Контроль качества нанесения покрытия

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3

Общие требования к покрытиям представлены в ГОСТ 9.301-86 «Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Общие требования».Объектами контроля качества нанесённого покрытия являются:

— внешний вид;

— толщина покрытия;

— остаточные внутренние напряжения в покрытии;

— твёрдость и пористость покрытия;

— прочность сцепления покрытия с основой;

— шероховатость поверхности покрытия

и ряд других защитных и функциональных свойств, в частности, износостойкость, трибологические, коррозионно-защитные свойства.

Среди них отметим ряд требований к толщине качеству покрытий.

1). Превышение максимальной толщины покрытия не является браковочным признаком, если это не влияет на сборку и работоспособность изделия.

2). В отверстиях, пазах, вырезах, на вогнутых участках сложнопрофилированных деталей, на внутренних поверхностях и местах сопряжения неразъемных сборочных единиц допускается уменьшение толщины покрытия до 50 %, а для хромовых покрытий — отсутствие, если нет других требований в конструкторской документации к толщине покрытия на указанных участках.

3). В глухих гладких и резьбовых отверстиях и пазах диаметром (или шириной) до 12 мм и в сквозных гладких и резьбовых отверстиях и пазах диаметром (или шириной) до 6 мм толщина покрытия на глубине более одного диаметра (или одной ширины) не нормируется; допускается отсутствие покрытия, если в конструкторской документации не указаны требования к толщине покрытия на этих участках.

4). На поверхности покрытий, если нет специальных указаний в конструкторской документации, не являются браковочными следующие признаки:

— следы механической обработки и другие отклонения, допускаемые нормативно-технической документацией на основной металл; незначительная волнистость поверхности покрытия после вытяжки, выявляющаяся после травления;

— темные или светлые полосы или пятна в труднодоступных для зачистки отверстиях и пазах, на внутренних поверхностях и вогнутых участках деталей сложной конфигурации, местах сопряжения неразъемных сборочных единиц, в сварных, паяных швах, околошовной зоне и местах снятия плакировочного слоя; неравномерность блеска и неоднотонность цвета;

— неоднотонность цвета покрытий на деталях из плакированных металлов с частичной механической обработкой;

— следы от потеков воды, хроматирующих и фосфатирующих растворов без остатков солей;

— блестящие точки и штрихи, образовавшиеся от соприкосновения с измерительным инструментом, приспособлениями и от соударения деталей в процессе нанесения покрытий в барабанах, колоколах и сетчатых приспособлениях;

— изменение интенсивности цвета или потемнение после нагрева с целью обезводороживания и проверки прочности сцепления, снятия изоляции и пропитки;

— единичные черные точки на участках, предназначенных под заливку компаундами, герметиками, клеями;

5). Допускается отсутствие покрытия:

— в порах, местах включений, допускаемых нормативно-технической документацией на литье; на сварных и паяных швах и около них на расстоянии не более 2 мм по одну и другую сторону от шва и во внутренних углах взаимно перпендикулярных плоскостей при условии последующей дополнительной защиты этих мест;

— в местах контакта детали с приспособлением, кроме особых случаев, оговоренных в конструкторской документации.

Нормы контроля гальванических покрытий установлены ГОСТ 9.302-88 «Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Методы контроля».

Контрольвнешнего вида покрытия. Требования, предъявляемые к внешнему виду покрытий, обычно определяются соответствующими техническими условиями к изделию. Внешний вид покрытия обычно оценивается осмотром невооружённым глазом. При осмотре выявляются непокрытые места на отдельных участках поверхности, наличие губчатых отложений, пригаров, трещин, тёмных чёрных полос и пятен.

Методы определения толщины гальванических покрытий. Для определения толщины покрытия применяют физические неразрушающие и разрушающие методы и химические методы. Последние во всех вариантах являются разрушающими.

В зависимости от используемого метода в качестве результата получают данные о средней или местной толщине покрытия. Перед определением толщины покрытия (это относится и к контролю пористости, защитных и функциональных свойств покрытий) испытуемую деталь выдерживают для выравнивания её температуры с температурой помещения, в котором проводят контроль, и тщательно обезжиривают этиловым спиртом или пастой из окиси магния, промывают дистиллированной водой и сушат фильтровальной бумагой.

К физическим неразрушающим методам относят магнитные и радиационные методы, весовой метод, оптический метод и метод вихревых токов. Практическое применение получили в основном магнитные методы. Эти методы применяют при условии, что значение шероховатости поверхности Raосновного металла и покрытия меньше толщины покрытия. Наиболее простым среди магнитных методов является магнитоотрывной метод. Действие этого метода основано на изменении зависящей от толщины покрытия силы отрыва магнита или электромагнита от ферромагнитной основы.

