробнее, так как она оптимально подходит для того, чтобы наносить металлические покрытия на различные изделия своими руками в домашних условиях.

Технологические особенности химической металлизации

Химическая металлизация может проводиться с различными целями, основной из которых является улучшение декоративных характеристик обрабатываемого изделия. Кроме того, полученное методом химической металлизации покрытие позволяет скрыть такие дефекты обрабатываемой поверхности, как мелкие поры и микротрещины. В отдельных случаях данную технологию используют для того, чтобы выполнить восстановление поверхности.

Если обобщить цели применения данного метода обработки, то все они заключаются в том, чтобы улучшить характеристики материала, из которого изготовлено изделие. К таким характеристикам, в частности, относятся:

  • декоративные свойства;
  • коррозионная устойчивость;
  • твердость;
  • износоустойчивость и др.

При этом, нанося на поверхность металлический слой химическим способом, можно получить покрытие с требуемыми характеристиками.

Процесс химической металлизации разделяется на несколько этапов, легко осуществимых на любом лакокрасочном производстве

Основная задача, которую необходимо решить при выполнении хим металлизации, – это обеспечить оптимальные условия для протекания окислительно-восстановительных реакций. При обеспечении таких условий из состава химического вещества происходит вылет атомов, окислительно-восстановительный потенциал которых находится на более высоком уровне. Конечно, такой процесс сложно проконтролировать визуально, но его результат – изменение цвета обрабатываемой поверхности – будет заметен сразу.

Сама технология выполнения металлизации химическим способом заключается в следующем: на изделие наносятся специальные химические реагенты, которые начинают вступать между собой в реакции. В результате на обрабатываемой поверхности формируется тонкий слой металла. Металлическое покрытие, полученное химическим способом, может быть выполнено не только в определенном цвете, но и иметь несколько оттенков с плавными переходами между ними. Известный многим специалистам и домашним мастерам метод каталитического хромирования изделий, к слову, также выполняется по технологии химической металлизации.

Если наблюдать за выполнением химической металлизации на видео, можно обратить внимание на то, что данный метод не отличается сложностью. Со стороны данный способ нанесения металлического покрытия напоминает простую покраску поверхности.

Используемые материалы и оборудование

Химическую металлизацию, как уже говорилось выше, можно выполнять своими руками и в условиях домашней мастерской. При этом изделия, отличающиеся небольшими размерами и несложной формой, обрабатывают по такой методике даже без использования специального оборудования. Если же такое оборудование в вашем распоряжении имеется, то наносить слой металла химическим способом можно даже на габаритные детали сложной конфигурации.

Читайте также:  Анодирование алюминия в домашних условиях

Самостоятельно занимаясь выполнением такой процедуры, следует соблюдать предельную осторожность, так как при этом используются опасные для здоровья химические реактивы. Если правильно подготовить оборудование и материалы для выполнения химической металлизации, то своими руками в домашних условиях можно получать на различных изделиях покрытия, качество которых практически не отличается от тех, которые сформированы на заводе.

Реагенты для химической металлизации

В наборе для химической металлизации должны быть реактивы, обладающие свойствами активатора и восстановителя. Для выполнения данной процедуры потребуется также грунтовка, которая наносится на обрабатываемую поверхность, и лак, защищающий готовое покрытие от негативного влияния внешних факторов. Для нанесения финишного лакового покрытия следует выбирать материал, обладающий высокой твердостью и износостойкостью.

Чтобы окрасить наносимый металлический слой в желаемый цвет, можно использовать специальный красящий тонер. Грунтовка, о которой говорилось выше, необходима для того, чтобы улучшить адгезию наносимого металлического слоя с материалом, из которого изготовлено обрабатываемое изделие. Результат химической металлизации, выполняемой своими руками, не всегда может быть качественным. Однако нанесенное покрытие можно удалить, используя для этого специальные смывочные растворы.

Установка химической металлизации предназначается для нанесения покрытия на любые твердые поверхности

Химическая металлизация в домашних условиях

Если вы решили выполнить химическую металлизацию своими руками, следует не только изучить теоретический материал, но и просмотреть обучающее видео на данную тему. Естественно, необходимо подготовить комплект оборудования и расходных материалов для выполнения этого технологического процесса.

Для химической металлизации используются опасные для здоровья химические реактивы, работая с которыми, следует строго соблюдать требования по технике безопасности. Сама же технология химической металлизации, как уже говорилось выше, не представляет особой сложности и напоминает обычную покраску. Главное при этом – строго придерживаться определенной последовательности действий. Более подробно познакомиться с такой методикой позволяют видео, которые несложно найти в интернете.

Простейшая установка для химической металлизации может состоять из эмалированной емкости и паяльной лампы. Для выполнения обработки потребуются соответствующие реагенты и знание химии, чтобы правильно их смешивать. Изучив теоретический материал, просмотрев соответствующее видео и подготовив свой аппарат для химической металлизации, можно приступать к самой металлизации.

Алгоритм действий в данном случае таков:

  1. Проводят тщательную очистку обрабатываемой поверхности от загрязнений.
  2. Выполняют обезжиривание. К данному этапу следует подойти очень ответственно, так как от качества его выполнения во многом зависят характеристики наносимого покрытия. Проводить такую процедуру можно при помощи щелочного раствора или качественного моющего средства, позволяющих удалить с поверхности изделия все органические загрязнения.
  3. Промывают обезжиренную поверхность водой.
  4. Если химической металлизации подвергается не все изделие, то те его участки, на которые не будет наноситься покрытие, необходимо заизолировать при помощи свинца, устойчивого к воздействию электролитического раствора.
  5. Изделие крепят на проводе, по которому к нему будет подаваться электрический ток, и опускают в емкость с электролитическим раствором. Выдерживать изделие в таком растворе следует в течение часа.
  6. Обработанное изделие извлекают из раствора, просушивают, остужают и, если качество нанесенного покрытия достаточно высокое, полируют.

В домашних условиях можно использовать мини-установку для химической металлизации, работающую от компрессора

Чтобы получить на обрабатываемой поверхности качественный металлический слой и при этом не навредить своему здоровью, следует придерживаться определенных рекомендаций.

  • Перед началом процедуры надо проверить надежность всех электрических контактов, на которые будет приходиться основная нагрузка.
  • При выполнении всех этапов химической металлизации (особенно при извлечении обрабатываемого изделия из электролитического раствора) следует пользоваться резиновыми перчатками, которые защитят кожу ваших рук от химических и термических ожогов.
  • Помещение, в котором выполняется металлизация химическим способом, должно быть хорошо проветриваемым. Объясняется это требование тем, что при выполнении этой процедуры происходит интенсивное выделение газов и образование тумана, раздражающего слизистые оболочки органов дыхания и зрения.
  • Не лишним при выполнении химической металлизации будет использование респиратора и защитных очков.

Металлизация с использованием стандартного краскораспылительного оборудования

В целом, если правильно подготовиться к химической металлизации, тщательно изучить все теоретические аспекты данного процесса и просмотреть соответствующее видео, то в результате можно получить качественные декоративные покрытия, отличающиеся еще и отличными защитными свойствами. Используя такую технологию, вы даже в домашних условиях сможете изготавливать различные изделия декоративного назначения, реставрировать поверхности изношенных деталей, наносить на них покрытие, защищающее их от негативного влияния внешней среды.

Важно, что такой процесс не требует применения сложного технологического оборудования, особых знаний и опыта, а также значительных финансовых вложений. Надо только изучить все аспекты методики, а также строго придерживаться технологических рекомендаций и требований по технике безопасности.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector