Покрытие - Plating

Покрытие покрытие поверхности, в котором металл депонируется на проводящий поверхность. Гальваника производилась сотни лет; это также важно для современных технологий. Покрытие используется для украшения объектов, для предотвращения коррозии, для улучшения паяемости, для упрочнения, для улучшения износостойкости, для уменьшения трения, для улучшения адгезии краски, для изменения проводимости, для улучшения отражательной способности ИК-излучения, для защиты от излучения и для других целей. ювелирные украшения обычно использует покрытие для придания серебро или же золото Конец.

Тонкопленочное напыление покрыл объекты размером с атом,^[1] поэтому покрытие находит применение в нанотехнологии.

Есть несколько способов нанесения покрытия и множество вариаций. В одном методе твердую поверхность покрывают металлическим листом, а затем прикладывают тепло и давление для их плавления (вариант этого - Пластина Шеффилда ). Другие методы нанесения покрытия включают: гальваника, осаждение из паровой фазы под вакуум и напыление. В последнее время под гальваникой часто подразумевают использование жидкостей. Металлизация относится к покрытию металлом неметаллических предметов.

Гальваника

В гальванике ионный металл поставляется с электроны образовывать неионное покрытие на субстрат. Обычная система включает химический раствор с ионной формой металла, анод (положительно заряженный), который может состоять из покрываемого металла (a растворимый анод) или нерастворимый анод (обычно углеродистый, платиновый, титановый, свинцовый или стальной) и, наконец, катод (отрицательно заряженный), где электроны подводятся для образования пленки неионного металла.

Гальваническое покрытие

Гальваническое покрытие, также известное как химическое или авто-каталитический покрытие, негальванический гальванический метод, включающий несколько одновременных реакций в водный раствор, которые происходят без использования внешнего источника электроэнергии. Реакция совершается, когда водород высвобождается восстановителем, обычно гипофосфит натрия (Примечание: водород уходит в виде иона гидрида) или тиомочевина, и окислились, создавая отрицательный заряд на поверхности детали. Наиболее распространенным методом химического нанесения покрытия является химическое никелирование, хотя слои серебра, золота и меди также можно наносить таким образом, как в технике ангел позолота.

Конкретные случаи

Позолота

Позолота это метод нанесения тонкого слоя золота на поверхность стекла или металла, чаще всего медь или серебро.

Позолота часто используется в электронике, чтобы обеспечить коррозия -устойчивый электропроводящий слой на меди, обычно в электрические разъемы и печатные платы. При прямом нанесении покрытия золотом на медь атомы меди имеют тенденцию диффундировать через слой золота, вызывая потускнение его поверхности и образование оксидно-сульфидного слоя. Поэтому слой подходящего барьерный металл обычно никель, должен быть нанесен на медную подложку, образуя сэндвич медь-никель-золото.

Металлы и стекло также могут быть покрыты золотом в декоративных целях с использованием ряда различных процессов, обычно называемых позолота.

Сапфиры, пластмассы и углеродное волокно - это некоторые другие материалы, на которые можно наносить покрытие с использованием передовых методов нанесения покрытия. Подложки, которые можно использовать, практически безграничны.^[2]

Серебряное покрытие

Этот раздел посвящен способу нанесения тонкого слоя серебра на объект. Для работы Манхэттенского проекта см. Столовое серебро.

Посеребренный альт-саксофон

Серебряное покрытие использовалось с 18 века для создания более дешевых версий предметов домашнего обихода, которые в противном случае были бы сделаны из чистого серебра, в том числе столовые приборы, сосуды разного вида и подсвечники. В Великобритании пробирные отделения, а также торговцы и коллекционеры серебра используют термин «серебряная пластина» для изделий из чистого серебра, полученный задолго до изобретения серебряного покрытия от испанского слова для серебра «плата». Изъятие серебра с испанских кораблей, перевозящих серебро из Америки, было большой источник серебра в то время. Это может вызвать путаницу при разговоре о серебряных изделиях; пластина или гальваника. В Великобритании незаконно называть посеребренные предметы «серебряными». Называть посеребренные предметы «серебряной пластиной» не является незаконным, хотя это грамматически неверно, и этого следует избегать во избежание путаницы.

