Требования к качеству подготовки поверхностей

Подготовка поверхностей металла перед нанесением покрытий является первой и одной из самых ответственных операций. В случае некачественного ее проведения невозможно получить хорошего сцепления покрытия с основой. Комплекс операций по подготовке поверхностей сводится к удалению с них различных загрязнений, а в некоторых случаях к приданию им декоративного внешнего вида.

Подготовка может осуществляться по нескольким технологическим схемам. Выбор схемы зависит от материала изделия, его формы, вида покрытия и требований, предъявляемых к изделиям. Для каждого металла и сплава существуют заранее разработанные схемы подготовки. Особое внимание при этом уделяют деталям, изготовленным литьем, так как в них встречаются трещины, раковины, поры, неровности, которые необходимо вывести механической обработкой.

Если покрытие будет нанесено на плохо подготовленную поверхность, то впоследствии это приведет к образованию вздутий, пузырей, отслаиваний, которые проявляются сразу после нанесения покрытия или по истечении какого-то промежутка времени.

К деталям, подвергаемым нанесению защитных покрытий, предъявляют следующие требования:

1. На поверхностях не допускаются неоднородность проката, окалины, заусенцы, расслоения, трещины, поры и раковины;

2. Острые углы и кромки поверхностей должны быть скруглены;

3. Поверхность шлифованных и полированных деталей должна быть без забоин, вмятин, заусенцев с шероховатостью, соответствующей техническим условиям;

4. Не допускается нанесение гальванических покрытий на изделие в сборе.

Каждая операция подготовки преследует определенную цель. Например, механической обработкой удаляют продукты коррозии, неровности, заусенцы и придают поверхности декоративный внешний вид. Химическим и электрохимическим обезжириванием удаляют жировые и масляные загрязнения. Травлением и активацией — оксиды и пассивные пленки. Химическое и электрохимическое полирование придает изделию декоративный внешний вид, а также улучшает прочность сцепления покрытия с основным металлом и повышает его механические и коррозионные характеристики.

3.2. Механическая обработка поверхностей под
гальванопокрытия

Шлифование — чистовая механическая обработка деталей абразивными инструментами, позволяющая получать гладкую и ровную поверхность без дефектов. Различают два вида шлифования — грубое и тонкое, которые осуществляют за несколько переходов каждое с постепенным уменьшением величины зерна абразива. Чем меньше заданная шероховатость поверхности, тем больше переходов необходимо произвести (обычно выполняют пять переходов).

Шлифование осуществляют войлочными кругами с накатанным на их поверхность абразивом. При шлифовании деталей кругом с абразивом крупной зернистости снимаются грубые неровности, но на поверхностях остаются риски от зерен абразива. Для выведения этих рисок необходимо на следующей стадии шлифования обработать деталь абразивом меньшей зернистости. При этом обработку ведут под углом 30…60°. Если это правило нарушается, то число переходов шлифования значительно увеличивается.

Шлифование кругами осуществляют на одно- и двухшпиндельных шлифовальных ставках или на станках с бесконечной шлифовальной лентой. Шлифование на бесконечных шлифовальных лентах имеет большое преимущество перед обработкой на указанных станках, так как в этом случае достигается более высокая производительность» можно обрабатывать изделия сложной формы с меньшим их нагревом, упрощается механизация процесса шлифования и отпадает необходимость в накатке кругов.

Полирование — процесс сглаживания мельчайших неровностей до получения блестящей поверхности. Полирование проводят, на том же оборудовании, что и шлифование, непосредственно по металлу или по промежуточным слоям покрытия с использованием специальных паст и эмульсий. В связи с внедрением блескообразующих добавок объем полирования покрытий значительно сокращается. В некоторых случаях полирование является заключительной операцией, например, при полировании нержавеющей стали или глянцевании хромового покрытия,

Основным инструментом при шлифовании и полировании является круг или гибкая абразивная лента.

Шлифовальные круги изготовляют из войлока, бязи, сизаля, брезента и других подобных материалов, на рабочую поверхность которых наносится абразив определенной зернистости, удерживаемый связкой.

Войлочные круги бывают трех наименований: грубошерстные, полугрубошерстные и тонкошерстные. Грубошерстные круги используют для предварительной обработки, остальные — для окончательной отделки изделий.

Бесконечные шлифовальные ленты изготовляют на тканевой основе нескольких типоразмеров. Они могут использоваться в автоматических линиях и на станках с ручным управлением. Ленту устанавливают на роликах, один из которых ведущий, а другой — контактный. Обработку изделия ведут на контактном ролике. Детали округлой формы могут обрабатываться на провисшем участке ленты, между роликами.

