Platerowanie
Poszycie to pokrycie powierzchni, w którym metal jest osadzony na powierzchni przewodzącej . Poszycie było wykonywane od setek lat; ma to również kluczowe znaczenie dla nowoczesnej technologii. Powlekanie stosuje się do ozdabiania przedmiotów, do hamowania korozji, do poprawy lutowności, do utwardzania, do poprawy odporności na zużycie, do zmniejszenia tarcia, do poprawy przyczepności farby, do zmiany przewodności, do poprawy odbicia podczerwieni, do ekranowania promieniowania i do innych celów. Biżuteria zazwyczaj wykorzystuje poszycie, aby nadać srebrne lub złote wykończenie.
Osadzanie cienkowarstwowe umożliwiło powlekanie obiektów tak małych jak atom, dlatego powlekanie znajduje zastosowanie w nanotechnologii .
Istnieje kilka metod powlekania i wiele odmian. W jednej metodzie stałą powierzchnię pokrywa się blachą, a następnie stosuje się ciepło i ciśnienie w celu ich stopienia (wersja tego to płyta Sheffield ). Inne techniki powlekania obejmują powlekanie galwaniczne , osadzanie z fazy gazowej pod próżnią i osadzanie przez napylanie katodowe . Ostatnio platerowanie często odnosi się do używania płynów. Metalizacja odnosi się do powlekania metalu przedmiotami niemetalowymi.
Galwanotechnika
Podczas galwanizacji metal jonowy jest dostarczany z elektronami w celu utworzenia niejonowej powłoki na podłożu . Typowy system obejmuje roztwór chemiczny z jonową postacią metalu, anodę ( naładowaną dodatnio), która może składać się z powlekanego metalu ( anoda rozpuszczalna ) lub anoda nierozpuszczalna (zwykle węgiel, platyna, tytan, ołów lub stal ) i wreszcie katoda (naładowana ujemnie), do której dostarczane są elektrony w celu wytworzenia warstwy niejonowego metalu.
Osadzanie bezprądowe
Osadzanie bezprądowe , znane również jako powlekanie chemiczne lub autokatalityczne , jest niegalwaniczną metodą powlekania, która obejmuje kilka jednoczesnych reakcji w roztworze wodnym , zachodzących bez użycia zewnętrznego zasilania elektrycznego. Reakcja zachodzi, gdy wodór jest uwalniany przez środek redukujący, zwykle podfosforyn sodu (Uwaga: wodór opuszcza się jako jon wodorkowy) lub tiomocznik i utlenia się, wytwarzając w ten sposób ładunek ujemny na powierzchni części. Najpopularniejszą metodą osadzania bezprądowego jest niklowanie bezprądowe , chociaż w ten sposób można również nakładać warstwy srebra, złota i miedzi, podobnie jak w technice złocenia aniołów .
Konkretne przypadki
Pozłacane
Złocenie to metoda osadzania cienkiej warstwy złota na powierzchni szkła lub metalu, najczęściej miedzi lub srebra.
Pozłacanie jest często stosowane w elektronice, aby zapewnić odporną na korozję warstwę przewodzącą prąd elektryczny na miedzi, zwykle w złączach elektrycznych i płytkach drukowanych . W przypadku bezpośredniego powlekania złotem na miedzi atomy miedzi mają tendencję do dyfuzji przez warstwę złota, powodując matowienie jej powierzchni i tworzenie warstwy tlenkowo-siarczkowej. Dlatego warstwa odpowiedniego metalu barierowego , zwykle niklu, musi być osadzona na miedzianym podłożu, tworząc warstwę miedziano-niklowo-złotą.
Metale i szkło mogą być również powlekane złotem w celach ozdobnych, przy użyciu wielu różnych procesów, zwykle określanych jako złocenie .
Szafiry, tworzywa sztuczne i włókno węglowe to inne materiały, które można platerować przy użyciu zaawansowanych technik powlekania. Podłoża, które można zastosować, są niemal nieograniczone.
Posrebrzane
Srebrzenie było używane od XVIII wieku w celu zapewnienia tańszych wersji artykułów gospodarstwa domowego, które w przeciwnym razie byłyby wykonane z litego srebra, w tym sztućców , różnego rodzaju naczyń i świeczników. W Wielkiej Brytanii urzędy probiercze oraz handlarze i kolekcjonerzy srebra używają terminu „srebrna płyta” w odniesieniu do przedmiotów wykonanych z litego srebra, wywodzącego się na długo przed wynalezieniem posrebrzania od hiszpańskiego słowa oznaczającego srebro „plata”, konfiskaty srebra z hiszpańskich statków przewożących srebro z Ameryki jako duże źródło srebra w tym czasie. Może to powodować zamieszanie, gdy mówimy o srebrnych przedmiotach; płyta lub platerowana. W Wielkiej Brytanii opisywanie posrebrzanych przedmiotów jako „srebrnych” jest nielegalne. Opisywanie posrebrzanych przedmiotów jako „posrebrzanych talerzy” nie jest nielegalne, chociaż jest to niegramatyczne.
