Нанесення покриттів

НАНЕ́СЕ­Н­НЯ ПОКРИТ­ТІ́В — технологічні процеси створе­н­ня на виробі поверх­невого шару з наперед ви­значеними властивостями, що від­різняються від основного матеріалу. Н. п. здійснюють для захисту від корозії виробів у різноманіт. агресив. середовищах; для декорува­н­ня деталей з одночас. захистом їх від впливу довкі­л­ля; для зміцне­н­ня — під­вище­н­ня опору матеріалу або заготовки руйнуван­ню, зносо­стійкості, залишк. деформації; для на­да­н­ня поверх­ні виробу спец. властивостей (зокрема й струмо­провід., електроізоляц., магнітних, твердості), від­новле­н­ня зношених деталей; для зміни якості, напр., для маскува­н­ня смаку, захисту чи контро­льованого вивільне­н­ня актив. компонента (продукції харч., фармацевт. й ін. галузей промисловості). До процесів Н. п. від­носять: металізацію, фарбува­н­ня, напиле­н­ня, гарячі металопокри­т­тя, дифуз., детонац. та гальванічні покри­т­тя тощо. У 9–8 ст. до н. е. керам. посуд вилискували зсередини. У скіф.-сармат. часи виготовляли лощені келихи та корчаги, на які наносили рельєф. орнамент. У 3–2 ст. до н. е. у Пн. Причорноморʼї посуд роз­писували чорною та червоною фарбами на світлому ангобі. Протягом століть у різних місцевостях виготовляли позолочені художні вироби з міді та бронзи. Технологія Н. п. була різноманітною. Особливо багато виробів періоду Середньовіч­чя, коли моду на позолоту італ. і франц. майстри запозичили у фахівців Араб. Сходу. Донині не по­вторено технологію часів імперії інків, що полягала у виготовлен­ні прикрас унаслідок Н. п. платиною, роз­плавити яку без сучас. обладна­н­ня неможливо (Т_пл. = 1730 °С). Гробниця китай. полководця 3 ст. Жоу Чжу покрита орнаментом з алюміній-мідно-магнієвого сплаву. У 18 ст. створ. технологію Н. п. золотом, за допомогою якої речі покривали матовою та яскравою позолотами, а також різними кольорами (див. Золота сплави). Повністю не роз­крито хім. склади матеріалів і технол. режими тонува­н­ня бронз. та заліз. виробів у зелений, коричневий і золотисті кольори. Багатокольор. тони створюють під час обробле­н­ня міді вуглекислотами. Покри­т­тя патиною були роз­роблені також для олова, свинцю, цинку. За допомогою порошку спец. складу виконують чорне­н­ня срібла, наносять малюнки та написи. З давніх часів ві­доме й Н. п. фарбами. Лакофарб. покри­т­тя (див. Лакофарбові матеріали) за­стосовують для на­да­н­ня поверх­ні деталей антикороз. властивостей, красивого зовн. ви­гляду та ін. Їх не можна наносити на деталі, що мають точні допуски, під­даються на­гріван­ню та мех. впливам (напр., тертю). Для захисту від впливу довкі­л­ля, з декор. й ін. цілями Н. п. виконують олій. фарбами чи лаками. Як гідрофіл. матеріали за­стосовують покри­т­тя на основі фенол., камʼяно­ву­гіл., епоксид., фурил. смол, бакеліт. лаку з наповнювачами графітом, андезит. борошном, а також скло, різні склоемалі, полівінілбутиралевий лак, гліфтал. лаки з домішкою хроматів (цинк. крон) і без хроматів, бітумні лаки, шелак, нітрофарби, олійні фарби з різними пігментами і без пігментів тощо. Для захисту хім. апаратури наносять модифіков. фурил. смолу, бакеліт. лак з домішками каоліну, нафталіну, цинк. крона або алюм. пудри. Як електро­провід­не неметал. покри­т­тя використовують колоїдні суміші графіту або металу з лаком. Мистецтво нанесе­н­ня емалі було ві­доме ще у Стародав. Єгипті (див. Емаль і полива). Їхні склади, способи