ТЕМА 5. Нанесення покриттів на робочі поверхні деталей

Різноманітні покриття є одними з ефективних способів підвищення зношувальної та корозійної стійкості деталей виробів. Вибір виду покриття та його товщини залежить від призначення деталі, характеристик основного матеріалу, умов експлуатації, власти­вості покриття, способу його нанесення, контактування з іншими деталями, економічної доцільності. Нанесення покриттів виконується гальванічним, хімічним і електроіскро­вим способами. До гальванічних способів нанесення покрить на деталі відносяться хро­мування, тверде нікелювання, залізнення, борування, оксидування та інші.

Хромування деталей здійснюється в електролітах різної концентрації. Для підвищен­ня зносостійкості деталей застосовується також пористе хромування. Хромують деталі типу поршневих кілець, циліндрів двигунів, плунжерних пар паливних помп, шесте­рень тощо. Застосування хрому обумовлене високою твердістю його осадків (НУ 1200...1300), малим коефіцієнтом тертя, надійною міцністю зчеплення з основним ме­талом. Хромування стійке проти вологи, кислот, лугів, добре витримує рівномірно роз­поділене навантаження (під дією ударного навантаження руйнується), має антиадгезійні властивості. Хромована поверхня добре шліфується. Для захисту деталей від корозії, зношування під час експлуатації та одержання декоративних блискучих поверхонь за­стосовується декоративно-захисне хромування.

Тверде нікелювання деталей здійснюється електролітичним і хімічним способами. За­стосовують електроліти різного складу, що містять сірчанокислий нікель, хлористий нікель, фосфорну кислоту, гіпофосфат калію чи натрію. Застосовують для підвищення зносостійкості колінчастих валів, шпинделів верстатів, гільз циліндрів двигунів, порш­невих пальців, а також для відновлення розмірів деталей при їх ремонті. Хімічне нікелю­вання проводять у кислих або лужних розчинах, до складу яких входять сірчанокислий нікель, гіпофосфат натрію, бурштинова кислота чи хлористий нікель, гіпофосфіт натрію та оцтовокислий натрій. Цей спосіб дешевший за електролітичний, оскільки не вима­гає дорогого обладнання. З метою підвищення твердості нікельфосфорних покрить за­стосовують термообробку з нагрівом деталей у муфельних печах до 400° С з тривалістю нагрівання 0,5... 1 год. Крім того, використовуються цинкові, кадмієві, мідні, олов'яні, срібні, паладієві та родієві покриття, а також неметалеві.

Залізнення чи нанесення шару заліза на поверхню деталі здійснюється в холодному і гарячому електролітах. Для електролітичного нарощування залізних покрить застосовуються хлористі та сірчанокислі електроліти, до складу яких входять, відповідно, хлористе залізо та залізний купорос. Залежно від режимів залізнення на поверхні деталей одержують тверде (твердість загартованої сталі) або м'яке покриття (твердість незагартованої сталі).

Хімічні покриття характеризуються високою твердістю, зносостійкістю і наносяться хімічним шляхом без застосування електричного струму. Одним з них є хімічне нікелювання, при якому деталі поміщаються у хімічний розчин і залежно від витримки отримується поверхнева варства 3...30 мкм. Після хімічного нікелювання деталі термообробляють на повітрі при температурі 300...350°С упродовж 1 год., що забезпечує їх висо­ку твердість (НВ 60...65), адгезію в основі та корозійну стійкість. Оксидні та фосфатні покриття утворюються в результаті оксидування та фосфатування, наслідком чого є утворення на поверхні деталей неорганічної плівки. Оксидні плівки застосовуються як антикорозійні у випадку умов експлуатації деталей.