Najwcześniejszą formą srebrzenia była blacha Sheffield , gdzie cienkie arkusze srebra są stapiane z warstwą lub rdzeniem z metalu nieszlachetnego, ale w XIX wieku wprowadzono nowe metody produkcji (w tym galwanizację). Britannia metal to stop cyny, antymonu i miedzi opracowany jako metal nieszlachetny do powlekania srebrem.
Inną metodą, której można użyć do nałożenia cienkiej warstwy srebra na przedmioty, takie jak szkło, jest umieszczenie odczynnika Tollensa w szklance, dodanie glukozy / dekstrozy i potrząśnięcie butelką, aby przyspieszyć reakcję.
W zastosowaniach w elektronice srebro jest czasami używane do powlekania miedzi, ponieważ jego opór elektryczny jest niższy (patrz Oporność różnych materiałów ); bardziej przy wyższych częstotliwościach ze względu na efekt naskórkowy . Kondensatory zmienne są uważane za najwyższej jakości, gdy mają posrebrzane płytki. Podobnie kable posrebrzane, a nawet z litego srebra są cenione w zastosowaniach audiofilskich ; jednak niektórzy eksperci uważają, że w praktyce poszycie jest często źle wykonane, przez co wynik jest gorszy od kabli miedzianych o podobnej cenie.
Należy zachować ostrożność w przypadku części narażonych na działanie środowiska o wysokiej wilgotności , ponieważ w takich środowiskach, gdy warstwa srebra jest porowata lub zawiera pęknięcia, leżąca pod nią miedź ulega szybkiej korozji galwanicznej , łuszczeniu się powłoki i odsłanianiu samej miedzi; proces znany jako czerwona zaraza . Miedź posrebrzana utrzymywana w środowisku pozbawionym wilgoci nie ulegnie korozji tego typu.
Miedziowanie
Miedziowanie to proces elektrolitycznego tworzenia warstwy miedzi na powierzchni przedmiotu. Jest powszechnie stosowany jako jeszcze tańsza alternatywa dla posrebrzania, ponieważ jest znacznie tańszy niż srebro.
Rodowanie
Rodowanie jest czasami stosowane na białym złocie, srebrze lub miedzi i ich stopach. Warstwa barierowa niklu jest zwykle osadzana najpierw na srebrze, choć w tym przypadku nie ma to na celu zapobieżenia migracji srebra przez rod, ale zapobieżenie zanieczyszczeniu kąpieli rodowej srebrem i miedzią, które słabo rozpuszczają się w kwasie siarkowym, zwykle obecnym w skład kąpieli.
Chromowanie
Chromowanie to obróbka wykańczająca wykorzystująca elektrolityczne osadzanie chromu . Najbardziej powszechną formą chromowania jest cienki, dekoracyjny, jasny chrom , który jest zwykle warstwą o grubości 10 μm na leżącej pod spodem płytce niklowej . Podczas powlekania żelaza lub stali, podstawowa powłoka z miedzi umożliwia przyleganie niklu. Pory (drobne dziurki) w warstwach niklu i chromu zmniejszają naprężenia spowodowane rozszerzalnością cieplną niedopasowania, ale także zaszkodzić odporności powłoki na korozję. Odporność na korozję zależy od tak zwanej warstwy pasywacyjnej , która jest określana przez skład chemiczny i obróbkę oraz jest niszczona przez pęknięcia i pory. W szczególnym przypadku mikropory mogą pomóc w rozprowadzeniu potencjału elektrochemicznego , który przyspiesza korozję galwaniczną między warstwami niklu i chromu. W zależności od zastosowania powłoki o różnej grubości będą wymagały różnych proporcji wyżej wymienionych właściwości. Cienki, jasny chrom nadaje lustrzany połysk podobne do wykończenia przedmiotów, takich jak metalowe ramy mebli i wykończenia samochodów. Grubsze osady, do 1000 μm, nazywane są twardym chromem i są stosowane w urządzeniach przemysłowych w celu zmniejszenia tarcia i zużycia.
