Химическая металлизация

Химическая металлизация

Химическая металлизация — образование тонкой пленки металла на обрабатываемой поверхности под действием различных химических реактивов. Данным методом можно получить покрытие цинком (цинкование), хромом (хромирование), алюминием (алитирование) и другие. При помощи этой технологии возможно получение ровного слоя металла на материалах с различными видами поверхности: гладкими — стекло, фарфор, полированный камень, или пористыми: дерево, пластик, гипс.

Рабочее место и оборудование

В результате химической реакции выделяется газ, негативно влияющий на слизистые оболочки дыхательных путей, поэтому процесс необходимо проводить в помещении с принудительной вентиляцией или на открытом пространстве.

Из оборудования понадобится:

• эмалированная ванна;
• мерные стаканы емкостью 1 л и 250 мл;
• 3 бутылки по 100 мл;
• одноразовые шприцы на 5, 20, 50 мл3;
• одноразовые стаканы по 50 мл;
• кухонные электронные весы.

Не забудьте обзавестись резиновыми перчатками, респиратором, губками, комплектом спецодежды, так как при работе с концентрированной соляной кислотой требуется осторожность, иначе ожоги неизбежны

Реактивы

В зависимости от материала обрабатываемого изделия и вида покрытия приобретаются реактивы. Для химической металлизации серебром понадобятся реактивы:

• соляная кислота;
• азотнокислое серебро;
• двухлористое олово;
• гидроксид натрия;
• аммиак;
• глюкоза;
• формалин;
• дистиллированная вода.

Приготовление растворов для:

• активации поверхности — двухлористое олово, соляная кислота, дистиллированная вода;
• восстановления — глюкоза, формалин, дистиллированная вода;
• серебрения — азотнокислое серебро, гидроксид натрия, аммиак, дистиллированная вода.

Подготовка поверхности

поверхность готовят в несколько этапов. Пористые и окрашенные изделия ошкуриваются, снимается старый окрасочный слой, поверхность очищается от пыли, промывается и обезжиривается. Обезжирить можно уайт-спиритом, ацетоном или раствором гидроксида натрия в воде t= +40…+60°С. Поверхности протираются губкой с составом для обезжиривания, затем другой губкой промываются дистиллированной водой. Подготовленная поверхность должна полностью смачиваться водой, без сухих пятен — в этих местах дефекты будут неизбежны.

Покрытие изделия активирующим составом

Обрабатываемый предмет равномерно по всей поверхности поливают двухлористым оловом в течение 1 минуты, затем 3 минуты промывают дистиллированной водой.

Металлизация

Для получения равномерной металлической пленки на изделие одновременно и в равном объеме напыляется раствор восстановителя и серебрения. Так как полученная зеркальная пленка очень тонка и не прочна, ее можно упрочнить защитным лаком — прозрачным или тонированным.

Описанный метод напоминает процесс окраски. Существует другой, более сложный способ выполнения работ — электрохимическая металлизация.

Технологический процесс вакуумной металлизации

Рассматриваемый метод обработки деталей применяется достаточно давно. Вакуумная металлизация – процесс, основанный на испарении и выпадении конденсата материала на подложку. Среди особенностей данного процесса следует отметить нижеприведенные моменты:

1. Универсальность и высокая эффективность метода определяет его большое распространение. В будущем ожидается более обширное применение процесса металлизации полимерных и других материалов. Развитие рассматриваемого метода обработки связывают с совершенствованием используемого оборудования. Так современные вакуумные установить позволяют автоматизировать процедуру металлизации деталей, повысить качество получаемых поверхностей, снизить себестоимость получаемых изделий. Единственное препятствие на пути развития данной отрасли – высокая стоимость современного оборудования и возникающие сложности при его установке, использовании и обслуживании.
2. Технологический процесс вакуумной металлизации достаточно сложен, на результате отражается условие проведения каждого этапа. При нагреве материала, который должен стать будущим покрытием, он претерпевает большое количество изменений. Примером можно назвать то, что изначально покрытие испаряется, затем происходит адсорбция, после чего выпадение конденсата и кристаллизация для закрепления слоя на поверхности.
3. На качество получаемого результата оказывает воздействие достаточно большое количество факторов, среди которых отметим физико-химические качества подложки, выдерживаемые условия проведения металлизации.
4. Образование напыляемого покрытия при металлизации происходит в два основных этапа: перенос энергии и массы от источника к поверхности и их распределение по всей подложке.