Наплавлення поверхонь деталей сталями використовується для підвищення їх експлу­атаційних властивостей. Одним з таких способів є наплавлення, тобто нанесення плівки розплавленого металу на поверхню деталі шляхом плавлення присадного матеріалу теплотою кисневоацитиленового полум'я, електродуги чи інших джерел енергії. Наплав­лення може виконуватись як під час виготовки деталей, так і під час їх ремонту для віднов­лення розмірів, форми. Хімічний склад і властивості наплавленого металу визначають­ся умовами роботи деталей у виробі. Наплавлення виконують низьколегованими сталями, хромистими, мартенситно-старіючимитощо. Наплавлювані деталі — це прокатні та подібні їм валики, деталі, що працюють з ударами і значним зношуванням, колінчасті вали, поворотні кулачки, різні осі, деталі штампів, плунжери гідропомп, лопаті гідротурбін, гребні гвинти, кранові колеса, опорні ролики, деталі конвеєрів і т.п.

Металізація розпилюванням застосовується для захисту від корозії та нарощування товщини зношених поверхонь деталей, а також як декоративні покриття. За допомо­гою простого обладнання різними металами можна покривати великі деталі складної форми, у тому числі в складеному вигляді. Види, товщини покрить, їх позначення стандартизовані. Недоліками таких покрить є низька міцність зчіплювання з основним ме­талом, яка значно залежить від стану підготовленої під покриття поверхні, пористість у тонких плівках, а також великі втрати напилюваного матеріалу.

Покриття для деталей з пластмас використовуються для надання їм декоративних властивостей, підвищення поверхневої твердості, міцності та стійкості до старіння. Досягається це металізацією пластмас: вакуумною, хіміко-гальванічною, розпилюванням металу і т.п. Сутність вакуумної металізації полягає у нанесенні на підготовлену поверхню пластмаси, покритої ґрунтовальною сполукою, тонкої — до 0,1 мкм — плівки металу шляхом випарювання його у вакуумі та наступного захисту металізаційного покриття лаком. У разі хіміко-гальванічної металізації на поверхні пластмасових деталей хімічним способом одержується струмопровідна плівка, після чого на неї наноситься мідне, нікелеве, хромове чи інше покриття товщиною не менше 30 мкм.

Лакофарбові покриття застосовуються для захисту поверхонь деталей від корозії та надання гарного зовнішнього вигляду. Лакофарбові покриття, що застосовуються, їх характеристики, товщини і позначення стандартизовані. Лакофарбові покриття залежно від марки та способу нанесення можуть бути гладкими чи рельєфними, залежно від блиску - глянцеві, напівглянцеві, напівматові, матові, глибоко матові, за температурою сушки - ті, що сохнуть при кімнатній та підвищеній температурі. Лакофарбові покриття гарячої сушки утворюють покриття з підвищеними захисними фізико-механічними властивостями і більш високою стійкістю до органічних розчинників і олій.

Лакофарбовими покриттями різнотипних деталей і виробів є різного виду емалі (чорні глибокоматові, білі, серій МЛ, ПФ, ЕФ, МЧ, АК, КЧ, ХС і т.п.), а також бітумні, олійні, гліфталеві, пентафталеві, фенолформальдегідні, вінілові, меламіноалкідні, нітроцелюльозні, кремній-органічні та епоксидні покриття, що відрізняються різною стійкістю. Останнім часом розроблені спеціальні лакофарбові матеріали, які характеризуються підвищеними декоративними і фізико-механічними властивостями. У залежності від умов експлуатації лакофарбові покриття поділяються на чотири групи: легкі, середні, жорсткі, особливо жорсткі, а за якістю — на сім класів.

Вибір лакофарбового покриття визначається вимогами щодо зовнішнього вигляду (колір, ступінь блиску, фактура, клас покриття), умовами експлуатації, властивостями лакофарбових матеріалів і допустимими режимами сушіння. У приладобудуванні застосовують спеціальні лакофарбові матеріали, такі як світлопоглинаючі та світловід- бивні, фарби для фарбування поверхонь деталей зі скла та інших матеріалів, що там застосовуються.