Самая ранняя форма серебряного покрытия была Плита Шеффилда, где тонкие листы серебра наплавляются на слой или сердцевину основного металла, но в 19 веке были внедрены новые методы производства (в том числе гальваника). Британия металл сплав олова, сурьма и медь, разработанная как основной металл для покрытия серебром.

Другой метод, который можно использовать для нанесения тонкого слоя серебра на такие предметы, как стекло, - это поместить Реагент Толленса в стакан добавьте глюкозу / декстрозу и встряхните бутылку, чтобы ускорить реакцию.

AgNO₃ + КОН → AgOH + KNO₃

AgOH + 2 NH₃ → [Ag (NH₃)₂]⁺ + [ОН]⁻ (Примечание: см. Реагент Толленса )

[Ag (NH₃)₂]⁺ + [ОН]⁻ + альдегид (обычно глюкоза / декстроза) → Ag + 2 NH₃ + H₂О

Для применения в электронике серебро иногда используется для покрытия меди, так как электрическое сопротивление ниже (см. Удельное сопротивление различных материалов ); тем более на более высоких частотах из-за скин эффект. Конденсаторы переменной емкости считаются высококачественными, если имеют посеребренные пластины. Точно так же посеребренные или даже сплошные серебряные кабели ценятся в аудиофил Приложения; однако некоторые эксперты считают, что на практике покрытие часто применяется плохо, что делает результат хуже, чем у медных кабелей с аналогичной ценой.^[3]

Следует проявлять осторожность при работе с частями, подверженными высоким влажность среды, потому что в таких средах, когда слой серебра пористый или содержит трещины, нижележащая медь подвергается быстрой гальваническая коррозия, отслаивая обшивку и обнажая саму медь; процесс, известный как красная чума. Посеребренная медь, содержащаяся в среде без влаги, не будет подвергаться коррозии такого типа.

Меднение

Меднение - это процесс электролитического образования слоя меди на поверхности предмета.

Родиевое покрытие

Родий Покрытие иногда используется на белом золоте, серебре или меди и их сплавах. Барьерный слой никеля обычно сначала наносится на серебро, хотя в этом случае он предназначен не для предотвращения миграции серебра через родий, а для предотвращения загрязнения родиевой ванны серебром и медью, которые слегка растворяются в воде. серная кислота обычно присутствует в составе ванны.^[4]

Хромирование

Хромирование - это завершающая обработка с использованием электролитическое осаждение из хром. Наиболее распространенная форма хромирования - тонкая декоративная яркий хром, что обычно составляет 10-мкм слой над нижележащим никель пластина. При нанесении покрытия на железо или сталь нижнее покрытие из меди позволяет никелю прилипать. Поры (крошечные отверстия) в слоях никеля и хрома уменьшают напряжение, вызванное тепловое расширение несоответствие, но также повредит коррозионную стойкость покрытия. Коррозионная стойкость зависит от того, что называется слой пассивации, который определяется химическим составом и обработкой и повреждается трещинами и порами. В особом случае микропоры могут помочь распределить электрохимический потенциал это ускоряет гальваническая коррозия между слоями никеля и хрома. В зависимости от области применения покрытия разной толщины потребуют разного баланса вышеупомянутых свойств. Тонкий, яркий хром придает зеркало -подобная отделка таких предметов, как металлические каркасы мебели и автомобильная отделка. Более толстые отложения, до 1000 мкм, называются твердый хром и используются в промышленном оборудовании для уменьшения трение и носить.

Традиционный раствор, используемый для промышленного твердого хромирования, состоит из примерно 250 г / л CrO.₃ и около 2,5 г / л SO₄⁻. В растворе хром существует в виде хромовой кислоты, известной как шестивалентный хром. Сильный ток используется частично для стабилизации тонкого слоя хрома (+2) на поверхности металлического изделия. Кислотный хром имеет низкую метательную способность, мелкие детали или отверстия расположены дальше и пропускают меньший ток, что приводит к плохому покрытию.