Технология вакуумной металлизации подходит для обработки самых различных деталей. В качестве примера можно привести рулонные материалы из пластика или пластмассы.

Типовая технология состоит из нескольких основных этапов:

Подготовка детали к проводимому процессу. Среди требований, которые предъявляются к детали можно отметить отсутствие острых кромок и скрытых участков от прямолинейного попадания конденсата. Вакуумная металлизация пластмасс или других материалов возможна только в том случае, если фора заготовки не сложная. Обезжиривание и сушка. Некоторые материалы могут содержать большое количество адсорбированной влаги, к примеру, полимеры. Сушка проводится при температуре около 80 градусов Цельсия, время выдержки составляет 3 часа. Обезжиривание уже проводится в вакуумной камере на подготовительном этапе. Технология обезжиривания предусматривает разматывание рулона и воздействие тлеющего разряда. Как показывают результаты проведенных исследований, выполнение отжига на стадии подготовки полимеров благоприятно сказывается на структуре рассматриваемого материала, так как существенно снижается показатель внутреннего напряжения. Вакуумная рулонная металлизация должна проводится с исключением вероятности образования складок на этапе подготовке заготовки, так как их можно назвать дефектов. Этап активационной обработки поверхности. Вакуумная металлизация пластика и других материалов предусматривает активацию поверхности. При этом могут использоваться самые различные методы активации, выбор которых зависит от качеств самого материала. Данный процесс предназначен для повышения показателя адгезии поверхности. Нанесение вещества на поверхность. В большинстве случае вакуумная металлизация алюминия или другого сплава проходит при применении резистивного метода испарения при условии воздействия температуры. Вольфрамовая технология испарения применяется намного реже, так как предусматривает нагрев среды до небольшой температуры, в результате чего испаритель разрушается за минимальные сроки. Заключительный этап касается контроля качества металлизации. Если наносимый слой носит декоративный характер, то в большинстве случаев контроль качества заключается в регистрации оптических свойств

Кроме этого уделяется внимание равномерности напыления, прочности соединения поверхностного слоя и структуры. Технология вакуумной металлизации пластмасс и других материалов сложна, для получения качественной поверхности нужно соблюдать все условия обработки. Технология вакуумной металлизации пластмасс и других материалов сложна, для получения качественной поверхности нужно соблюдать все условия обработки

Технология вакуумной металлизации пластмасс и других материалов сложна, для получения качественной поверхности нужно соблюдать все условия обработки.

1 Что такое металлизация и каковы ее виды?

Что же собой представляет технология металлизации и в каких случаях она осуществляется? Как становится понятно из названия, данный процесс заключается в нанесении на поверхность металлического слоя. Причем в качестве материала основы может выступать как металл, так и неметалл (дерево, стекло и т. д.). В зависимости от покрытия выделяют: самый популярный процесс цинкования (наносится слой цинка), химическое хромирование (слой хрома), не всем знакомое алитирование (алюминиевое покрытие) и т. д.

Что же насчет методов нанесения, они также могут быть самыми различными, в зависимости от того, какое оборудование используется. Широко распространено гальваническое покрытие, когда обрабатываемую деталь помещают в ванну с электролитом. Также к данному процессу можно отнести и газопламенное напыление, и плакирование. В первом случае реагенты наносятся в дисперсном состоянии, а способ плакирования заключается в том, что на одну или же обе стороны изделия наносят слой металла и затем осуществляют горячую прокатку.

