Контроль качества гальванических покрытий

Контроль покрытий имеет первостепенное значение для гальванотехники, так как от их качества зависят технологические и декоративные свойства изделий. Контролю подвергают как основной металл, так и покрытие.

Основной металл перед нанесением покрытия проверяют на шероховатость, наличие окалины, трещин, раковин, расслоений и других повреждений. Металлические и неметаллические покрытия контролируют по толщине, пористости, коррозионной стойкости, прочности сцепления с основным металлом, внутренним напряжениям и некоторым специальным свойствам. Контролю подвергают 1…2% деталей от партии, а в особых случаях до 100%, т. е. всю партию.

К дефектам покрытия можно отнести механические повреждения, подгар, питтинг, отслоение, шелушение, крупнозернистость, большую неравномерность толщины по поверхности изделия и др.

Первой контрольной операцией после нанесения покрытия является визуальный осмотр изделий при дневном или искусственном освещении не менее 300 лк. На этом этапе определяют явно бракованные детали, имеющие внешние дефекты. Следующей контрольной операцией является измерение толщины.

Разрушающие методы контроля толщины. Этот параметр покрытия наиболее важный и, как правило, является определяющим, от него зависят антикоррозионные и многие технологические свойства изделия. При измерении необходимо учитывать, что толщина покрытия неодинакова на различных участках поверхности. На протяженных плоских поверхностях толщина покрытия всегда меньше в середине, чем на краях. В углублениях, пазах, отверстиях она также меньше, чем на остальной поверхности, а в глухих, глубоких отверстиях покрытие может отсутствовать. Поэтому при контроле определяют среднее значение толщины покрытия, производя замеры от минимального до максимального значения.

Разрушающие методы измерения толщины основаны на растворении металла покрытия за определенное время в заданных условиях. Растворение может быть химическим и электрохимическим.

Капельный метод контроля заключается в том, что покрытие растворяют последовательно наносимыми с помощью пипетки каплями раствора, имеющего строго определенный состав и температуру (18…25 °С). При этом используют капельницу с внутренним диаметром капилляра 1,5…2,0 мм. После нанесения каждую каплю выдерживают на поверхности в течение заданного промежутка времени, а затем снимают фильтровальной бумагой. Эту операцию повторяют несколько раз до появления основного металла. Для каждого покрытия составлен целый ряд растворов, работающих при определенных температурах.

Метод прост в эксплуатации, но требует большой аккуратности при измерении, его погрешность достигает +30%; минимальная контролируемая толщина — 2 мкм. Метод может применяться для контроля толщины на очень больших и сложно профилированных деталях, но непригоден для измерения толщины на мелких деталях, так как капля раствора не может удержаться требуемое время на испытуемом участке и растекается.

Существует два варианта струйного метода: струйно-периодический и струйно-объемный. Оба варианта используют измерения толщины на деталях с площадью более 0,3 см², профиль которых не препятствует стенанию раствора. Толщина покрытия определяется по времени растворения его раствором, подаваемым с заданной скоростью. Момент появления основного металла устанавливается визуально, что несколько снижает точность измерения.

Время растворения покрытия устанавливают по секундомеру, визуально определяя изменение окраски в месте падения струи. Для расчета толщины время, затраченное на растворение покрытия, умножают на коэффициент, который указан в таблицах для каждого раствора и определяет толщину покрытия, снимаемую за 1 с. Этим методом можно измерять толщину одно- и многослойных металлических покрытий; его погрешность составляет ±10%. За результат измерения принимают среднее арифметическое значение трех измерений.

Для более точного измерения толщины используют электроструйный нуль-метод, при котором окончание процесса растворения определяют по гальванометру. Результаты измерения обрабатывают так же, как при струйно-периодическом методе.

Струйно-объемный метод заключается в определении объема раствора, израсходованного на растворение покрытия под действием его струи, которая вытекает из бюретки с определенной скоростью (10 мл за 30 с) и падает на поверхность детали под углом 45*.

