Покрытия, наносимые на материалы, играют ключевую роль в улучшении их эксплуатационных характеристик и продлении срока службы. Защита от коррозии, создание различных декоративных эффектов и обеспечение специфических свойств на поверхности — вот основные задачи, которые решаются с помощью покрытий. Они могут существенно менять физические и химические характеристики поверхности, обеспечивая ее устойчивость к внешним воздействиям, таким как механические повреждения, химические реакции или изменения температуры. Кроме того, покрытие может придавать изделию уникальные визуальные качества, такие как глянцевый или матовый оттенок, а также создание текстуры, которая добавляет дополнительную стойкость к износу.
При выборе подходящего покрытия необходимо учитывать множество факторов, таких как материалы основы изделия, условия эксплуатации и желаемые свойства поверхности. Совместимость материала покрытия с основой также имеет огромное значение, чтобы обеспечить долговечность и эффективность защитного слоя.
История применения покрытий для защиты материалов насчитывает несколько тысячелетий. Еще в Древнем Египте для защиты металлических изделий использовались различные покрытия, включая смолы и воски. В Средневековье мастера применяли защитные покрытия для оружия и бронзовых изделий, чтобы предотвратить их повреждения в условиях влажной и агрессивной внешней среды. В XIX веке с развитием промышленности появились первые синтетические покрытия, такие как лакокрасочные составы, которые использовались для защиты и декорирования металлических и деревянных конструкций.
XX век стал временем интенсивного развития технологий покрытия, включая создание новых материалов, таких как пластмассы и полимеры, а также внедрение высокотехнологичных методов нанесения покрытия, таких как гальванизация и термическое распыление. Развитие химической промышленности привело к созданию неорганических и органических неметаллических покрытий, которые обеспечивали защиту от коррозии, а также создавали специфические свойства, такие как тепло- и электропроводность.
Покрытия наносятся на изделия, изготовленные из различных типов материалов, с целью повышения их эксплуатационных характеристик. Основными задачами таких покрытий является обеспечение защиты от коррозионного разрушения, формирование декоративного внешнего вида, а также создание специфических свойств на поверхности изделий. Среди этих свойств могут быть, например: электропроводимость, теплопроводность, способность к отражению или поглощению света, износостойкость, магнитные либо немагнитные характеристики, а также электроизоляционные параметры.
Покрытия подразделяются на несколько основных категорий: металлические, неорганические неметаллические (включающие в себя, например, оксидные, фосфатные, фторидные типы), а также покрытия на основе полимерных материалов, таких как пластмассы, резины и лакокрасочные составы.
При выборе подходящего типа покрытия учитываются сразу несколько факторов: конечное назначение изделия, условия эксплуатации, из какого материала изготовлена сама деталь, параметры и особенности конкретных видов покрытий, а также способ их нанесения. Также необходимо обращать внимание на совместимость материалов покрытия и основы, чтобы избежать негативных последствий от их взаимодействия, особенно в сопрягаемых элементах конструкции.
Эксплуатационные условия, в которых используются изделия с металлическими или органическими неметаллическими покрытиями, классифицируются по степени воздействия внешней среды на следующие группы:
- Л — легкие условия;
- С — средние условия эксплуатации;
- Ж — жесткие условия воздействия;
- ОЖ — очень жесткие, агрессивные условия.
Соответствующая детализация этих условий приведена в нормативном документе ГОСТ 306-85. В зависимости от способа нанесения, исходных материалов, а также декоративных и физико-механических характеристик, покрытия систематизируются и классифицируются. Пример такой классификации можно найти в табл. 1–3.
Функциональные свойства защитных покрытий напрямую связаны с их химической и физической совместимостью с материалом базовой детали. В таблицах 1–6 содержится информация об основных характеристиках металлических и неорганических неметаллических покрытий, а также их назначении. В свою очередь, технологии нанесения таких покрытий и методы последующего контроля качества определяются в соответствии с ГОСТ 16976-71.
