Защитно-декоративные покрытия бывают двухслойные (никель-хром) и трехслойные (медь-никель-хром). Они наносятся на изделия, изготовленные из стали, сплавов меди и цинка, а также синтетических материалов. Чаще всего эти покрытия используются для декоративной отделки внутренних деталей автомобиля, которые меньше всего подвержены коррозионному содействию, деталей внешней отделки кузова (стеклоочистители, дверные ручки, молдинги и т. п.), которые подвержены коррозии в большей степени, а также для частей автомобиля, работающих в исключительно агрессивных коррозионных средах (буфера, колпаки колес, рамки фар и фонарей световой сигнализации).

Характеристика некоторых гальванических покрытий, используемых в автомобилестроении

В зависимости от механизма защиты металла основания гальванические металлопокрытия делятся на анодные и катодные.

Анодные покрытия имеют в определенных коррозионных средах более отрицательный электродный потенциал, чем потенциал защищаемого металла. В случае повреждения покрытия или при наличии в покрытии пор происходит разрушение электролитом не металла основания, а самого покрытия. Анодные покрытия защищают металл одинаково от механических и электрохимических повреждений. На рис. 1, а приведена схема процесса коррозионного разрушения анодных покрытий, к которым относятся цинковые и кадмиевые.

Катодные металлические покрытия обладают в определенных коррозионных средах более положительным электродным потенциалом, чем потенциал металлической основы. Примером катодных покрытий для стальных деталей являются покрытия из никеля и меди. Катодные покрытия надежно защищают металлическую основу от коррозии только в случае, когда оно непроницаемо, т. е. при отсутствии пор, трещин, отколов и а) отслоений. В случае обнажения металла основания в электролитической среде образуется гальванический элемент, в котором металл покрытия является катодом, а металл основания — анодом. В результате электрохимической реакции металлическая основа, находящаяся в контакте с _ покрытием, растворяется, и уЕч изделие, находящееся под покрытием, подвергается разрушению. Процесс разрушения катодного покрытия схематично представлен на рис. 1, б.

Некачественно выполненные катодные покрытия вызывают в открытых местах сильную коррозию. Катодное покрытие защищает металл только механическим действием, являясь изолятором между защищаемой поверхностью и коррозионной средой. Защитное действие катодных покрытий резко снижается при уменьшении толщины слоя и наличии пор.

Защита металлических деталей цинковыми и кадмиевыми покрытиями. Защитные свойства цинковых и кадмиевых слоев, используемых в качестве анодных покрытий, улучшаются при увеличении толщины слоя. Интенсивность разрушения этих покрытий коррозией определяется видом покрытия, шероховатостью поверхности и качеством дополнительной обработки, выполняемой перед нанесением защитного слоя. На практике широко используются цинковые покрытия, так как процесс их нанесения оправдан технически и экономически. Цинковые покрытия дешевле вследствие относительно низкой стоимости цинка и обладают хорошими антикоррозионными свойствами в большинстве коррозионных сред. Преимущества цинковых покрытий перед кадмиевыми особенно значительны в коррозионной среде, содержащей даже небольшое количество отработавших газов, в состав которых входят окислы серы.

Кадмиевые покрытия используются только тогда, когда имеется опасность непосредственного воздействия на защищаемые поверхности растворов солей и в случае скапливания влаги на этих поверхностях.

Цинковые покрытия наносятся толщиной 5—40 мкм, а кадмиевые — 5—25 мкм. Однако применение кадмиевых покрытий толщиной более 12 мкм, как правило, экономически невыгодно. К недостаткам кадмиевых покрытий по сравнению с цинковыми следует отнести их высокую стоимость, дефицитность и высокую токсичность кадмия.

Сейчас широко применяется хроматирование (пассивирование) всех оцинкованных и кадмированных деталей. Выполняется этот процесс сравнительно просто (детали погружаются в ванну с раствором на несколько секунд), но позволяет значительно повысить противокоррозионную стойкость этих покрытий и увеличить их прочность. В зависимости от раствора и параметров процесса хроматированные покрытия могут быть как бесцветными, так и цветными — голубыми, светло-желтыми, золотистыми, коричневыми, черными и др. Поэтому этот процесс можно иногда применять для декоративной отделки деталей.