виготовле­н­ня та методи нанесе­н­ня тримали в таємниці. На­прикінці 19 ст. набули пошире­н­ня емал. покри­т­тя кухон. посуду, котлів, раковин, ванн, труб, торг. обладна­н­ня, вказівників, вивісок, ювелір. прикрас та ін. Емалі наносять на алюміній, нержавіючу сталь, мідь, благородні метали з урахува­н­ням їхніх декор. властивостей для під­вище­н­ня стійкості осн. металу. За­стосовують сухий і мок­рий способи Н. п. ема­л­лю. Отримувані при цьому різноманітність забарвле­н­ня та міцність вищі, ніж при нанесен­ні по­крит­тів ін. видів. Від 19 ст. Н. п. металами в промисловості здійснюють гальваніч., хім., гарячим, дифуз., деякими металізац. способами. При виборі виду покри­т­тя враховують умови роботи виробу й окремих деталей. Найбільш поширений гальваніч. (електролітич.) спосіб Н. п. полягає в осаджен­ні металів при електролізі водних роз­чинів від­повід. солей. Покри­т­тя наносять у гальваніч. ван­нах, куди деталь вміщують на спец. під­вісках, а дрібні деталі — в сітчасті кошики. Деталь, що покривають, слугує катодом, а метал, яким покривають, — анодом. Часто для покри­т­тя використовують срібло, золото, олово, нікель, кадмій, паладій, платину і родій. Такі контактні матеріали, як мідь і її сплави, легко покривати будь-яким з пере­рахованих металів. Для протикороз. захисту нікел. покри­т­тя може бути отримане на сталях, алюмінію, титані та цинку, а також на не­провід­никах — кераміці та пластиках. Пасивацію літієвих джерел струму здійснюють при взаємодії електроліту з літієвим анодом. Нанесена на літієвий анод тонка плівка з високим опором уповільнює процес роз­ряду та роз­кла­да­н­ня літію, зменшує швидкість саморозряду акумулятора. При хім. способі Н. п. тонкий щільний шар оксиду металу на поверх­ні виробу утворюється зі спец. роз­чинів під дією тих чи ін. ре­­агентів. Так, при на­гріван­ні захисна плівка на сталевих деталях утворюється в атмо­сфері водяної пари або роз­плавленої селітри. Хім. осадже­н­ня нікелю на скло, кварц, пластмасу або папір досягають обробле­н­ням 10-від­сотк. роз­чином хлористого олова, а потім — гарячим роз­чином хлористого паладію. Найбільш широке за­стосува­н­ня з хім. покрит­тів набули оксидува­н­ня та фосфатува­н­ня. Вороні­н­ня сталі та чавуну (оксидува­н­ня, чорні­н­ня) виконують у лужних роз­чинах з окислювачами при т-рі 135–150 °C, у кислих роз­чинах — хім. або електрохім. способами; окисле­н­ня здійснюють при високих т-рах у повітр. атмо­сфері, парах або роз­плавлених солях із поперед. покри­т­тям шаром асфальт. або масляного лаку. Гаряче Н. п. здійснюють зануре­н­ням виробу у ванну з роз­плавленим металом (Zn, Sn, Pb та ін.). Н. п. оловом (луді­н­ня) за­стосовують для полегше­н­ня пая­н­ня, для герметизації згвинчувал. різьб. зʼ­єд­нань, для захисту ємностей і устаткува­н­ня харчової промисловості тощо. Дифуз. спосіб Н. п. полягає в спіл. на­гріван­ні виробів і порошку металу покри­т­тя або на­гріван­ні виробу в парах летких зʼ­єд­нань металу. Його за­стосовують для покри­т­тя сталевих деталей цинком (шерадизація), алюмінієм (алітирува­н­ня), кремнієм (силіціюва­н­ня). Анодува­н­ня можливе фактично для будь-якого металу. Н. п. анод. оксидува­н­ням є одним з осн. методів захисту алюмінію та його сплавів від корозії. У хромокислих роз­чинах отримують плівки світло-сірого кольору, а в сірчанокислих — без­барвні. У серед. 