К разрушающим физическим методам контроля толщины покрытия относят гравиметрический, аналитический, профилометрический, металлографический и кулонометрический методы. Гравиметрический метод основан на взвешивании заготовки на аналитических весах до и после нанесения покрытия либо до и после растворения покрытия или основного материала в соответствующем растворе. Погрешность измерения этим методом находится в пределах ± 10 %. Аналитический метод предусматривает определение толщины покрытия по массе растворённого металла, которую могут определить химическим анализом раствора.

Металлографический метод. Метод основан на определении толщины покрытия на поперечном шлифе при 500…1000-кратном увеличении с помощью металлографического микроскопа при толщине покрытия менее 20 мкм и 100…200-кратном увеличении для покрытий толщиной более 20 мкм. Этот метод достаточно трудоёмок и используется при арбитражах и структурных исследованиях покрытий.

Химические методы определения толщины покрытия. К методам данной группы относят методы струи, капли и снятия покрытия.

Метод струи основан на растворении покрытия раствором, вытекающим на поверхность заготовки в виде струи. Расчёт толщины покрытия производят по времени, затраченному на снятие покрытия или по объёму раствора, израсходованному на растворение покрытия. Окончание растворения покрытия устанавливают визуально или с помощью прибора, регистрирующего изменение потенциала или тока в момент полного растворения покрытия.

Метод капли основан на растворении покрытия каплями раствора, наносимыми на поверхность и выдерживаемыми на покрытии в течение определённого промежутка времени. Расчёт толщины покрытия производят по числу капель, затрачиваемых на растворение покрытия. Методы струи и капли дают погрешность измерения толщины ± (15-30) %.

Пористость гальванических покрытий, как правило, контролируется периодически для оценки качества подготовки и точности режима процесса электроосаждения. Для определения пористости применяют метод паст и метод наложения фильтровальной бумаги.

Метод паст основан на химическом взаимодействии основного металла в местах пор и других несплошностей покрытий с веществами, входящими в состав пасты. В результате такого взаимодействия образуются окрашенные соединения, по которым и выявляются поры. Метод применим для определения пористости металлических покрытий на стали, алюминии, цинке, меди и их сплавах, а также нахождения степени пористости неорганических покрытий на алюминии и его сплавах.

Метод наложения фильтровальной бумаги основан на том же принципе взаимодействия основного металла и веществ фильтровальной бумаги, пропитанной специальными растворами. После снятия бумаги с отпечатками пор её просушивают и определяют число пор, приходящихся на единицу площади поверхности, на каждом участке покрытия. Метод может быть применён для определения пористости катодных покрытий на стали, меди и медных сплавах.

Определение прочности сцепления покрытия с основным металлом. Методы контроля этой группы основаны на различии физико-механических свойств покрытия и основного металла. В данной группе методов контроля используют как качественные, так и количественные методы. К качественным методам относят методы полирования, крацевания, нанесения сетки царапин, изгиба, нагрева, метод навивки (для контроля покрытий на проволоке). В группе количественных методов выделяют методы опиловки, отрыва полоски и некоторые другие. Количественные методы требуют изготовления образцов, применения специального оборудования и оснастки.

При контроле методом полирования заготовку с покрытием полируют в течение 15…60 секунд с помощью хромовой, крокусной или другой пасты при окружной скорости круга 20…30 м/с. Прочность сцепления считается достаточной, если на поверхности покрытия не образуется вздутий и не происходит отслаивание покрытия. Используют данный метод при толщине покрытия до 30 мкм.

Метод крацевания характеризуется тем, что покрытие толщиной до 20 мкм обрабатывают в течение 15…60 секунд с помощью стальных или латунных щёток при определённом режиме обработки. Отсутствие вздутий на поверхности или отслаивания свидетельствует о достаточной прочности сцепления.

Для контроля прочности сцепления покрытия с основным металлом методом нанесения сетки царапин на поверхности покрытия стальным остриём наносят четыре – шесть параллельных линий глубиной до основного металла и столько же линий, перпендикулярно им. При этом не должно происходить отслаивания покрытия.

Для испытания прочности покрытий на листовых материалах используют метод изгиба. Заготовку при испытании изгибают под углом 90^ов обе стороны до излома. В месте излома не должно наблюдаться отслаивание покрытия.