Этапы химической металлизации

Различают несколько стадий процесса декоративного хромирования:

• нанесение грунта;
• обработка поверхности химическими реагентами;
• нанесение защитного лака.

Первый этап химической металлизации состоит в нанесении на поверхность изделия слоя особого связующего грунта. Для этого используется краскораспылитель.

Грунт наносят несколькими слоями, пока не образуется гладкая стекловидная поверхность, обладающая глянцевыми свойствами. Одна из функций грунтовки – обеспечение адгезии слоя наносимого металла, то есть его сцепления с поверхностью. Высохший грунт становится активным по отношению к слою металлизации. Это обеспечивает достаточную скорость осаждения, отличное сцепление и характерный блеск металлического покрытия.

Когда связующий грунт высыхает, при помощи установки для металлизации на поверхность наносят химические реагенты. Известно несколько методов перенесения реагентов на обрабатываемую поверхность. Все они имеют свои особенности, достоинства и недостатки. Выбор конкретного способа определяется характером поверхности изделия.

Поверхность изделия активируют посредством нанесения на нее активатора. Активатор определяют эксплуатационные свойства поверхности. Вид будущей поверхности указывается обычно на этикетке реактива (например, медь, хром, золото).

Затем изделие омывают деминерализованной или дистиллированной водой. Теперь нужно распылить реагенты – модификатор и восстановители.

Между покрытием и поверхностью изделия в ходе металлизации формируется надежная и устойчивая связь, которая способна сохраняться очень долго.

В результате химической реакции получается зеркальное металлическое покрытие. Защитить зеркальную поверхность от механического износа и потускнения позволяет нанесение специального лака. Его наносят несколькими слоями. Если в лак добавить красящий пигмент, поверхности изделия можно придать различные оттенки. Таким способом удается получить имитацию различных металлов и их сплавов (золото, бронза, медь, хром).

Удобно наносить на металлизированную поверхность защитный лак при помощи специального краскопульта. Лак должен обладать хорошей проникающей и смачивающей способностью. Отличными рабочими характеристиками обладает лак с добавками в виде светопропускающих пигментов: такой состав придает поверхности вид драгоценных металлов и редких сплавов.

Оборудование для вакуумной металлизации

У этой технологии, как и у других таких же сложных, имеются свои плюсы и минусы:

Аппарат для нанесения покрытий — схема

• необходимость использования дорогостоящего оборудования;
• большие расходы электроэнергии;
• потребность в просторном производственном помещении для размещения всех приспособлений и для полного технологического цикла изготовления.

Дополнительные расходы средств требуются при этом на технический процесс нанесения дополнительного слоя – защитного лака.

Установки вакуумного напыления представляют собой совокупность устройств, которые последовательно и самостоятельно выполняют ряд функций, необходимых для технологического процесса металлизации.

Основные функции:

• откачка воздуха для получения условий разрежения;
• распыление в определённых условиях металлических частиц на поверхность предметов;
• транспортировка обрабатываемых деталей;
• контроль режимов происходящих процессов вакуумного напыления;
• электропитание и другие вспомогательные приспособления.

Составляющие узлы вакуумной установки:

Устройства вакуумной транспортировки

• Рабочая камера. В ней происходит сам процесс металлизации.
• Источник испаряемых металлов вместе с управляющими и энергообеспечивающими устройствами.
• Системы контроля и управления для регулировки температуры, скорости напыления, толщины плёнки, её физических свойств.
• Откачивающая и газораспределительная система, обеспечивающая получение вакуума и регулировку газовых потоков.
• Системы блокировки рабочих узлов, блоки электропитания.
• Транспортирующее устройство, определяющее подачу-извлечение из вакуумной камеры, смену положений деталей при нанесении металлопокрытия.
• Вспомогательные устройства – заслонки, внутрикамерные манипуляторы, газовые фильтры и др.

Особенности оборудования

Процесс магнетронного напыления

Установки для вакуумного процесса нанесения металлического слоя бывают магнетронные и ионно-плазменные. В любых из них необходимо достигать испарения вещества с поверхности металлических болванок, минуя стадию расплава металла.