За результат измерения принимают среднее арифметическое из трех измерений. При расчете также используют поправочный коэффициент, который дается в специальной таблице. Погрешность метода составляет 15%.

Металлографический метод — один из наиболее точных методов разрушающего контроля, его применяют для измерения местной толщины одно- и многослойных металлических и неметаллических покрытий. Метод заключается в измерении с помощью микроскопа толщины покрытия на поперечном срезе покрытой детали. Для этой цели пригодны микроскопы с увеличением 500…1000 и покрытия толщиной более 20 мкм.

Для измерения толщины изготовляют шлиф с поперечным разрезом покрытия. Учитывая трудоемкость метода, его используют для арбитража и структурных исследований покрытий.

Неразрушающие методы контроля толщины. Они более удобны в эксплуатации, мобильны и отличаются высокой точностью и простотой. Погрешность этих методов составляет 3…5%.

Для контроля толщины предназначены приборы, использующие, например, следующие принципы измерения: электромагнитный, вихревых токов и радиометрический.

Электромагнитный принцип измерения основан на регистрации измерения магнитного потока в зависимости от толщины покрытия. Приборы, работающие на этом принципе, измеряют толщину немагнитных покрытий (медь, цинк, кадмий и хром) на стальной поверхности. Они могут использоваться как в производственных, так и в лабораторных условиях.

Недостатком метода является зависимость результатов контроля от шероховатости поверхности, термической обработки, магнитных свойств и толщины основного металла. Для настройки приборов необходимо использовать образцы из материала измеряемых изделий. Такие образцы называют эталонами. Погрешность достигает ±10%.

Более широко распространены приборы, основанные на измерении магнитного потока, проходящего в сердечнике электромагнита. Магнитный поток, как и сила притяжения магнита, является функцией толщины покрытия. Такие приборы, как МТ-10Н, МИП-10, МТ-30Н, ТС-1, состоят из двух частей: измерительного зонда (датчика) переносного типа и самого прибора, оснащенного показывающим устройством со стрелочной или цифровой индикацией,

Приборы, основанные на измерении вихревых токов, появляющихся в металле, помещенном в переменное электромагнитное поле, позволяют определять толщину немагнитных, слабомагнитных металлических и неметаллических покрытий, нанесенных на немагнитные основания, в том числе и на диэлектрики. Например, толщину серебряных покрытий на бронзе или латуни, или никеле, осажденного на пластмассе. Учитывая эти особенности, приборы этого типа имеют более узкое применение.

Метод прямого измерения основан на измерении размеров деталей до и после нанесения покрытия. Для этого используют микрометры или индикаторные головки часового типа и другие измерительные приборы. Этим методом можно измерять в основном различные толщины на круглых и плоских деталях, причем точность измерения зависит от точности используемого прибора.

Определение пористости покрытия. Почти все покрытия имеют поры различных размеров и глубины. По размерам поры делят на макропоры (радиус менее 100 А°), микропоры (радиус более 15 А°) и промежуточные. Они могут образовываться из-за плохой подготовки, питтинга, наличия шлама; кроме того, пористость присуща некоторым видам покрытий.

Пористость определяют наложением фильтровальной бумаги, смоченной специальным раствором, на предварительно обезжиренную поверхность стальных или из медных сплавов деталей простой формы. Раствор подбирают так, чтобы он, не действуя на металл покрытия, реагировал через поры с металлом основы, образуя при этом хорошо различимые продукты реакции в виде точек. Бумагу выдерживают на деталях в течение 20 мин — для медных покрытий на стали, 5 мин — для никелевых и 10 мин — для всех остальных, кроме оловянных. После снятия бумаги на ней подсчитывают количество пор на единицу поверхности. В качестве реагента для смачивания бумаги используют раствор, содержащий: железистосинеродистый калий—10 г/л, натрий хлористый — 20 г/л.