Таблица 1. Обозначение способов нанесения покрытий
| Способ получения покрытия | Обозначение | Способ получения покрытия | Обозначение |
| Катодное восстановление | — | Металлизация | Мет |
| Химическое осаждение | Хим | Конденсация паров | Кон |
| Анодное оксидирование | АН | Контактный метод | Кт |
| Горячее нанесение | Гор | Вжигание слоя | Вж |
| Диффузионное внедрение | Катодное распыление |
Таблица 2. Обозначение металлических покрытий
| Материал покрытия | Обозначение * | Материал покрытия | Обозначение * |
| Железо | Ж | Серебро | Ср |
| Золото | Зл | Серебро с сурьмой | Ср-Су |
| Золото с серебром | Зл-Ср | Серебро с палладием | Ср-Пд |
| Золото с сурьмой | Зл-Су | Хром | Х |
| Индий | Ин | Цинк | Ц |
| Кадмий | Кд | Платина | Пл |
| Кобальт | Ко | Палладий | Пд |
| Медь | М | Родий | Рд |
| Медь-олово | М-О | Рутений | Ру |
| Медь-олово-цинк * | М-О-Ц | Свинец | С |
| Медь-цинк | М-Ц | Титан | Ти |
| Никель | Н | Никель-вольфрам | Н-В |
| Никель-кобальт-фосфор | Н-Ко-Ф | Цинк-никель | Ц-Н |
| Олово | О | Оксиды | Оке |
| Олово-висмут | О-Ви | Фосфаты | Фос |
| Олово-кобальт | О-Ко | Алюминий | А |
| Олово-свинец | О-С | Золото-платина | Зл-Пл |
| Олово-цинк | О-Ц | Алюминий-цинк | А-Ц |
| Олово-никель | О-Н | Рений | Ре |
| * В обозначение покрытий, состоящих из сплава, включают максимальное процентное содержание первого или первого и второго компонентов сплава (в случае трехкомпонентного сплава). Например, медно-оловянно-свинцовое покрытие с массовой долей меди 70-78 %, олова 10-18 %, свинца 4-20 % обозначают как М-О-С (78;18). | |||
Таблица 3. Обозначение признаков, характеризующих физико-механические свойства покрытий
| Признак покрытия | Обозначение |
| Твердость | ТВ |
| Проводимость электрическая | Э |
| Изоляционные свойства | ЭИЗ |
Таблица 4. Обозначение видов дополнительной обработки покрытий
| Тип дополнительной обработки | Обозначение | Тип дополнительной обработки | Обозначение |
| Фосфатирование поверхности | Фос | Гидрофобизация | ГФЗ |
| Хроматирование | ХР | Пропитка маслом | ПРМ |
| Оксидирование | ОКС | Погружение в воду | НВ |
| Оплавление | ОПЛ | Нанесение лакокрасочного слоя | ЛКП |
| Пропитка различными составами | ПРП |
Таблица 5. Характеристики и назначение металлических покрытий
| Покрытие | Метод нанесения | Основные свойства | Применение |
| Цинковое | Катодное осаждение, горячее и диффузионное нанесение, металлизация | Твердость 45-50 НВ; допустимая температура эксплуатации от −70 до +250 °C; отличное сцепление с поверхностью; устойчивость к деформациям изгибом; износоустойчивость низкая | Коррозионная защита железа, чугуна, медных материалов и их сплавов |
| Кадмиевое | Катодный метод | Показатели твердости в диапазоне 12–40 НВ; температурный режим работы ±60 °C; высокоэластичное, легко поддаётся пайке, способно выдерживать механические нагрузки, устойчива в щелочной и морской среде, но нестабильна при контакте с серой, маслами, топливом | Используется для морской защиты и придания приработочных свойств деталям при сборочных процессах |
| Никелевое | Электрохимическое и химическое осаждение | Твердость от 150 до 600 НВ; легко поддается полировке; сохраняет устойчивость к коррозии до температуры ±650 °C | Предотвращение коррозии пружин, корпусов и других деталей, декоративная обработка, повышение твёрдости поверхности, создание зеркальных и светопоглощающих покрытий, а также намагниченных слоев (например, с никель-кобальтом) |