Цинкование

Цинк покрытия предотвращают окисление защищенного металла, образуя барьер и действуя как расходуемый анод, если этот барьер поврежден. Оксид цинка представляет собой мелкую белую пыль, которая (в отличие от оксид железа ) не вызывает нарушения целостности поверхности подложки при ее формировании. В самом деле, оксид цинка, если его не трогать, может действовать как барьер для дальнейшего окисления, аналогично защите, обеспечиваемой алюминий и нержавеющая сталь по их окись слои. Большинство деталей оборудования оцинкованы, а не кадмиевый.^[5]

Цинк-никелирование

Цинк-никель является одним из лучших доступных антикоррозийных покрытий, обеспечивающих более чем 5-кратную защиту по сравнению с обычным цинкованием и до 1500 часов испытаний в нейтральном солевом тумане. Это покрытие представляет собой сочетание цинк-никелевого сплава с высоким содержанием никеля (10–15% никеля) и некоторых разновидностей хромата. Наиболее распространенные смешанные хроматы включают шестивалентный радужный, трехвалентный или черный трехвалентный хромат. Это кислотное покрытие, используемое для защиты стали, чугуна, латуни, меди и других материалов, является экологически безопасным вариантом.^[6] Шестивалентный хромат был классифицирован EPA и OSHA как канцероген для человека.^[7][8]

Лужение

В банка -процесс нанесения покрытия широко используется для защиты обоих железо и цветной поверхности. Олово - полезный металл для переработка пищевых продуктов промышленности, поскольку он нетоксичен, пластичен и устойчив к коррозии. Отличный пластичность олова позволяет формовать листу основного металла с оловянным покрытием различные формы без повреждения поверхностного слоя олова. Он обеспечивает жертвенную защиту для меди, никеля и других цветных металлов, но не для стали.

Олово также широко используется в электроника промышленность из-за его способности защищать основной металл от окисления, тем самым сохраняя его способность к пайке. В электронных приложениях от 3% до 7% вести могут быть добавлены для улучшения паяемости и предотвращения роста металлических «усов» в отложениях под напряжением сжатия, которые в противном случае могли бы вызвать короткое замыкание. Тем не мение, RoHS Правила (Ограничение опасных веществ), введенные в действие с 2006 года, требуют, чтобы свинец не добавлялся намеренно и максимальный процент не превышал 1%. Были выпущены некоторые исключения из требований RoHS в критических электронных приложениях из-за отказов, которые, как известно, произошли в результате образования нитевидных кристаллов олова.

Покрытие из сплава

В некоторых случаях желательно совместное осаждение двух или более металлов, что приводит к нанесению гальванического покрытия сплава. В зависимости от системы сплава гальванический сплав может быть твердый раствор упрочнен или же осадок затвердевший к термическая обработка для улучшения физических и химических свойств покрытия. Никель-кобальт - это распространенный сплав с гальваническим покрытием.

Композитное покрытие

Композит с металлической матрицей Гальваника может быть произведена, когда подложку наносят в ванну, содержащую суспензию керамических частиц. Тщательный выбор размера и состава частиц позволяет точно настроить покрытие по износостойкости, высокотемпературным характеристикам или механической прочности. Карбид вольфрама, Карбид кремния, карбид хрома и оксид алюминия (оксид алюминия) обычно используются в гальванике композитов.