Определение прочности сцепления покрытия с основным металлом. Для этих испытаний применяют качественные и количественные методы измерения. Качественные методы очень широко распространены на практике и заключаются в следующем:

· полировании — по этому методу проводят полирование деталей по покрытию с частотой вращения круга 20…30 м/с не менее 15 с;

· крацевании — детали обрабатывают в течение 15 с стальными или латунными щетками при частоте вращения 1500…2800 об/мин;

· изгибе — детали изгибают под углом 90° в обе стороны, прочность сцепления определяют в месте излома;

· нанесении сетки царапин — на поверхность контролируемого покрытия стальным острием наносят 4…6 параллельных линий глубиной до основного металла на расстоянии 2…3 мм одна от другой, затем перпендикулярно им наносят еще 4…6 параллельных линий;

· термообработке — детали разогревают в течение 1 ч с последующим охлаждением. Температуры нагрева деталей с покрытием: на стальной основе — для цинковых и кадмиевых 200 °С, оловянных и оловянно-свинцовых — 140…160°С, никелевых, медных и хромовых в зависимости от основы — алюминиевые сплавы — 190 °С, стали и чугуна — 350 °С, цинкоалюминиевых сплавов — 140 С, медных сплавов — 250 °С. После проведения испытаний по указанным методам покрытие не должно отслаиваться или вздуваться.

Количественные методы требуют применения специальных образцов и оборудования. Их, как правило, используют только при лабораторных испытаниях.

Определение микротвердости покрытий. Наиболее распространенным является метод статического вдавливания четырехгранной алмазной пирамидки, имеющей угол между гранями 136°, под малыми нагрузками (0,02…2 Н). Измерение проводят приборами типа ПМИ-2, ПМТ-3 (рис. 120) и др.

Для получения сравнимых результатов измерение проводят при постоянной длине диагонали отпечатка, для чего нагрузку на алмазную пирамидку регулируют до получения требуемой длины отпечатка. Кроме того, для правильного определения микротвердости необходимо знать минимальную толщину покрытия, при которой металл основы не будет искажать точность результатов измерения. Это особенно важно, если металл основы мягче металла покрытия.

Определение износостойкости покрытий. Износостойкость является очень важной характеристикой покрытия и определяется его способностью противостоять истиранию. При истирании происходит отрыв мельчайших частиц покрытия под воздействием механических нагрузок или рабочей среды (смазка, окружающая атмосфера и др.).

Определение коррозионной стойкости покрытия. Коррозионную стойкость покрытий оценивают качественными и количественными методами.

Качественные методы используют для определения очагов коррозии с помощью визуального наблюдения и при микроисследовании структуры покрытия. Кроме визуального наблюдения применяют фотографирование.

При количественных методах измеряют время появления первых очагов коррозии или время достижения ею определенной степени с числом коррозионных центров на единицу площади. В ряде случаев о коррозионной стойкости судят по изменению механических и физических свойств.

Наиболее надежным и достоверным методом определения коррозионной стойкости являются испытания в естественных условиях. Срок проведения испытаний 1…10 лет.

Ускоренные коррозионные испытания проводят в камерах соляного тумана, где происходит распыление 3%-ного раствора хлористого натрия (для цинкового покрытия) и 5%-ного раствора хлористого натрия с уксусной кислотой до рН=3,1…3,3 (для никельхромовых) или 100% влажности и температуре 50 °С. Кроме того, раствор для соляного тумана содержит 0,264 г/л хлористой меди.

Сами камеры представляют собой застекленные герметичные емкости, в которых исключается попадание распыляемого раствора на образцы. Для этого перед пульверизатором укрепляют специальный экран под углом 45° к распыляемой струе. Образующийся при этом соляной туман равномерно распределяется по камере специальным вентилятором. Распыление происходит непрерывно до появления первых очагов коррозии (покрытия или основного металла). Размеры камеры не регламентируются. Их изготовляют в зависимости от размеров испытуемых образцов.

Коррозионная стойкость покрытий определяется временем нахождения образцов в камере до появления на них первых очагов коррозии. Полученное время сравнивают с указанным в нормативных документах, и делается вывод о коррозионной стойкости изделия определенным условиям эксплуатации.