При сублимационном способе процесс нагрева происходит быстро до температуры испарения, не допуская расплава. Для этого используются нагреватели, способные повышать кинетическую энергию вплоть до разрушения кристаллической решётки. Но некоторые металлы не сублимируют в вакууме, и поэтому с ними стадии расплава не избежать. Поэтому в таких случаях применяются дополнительные системы фильтров.

Способом вакуумного напыления металлического слоя покрываются изделия разных размеров: крупные (до 1 м) и совсем мелкие. Существуют технологии металлопокрытия многометровых тканей и плёнок – они перематываются из одного рулона в другой в процессе напыления в вакуумной камере. Поэтому бывают установки с рабочими камерами разных размеров:

• небольшие – несколько литров;
• крупные – несколько кубометров.

Применяемое оборудование

Чаще всего для напыления используются аппараты, снабженные сверхзвуковым соплом. Также применяется небольшой по размерам электрический нагреватель, работающий на подачу сжатого воздуха. Особенностью последней модели является возможность доведения температуры до 600 °С. До недавнего времени применение стандартных устройств, напоминающих по принципу действия пневматические пистолеты, осложнялось тем, что частицы изнашивали насадки инструмента.

Современное оборудование, благодаря которому осуществляется напыление металлов, использует принцип пульверизатора. Это значит, что в момент прохождения рабочей газовой среды по каналу подачи струи скорость потока увеличивается по мере сужения трубы. Вместе с этим падает и статическое давление.

Такой принцип работы сокращает износы и увеличивает рабочий срок аппаратов.

Металлизация пластмасс

Защитно-декоративные покрытия пластиков, пластмасс и других диэлектриков широко применяется для изготовления разнообразных украшений, фурнитуры, декоративных пано, сантехнической арматуры, ручек, оправ, игрушек и т.д.

Процесс металлизации пластмасс в промышленном масштабе был освоен сравнительно недавно, после того, как было поставлено производство abc–пластиков, специально предназначенных для нанесения гальванических покрытий. Благодаря своему составу abc-пластики обладают высокой механической прочностью и в то же время легко обрабатываются в растворах травления с получением высокой прочности сцепления с наносимым металлическим покрытием.

Среди существующих способов металлизации пластиков, пластмасс и т.д., и нанесения на них различных металлических покрытий, самый простой способ — химический. При такой технологии покрытия пластмасс металлами не требуется использования каких-либо специальных устройств или приспособлений.

Основными металлами, которыми покрывают пластмассы, служат медь и серебро. Получаемые пленки металлов имеют толщину несколько микрон, но и они дают на пластмассе хорошее блестящее покрытие.

Медью можно покрывать пластмассы по следующей технологии. Поверхность изделия сначала тщательно зашкуривают мелкой шкуркой и затем обезжиривают. Детали, имеющие выпуклый рисунок, обрабатывают следующим способом: cверху на рисунок насыпают абразивный порошок и затем, используя ваточный тампон, с легким нажимом, вращательными движениями протирают поверхность.

Полиакрилаты обезжиривают в концентрированном растворе едкого натра в течение 24 час. Полиамидные пластмассы достаточно просто обезжирить бензином или ацетоном.

После обезжиривания детали промывают в дистиллированной воде и обрабатывают в течение 1 мин в 0,5-процентном растворе хлористого олова, подкисленного соляной кислотой (40 г/л). Этот процесс называется сенсибилизацией, в результате чего, на поверхности изделия образуется пленка гидроокиси олова.

За сенсибилизацией следует процесс активации поверхности в течение 3 мин в растворе азотнокислого серебра (из расчета 2 г/л) и этилового спирта (20 г/л).

Далее деталь помещают для меднения в один из перечисленных растворов, приготовленных на дистиллированной воде.