Tradycyjny roztwór stosowany do przemysłowego chromowania twardego składa się z około 250 g/l CrO 3 i około 2,5 g/l SO 4 − . W roztworze chrom występuje w postaci kwasu chromowego, znanego jako chrom sześciowartościowy . Wysoki prąd jest używany częściowo do stabilizacji cienkiej warstwy chromu (+2) na powierzchni platerowanej pracy. Kwaśny chrom ma słabą siłę rzucania, drobne szczegóły lub dziury są dalej i otrzymują mniej prądu, co skutkuje złym pokryciem.
Cynkowanie
cynkowe zapobiegają utlenianiu zabezpieczanego metalu tworząc barierę oraz działając jako anoda protektorowa w przypadku uszkodzenia tej bariery. Tlenek cynku jest drobnym białym pyłem, który (w przeciwieństwie do tlenku żelaza ) nie powoduje rozpadu integralności powierzchni podłoża w trakcie jego powstawania. Rzeczywiście, tlenek cynku, jeśli nie jest naruszony, może działać jako bariera dla dalszego utleniania, w sposób podobny do ochrony zapewnianej aluminium i stali nierdzewnej przez ich tlenek warstwy. Większość części okuć jest ocynkowana, a nie kadmowana .
Cynkowanie-niklowanie
Cynkowanie-niklowanie jest jednym z najlepszych dostępnych wykończeń odpornych na korozję, oferującym ponad 5-krotnie lepszą ochronę niż konwencjonalne cynkowanie i do 1500 godzin testów w neutralnej mgle solnej. Ta powłoka jest połączeniem stopu cynku z niklem o wysokiej zawartości niklu (10–15% niklu) i pewnej odmiany chromianu. Najczęstsze mieszane chromiany obejmują sześciowartościowy opalizujący, trójwartościowy lub czarny trójwartościowy chromian. Stosowana do ochrony stali, żeliwa, mosiądzu, miedzi i innych materiałów, ta kwaśna powłoka jest opcją bezpieczną dla środowiska. Sześciowartościowy chromian został sklasyfikowany przez EPA i OSHA jako czynnik rakotwórczy dla ludzi.
Cynowanie
Proces cynowania jest szeroko stosowany do ochrony zarówno powierzchni żelaznych , jak i nieżelaznych . Cyna jest przydatnym metalem w spożywczym, ponieważ jest nietoksyczna, plastyczna i odporna na korozję. Doskonała plastyczność cyny umożliwia formowanie blachy nieszlachetnej pokrytej cyną w różne kształty bez uszkodzenia powierzchniowej warstwy cyny. Zapewnia protektorową ochronę miedzi, niklu i innych metali nieżelaznych, ale nie stali .
Cyna jest również szeroko stosowana w przemyśle elektronicznym ze względu na jej zdolność do ochrony metalu podstawowego przed utlenianiem, zachowując w ten sposób jego zdolność do lutowania. W zastosowaniach elektronicznych można dodać od 3% do 7% ołowiu , aby poprawić lutowność i zapobiec wzrostowi metalicznych „wąsów” w osadach poddanych ściskaniu, co w przeciwnym razie spowodowałoby zwarcie elektryczne. Jednak RoHS (Restriction of Hazardous Substances) przepisy wprowadzone od 2006 roku wymagają, aby nie dodawać celowo ołowiu i aby maksymalna zawartość procentowa nie przekraczała 1%. Wydano pewne wyjątki od wymagań RoHS w krytycznych zastosowaniach elektronicznych ze względu na awarie, o których wiadomo, że wystąpiły w wyniku tworzenia się cynowych wąsów.
Poszycie ze stopu
W niektórych przypadkach pożądane jest współosadzanie dwóch lub więcej metali, w wyniku czego powstaje galwaniczne osadzanie stopu. W zależności od systemu stopu, stop galwaniczny może być wzmacniany roztworem stałym lub utwardzany wydzieleniowo przez obróbkę cieplną w celu poprawy właściwości fizycznych i chemicznych poszycia. Nikiel-kobalt jest powszechnym stopem galwanicznym.
Poszycie kompozytowe
kompozytowe z osnową metaliczną można wytwarzać, gdy podłoże jest powlekane w kąpieli zawierającej zawiesinę cząstek ceramicznych. Staranny dobór wielkości i składu cząstek może precyzyjnie dostroić osad pod kątem odporności na zużycie, działania w wysokich temperaturach lub wytrzymałości mechanicznej. Węglik wolframu , węglik krzemu , węglik chromu i tlenek glinu (tlenek glinu) są powszechnie stosowane w galwanizacji kompozytów.
