Метално покритие (плакиране): видове, методи и приложения

Покритието (плакиране) е повърхностно покритие, при което метал или метален филм се нанася върху друга повърхност (често метална). Нанасянето на метални покрития се практикува от векове и днес е ключово за множество отрасли — от бижутерията до електрониката и строителството.

Покритията имат широк набор от функции: декорация, предотвратяване на корозия, втвърдяване на повърхността, подобряване на износоустойчивостта, намаляване на триенето, промяна на външния вид или проводимостта, както и специални оптични или биосъвместими свойства. В бижутата често се използват тънки сребърни или златни покрития за придаване на блясък и корозионна устойчивост. Покритията могат да бъдат толкова тънки — до слой от няколко атома, — че намират приложение и в нанотехнологиите.

Често срещани видове метални покрития

Електро-плакиране (електролитно покритие) — метал се утаява върху детайла чрез електролиза. Често използвани метали: никел, хром, мед, сребро, злато.
Химическо плакиране (безелектролитно) — метал (напр. никел) се депозира чрез химична реакция без външно електрическо поле; дава равномерни слоеве по сложни форми.
Гаряло потапяне (hot-dip) — потапяне в разтопен метал, най-често поцинковане (галванизация) за защита срещу корозия; тук влиза и класическата галванизация.
Физическо натрупване във вакуум (PVD) — включва методи като спрейване, изпарение и бомбардиране; подходящ за тънки, плътни филми (напр. титанови и хромови покрития).
Химическо отлагане във вакуум (CVD) — газова фаза, при която реакционни газове образуват твърд слой на повърхността; използва се за твърди, износоустойчиви покрития.
Термично пръскане (thermal spray) — метален или керамичен материал се разтопява и пръска върху повърхността; подходящо за дебели износоустойчиви слоеве.
Клиндинг и ролково свързване — механично или термично свързване на метални листи/ленти към основния материал, използвано за дебели покрития и конструктивни цели (например иноксово покритие върху стомана).

Подготовка на повърхността и постобработка

Качеството на покритието зависи силно от подготовката: почистване, обезмасляване, механично шлайфане, химическо активиране (като травене) и запазване на рН/температурата на вана при електролитното плакиране. Често след нанасяне се правят:

Пасивация и запечатване (за поцинковани и алуминиеви покрития);
Термична обработка (анилиране, за подобряване на адхезията и свойствата на слоя);
Полиране или лакиране за естетика и допълнителна защита.

Материали за покрития

Най-често използваните метали са: цинк, никел, хром, мед, калай, сребро, злато, алуминий, титан и благородни метали за специални приложения (като платина). Изборът зависи от желаните свойства — антикорозионна защита, електрическа проводимост, износоустойчивост, биосъвместимост или декоративен ефект.

Приложения

Защита от корозия: поцинковане на стоманени конструкции, алуминиеви пасивации.
Декорация: бижута, декоративни панели, хромиране на автомобилни части.
Електроника: медни и златни покрития за проводимост и контактни повърхности.
Медицински импланти: биосъвместими титанови и платинови покрития.
Инструменти и части с високо износване: твърди PVD/CVD покрития за пробивни и режещи инструменти.
Оптични и отражателни покрития в оптиката и соларни панели.

Дебелина и свойства

Дебелината на покритията варира от единични атомни слоеве (нанотехнологии, PVD) до няколко милиметра (термично пръскане, клдинг). По-важни показатели при избора са адхезия, хомогенност, твърдост, електропроводимост и устойчивост на корозия.

Предимства и недостатъци на основните методи

Електроплакиране — предимства: добро покриване, контрол на дебелината; недостатъци: опасни химикали (напр. цианиди в някои вани), генериране на отходни води.
Химическо плакиране — предимства: равномерност по сложни форми; недостатъци: по-висока цена на състава и контрол.
PVD/CVD — предимства: чисти, висококачествени тънки слоеве; недостатъци: по-високи разходи и нужда от вакуумно оборудване.
Гаряло потапяне — предимства: ефективна защита срещу корозия; недостатъци: по-дебели покрития, промяна в размерите или свойствата на детайла.

Екологични и безопасностни аспекти

Много традиционни процеси (особено някои електролитни вани) използват опасни вещества и генерират отпадъчни води и утайки. Съвременната практика включва следните мерки:

Замяна на опасни химикали с по-безопасни алтернативи (по-малко токсични соли и безцианидни технологии);
Рециклиране и пречистване на процесни води и отпадъци;
Съответствие с регулации като RoHS и REACH и вътрешни стандарти за безопасност.

Как да изберете подходящия метод

При избор вземете предвид: материал на детайла, цялостното натоварване и експлоатационни условия (корозия, триене, темп.), желаната дебелина и финален външен вид, бюджет и екологични изисквания. За декоративни приложения често се предпочита електроплакиране или PVD; за масивна корозионна защита — горещо поцинковане; за инструменти и висока износоустойчивост — PVD/CVD или термично пръскане.

Покритията са мултифункционален инструмент в съвременното инженерство и дизайн. Добрата практика включва правилна подготовка на повърхността, избор на подходяща технология и контрол на процеса, за да се постигнат дълготрайни и безопасни резултати.

Въпроси и отговори

Въпрос: Какво представлява покритието?

О: Покриването е процес, при който метал се покрива върху друга метална повърхност. Извършва се от стотици години и се използва за различни цели в съвременните технологии.

В: Какви са някои от приложенията на галванизацията?

О: Покритията се използват за декорация на предмети, за предотвратяване на корозия, за закаляване, за подобряване на износоустойчивостта, за намаляване на триенето, за боядисване, за промяна на проводимостта и за други цели.

В: Каква е целта на използването на покритието в бижутерството?

О: Покритието обикновено се използва в бижутерията за придаване на сребърно или златно покритие.

В: Какво представляват нанотехнологиите и как се използва покритието в тях?

О.: Нанотехнологията е изследване на изключително малки частици и материали. Нанасянето на покритие може да се използва в нанотехнологиите, тъй като може да създава филми, тънки колкото един атом.

В: Какви са някои различни методи за нанасяне на покритие?

О: Има няколко метода за нанасяне на покритие, но галванизирането е много разпространен метод. Други методи включват покриване на твърда повърхност с метален лист и след това сливането им с помощта на топлина и налягане, както и плочата на Шефилд.

В: Какво представлява плочата Sheffield?

О: Шефилдската плоча е метод за нанасяне на покритие, при който твърда повърхност се покрива с метален лист и след това се прилага топлина и налягане, за да се слеят. Това е вариант на покриване на твърда повърхност с метален лист.

В: Защо покритието е важно за съвременните технологии?

О: Нанасянето на покритие е важно за съвременните технологии, защото има разнообразни приложения в много различни области - от бижутерството до нанотехнологиите. То помага за подобряване на функционалността и естетиката на предметите и за предпазване от корозия, износване и други проблеми.