Первый раствор:

Медь углекислая 180-200 г/л Глицерин (90% раствор) 180-200 г/л Едкий натр (20% раствор) 1000 мл

Температура раствора 15-25°C, время обработки – 1 час. При приготовлении второго раствора, сернокислую медь растворяют в половине объема воды и к раствору при помешивании понемногу подливают глицерин. В другой половине воды растворяют едкий натр.

Раствор едкого натра понемногу вливают в первый раствор при энергичном перемешивании. Непосредственно перед меднением, в раствор вливают 40% раствор формалина из расчета 5-8 мл/л.

Серебром покрывают пластмассы несколько по другой технологии.

Пластмассу обрабатывают так же, как и в предыдущем случае, то есть зашкуривают или обрабатывают порошкообразным абразивом. Моют щеткой в мыльной воде. Промывают дистиллированной водой и в течение 2-3 мин обезжиривают, используя раствор:

Хромовый ангидрид..(CrO3) — 100 г/л Сульфат железа (FeSO4) — 10 г/л

Далее следует промывка в дистиллированной воде.

Все последующие растворы для серебрения готовят на дистиллированной воде.

Сенсибилизацию проводят в течение 2-3 мин в растворе хлористого олова (из расчета 2 г/л). После вышеперечисленных подготовительных операций пластмассовую заготовку помещают в раствор для серебрения следующего состава:

Азотнокислое серебро (AgNO3) — 3 г/л Едкий натр.(NaOH) — 3,5 г/л Аммиак 25% (NH4OH) — 8 мл/л

Температура раствора 15-25° C, время обработки – 1 час.

Непосредственно перед серебрением на 1литр раствора вводят 2,5 г/л глюкозы или фруктозы. При опускании изделия в раствор серебра на нем образуется ровный и блестящий слой металла. Если слой неоднородный и имеются пропуски, то это объясняется некачественным обезжириванием детали. В этом случае слой серебра удаляют и процесс повторяют снова.

Серебро с поверхности пластмассовой заготовки удаляют раствором:

хромового ангидрида — 10 г/л; серной кислоты — 2-3 мл/л.

Полученные на пластмассе пленки металлов либо покрывают тонким слоем защитного лака, либо готовят к дальнейшему гальваническому наращиванию металла. Обычно этот процесс состоит из двух стадий: химическая металлизация поверхности диэлектрика (формирование слоя химической меди) и наращивания слоя меди гальваническим способом до необходимой толщины. Химическая стадия необходима для создания электропроводного слоя на поверхности диэлектрика, на который становится возможным гальваническое осаждение меди.

Преимущество

Цели металлизации разнообразны, в большинстве случаев это придание или увеличение определенных качеств:

• устойчивости к коррозионным процессам;
• устойчивости к механическим повреждениям;
• износоустойчивости;
• декоративности.

Качество пленки зависит от состава металла:

самое дешевое цинковое покрытие повышает антикоррозионные качества, активно используется в строительстве для защиты закладных деталей, цинком покрывают стальной лист перед покрытием пластиками и профилированием;

• хром увеличивает твердость, придает жаропрочность, делает изделия привлекательными внешне;
• алюминиевым покрытием защищают детали оборудования, работающего при повышенной температуре (до 900°С);
• покрытие медью или оловом придает благородный вид даже пластиковым предметам;
• серебро образует зеркальный блеск.

При проведении работ основное условие для получения результата — соблюдение технологии.

2 Назначение химической металлизации и ее особенности

Проводится металлизация с различными целями, чаще всего это получение декоративного покрытия. Еще подобным способом можно устранить такие мелкие дефекты, как микротрещины, поры и т. д. Однако это далеко не единственная задача, с помощью хим металлизации иногда производят и восстановление деталей, правда, достаточно редко. Основное же назначение покрытия из определенного металла – улучшение свойств основного материала. Таким образом достигаются великолепные антикоррозионные характеристики, повышается стойкость, увеличивается твердость, осуществляется защита от эрозии. В общем, можно сказать, что с помощью хим металлизации появляется возможность получения покрытий с заданными свойствами.