Кадмиевое покрытие

Кадмий покрытие находится под пристальным вниманием из-за экологическая токсичность металлического кадмия. Кадмирование широко используется в некоторых приложениях в аэрокосмической, военной и авиационной областях. Однако его использование постепенно прекращается из-за его токсичности.^[9]

Кадмиевое покрытие (или кад. покрытие) предлагает длинный список технических преимуществ, таких как отличная коррозионная стойкость даже при относительно небольшой толщине и в солевой атмосфере, мягкость и пластичность, отсутствие липких и / или объемных продуктов коррозии, гальваническая совместимость с алюминием, отсутствие прерывистое скольжение что позволяет надежно затягивание резьбы с покрытием, может быть окрашен в разные цвета и прозрачен, обладает хорошей смазывающей способностью и способностью к пайке, а также хорошо подходит как для окончательной отделки, так и в качестве основы для краски.^[5][10]

Если забота об окружающей среде имеет значение, в большинстве случаев кадмиевое покрытие может быть напрямую заменено золотым, поскольку оно обладает большинством свойств материала, но золото стоит дороже и не может служить основой для краски.

Никелирование

Эта статья кажется противоречит статье Гальваника никеля. См. Обсуждение по ссылке страница обсуждения. (Октябрь 2010 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

Химическая реакция при никелировании:^{[нужна цитата ]}

На катоде: Ni → Ni²⁺ + 2 е⁻

На аноде: H₂PO₂ + H₂O → H₂PO₃ + 2 часа⁺

По сравнению с кадмиевым покрытием, никелирование обеспечивает более блестящую и твердую поверхность, но меньшую коррозионную стойкость. смазывающая способность и пластичность, что приводит к тенденции к растрескиванию или отслаиванию при дальнейшей обработке изделия.^[5]

Химическое никелирование

Эта статья кажется противоречит статье Химическое никелирование. См. Обсуждение по ссылке страница обсуждения. (Июнь 2010 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

Электрохимическое никелирование, также известное как эникель и NiP, имеет множество преимуществ: равномерная толщина слоя на самых сложных поверхностях, прямое покрытие черных металлов (стали), превосходная износостойкость и коррозионная стойкость по сравнению с гальваническим покрытием никеля или хрома. Большая часть хромирования, применяемого в аэрокосмической промышленности, может быть заменена химическим никелированием, опять же, это связано с экологическими издержками, затратами на утилизацию отходов шестивалентного хрома и печально известной тенденцией неравномерного распределения тока в пользу химического никелирования.^[11]

Нанесение покрытия на никелирование методом химического восстановления является самокатализирующимся процессом, в результате чего слой никеля представляет собой соединение NiP с содержанием фосфора 7–11%. Свойства получаемого слоя: твердость и износостойкость сильно меняются в зависимости от состава ванны и температуры осаждения, которые следует регулировать с точностью до 1 ° C, обычно при 91 ° C.

Во время циркуляции ванны любые частицы в ней также будут никелироваться; этот эффект используется с преимуществом в процессах, которые осаждают покрытие с такими частицами, как карбид кремния (SiC) или политетрафторэтилен (ПТФЭ). Несмотря на то, что он превосходит многие другие способы нанесения покрытия, он является дорогостоящим из-за сложности процесса. Причем процесс длительный даже для тонких слоев. Когда важна только коррозионная стойкость или обработка поверхности, очень строгий контроль состава ванны и температуры не требуется, и этот процесс используется для одновременного нанесения покрытия на несколько тонн в одной ванне.

Известно, что слои покрытия, нанесенного методом химического никелирования, при правильном нанесении обеспечивают исключительную адгезию к поверхности. Металлическое никелирование немагнитно и аморфно. Слои покрытия, нанесенного методом химического никелирования, нелегко припаять, и они не схватываются с другими металлами или другими изделиями, покрытыми химическим никелированием, под давлением. Этот эффект приносит пользу никелированным винтам, изготовленным из таких пластичных материалов, как титан. Электрическое сопротивление выше по сравнению с металлическим покрытием.

Смотрите также

• Анодирование
• Корпусная ячейка
• Механическое покрытие
• Органический консервант паяемости покрытие
• Федерация материаловедения и инженерии

Рекомендации

внешняя ссылка

• Энциклопедия электрохимии
• Новая технология нанокерамического покрытия обеспечивает цинкование, полностью свободное от ионов хрома и тяжелых металлов.