Kadmowanie
Kadmowanie jest pod kontrolą ze względu na toksyczność dla środowiska kadmu metalicznego. Kadmowanie jest szeroko stosowane w niektórych zastosowaniach w przemyśle lotniczym, wojskowym i lotniczym. Jednak jest wycofywany ze względu na swoją toksyczność. Producenci komponentów wojskowych i lotniczych, tacy jak Amphenol Aerospace , ostatnio badali zamienniki powlekania galwanicznego metodą drop-in do użytku z obecnie używanym sprzętem, aby wesprzeć stopniowe wycofywanie niebezpiecznych wykończeń.
Kadmowanie (lub kadowanie ) oferuje długą listę zalet technicznych, takich jak doskonała odporność na korozję nawet przy stosunkowo małej grubości iw atmosferze soli, miękkość i plastyczność , brak lepkich i/lub nieporęcznych produktów korozji, kompatybilność galwaniczna z aluminium, swoboda od stick-slip, umożliwiając w ten sposób niezawodne dokręcanie platerowanych gwintów, może być barwiony na wiele kolorów i przezroczysty, ma dobrą smarowność i lutowność oraz dobrze sprawdza się jako ostateczne wykończenie lub jako baza pod farbę.
Jeśli kwestie ochrony środowiska mają znaczenie, w większości aspektów kadmowanie można bezpośrednio zastąpić złoceniem, ponieważ ma ono większość właściwości materiału, ale złoto jest droższe i nie może służyć jako baza pod farbę.
Niklowanie
Nikiel jest galwanizowany przy użyciu kąpieli Wattsa , ogniwa elektrolitycznego z anodą niklową i elektrolitem zawierającym siarczan niklu , chlorek niklu i kwas borowy . Zamiast siarczanu niklu czasami stosuje się inne sole niklu, takie jak siarczan niklu amonowego .
Niklowanie bezprądowe
Niklowanie bezprądowe, znane również jako enickel i NiP , ma wiele zalet: jednolitą grubość warstwy na najbardziej skomplikowanych powierzchniach, bezpośrednie powlekanie metali żelaznych (stal), lepszą odporność na zużycie i korozję w porównaniu z niklem lub chromem powlekanym galwanicznie. Znaczną część chromowania wykonywanego w przemyśle lotniczym można zastąpić niklowaniem bezprądowym, ponownie koszty środowiskowe, koszty utylizacji sześciowartościowego chromu i notoryczna tendencja do nierównomiernego rozkładu prądu sprzyjają niklowaniu bezprądowemu.
Niklowanie bezprądowe jest procesem samokatalizującym, a powstającą warstwą niklu jest związek NiP o zawartości fosforu od 7 do 11%. Właściwości twardości powstałej warstwy i odporności na ścieranie znacznie zmieniają się wraz ze składem kąpieli i temperaturą osadzania, którą należy regulować z dokładnością do 1°C, zwykle przy 91°C.
Podczas cyrkulacji kąpieli wszelkie cząsteczki w niej zawarte również zostaną niklowane; efekt ten jest wykorzystywany z korzyścią w procesach, które osadzają platerowanie cząstkami takimi jak węglik krzemu (SiC) lub politetrafluoroetylen (PTFE). Chociaż lepszy w porównaniu z wieloma innymi procesami powlekania, jest kosztowny, ponieważ proces jest złożony. Ponadto proces ten jest długotrwały nawet w przypadku cienkich warstw. Gdy chodzi tylko o odporność na korozję lub obróbkę powierzchni, nie jest wymagany bardzo ścisły skład kąpieli i kontrola temperatury, a proces ten stosuje się do galwanizacji wielu ton w jednej kąpieli jednocześnie.
Wiadomo, że warstwy niklowania bezprądowego zapewniają ekstremalną przyczepność do powierzchni, gdy są prawidłowo platerowane. Niklowanie bezprądowe jest niemagnetyczne i amorficzne. Warstwy niklowane bezprądowo nie są łatwe do lutowania ani nie zacierają się pod ciśnieniem z innymi metalami lub innymi przedmiotami niklowanymi bezprądowo. Efekt ten jest korzystny dla wkrętów niklowanych bezprądowo, wykonanych z materiałów ciągliwych, takich jak tytan. Opór elektryczny jest wyższy w porównaniu z czystym metalem.
Zobacz też
- Anodowanie
- Komórka kadłuba
- Poszycie mechaniczne
- Powłoka konserwująca do lutowania organicznego
- MAteriały Federacja Nauki i Inżynierii