Метод нагрева. Для контроля прочности сцепления заготовку нагревают в течение 30…60 минут и охлаждают на воздухе. После этого на поверхности заготовки не должно наблюдаться вздутия или отслаивания покрытия. Температуру нагрева выбирают в зависимости от марки основного металла в границах от 120 ^оС (для магния и его сплавов) до 355 ^оС (для сталей и чугунов).

Оценку прочности сцепления основы с покрытием разрушающим методом контроля выполняют методом опиловки. Его используют для покрытий толщиной более 5 мкм. Контроль проводят на образцах, вырезанных из детали, перпендикулярно к поверхности покрытия. Образец зажимают в тисках и опиливают по срезу напильником с мелкой насечкой. Опиловку производят в направлении от основного металла к покрытию под углом 45^о. После контроля не должно быть отслаивания покрытия.

При проверке прочности сцепления покрытия с основой применяют и другие методы контроля, например, метод отрыва покрытия от поверхности заготовки. В основу этого метода положено измерение силы отрыва покрытия 2, нанесённого на торец цилиндрического образца 1 (рис. 4.10,а).

Рис. 4.10. Этапы контроля прочности сцепления покрытия с основой методом отрыва покрытия

Образец с нанесённым покрытием подвергается механической обработке для создания площадки сцепления, определяемой наружным D и внутренним d диаметрами (рис. 4.10, б). С помощью механического устройства или гидравлического пресса создаётся постепенно возрастающее усилие на внутреннюю поверхность покрытия, параллельно оси образца. При достижении усилием значения Р происходит отрыв покрытия от основы (рис. 4.10, в). Прочность сцепления s (Па) покрытия с основой рассчитывают по формуле

s = Р/S = , (4.5)

где Р — усилие отрыва, Н; S — площадь поверхности отрыва покрытия от основного металла, м².

Контроль покрытия на наличие внутренних напряжений. В соответствии с ГОСТ 9.302-88 в основе метода определения внутренних напряжений в металлических электрохимических покрытиях лежит изменение длины образца при осаждении покрытия и вычисление на основе полученных данных внутренних напряжений первого рода.

Контроль проводят в электролитических ваннах на плоских образцах размером (250 ´ 110 ´ 0,5‑0,1) мм или на проволочных образцах (при контроле покрытия пружин). Перед испытанием образец обезжиривают, активируют его поверхность в растворе серной кислоты и промывают в проточной воде. К образцу прикладывают растягивающее усилие, соответствующее напряжению 4...10 МПа, и защищают покрытием органического стекла все поверхности, не подлежащие покрытию.

Подготовленный таким образом образец погружают в электролит и включают электрический ток. Нанесение покрытия производится с двух сторон образца. В процессе нанесения покрытия в связи с возникновением внутренних напряжений образец изменяет свою длину. Если заранее известна скорость осаждения покрытия, то изменение длины образца отсчитывают после достижения заданных толщин покрытия, например, 2, 3, 5, 10 мкм и т. д. Если скорость осаждения покрытия неизвестна, то изменение длины образца отсчитывают в зависимости от продолжительности осаждения покрытия через определённые промежутки времени. Затем по полученным данным определяют скорость осаждения покрытия по средней толщине покрытия или по разнице массы образца до и после покрытия. После этого строят график зависимости изменения длины образца от продолжительности процесса, проводят его математическую обработку и на основе полученной зависимости определяют внутренние напряжения s_внв МПа для плоского образца по формуле

, (4.6)

где Е_о — модуль упругости при растяжении металла образца, МПа; Е_р — модуль упругости при растяжении материала покрытия, МПа; b— толщина образца, мм; h — толщина покрытия, мм; l_о — длина покрывающейся части образца, мм; Dl — укорочение или удлинение образца при заданной толщине покрытия, мм; m— коэффициент Пуассона.

Если при осаждении покрытия образец укорачивается, то в покрытии возникают напряжения растяжения. Если образец удлиняется, в покрытии возникают напряжения сжатия. Соответственно этому результаты по формулам обозначают знаком «+» или «‑».

Для измерения внутренних напряжений применяют и другие методы, в основе которых лежат измерения величины деформации катода — образца, возникающей в процессе нанесения на него покрытия. Наиболее широкое распространение получил метод изгиба тонкого плоского катода. При реализации этого метода одну сторону катода — образца изолируют непроводящим химически стойким лаком. Металл осаждают на вторую сторону катода, что приводит к деформации — изгибу пластины под действием внутренних напряжений.