Процес нанесення лакофарбових покриттів складається з трьох основних етапів: підготовки поверхні, її фарбування та сушіння, викінчування. Підготовка поверхні полягає в її очищенні, вирівнюванні, грунтуванні та шпаклюванні з подальшим шліфуванням. Очищення виконується механічно чи хімічно. Можливе застосування піско- струменевої обробки, шліфування переносними машинками, стальними щітками і т.д. Для очищення деталей використовують також ультразвук у спеціальних ваннах типу УЗВ з миючими рідинами, в яких збуджують ультразвукові коливання з частотою 20...30 кГц. Відома серія таких установок (УЗА-2, УЗА-4, УЗГ-1,5). Для обезжирювання поверхонь деталі промивають у ваннах і обезжирюючих розчинах. На попередньо добре очи­щену та обезжирену поверхню деталей наносять ґрунтовку рівномірною варствою 12. ..20 мкм, а фосфатуючу — 5...8 мкм. Застосування тієї чи іншої ґрунтовки визначається ви­дом лакофарбового покриття, можливістю застосування гарячої сушки, умовами експлуатації. Далі ґрунтовку висушують. Поверхні великих деталей очищають органічними розчинниками. Миючими розчинами можуть бути сода кальцинована, тринатрійфо- сфат, сульфанол, лабоміт, аполір, рідке скло.

Вирівнювати поверхні можна паянням олов'яно-свинцевими лютами, газоплум'яним напилюванням пластмас, грунтуваннямлакоолійними, бітумоолійними, нітро- та во- дорозріджувальними ґрунтами. Заґрунтовану поверхню шпатлюють з мінімальною товщиною. Найбільше поширення знайшли лакоолійні та швидковисихаючі нітрошпаклівки.

Фарбування деталей виконується після нанесення ґрунтовки і, якщо потрібно, шпаклівки. Фарбування проводиться однією чи декількома шарами розпилюванням або занурюванням, обливанням. Спосіб фарбування розпилюванням легко автоматизується, дозволяє наносити швидкосохнучінітролаки і нітроемалі з утворенням рівного покриття з продуктивністю 30...80 м²/год. та витратами фарби до 40...50%. Розрізняють механічне, повітряне, безповітряне розпилювання в електростатичному полі. У випадку механічного розпилювання фарба подається у форсунку помпою, у випадку повітряного — розпилюється у струмені стиснутого повітря, при безповітряному — фарба у нагрітому до 70...90°С стані під тиском 20...40 МПа викидається з сопла і розпилюється. У випадку фарбування в електростатичному полі від джерела постійного струму високої напруги (розпилювач має від'ємний заряд, деталь - додатній) витрати фарби є меншими і становлять 5%.

Фарбування способом електрофорезу передбачає підвішення деталей на ланцюговий конвеєр, їх підключення до позитивного полюса генератора та занурювання у резервуар з водорозчинною фарбою. За дві хвилини поверхня деталі покривається рівномірно шаром фарби товщиною 45 мкм. При фарбуванні обливанням деталь поміщається в пари розчинника, під час чого фарба розтікається по поверхні рівномірно.

Сушіння пофарбованих деталей, яке визначає якість фарбування, є складним хімічним процесом, під час якого випаровується розчинник і окислюється чи полімеризується плівка. Сушка буває природна чи штучна. Природна сушка відбувається при 18...25°С за тривалий час, а штучна — при високій температурі. Використовується конвекційна чи терморадіаційна сушка. У випадку конвекційної сушки пофарбовані деталі обдуваються гарячим повітрям у сушарках, а терморадіаційній — поверхні деталей по­глинають інфрачервоні промені. У першому випадку сушіння лакофарбової плівки починається з верхніх варств, у другому - з нижніх, що прискорює процес сушіння в 5... 15 разів із значним підвищенням якості фарбування. Викінчування пофарбованої поверхні проводиться лакуванням, поліруванням і художнім оформленням.

Для захисту деталей від атмосферної корозії при їх зберіганні та транспортуванні робиться не їх фарбування, а повне чи часткове нанесення засобів тимчасового захисту та пакування. Такий захист проводиться консерваційними оліями, мастилами, інгібірованими полімерними покриттями, летучими інгібіторами корозії, статичним осушенням повітря, створенням інертної атмосфери і т.п. Консервація деталей передбачає підго­товку поверхонь (очищення) та безпосереднє нанесення засобів тимчасового захисту. У приладобудуванні, ракетобудуванні та виробництві космічної техніки таке консервування застосовується досить широко, а вибір конкретних засобів навіть стандартизований.