Защитно-декоративные покрытия никель-хром и медь-никель-хром, применяемые для металлических деталей. Принимая во внимание особенности отдельных слоев, входящих в состав многослойного покрытия медь-никель-хром на стали, необходимо знать следующие основы процесса атмосферной коррозии этих покрытий: хром — металл наиболее коррозионностойкий, так как подвергается очень быстрой пассивации; слой никеля не гарантирует сохранения декоративного вида покрытия, так как он реагирует с загрязнениями коррозионной среды, вследствие чего на его поверхности образуются продукты коррозии; слой меди в коррозионном и электрохимическом отношении обладает теми же свойствами, что и никель; сталь (железо) как металл основания наименее устойчива против коррозии по сравнению с металлами указанной системы; в действительности защитно-декоративное покрытие является обычно последовательной комбинацией слоев меди, никеля и хрома, однако медь не является абсолютно необходимой частью этой системы.

Если поврежденное место поверхности с покрытием медь-никель-хром соприкоснется с электролитом, то создается гальванический элемент, в котором слой хрома становится катодом, а слой никеля, открытый в порах или трещинах, — анодом.

В этом элементе большая катодная поверхность (хрома) и очень маленькая анодная (никеля) создают условия, которые вызывают особенно быструю коррозию никеля. Коррозионное разрушение концентрируется в отдельных рассеянных точках, где происходит дальнейшее проникновение агрессивных компонентов через слой никеля и меди до самой поверхности стального основания (рис. 2), вызывая его коррозию под покрытием.

Большое значение при использовании никелевых и медных слоев имеет их сплошность.

Чем более сплошными являются эти слои, тем больше антикоррозионная устойчивость всего покрытия.

Уменьшения пористости покрытия можно добиться:
— увеличением толщины отдельных слоев, что позволяет закрыть поры, проникающие до металла основания;
— увеличением общего числа слоев в покрытии;
— дополнительным механическим полированием промежуточных слоев;
— выполнением требований технологического процесса, систематическим контролем, очисткой и ремонтом гальванических ванн;
— защитой покрытия восковыми препаратами.

Чем толще слой никеля или чем меньше разность потенциалов слоев хрома и никеля в данной коррозионной среде, тем лучшую защиту металлической основы от коррозии будет обеспечивать покрытие. Следует обратить внимание на то, что никелевые блестящие однослойные покрытия вследствие их более отрицательного потенциала, имеют меньшую коррозион. ную устойчивость по сравнению с матовыми никелевыми слоями. Это объясняется наличием в никелевой ванне серы, которая попадает туда из блескообразующих добавок.

Важными факторами, определяющими противокоррозионные свойства покрытия, являются расположение и интенсивность появления пор и микротрещин в слое хрома. При большом числе мелких пор и микротрещин в слое хрома увеличивается анодная поверхность (вследствие обнажения никеля в местах пор и трещин), что, в свою очередь, уменьшает интенсивность образования коррозионных язв. Другая возможность повышения коррозионной устойчивости многослойных покрытий состоит также в нанесении совершенно сплошных хромовых слоев, не имеющих ни пор, ни трещин. Такая технология обеспечивает изоляцию поверхности никелевого слоя от окружающей среды и внешних коррозионных факторов.

Раньше в качестве многослойного покрытия применяли никель-хром. Затем это покрытие заменили трехслойным покрытием медь-никель-хром, используя медь, как первый подслой. Притом необходимо выполнять полирование в следующей последовательности: металл основания, медный слой, никелевый слой. Непосредственной причиной применения меди в первый период пользования этими покрытиями было большее распространение цианистых ванн для меднения, чем никелевых. Теперь слой меди вводится в большинстве случаев из экономических соображений, так как позволяет расходовать меньшее количество никеля и получать более гладкие поверхности путем нанесения блестящих медных покрытий или применением полирования их перед нанесением никелевого слоя.

В последние годы, чтобы избежать применения токсичных цианистых электролитов для меднения, в качестве первого основного подслоя наносится никелевое покрытие, на него — слой меди из кислого электролита, а на слой меди поочередно слои никеля и хрома.