| Хромовое | Катодное осаждение, диффузионный способ | Твердость достигает 750–1100 НВ; химически инертно в большинстве сред, за исключением соляной кислоты и соединений галогенов; устойчиво в тропических климатических условиях | Применяется для декоративной отделки, защиты от коррозии, повышения износостойкости деталей при трении, создания отражающих и абсорбирующих покрытий, обеспечения паяемости, электропроводимости и экранирования от магнитных полей |
| Медное | Катодное, химическое, металлизация, вжигание | Твердость 60–150 НВ; удельное сопротивление при 18 °C — 1,682·10-6 Ом·см; прочное сцепление с подложкой, пластичность, устойчивость к вытяжке и развальцовке, отличная паяемость и полируемость, склонность к быстрой окисидации | |
| Оловянное и его сплавы | Катодный, химический, горячий способ, металлизация | 15–20 НВ; высокоэластичны; устойчивы к воздействию H2S, органическим кислотам и тропическим условиям; сохраняют форму при изгибах и вытяжке | Применяются для защиты при термообработке (азотирование), гуммировании, антикоррозионной защиты, пайки, а также в декоративной отделке |
| Серебряное и его сплавы | Катодное, химическое, вжигание | Твердость 50–150 НВ; удельное сопротивление при 18 °C — 1,5·10-6 Ом·см; отражательная способность до 95%; пайка отличная; у сплавов Ср–Су — до 22 НВ; подвержены потемнению при воздействии соединений серы, хлора, аммиака | Улучшение проводимости, отражательной способности, повышение износостойкости (в сплавах Ср-П, Ср-Су) |
| Золотое и его сплавы | Катодный, химический методы | Твердость 40–100 НВ; удельное сопротивление при 18 °C — 2,213·10-6 Ом·см; хорошие термопроводные и сварочные характеристики; сплавы типа Зл-Ср, Зл-К обладают твердостью до 200 НВ и высокой износостойкостью | Минимизация переходного сопротивления в электрических контактах и повышение их долговечности |
| Палладиевое | Те же методы | Твердость в пределах 200–350 НВ; сопротивление при 18 °C — 10,8·10-6 Ом·см; склонны к образованию пленок при контакте с полимерами, что увеличивает переходное сопротивление | Создание электропроводящих слоев, снижение износа контактных поверхностей |
| Родиевое | Аналогично | Твердость достигает 400–800 НВ; отражательная способность 73–75%; высокая устойчивость к воздействию кислот и щелочей | Повышение износоустойчивости, электропроводности и светорассеивания |
Таблица 6. Физико-химические характеристики неорганических неметаллических покрытий
| Тип покрытия | Материал основы | Технические характеристики | Целевое назначение |
| Оксидное | Сталь, сплавы меди, магниевые сплавы | Базовая защита ограничена; при обработке масляными, лакокрасочными или гидрофобизирующими составами — значительно повышается | Используется при временном хранении между операциями, для декоративной и антикоррозионной защиты (особенно меди и магния) |
| Окисно-фторидное / окисно-фосфатное | Алюминиевые сплавы | Хорошая пластичность и сцепление с металлом; фосфатный вариант — диэлектричен, отлично подходит в качестве подслоя под окраску | Защита от внешней среды и декоративная обработка |
| Хроматно-фторидное | Аналогично | Хорошая электропроводность и стабильность сопротивления; качественный грунт под краску; при этом покрытия механически хрупкие | Применяются для стабилизации переходного сопротивления в электронных и силовых узлах |
| Фосфатное | Конструкционные стали | Высокое сопротивление току, устойчивость к нагреву до ±300 °C; не пригодны к пайке и сварке; эффективность защиты повышается при обработке лаком или маслом | Создание антикоррозионных и изолирующих слоев |
| Пассивное | Медь, ее сплавы, стали | Коррозионная стойкость возрастает при дополнительной обработке покрытий пропитками | Обеспечение базовой защиты от коррозии |