Итак, выше уже были рассмотрены разные способы нанесения защитных покрытий, осталась без внимания только хим металлизация. На ней сейчас и остановимся более подробно. Данная технология заключается в том, чтобы обеспечить идеальные условия для протекания окислительно-восстановительных реакций. В этом случае атомы, у которых окислительно-восстановительный потенциал находится на более высоком уровне, вырываются наружу. На видео мы не увидим явного процесса перехода, но отчетливо заметим изменение цвета детали.

Технология проведения химической металлизации заключается в следующем: на поверхность наносятся специальные реагенты, которые вступают в реакцию между собой, в результате чего образуется покрытие. Причем последнее может иметь самые разные цвета, при необходимости создаются даже такие покрытия, которые сочетают в себе несколько оттенков, плавно переходящих друг в друга.

Рецепт раствора для активации диэлектриков

В этой статье я вам расскажу вам как приготовить простой раствор для активации печатных плат или каких либо других диэлектриков. Также покажу на примере порядок работы с данным активатором диэлектриков.

Приготовление активатора

Рецепт раствора на 0,5 литра

Берем серебро, так как я взял ювелирную цепочку, то в ней содержится медь, поэтому было взято 0,24 грамма. Если серебро чистое, то берите 0,1..0,2 грамма. На весах не отображается 0, поэтому кажется что взято 7,24 грамма, не обращайте внимания.

Растворяем серебро в разбавленной 1:1 азотной кислоте (1 мл кислоты + 1 мл воды).

Взвешиваем 1,5 грамма кальцинированной соды.

Растворяем кальцинированную соду в 5 мл воды, затем набираем раствор в шприц и добавляем его к раствору растворенного серебра в азотке. Добавляем потихоньку, так как в результате реакции выделяется углекислый газ и происходить бурное шипение.

После добавления кальцинированный соды к серебру, получаем вот такой мутный раствор. К данному раствору приливаем 5 мл 25% аммиака или 15 мл аптечного 10% аммиака.

В результате реакции с аммиаком, раствор станет прозрачным и бесцветным (если использовалось чистое серебро). Из за того было применено ювелирное серебро, то в составе его присутствует медь, она то и дала раствору этот синий оттенок

Присутствие меди в растворе, никак не влияет на его активирующие способности, можно не обращать на это внимание

Наливаем в емкость 500 мл воды и переливаем туда получившийся аммиачный комплекс серебра. Хорошо перемешиваем и активатор готов к применению.

Приготовление раствора сенсибилизации

Сенсибилизатор — это неотъемлемая часть процесса химической металлизации. Раствор сенсибилизации приготавливается на основе хлорида олова и соляной кислоты.

Так как раствор хлорида олова долго не живет, в нем двухвалентное хлорное олово окисляется до четырехвалентного буквально за короткое время, то его нужно модернизировать и исключить процесс окисления.

Для этого в раствор хлорида олова добавляется соль NaCL с избытком.

Рецепт устойчивого раствора сенсибилизации:

Взвешиваем 110 грамм хлорида натрия (NaCL) и растворяем его в 500 мл воды.

Берем 25 грамм хлорида олова, растворяем его в 25 мл соляной кислоты. Ставим раствор на водяную баню и держим на ней до того момента, когда он станет прозрачным.

Затем смешиваем оба раствора и получаем стабильный раствор сенсибилизации, который будет использоваться в процессе химической металлизации при изготовлении печатных плат или металлизации каких либо диэлектриков, пластмасс и т.д. Время жизни этого раствора 3 года и более.

На следующих фото видно две емкости, одна с активатором на основе аммиачного комплекса серебра и вторая это раствор сенсибилизации. В растворе сенсибилизации на дне видно не растворившуюся соль NaCL. Избыток соли в растворе как раз и способствует прекращению окислению хлорида олова и долгой жизни данного раствора.

Данная статья опубликована на сайте . Постоянная ссылка на эту статью находится по этому адресу

Читайте статьи на сайте первоисточнике, не поддерживайте воров.