Ввиду того что никель по отношению к стали является катодным покрытием, необходимо, чтобы в его слое не было никаких пор. Для обеспечения полной противокоррозионной защиты металла минимальная толщина покрытия должна быть не менее 20—25 мкм. Толщина никелевых слоев в зависимости от условий эксплуатации деталей обычно составляет 10— 40 мкм. При этом, как было сказано выше, часто наносят два или три слоя никеля, причем каждый в своей ванне.

Согласно действующим рекомендациям ИСО, минимальная толщина подслоя меди при покрытии стальных изделий должна составлять 10, 15 или 20 мкм, в зависимости от условий эксплуатации изделий, рода и толщины никелевых и хромовых слоев. На изделиях из сплавов цинка, получаемых литьем, минимальная толщина подслоя меди должна быть 8 мкм.

Внешний слой хрома защищает никелевую поверхность от потускнения и изменения цвета, а также повышает ее устойчивость к истиранию. Установлено, что толщина и структура внешнего хромового слоя оказывают существенное влияние на защитные свойства всего многослойного покрытия. До настоящего времени толщина внешних слоев хромового покрытия составляла 0,25—0,5 мкм, а сейчас применяются даже слои толщиной до 1,5 мкм. Важным фактором здесь, кроме толщины внешнего слоя хрома, являются расположение, число и размеры пор и трещин, образовавшихся вследствие наличия внутренних напряжений.

Другим методом усиления коррозионной устойчивости покрытия медь-никель-хром является электролитическое хрома-тирование внешнего слоя хрома.

Толщина покрытий в зависимости от назначения автомобильных деталей. При выборе толщины покрытий никель-хром и медь-никель-хром для отдельных деталей автомобилей учитываются вид и состояние поверхности металлической основы, а также расположение детали на автомобиле, ее функциональное назначение и дополнительное, кроме коррозионного, воздействие механических и других факторов.

Вид металла определяет возможность использования того или иного гальванического покрытия. Например, нельзя непосредственно покрывать детали из сплава цинка никелевым покрытием, не нанеся прежде медного подслоя. Сталь можно покрывать никелем непосредственно или с подслоем меди. При осаждении меди в кислой ванне необходимо выполнить предварительную обработку в цианистой ванне для получения тонкого (2—3 мкм) слоя меди. На латунь никелевые покрытия наносятся непосредственно и применение промежуточных медных слоев не требуется.

Состояние поверхности металлической основы определяется Шероховатостью, которая обеспечивается полированием перед нанесением покрытия. Полирование относится к наиболее трудоемким и дорогостоящим операциям в процессе электрохимического осаждения металла. Допускаемая максимальная высота микронеровностей поверхности металлического основания перед Занесением защитно-декоративных покрытий составляет 0,8 мкм. [олько соблюдая такие требования, можно обеспечить возможность получения покрытий с хорошими декоративными и защитными свойствами. При подготовке поверхности деталей из сплавов цинка, полученных литьем под давлением, процесс полирования требует особого внимания. Чрезмерное полирование поверхности этих отливок может привести к полному удалению литейной корки, что, в свою очередь, скажется весьма отрицательно на качестве покрытия. Нанесение блестящих или матовых медных покрытий, обработанных полированием, применяется, в частности, для получения перед никелированием более гладкой поверхности.

Кроме места установки деталей (внутри или снаружи автомобиля, выше или ниже 50 см от поверхности дороги), следует учитывать дополнительную опасность повреждений, связанных с условиями работы. Например, для низкорасположенных внешних деталей автомобиля надо принимать во внимание обрызгивание грязью, воздействие снега с солью, песком, гравием, применяемыми во время гололедицы на дорогах. Поверхность ручек дверей истирается и корродирует от действия пота РУК.

При разработке конструкции детали и выборе вида и толщины покрытия на чертеже должны особо указываться лицевые поверхности и такие, качество поверхности которых определяет работоспособность изделия в целом.

