Классификация покрытий

Введение

Физико-химические свойства поверхности оказывают влияние на усталостную прочность материалов, их коррозионную стойкость, способность к изнашиванию при трении и др. Стремление повысить эксплуатационные свойства изделий (повысить срок службы, улучшить качество работы и т. п.) приводят к необходимости повысить те или иные свойства поверхности, не меняя внутреннюю структуру материала. Иногда необходимо придавать исходным поверхностям совершенно иные свойства, отличные от свойств, присущих данному материалу. Например, резко повысить твердость поверхности материала, имеющего высокую пластичность, или создать коррозионно-жаростойкие поверхности на изделиях, изготовленных из материалов, не обладающих этими свойствами, но удовлетворяющих другим требованиям, предъявляемым к этим изделиям. Современные технологии позволяют изменять физико-химические свойства исходных поверхностей изделий в широких пределах путём создания на их поверхности различных покрытий.

Технология покрытий, наряду с другими наукоемкими и энергосберегающими отраслями промышленности, является одним из основных направлений развития современного производства передовых стран мирового сообщества.

Покрытия – это одно или многослойная структура, нанесенная на поверхность для защиты от внешних воздействий (температуры, давления, коррозии, эрозии и так далее).

Нанесение покрытий позволяет решить две технологические задачи:

- первая состоит в направленном изменении физико-химических свойств исходных поверхностей изделий, обеспечивающих заданные условия эксплуатации,

- вторая – в восстановлении свойств поверхностей изделий, нарушенных условиями эксплуатации, включая потерю размеров и массы.

Использование покрытий позволяет значительно повысить эксплуатационные характеристики изделий: износостойкость, коррозионостойкость, жаропрочность, жаростойкость и др.

Различают внешние и внутренние покрытия.

Внешние покрытия имеют границу между покрытием и поверхностью изделия. Соответственно размер изделия увеличивается на толщину покрытия, при этом возрастает масса изделия.

Во внутренних покрытиях отсутствует граница раздела. Размеры и масса изделия остаются неизменными, при этом изменяются свойства изделия. Внутренние покрытия еще называют модифицирующими покрытиями.

Различают две основные задачи, разрешаемые при нанесении покрытия

1. Изменение исходных физико-химических свойств поверхности изделий, обеспечивающих заданные условия эксплуатации.

2. Восстановление свойств, размеров, массы поверхности изделия, нарушенных условиями эксплуатации.

Классификация покрытий и методов их получения

Классификация покрытий

Покрытия классифицируются по следующим основным принципам:

1. По назначению (антикоррозионные или защитные, жаростойкие, износостойкие, антифрикционные, светоотражающие, декоративные и другие).

2. По физическим или химическим свойствам (металлические, неметаллические, тугоплавкие, химостойкие, светоотражающие и т.д.).

3. По природе элементов (хромовое, хромоалюминиевое, хромокремниевое и другие).

4. По природе фаз, образующихся в поверхностном слое (алюминидные, силицидные, боридные, карбидные и другие).

Классификация по назначению:

Защитные покрытия – основное назначение связано с их разнообразными защитными функциями. Большое распространение получили коррозионностойкие, жаростойкие и износостойкие покрытия. Широко применяются также теплозащитные, электроизоляционные и отражающие покрытия.

Конструкционные покрытия и пленки – выполняют роль конструктивных элементов в изделиях. Особенно широко также используются при производстве изделий в приборостроении, радиоэлектронной аппаратуре, интегральных схем, в турбореактивных двигателях – в виде срабатываемых уплотнений в турбине и компрессоре и др.

Технологические покрытия – предназначаются для облегчения технологических процессов при производстве изделий. Например, нанесение припоев при пайке сложных конструкций; производстве полуфабрикатов в процессе высокотемпературного деформирования; сварке разнородных материалов и т.д.

Декоративные покрытия – исключительно широко применяются при производстве бытовых изделий, украшений, повышении эстетичности промышленных установок и приборов, протезировании в медицинской технике и др.

Восстановительные покрытия – дают огромный экономический эффект при восстановлении изношенных поверхностей изделий, например гребных валов в судостроении; шеек коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания; лопаток в турбинных двигателях; различного режущего и прессового инструмента.

Оптические покрытия – уменьшают отражательную способность по сравнению с массивными материалами, в основном, благодаря геометрии поверхности. Профилеметрирование показывает, что поверхность некоторых покрытий представляет собой совокупность шероховатостей, высота которых колеблется от 8 до 15 мкм. На отдельных макронеровностях формируются микронеровности, высота которых колеблется от 0,1 до 2 мкм. Таким образом, высота неровностей соизмерима с длиной волны падающего излучения. Отражение света от такой поверхности происходит в соответствии с законом Френкеля.

По методам нанесения покрытий их можно классифицировать:

1. По фазовому состоянию среды, из которой происходит осаждение материала покрытия.

2. По состоянию наносимого материала.

3. По состоянию процессов, которые определяют одну группу методов нанесения покрытий.

По фазовому состоянию наносимого материала методы делятся на:

1. Твёрдое состояние (механическое соединение, плакирование, спекание).

2. Жидкое состояние (горячее окунание, напыление, наплавка).

3. Полужидкое и пастообразное состояние (золь-гель процесс, шликерный, напайка).

4. Газовая среда (атомное, ионное или электронное взаимодействие; физическое осаждение из паровой фазы, химическое осаждение из паровой фазы).

5. Раствор (химический, гальванический, электрогальванический).

6. Плазма.

Классификация методов нанесения покрытий по состоянию процессов определяющих одну группу методов

1. Физические (физическое осаждение из газовой фазы, вакуумные покрытия, термическое испарение, распыление, ионное осаждение).

2. Химическое (химическое осаждение из газовой фазы, осаждение из электролита из наложения электрического поля).

3. Электрохимические (в водных растворах, в расплавах солей).

4. Напыление (детонационной пушкой, электрической дугой, металлизация, плазменное, газопламенное с использованием проволоки).

5. Сварка, наплавка (лазерная, ручная электродуговая, сварка в защитной атмосфере, кислородно-ацетиленовая сварка, плазменная сварка, сплавлением при напылении, дуговая под слоем флюса, дуговая неплавящимся электродом, сварка взрывом, прокатка).