| Анодное оксидирование | Алюминий, магний, медь, титан и их сплавы | На алюминии твердость 28–44 НВ; пробивное напряжение до 600 В; после лакировки возрастает электрическая прочность; покрытия на титане и алюминии устойчивы к износу | Изоляция, антикоррозионная защита, защита от износа и задиров (титан), декоративные и грунтовочные цели |
Таблица 7. Пластмассовые и резиновые покрытия
| Материал | Толщина покрытия, мм | Грунт под покрытие | Температура нагрева °C, в зависимости от метода нанесения покрытия | δ, % | Рабочая температура, °C | Покрытие стойкое в среде | Поверхности детали | |||||||||
| Н | П | СВ | к | щ | о | б | с | в | н | д | т | |||||
| Полиэтилен ВД | 0.1-1 | 240 | 200 | -50÷100 | + | + | — | + | + | + | + | + | ||||
| Полиэтилен НД | 0.1-1 | — | 280 | 220 | 200 | -50÷100 | + | + | — | + | + | + | + | + | ||
| Полиизобутилен ПГС | 0,5-2 | Клей 88-Н | 20 | 200 | -40÷80 | + | + | — | — | + | + | |||||
| Полипропилен | 0.1-1 | — | 250 | 200 | -40÷150 | + | + | — | + | + | + | + | + | + | ||
| Винипласт | 0.3-1 | хгс | 170 | 15 | -30÷70 | + | + | + | + | + | + | — | — | |||
| Поливинилхлоридная паста | 0.1-1 | — | 160 | 100 | -30÷70 | + | + | + | + | + | + | + | + | + | ||
| Фторопласт-4Д, 4ДП | 0,05 | 370 | 75 | -200÷250 | + | + | + | + | + | + | + | — | + | |||
| Фторопласт-3, ЗМ | 0,15 | 330 | 75 | -100÷120 | + | + | + | + | + | + | + | — | + | |||
| Масса на основе поливинилбутираля ПНФ-12, ТПФ-37 | 0.1-1 | — | 320 | — | 240 | 50 | -40÷120 | + | + | — | + | — | — | + | + | + |
| Капрон, полиамид П-68, полиамид П-АК-7 | 0,1-1 | — | 260-300 | — | 220 | 30 | -40÷120 | — | + | — | + | + | + | + | + | + |
| Эпоксидная смола с стекловолокном | 0,5-2 | — | 20 | — | — | 10 | -40÷100 | + | + | — | + | + | + | + | — | — |
| Сырая резина на каучуках | ||||||||||||||||
| СКВ, СКС | 0,5-2 | Клей лейконат | — | — | 150 | 200 | -40÷90 | + | + | — | — | + | + | + | — | + |
| СКН-40 | 0.5-2 | То же | 150 | 200 | -40÷90 | + | + | + | + | + | + | + | — | + | ||
| Жидкий найрит | 0.5-2 | — | 20 | — | — | 200 | -40÷90 | + | + | + | + | + | + | + | — | — |
Условные обозначения:
|
||||||||||||||||
Таблица 10. Свойства и назначение грунтовок и шпатлевок
| Наименование, марка (ГОСТ, ТУ) | Цвет* | Режим сушки | Свойства и назначение | |
| °C | Длительность | |||
| Грунтовки | ||||
| Сополимеры винилхлорида: ХС-010 (ГОСТ 9355-81) | К-К | 18-23, 60 | 1 ч, 0,5 ч | Применяются для черных металлов, меди и ее сплавов, под перхлорвиниловые и сополимерные эмали в комплексе с химически стойкими и атмосферостойкими покрытиями. |
| ХС-059 (ГОСТ 23494-79) | К-К | 18-23 | 24 ч | Наносятся на черные металлы, алюминий и его сплавы под сополимерные и перхлорвиниловые эмали. |
| Глифталевая ГФ-0119 (ГОСТ 23343-78) | К-К | 18-23 | 12 ч | Наносятся на черные металлы, медь и ее сплавы под различные эмали; обладают хорошей противокоррозионной стойкостью. |
| 100-110 | 35 мин | |||
| Фенолно-формальдегидные ФЛ-ОЗК. ФЛ-ОЗЖ (ГОСТ 9109-81) | К-К | 10-23 | 12 ч | Применяются под различные эмали, обладают высокой противокоррозионной стойкостью. |
| 100-110 | 35 мин | |||
| 175 | 15 мин | |||
| Масляные: КФ-030 | Ж | 18-23 | 40 ч | Применяются на алюминий и его сплавы в составе атмосферостойких покрытий. |
| (МРТУ 10-698-67) | 70-80 | 4 ч | ||
| ФЛ-086 | Ж | 18-23 | 5 ч | |
| (ГОСТ 16302-79) | 80 | 2 ч | ||
| Алкидно-стирольная МС-015 | К-К | 18-23 | 2 ч | Наносят на черные металлы в комплексе с алкидно-стирольными эмалями для покрытий внутри помещений. |
| Акриловая АК-070 | Ж | 18-23 | 1 ч | Наносят на оксидированные алюминиевые и магниевые сплавы. |