В зависимости от места установки детали на автомобиле и условий их работы польскими государственными стандартами (PN) предусмотрены четыре группы покрытий: для легких (J1) и умеренных (У) условий работы (элементы внутреннего оборудования автомобиля, не подверженные истиранию), тяжелых (Т) условий (элементы внутреннего оборудования, подверженные истиранию, и наружные детали, расположенные выше 50 см от поверхности дороги) и для особо тяжелых (ОТ) условий (наружные детали, установленные ниже 50 см от поверхности).

Защитно-декоративные покрытия медь-никель-хром на деталях из пластмассы. Применение автомобильных деталей из полимеров началось приблизительно с 1965 г. Пластмассы типа АБС, получаемые сополимеризацией акрилонитрила, бутадиена и стирола, а также полипропилен можно покрывать защитно-декоративными покрытиями.

Пластмассы, главным образом типа АБС, с гальваническими покрытиями получают все более, широкое распространение в автомобильной промышленности. Из них изготавливают облицовки радиатора, рамки фар, корпуса плафонов и фонарей, наружные декоративные элементы.

Главной проблемой при нанесении гальванических покрытий является получение соответствующей адгезии их с поверхностью пластмассы. Специфические свойства пластмасс АБС позволяют этого достигнуть. В ней находится некоторое количество свободного полибутадиена в дисперсном состоянии, т. е. в виде мелких шарообразных частичек размером не более 1 мкм. Частицы полибутадиена под влиянием правильно подобранных соответствующих окислительных растворов подвергаются травлению. В результате этой операции на поверхности в месте вытравленных частиц пластмассы образуются микроуглубления с зауженным входом. Осаждаемый на протравленную поверхность металл, таким образом, закрепляется на пластмассе и механически.

Основные операции процесса нанесения покрытия следующие: обработка поверхности пластмассы для получения хорошей адгезии металла с пластмассой; придание поверхности требуемой электропроводности нанесением металлического покрытия химическим способом; увеличение толщины металлического покрытия или последовательное нанесение металлических покрытий обычным электрохимическим методом.

Изготовление деталей из пластмассы (вместо металла) с последующим нанесением гальванических покрытий позволяет значительно снизить,затраты на производство деталей. Кроме того, масса изделий из пластмасс типа АБС в 2—3 раза меньше массы деталей, изготовленных из алюминия, и в 5—7 раз меньше деталей из стали и сплавов цинка. Пластмассы типа АБС практически не подвергаются коррозии и при повреждении гальванического покрытия можно не опасаться ее появления.

Анодирование деталей из алюминия. Анодированные блестящие алюминиевые детали применяются в автомобильной промышленности около 15 лет. Из них обычно изготавливаются различного рода рамки и декоративные накладки.

Тонкий окисленный слой, образовывающийся на алюминии и его сплавах в естественных условиях, не обеспечивает достаточной прочности при трении и надежной защиты от коррозии. Покрытие на алюминии при анодировании получается путем искусственного утолщения тонкого окисного слоя, образовавшегося на поверхности металла естественным способом.

В результате анодирования на алюминиевой поверхности получается тонкий микропористый слой покрытия, который после уплотнения придает поверхности алюминия хорошие антикоррозионные свойства и большую твердость и имеет необходимую адгезию с металлом основания.

В случае нанесения слоя на поверхности деталей из чистого алюминия или алюминия, содержащего в качестве легирующих элементов магний и кремний, образующих бесцветные окислы, анодные покрытия небольшой толщины получаются прозрачными и бесцветными.

Толщина анодного слоя на алюминиевых деталях автомобилей чаще всего достигает 5—10 мкм. Анодированная поверхность обладает блеском и имеет светло-серебристый цвет. Такое покрытие создается аморфным окислом алюминия А1203, который после уплотнения в горячей дистиллированной воде или в водяном паре переходит в гидратированный окисел алюминия. Уплотнение слоя сводится к закрытию пор, имеющихся в оксидных покрытиях. Благодаря пористой структуре оксидного покрытия алюминий легко можно красить органическими и неорганическими красителями.

Оксидные пленки на алюминии отличаются, как правило, высокой противокоррозионной стойкостью в промышленной и морской атмосфере. Однако они чувствительны к действию Щелочей, например соды, извести и цементной пыли, которые вызывают повреждение окисного слоя.