20 ст. в СРСР роз­роб­лено технологію Н. п. металоплакуючими мастил. матеріалами, у склад яких вводять порошки металів з високими антифрикц. властивостями (міді, їх сплавів та ін.). При роботі вузлів тертя утворюється плівка товщиною декількох атом. шарів з високими антифрикц. і антикороз. властивостями. За­стосува­н­ня пластич. мастил значно під­вищує довговічність вузлів тертя, знижує втрати енергії на тертя. Для Н. п. на поверх­ні виробів струмопідвід. матеріалами, легува­н­ня, збільше­н­ня зносо­стійкості, твердості, антифрикц. властивостей 1938 Б. Лазаренко (разом з дружиною) роз­робив метод електроіскр. обробле­н­ня металів. У 1960-х рр. створ. технологію золоче­н­ня напів­провід­ник. приладів (транзисторів) за допомогою електроіскр. обробле­н­ня (Б. Антонов, Болгарія). У цей же період в Ін­ституті електрозварюва­н­ня АН УРСР (Київ) ви­вчено взаємодії надвисокочастот. ви­промінюва­н­ня гіротрона та виготовлено перше обладна­н­ня для Н. п. поліетилену з метою антикороз. захисту метал. кон­струкцій (Б. Патон). Іонно-плазм. технологія, роз­роблена 1978 у Харків. фіз.-тех. ін­ституті (В. Зелінсь­кий, Г. Карамазов, В. Па­влов та ін.), включає стадії електрон­но-променевого випаровува­н­ня матеріалів, іонізації парів, що утворю­ються, конденсації їх у плазм. стані на поверх­ні під­кладки. Для різних цілей Н. п. за­стосовують у авіаракет. промисловості. 1962–80 в Ін­ституті про­блем матеріало­знавства АН УРСР роз­роблено фіз. основи міцності тугоплав. металів і сплавів, створ. технології їх одержа­н­ня та обробле­н­ня виробів спец. техніки (В. Трефілов). Цим же Ін­ститутом спільно з Пд. маш.-буд. заводом (Дні­пропетровськ, нині Дні­про) створ. теплозахисні покри­т­тя (І. Францевич), Всесоюз. ін­ститутом авіац. матеріало­знавства (Мос­ква) — радіопо­глинал. покри­т­тя для захисту гол. частин від радіолокац. виявле­н­ня, матеріалів оп­тич. захисту гол. частин ракет (О. Туманов). У 2000-х рр. в Ін­ституті електрозварюва­н­ня НАНУ роз­роблено парофазну технологію отрима­н­ня неорган. матеріалів з аморф., нано- та мікророзмір. структурою. Вперше в світі створ. жаро­стійкі та теплозахисні покри­т­тя, композитні матеріали на основі металів, їх оксидів, карбідів і боридів, мікрошар. композиц. матеріали типу метал–метал або метал–оксид, від­крито явище надпластичності цих матеріалів. Уведе­н­ням у паровий потік актив. газів або від­повід. домішок різних актив. металів отримано різноманітні металокерам. багатофазні, градієнтні покри­т­тя, що за­стосовують для біо­імплантантів, при­строїв для каталізу, фільтрів, захисту лопаток газотурбін. двигунів для роботи при т-рах вище 1600 °С (Б. Патон, Б. Мовчан). У Між­нар. центрі електрон­но-променевих технологій Ін­ституту електрозварюва­н­ня НАНУ створ. технологію Н. п. дис­крет. металевих нанорозмір. часток металів (Ag, Cu, Fe, Pd та ін.) на поверх­ні орган. і неорган. порошків та гранул з метою роз­шире­н­ня спектра їх функціонал. властивостей. Зокрема роз­роблено нано­структурні мед. речовини та препарати, роз­чини наночастинок для адрес. цілеспрямованого транс­портува­н­ня діагност. і лікар. препаратів. У Нац. аерокосміч. університеті «Харків. авіац. ін­ститут» створ. технології Н. п. зі спец. властивостями (іонно-плазмові, газоструменеві, газодетонаційні та ін.). Вентил. фото­елементи виготовляють за допомогою нанесе­н­ня шару селену на метал. основу з подальшим напиле­н­ням напів­про­зорої плівки срібла