Химическая металлизация

Кроме электрохимической гальванизации, использующей для покрытия поверхностей прохождение электрического тока, в последнее время широкое распространение получила химическая гальванизация. Технология используется во время изготовления печатных электронных плат, металлизации пластиков, керамики и иных материалов. Процесс происходит без электричества, что расширяет сферы использования.

Принципиальное описание химической металлизации

Метод основан на процессе восстановления ионов различных металлов на каталитически активных поверхностях электродов восстановителем, имеющимся в составе раствора. Химическим методом восстанавливаются ионы хрома, платины, палладия, железа, никеля, кобальта, меди, золота, серебра и прочих металлов. Помимо чистого покрытия, металлизация химическая позволяет получить сплавы металлов с неметаллами, входящими в состав восстановителей: фосфором, бором, углеродом и пр.

В качестве восстановителей применяются соли натрия, формальдегид, гипофосфит натрия и иные растворы, имеющие отрицательные потенциалы восстановления в щелочной среде. За счет этого появляется возможность осаждать ионы металлов, имеющие относительно высокие значения стандартных потенциалов. К преимуществам химической металлизации относятся следующие показатели:

1. Возможность осаждения металлов на керамику, пластик, дерево и иные диэлектрические материалы.
2. Оборудование для химической металлизации позволяет создавать покрытия не только на всей поверхности деталей, но и на отдельных локальных участках.
3. Геометрия и конфигурация деталей не оказывает негативного влияния на качество покрытия. Металлизация возможна даже внутри глубоких отверстий небольшого диаметра.
4. Процесс металлизации позволяет получать значительную толщину покрытий, при этом прочность сцепления остается на высоком уровне.
5. Толщина покрытий на всей поверхности деталей одинакова вне зависимости от их геометрической формы. Скорость химической металлизации полностью одинакова на всех участках поверхности.

Металлизация химическая дает возможность получать осадки с рядом уникальных свойств: повышенная микротвердость, магнитные характеристики и устойчивость к коррозионным процессам. Таких показателей невозможно добиться иными используемыми методами металлизации поверхностей. Недостатками считаются необходимость частой замены растворов, высокая цена растворов в руб., необходимость поддерживать высокую температуру, замедление скорости нанесения покрытий в зависимости от концентрации реактивов. Технологически химическая металлизация более сложная, чем электрическая, она требует особо точного выдерживания режимов и состоит из увеличенного количества этапов.

Используемое оборудование для химической металлизации должно обеспечивать две основные реакции: окисление и восстановление, протекающие во время переноса электронов. Во время металлизации металлических поверхностей с более положительными потенциалами по сравнению с осадком для начала процесса нужно сместить их потенциал в отрицательные поля. Эффект достигается за счет их погружения в раствор, имеющий в своем составе металлы с более отрицательными параметрами.

Подготовка поверхностей перед химической металлизацией

Для повышения качества осадков используются различные методы подготовки поверхностей.

1. Уменьшение шероховатости. Детали могут обрабатываться механическим путем, химическими растворителями или нанесением дополнительного выравнивающего адгезионного слоя.
2. Обезжиривание органическими растворителями. Установка для химической металлизации может включать в себя специальные ванны для обезжиривания деталей.
3. Травление. Выполняется в растворах кислот, в некоторых случаях может осуществляться в присутствии специальных окислителей. В результате процесса происходит химическая модификация поверхностей деталей.

Активация поверхностейПроцесс металлизации может активно протекать только на поверхностях с каталитическими свойствами. Для этого детали подвергаются дополнительной подготовке – на них наносится связующий грунт. За счет этого поверхности приобретают каталитические свойства по отношению к реакции восстанавливаемых ионов осаждаемого материала. Химические способы активации могут применяться к любым материалам, связующий грунт наносится непосредственно перед началом технологического процесса. Самый простой способ химической активации – связующий грунт добавляется в раствор, обработка деталей производится в коллоидном растворе каталитически активного металла покрытия.
Химическая металлизация хромомХимическое хромирование позволяет добиваться равномерного и прочного покрытия деталей, хромирование широко используется в машиностроении и при изготовлении товаров широкого потребления. Стоимость хромирования не оказывает значительного влияния на общепроизводственные затраты, что позволяет выпускать конкурентную продукцию. К преимуществам химической металлизации хромом относятся следующие характеристики:

1. Хромирование обладает высокими параметрами адгезии поверхностей. Оно не отслаивается после многократных резких изгибов.
2. Возможность возвращения первоначального блеска деталей. Используется простое шлифовальное оборудование, дополнительно может выполняться финишная полировка матерчатыми кругами. Стоимость шлифовки в руб. зависит от площади и конфигурации деталей.
3. После извлечения деталей из ванных их поверхность быстро окисляется, а пленка после хромирования легко удаляется.