Полировальные круги, изготовленные из фетра, войлока, бязи, байки и других материалов, подразделяют на непрошитые и прошитые.

Непрошитые круги выполнены из однородного материала. Их составляют из 20…25 дисков, каждый диск прошит в 2—3 строчки вокруг отверстия. Набранный круг монтируют на шпиндель, а затем обрезают специальным ножом на станке. К этому типу кругов можно отнести гофрированные и складчатые. Они отличаются повышенной стойкостью по сравнению с обычными кругами и допускают работу с более высокой частотой вращения круга.

Прошитые (секционные) круги составляют из нескольких секций, которые склеивают между собой. Каждая секция состоит из дисков 15...20 шт. и прошивается круговыми строчками.

Галтовка — способ очистки деталей абразивом и полирующим материалом во вращающихся барабанах или колоколах. В процессе галтовки может происходить и полирование мелких деталей. В качестве абразивного материала используют кварцевый песок, наждак, фарфоровый бой и т. п., в качестве полирующих материалов — опилки, обрезки кожи, фетра и т. п. Различают «сухую» и «мокрую» галтовки. При «сухой» — используют сухие материалы, при «мокрой»—2...3%-ный раствор соды или мыла. Отношение массы обрабатываемых деталей к массе абразивных материалов колеблется от 1:2 до 1: 10 в зависимости от тяжести и формы деталей. Частоту вращения барабана или колокола подбирают практически в пределах 10…60 1/мин.

При подводном шлифовании и полировании детали помещают в стальной перфорированный барабан, который затем погружают в ванну с раствором, где и происходит обработка деталей. Продолжительность очистки поверхностей подбирают практически в пределах 0,5…10 ч.

Вибрационная обработка — наиболее распространенный способ механической подготовки поверхностей, который позволяет производить очистку деталей от окалины, пригара, ржавчины, удалять с них заусенцы, проводить полирование острых кромок и их скругление. В процессе вибрирования детали и рабочая среда интенсивно перемешиваются, В результате такого взаимодействия снимаются мельчайшие частицы металлов, сглаживаются микронеровности и очищаются поверхности. Рабочая среда состоит из абразива, моющего раствора и специальных добавок. В качестве абразива применяют пластмассовые гранулы различной зернистости. Кроме абразива рабочая среда включает раствор, содержащий ПАВ и некоторые другие препараты, обеспечивающие удаление загрязнений с поверхностей деталей и ускоряющие процесс пластической деформации.

Струйно-абразивная обработка наиболее эффективна при очистке очень загрязненных деталей. Она позволяет снять заусенцы, риски, зачистить сварные швы, удалить любые загрязнения, выполнить матирование поверхности и т. п. Сущность процесса заключается в обработке деталей абразивом (в виде пульпы или сухой смеси), подаваемым на очищенную поверхность струей воздуха под давлением.

Обезжиривание

Обезжиривание обычно проводят в органических растворителях (для очистки от минеральных масел) или в различных щелочных растворах, где происходит омыление (разложение) жиров и перевод их в растворимые мыла. Если жиры не омыляются, они под воздействием ПАВ образуют водные эмульсии и удаляются с поверхностей деталей.

Использование органических растворителей для обезжиривания имеет ряд ограничений из-за их токсичности и пожароопасности (бензин, уайт-спирит, керосин), а также высокой стоимости самих растворителей и оборудования под их использование. Кроме того, после обезжиривания в органических растворителях на поверхностях остается тонкая жировая пленка, ухудшающая сцепление покрытия с металлом, поэтому для удаления ее дополнительно производят химическую или электрохимическую обработку в щелочных растворах,

Обезжиривание выполняют погружением в растворитель с температурой от 20 до 75°С и в парах растворителя. Последний способ используют для подготовки ответственных деталей, так как он обеспечивает более высокую степень очистки. В некоторых случаях применяют струйное обезжиривание для смывания труднорастворимых жировых загрязнений со сложнопрофильных деталей.

Отработанный растворитель подвергают дистилляции в специальных установках для последующего использования его в процессе. Эту операцию повторяют 10…15 раз, после чего растворитель полностью заменяют.

Обезжиривание в щелочных растворах — наиболее распространенный способ подготовки деталей перед нанесением покрытия. Как правило, эти растворы содержат едкий натр в концентрациях от 10 до 50 г/л, соду — 20…30 г/л, фосфаты (тринатрийфосфат, триполифосфат, пирофосфат и т. д.) — 10…50 г/л, а также ПАВ в качестве эмульгаторов — 1…3 г/л. Для ускорения очистки обезжиривание ведут при повышенной температуре (до 90 °С), так как при этом усиливается гидролиз солей щелочных металлов, ускоряется процесс омыления жиров и образования эмульсий минеральных масел.