або ін. благород. металу. Між селеном і метал. покри­т­тям утворюється замикаючий шар. При іонно-катод. роз­пилен­ні утворюються атоми, іони й кластери, однак немає теплової рівноваги, чим і від­різняється від випаровува­н­ня. Радіац. Н. п. від­бувається під дією опроміне­н­ня високо­енергет. електронами, іонами, жорсткими фотонами та до­зволяє управляти структурою і властивостями плівок. Радіац. технології під­вищують пружність та міцність металів і сплавів. У Ін­ституті електрозварюва­н­ня НАНУ роз­роблено технологію Н. п. метал. порошками за допомогою енергії електрич., магніт., тепл., деформац. і акустич. хвиль для створе­н­ня нано- і мікрокри­сталіч. структур, що під­вищує твердість і корозійну стійкість, надійність роботи виробів у склад. умовах (напр., газотурбін. двигунів; М. Жадкевич, А. Устинов). Створ. спосіб Н. п. наношарів шляхом випаровува­н­ня матеріалу (метали, сплави, кераміка) лазер. ви­промінюва­н­ням та внаслідок транс­портува­н­ня утворених парів струменем мікроплазми до оброблюв. поверх­ні (В. Шелягін). Н. п. в умовах вакууму використовують у планар. технології напів­провід­ник. мікросхем, під час виготовле­н­ня тонкоплівк. гібрид. схем, виробів пʼєзотехніки, акусто­електроніки тощо, а також обмежено — при металізації поверх­ні пластмас. і скляних виробів, тонуван­ні скла автомобілів. Магнетрон­не напиле­н­ня за­стосовують для отрима­н­ня тонкошар. тонкоплівк. покрит­тів з різних матеріалів (для мікро­електроніки); покрит­тів з просвітлювал., світловід­бивал. та захис. властивостями (на деталі оптич. систем і приладів); при­строїв запису інформації та дис­плеїв; зміцнювал., стійких до корозії і захисно-декор. покрит­тів на метали, ді­електр. матеріали, скло, пластмаси для виготовле­н­ня виробів різного при­значе­н­ня (зокрема й зубних коронок, прикрас), товарів нар. спожива­н­ня та ін. Цим методом наносять метали, сплави, хім. сполуки, скло, кермети. Магнетрон. роз­пиле­н­ням здійснюють Н. п. з нітриду титану (вирізняється високою атмо­сферо­стійкістю та мех. міцністю). Осн. пере­вагами магнетрон. способу Н. п. є точність отрима­н­ня покри­т­тя фактично з будь-яких матеріалів без поруше­н­ня стехіометрич. складу і повна екол. без­пека (від­сутність рідких стікань, газоподіб. викидів, транс­портува­н­ня та зберіга­н­ня отруй. ре­агентів). 2001 створ. технологію Н. п. з квазікри­сталіч. структурою на основі системи Al–Cu–Fe (А. Устинов, В. Чаплюк та ін.). По­дрібнюючи зерна до нанорозмір. мас­штабу, створюючи гетерофазні структури на основі кри­сталіч. і квазікри­сталіч. фаз, роз­роблено покри­т­тя, що істотно збільшують термін служби інструментів (прес-форм для виготовле­н­ня виробів з армованих вуглецем пластмас, штампів для виробництва прецизій. деталей гарячим штампува­н­ням), до­зволяють уникнути холод. зварюва­н­ня деталей вузлів тертя, що працюють в умовах вакууму (Б. Патон, В. Теличко, С. Демченков, А. Устинов спільно з європ. партнерами). В Ін­ституті хімії поверх­ні НАНУ (Київ) сконстру­йовано багатошар. нанокомпозити із за­даними профілями, квант. ямами та двомір. газом. На вузли косміч. апаратів сут­тєво впливають активне сонячне ви­промінюва­н­ня, різні мікрочастинки та ін., тому в різних наук. установах світу, зокрема й в Ін­ституті електрозварюва­н­ня НАНУ, створ. устаткува­н­ня та технології Н. п. для таких цілей (зокрема у від­критому космосі).

Завантажити статтю