| Поливинилбутиральные ВЛ-02; ВЛ-08 | Ж | 18-23 | 15 мин | Применяются для покрытия цветных металлов под различные эмали. |
| Эпоксидная ЭП-09Т | Ж. К | 150 | 1 ч | Применяются на черные и цветные металлы под эпоксидные эмали в комплексе с атмосферостойкими покрытиями. |
| Шпатлевки (ГОСТ 10277-76) | ||||
| Перхлорвиниловые: ХВ-005 | С | 18-23, 60 | 2,5 ч, 1 ч | Применяются для сплошного и местного шпатлевания под различные эмали. |
| ХВ-004 | 3 | 18-23 | 2 ч | |
| Пентафталевая ПФ-002 | К-К | 18-23 | 24 ч | Применяются для сплошного и местного шпатлевания под различные эмали. |
| 18-23, затем 80 | 3 ч, 1 ч | |||
| Масляная КФ-003 | К, Защ | 100 | 1 ч | Применяется для шпатлевания под масляные и глифталевые эмали. |
| Нитроцеллюлозная НЦ-007 | К-К | 18-23 | 1 ч | Используется для исправления незначительных дефектов под нитроцеллюлозные эмали. |
| Алкидно-стирольная МС-006 | Р | 18-23 | 15 мин | Используется для исправления дефектов под различные эмали. |
| Эпоксидные ЭП-0010 | К-К | 18-23 | 24 ч | Применяются для исправления дефектов глубиной до 2 мм. |
| ЭП-0020 | К | 18-23 | 24 ч | Применяются для выправки углублений глубиной до 5 мм. |
| Примечания: * К — красный; К-К — красно-коричневый; Ж — желтый; С — серый; 3 — зеленый; Р — розовый; Защ — защитный; Ч — черный. | ||||
Таблица 11. Классификация покрытий по внешнему виду
| Класс покрытия | Характеристика внешнего вида |
| I | Поверхность ровная, гладкая, однотонная, без дефектов, видимых невооруженным взглядом |
| II | Поверхность ровная, гладкая, однотонная или с характерным рисунком, допускаются мелкие дефекты (соринки, риски) и незначительные следы обработки. |
| III | Поверхность однотонная или с рисунком, допускаются более заметные дефекты, включая соринки, риски, штрихи и неровности. |
| IV | Поверхность однотонная с рисунком, допускаются различные дефекты, не влияющие на защитные свойства покрытия. |
Интересные факты:
- Древний металлургический подход: Одним из первых защитных покрытий для металлов было использование смол и восков. В Древнем Египте такие покрытия помогали защищать изделия от воздействия влаги и химических веществ.
- Золотая пыль на мебели: В XVIII веке мебель, особенно в Европе, часто покрывалась тонким слоем золота. Это не только придавало роскошный внешний вид, но и защищало деревянные поверхности от воздействия внешней среды.
- Технология гальванизации: Открытие гальванизации, процесса покрытия металлов тонким слоем другого металла, стало настоящей революцией в защите изделий от коррозии и износа. В настоящее время этот процесс используется в самых различных областях, от автомобильной промышленности до строительства.
- Развитие покрытия для электропроводности: С развитием электроники появились покрытия, обеспечивающие не только защиту, но и улучшенные электрические свойства. Это позволило создавать высокотехнологичные компоненты для компьютеров, мобильных устройств и других электронных устройств.
Покрытия, наносящиеся на различные материалы, являются важным элементом в обеспечении долговечности, функциональности и эстетической привлекательности изделий. Правильный выбор типа покрытия, его состава и способа нанесения позволяет не только защитить изделие от внешних воздействий, но и улучшить его эксплуатационные характеристики, такие как износостойкость, электропроводность или теплопроводность.
Важно помнить, что каждый тип покрытия обладает своими уникальными особенностями, и для достижения наилучшего результата необходимо учитывать как условия эксплуатации, так и совместимость материалов. В будущем можно ожидать еще большего развития технологий покрытия, что откроет новые возможности для промышленности и быта.