Технологические процессы нанесения гальванических покрытий на автомобильные детали

В данном разделе пособия приводится технология нанесения на металлические и пластмассовые детали покрытия медь-никель-хром, а также процесс анодирования деталей из сплавов алюминия.

Нанесение покрытий на металлические детали. Ниже приведены типовые технологические процессы нанесения покрытий никель-хром и медь-никель-хром на автомобильные детали, изготовленные из стали и других металлов.

Нанесение покрытия никель-хром на стальные детали.
1. Обезжиривание в трихлорэтилене.
2. Катодное обезжиривание.
3. Промывка в горячей воде.
4. Промывка под струей холодной воды.
5. Травление в 15%-ной H2S04.
6. Промывка под струей холодной воды.
7. Блестящее никелирование.
8. Регенерирующая промывка.
9. Промывка в проточной воде.
10. Хромирование.
11. Промывка.
12. Сушка.

Нанесение покрытия медь-никель-хром на стальные детали.
1. Обезжиривание в трихлорэтилене.
2. Катодное обезжиривание.
3. Промывка в горячей воде.
4. Промывка под струей холодной воды.
5. Травление в 20%-ной НС1.
6. Двукратная промывка в проточной воде.
7. Меднение в цианистой ванне.
8. Регенерирующая промывка.
9. Промывка в проточной воде.
10. Активирование разбавленной H2SO4.
11. Промывка.
12. Сушка.
13. Промывка.
14. Активирование разбавленной H2S04.
15. Промывка.
16. Никелирование.
17. Регенерирующая промывка.
18. Промывка в проточной воде.
19. Хромирование.
20. Промывка.
21. Сушка.

Нанесение покрытия никель-хром на детали из меди и ла- : туни.
1. Обезжиривание в трихлорэтилене.
2. Катодное обезжиривание.
3. Промывка в горячей воде.
4. Промывка под струей холодной воды.
5. Травление в 15%-ной H2S04.
6. Промывка в холодной воде.
7. Блестящее никелирование.
8. Регенерирующая промывка.
9. Промывка в проточной воде.
10. Хромирование.
11. Промывка.
12. Сушка.

Нанесение покрытия медь-никель-хром на детали из сплава цинка с алюминием.
1. Обезжиривание в грихлорэтилене.
2. Катодное обезжиривание.
3. Промывка в горячей воде.
4. Промывка в проточной воде.
5. Меднение в цианистом электролите с добавкой тетрата калия в течение 1—2 мин.
6. Промывка в проточной воде.
7. Анодное травление в 70%-ной H2S04.
8. Промывка в проточной воде.
9. Блестящее никелирование.
10. Регенерирующая промывка.
11. Промывка в проточной воде.
12. Хромирование.
13. Промывка.
14. Сушка.

Для нанесения покрытия на автомобильные детали, особенно в массовом производстве, применяются автоматические уст-ройства. В последние годы для снижения производственных расходов и одновременно для улучшения противокоррозионных свойств покрытий на автомобильных деталях введено много принципиальных изменений в технологию их нанесения.

Для улучшения противокоррозионных свойств многослойных покрытий применяют: никелевые покрытия двух- и трехслойные; хромовые покрытия, не имеющие трещин; микропористые хромовые покрытия; хромовые покрытия с микроскопическими трещинами; двухслойные хромовые покрытия; хромовые покрытия, прошедшие дополнительную электрохимическую обработку.

Нанесение покрытия медь-никель-хром на пластмассовые детали. На детали из пластмассы типа АБС покрытие наносится в следующей последовательности.
1. Травление в растворе, содержащем серную кислоту, фосфорную кислоту и бихромат калия для усиления адгезии покрытия.
2. Нейтрализация в растворе сульфида натрия.
3. Сепибилизация в растворе хлористого олова.
4. Активация в растворе хлорида палладия.
5. Химическое осаждение меди из сульфатной ванны с добавлением натрий-калиевого тартрата и формальдегида.
6. Травление в растворе серной кислоты.
7. Увеличение медного слоя покрытия в сульфатной ванне электрохимическим методом. Толщина медного слоя должна быть в 2 раза больше толщины положенных на него покрытий и не менее 10 мкм.
8. Электрохимическое никелирование.
9. Электрохимическое хромирование.