Температуру обезжиривания подбирают в зависимости от материала обрабатываемых деталей, вида загрязнений, состава раствора и способа обезжиривания (химического, электрохимического, струйного — под металлопокрытия, химического, струйного — под окрашивание). Для ускорения процесса очистки раствор перемешивают с помощью воздуха, по даваемого специальной воздуходувкой, механической мешалки или насоса.

Практически во всех обезжиривающих растворах используют ПАВ, позволяющие улучшить качество очистки, снизить расход химикатов, рабочую температуру и сократить продолжительность обработки до 1…3 мин. Вместе с тем ПАВ значительно уменьшают испарение раствора за счет образования на его поверхности плотного слоя пены. Концентрацию ПАВ подбирают так, чтобы слой пены был толщиной в несколько сантиметров. Если он будет больше, то при электрохимическом обезжиривании в пене скапливаются кислород и водород, что может вызвать взрыв от малейшей искры. Взрыв сопровождается сильным хлопком и разбрызгиванием пены. Поэтому, если нельзя понизить концентрацию ПАВ, в раствор вводят пеногасители, например, КЭ-10-21, ПМС-200.

В настоящее время широко применяют специальные обезжиривающие препараты (ТМС-31, ТМС-70, МЛ-51, ОСА-1, «Лабомид-101» и др.), имеющие в своем составе все основные компоненты. Они обеспечивают высокое качество обезжиривания и могут заменить органические растворители.

Растворы для электрохимического обезжиривания несколько отличаются от растворов для химического обезжиривания. Как правило, они имеют более низкую концентрацию входящих компонентов и иногда содержат вещества, связывающие ионы металлов в комплексные соединения, что предотвращает выделение металла из раствора.

Электрохимическое обезжиривание обычно проводят после химического обезжиривания в два этапа. Первоначально процесс ведут на катоде в течение 5…10 мин, где под воздействием выделяющегося водорода происходит отрыв жировой пленки от поверхности металла с последующим омылением и эмульгированием жиров. В то же время водород оказывает отрицательное влияние на металл, вызывая водородную хрупкость, особенно у высокопрочных сталей. При катодном обезжиривании выделяется в 2 раза больше водорода, чем кислорода при анодном, поэтому процесс очистки идет более интенсивно. Последней стадией ее является анодное обезжиривание в течение 1…3 мин, которое необходимо для частичного устранения эффекта наводороживания.

Кроме того, это позволяет снять катодный шлам, образующийся при катодной обработке. Некоторые составы и режимы для обезжиривания приведены в табл. 13.

Таблица 13 - Растворы для химического и электрохимического
обезжиривания

Например, раствор № 1 используют для обезжиривания черных металлов. Входящие в него компоненты выполняют следующие функции: едкий натр омыляет жиры и повышает электропроводность, сода (электропроводящая соль) и фосфаты обладают моющими свойствами, а метасиликат натрия и ПАВ — эмульгаторы.

Раствор № 2 используют для обезжиривания цинковых сплавов; содержит практически те же компоненты, но концентрация их значительно ниже, что обусловлено высокой активностью цинка. В качестве эмульгатора применяют жидкое стекло.

Раствор № 3 используют для обезжиривания меди и ее сплавов; он не содержит едкий натр из-за окисления меди в сильнощелочной среде.

Для обезжиривания алюминия предназначены различные моющие растворы, не содержащие щелочь, так как в щелочном растворе происходит интенсивное травление алюминия, особенно при высоких температурах.

Для подготовки черных металлов иногда выполняют одновременное обезжиривание и травление окунанием или струйной обработкой при комнатной и повышенной до 60 °С температурах. В качестве травильного агента используют серную или фосфорную кислоту, в качестве обезжиривающего — различные ПАВ, для предотвращения растравливания металла — ингибиторы.

Очистка поверхностей происходит за счет первоначального обезжиривания под воздействием ПАВ и последующего травления, при котором выделяющиеся пузырьки водорода ускоряют отрыв оставшейся на поверхности металла жировой пленки. Наиболее типичный раствор для одновременного обезжиривания и травления имеет следующий состав (г/л): ортофосфорная кислота — 200…220, серная кислота — 100…200, синтанол ДС-10 — 10…12. Температура обезжиривания 60…70°С; время обработки зависит от степени загрязнения поверхности и составляет 3…30 мин.