Для процесса металлизации хромом используются ванны с таким составом:

Хромирование деталей из латуни, меди и других цветных металлов выполняется в ванне:

В обеих ваннах процесс металлизации протекает со скоростью 2,5 мкм/час. Ванны изготавливаются из пластика, стекла или фарфора, для удаления из воздуха вредных химических соединений используются воздуховоды пластиковые. Растворы приготовляются по такой технологии: последовательно растворяется хлористый хром, фтористый хром, лимонно-кислый натрий и самым последним гипофосфит натрия. В концентрированный раствор добавляется вода в расчетном количестве, раствор доводится до планируемой концентрации. При приготовлении второго раствора последними добавляются уксусная кислота и едкий натр.

Фтористый хром очень токсичен, при работе с ним нужно соблюдать правила техники безопасности. Подготовленная ванна может нормально работать на протяжении восьми часов, в дальнейшем металлизация химическая замедляется. Для поддержки стабильных процессов ежечасно в ванну нужно добавлять по 2,8 г на литр раствора гипофосфита и по 2,5 мл уксусной кислоты и щелочи. При своевременном корректировании концентрации раствора одна ванна может работать в течение 2–4 суток. Для улучшения качества покрытия выполняется постоянное или периодическое фильтрование.

Хромирование сопровождается постоянным выделением водорода, по его интенсивности можно следить за состоянием процесса. Практически доказано, что химическое хромирование более эффективно с экономической точки зрения, если в ванне одновременно находятся детали из латуни или меди и стали. При этом более толстый осадок образуется на цветных металлах, стальные поверхности покрываются очень тонким слоем. Увеличить скорость химической металлизации можно за счет добавления в раствор солей щавелевой кислоты, в таких условиях хромирование происходит со скоростью до 7,5 мкм/час. Ион хрома во время взаимодействия со щавелевой кислотой образует активный комплексный ион, восстановление до металла которого ускоряется гипофосфитом. Ускоренная металлизация химическая производится в следующих растворах:

Хромирование плотное, без пор покрытия, сцепление с основой удовлетворительное. Промышленное оборудование в последнее время использует новые составы, имеющие более низкую стоимость в руб.

Технологический процесс химической металлизацииПолучить высокое качество покрытия деталей и заготовок невозможно без соблюдения технологического процесса.

1. К чистоте и химическому составу предъявляются жесткие требования, приготовление компонентов должно производиться только с использованием дистиллированной воды, остатки солей необходимо фильтровать или удалять химическим способом. Обновление растворов должно выполняться согласно технологическим таблицам, для упрощения удаления водорода из заготовок оборудование необходимо плавно покачивать, длина хода не более 100 мм, количество качаний не более 20 в минуту. При таких условиях металлизация химическая может ускоряться в три раза.
2. Оборудование линии, на которой выполняется хромирование, должно иметь дополнительную ванну улавливания, это позволяет снижать стоимость производства и уменьшать вредное воздействие химических веществ на окружающую среду. Для улучшения стекания раствора в ванную время выдержки деталей над раствором в подвешенном состоянии должно составлять не менее 30 секунд.
3. Если в растворе начались процессы объемного разложения металла, то необходимо выполнять фильтрование с использованием специальных устройств. Фильтрование увеличивает прочность адгезии осадка с поверхностью в два раза, при этом покрытие характеризуется более плотной структурой и отсутствием пор. Скорость фильтрации подбирается с расчетом трехкратного обмена объема в течение одного часа.

Возможные виды брака при химической металлизации

Наиболее распространенный брак – образование раковин и отслоение. Современное оборудование при беспрекословном выполнении рекомендованных технологий минимизируется риски образования раковин. За счет этого уменьшается себестоимость производства в руб., повышается качество и пропускная способность линий, хромирование полностью отвечает запланированным техническим параметрам.

При химической металлизации деталей из стеклоэпоксидного материала могут возникать пропуски, хромирование не происходит на внутренних поверхностях высверленных отверстий. Причина – некачественная пропитка заготовок эпоксидной составляющей, отрывание частичек стекловолокна во время сверления, осколки сверления, заусеницы. Для предупреждения появления дефектов детали перед покрытием погружаются в нагретый щелочной перманганатный раствор для эффективного травления поверхностей.

Для контроля качества поверхностей применяется специальное оборудование, для особо важных деталей может использоваться электронный микроскоп. С его помощью определяется пористость осадка методом подсветки. В зависимости от фактического состояния поверхностей качество металлизации может быть отличным, удовлетворительным, плохим или очень плохим.