Измерения производят в электрохимической ячейке. У торцовых стенок ячейки размещают анод и катод в виде пластинок толщиной 0,1…0,3 мм, перекрывающих всё сечение электролита, чтобы обеспечить равномерное распределение тока. Верхний конец катода (вне электролита) жёстко закрепляется в неподвижном контактном устройстве. Нижний конец катода может перемещаться.

При электролизе ведут наблюдение за смещением конца катода с помощью измерительного микроскопа. Величину внутренних напряжений определяют по формуле

, (4.7)

где s_вн — внутреннее напряжение в покрытии, МПа; Е — модуль упругости металла катода, МПа; b₁ — толщина катода, мм; b₂ — толщина покрытия, мм; l — длина рабочей части катода, мм; Dl — смещение конца катода, мм.

Измерение деформации катода может производиться также с помощью проволочных тензодатчиков, наклеиваемых на нерабочую сторону катода. Деформация катода, возникающая под влиянием внутренних напряжений осаждаемого при электролизе покрытия, изменяет электрическое сопротивление тензодатчиков. Эти изменения регистрируются с помощью электрических мостов тензометрических схем. Показания приборов затем пересчитывают на величину внутренних напряжений.

Обозначения покрытий

Покрытия на чертежах обозначают с помощью ряда символов в соответствии с ГОСТ 9306–85 «Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Обозначения». Эти символы отражают структуру итехнологию получения покрытия. В них указывают следующие данные:

— способ обработки материала основы;

— способ получения основного покрытия;

— материал основного покрытия и отдельных слоёв для многослойных покрытий;

— минимальную толщину покрытия (толщину покрытия менее 1 мкм без особой необходимости не указывают);

— электролит, из которого получают покрытие;

— функциональные и декоративные свойства покрытия;

— вид дополнительной обработки покрытия.

Перечень характеристик, указываемых в обозначении покрытия, может варьироваться в зависимости от типа и назначения покрытия.

Например, покрытие кадмием толщиной 3 мкм с подслоем никеля толщиной 9 мкм и последующей термообработкой и хроматированием химическим методом нанесения покрытий обозначают следующим образом: Н9. КдЗ. т. хр.

Примеры обозначений наиболее распространённых гальванических покрытий и области их рационального применения приведены в таблице 4.5.

Таблица 4.5

Примеры некоторых химических и гальванических покрытий и области их применения

Вид покрытия и примеры обозначения	Характеристика покрытия	Примеры применения
Хим. Окс. прм	Химическое окисное с промасливанием (чёрное, блестящее)	Стальные детали, работающие в масле, или в условиях сухой атмосферы. Покрытие декоративное, имеет невысокие защитные свойства.
Ан. Окс. хром	Анодно-окисное с хроматированием (обработкой хромовым ангидридом)	Детали из алюминиевых сплавов. Покрытие обладает защитными и декоративными свойствами.
Хмол15	Хромовое, молочное, толщиной 15 мкм	Поверхности деталей, работающих на трение.
Х6.тв	Хромовое, толщиной 6 мкм, твёрдое	Покрытие имеет декоративные свойства.
Хим. Фос. прм	Химическое фосфатное с пропиткой маслом (чёрное)	Стальные детали, подлежащие окраске, заготовки перед волочением, накатыванием резьбы (для снижения трения), работающие в масле.
М24.Нд15.Х6.б	Трёхслойное: медь 24 мкм, никель двухслойный 15 мкм, хром 6мкм, блестящее	Стальные детали, работающие в агрессивной атмосфере, покрытие имеет высокие декоративные свойства.
Н12.б	Никелевое, толщиной 12 мкм, блестящее	Слесарно-монтажный инструмент.
Кд21.хр	Кадмиевое, толщиной 21 мкм, с хроматированием (толщина слоя менее 1 мкм)	Стальные детали, работающие в условиях влажной атмосферы, тропического климата.
О15	Оловянное, толщиной 15 мкм	Стальные тонкие листы для консервной тары (белая жесть), детали подвергаемые пайке.
М6	Медное, толщиной 6 мкм	Детали, подвергаемые пайке. В основном, покрытие медью используется в качестве подслоя при покрытии никелем, хромом.
М6.О3	Оловянное с подслоем меди	Детали, подвергаемые пайке.
Ц12.хр	Цинковое толщиной 12 мкм с хроматированием	Детали машин, работающие в сухих условиях (пружины, метизы); стальные листы (оцинкованное железо) для использования в атмосферных условиях умеренного климата.

Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 3966; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 23

Мы поможем в написании ваших работ!