Металлизация пластмасс

Существует много способов декорирования поверхностей, и к одним из основных относится вакуумная металлизация. Предметов с таким покрытием вокруг множество. Даже предметы из обычного пластика можно сделать похожими на металлические – с помощью этой технологии напыления металла они приобретут красивую серебристую или золотистую поверхность.

Понятие о вакуумной металлизации

С помощью такой технологии происходит обработка поверхностей изделий путём переноса мелких металлических частиц в вакууме. Они покрывают изделия плотным слоем. Для этого используется специальное оборудование, довольно дорогостоящее, для которого необходимо подходящее производственное помещение. В небольшой мастерской такой процесс работы не выполнить.

Вакуумная металлизация широкое применение получила сравнительно недавно, но уже показала, что этот способ, несмотря на использование дорогого оборудования, намного дешевле гальванического нанесения, а по сравнению с лакокрасочными покрытиями слой значительно насыщенней и поверхность получается более красивая.

Как выполнить металлизацию пластика в домашних условиях

Металлизированный пластик можно получить и в домашних условиях. Для этого применяют несколько распространенных методик. Наиболее популярная и доступная из них – химическая, для ее реализации не потребуется специальное оборудование. При помощи данной технологии на поверхность пластика можно нанести тонкий слой меди или серебра, что придаст готовому изделию исключительную декоративность.

Вне зависимости от выбранного способа металлизации обрабатываемую деталь следует очистить от механических загрязнений

Меднение пластика

Металлизацию пластика при помощи меди выполняют в несколько этапов.

Тщательное ошкуривание поверхности, в процессе которого с нее необходимо удалить все выпуклости и другие дефекты. После ошкуривания изделие необходимо обработать абразивным порошком.
Обезжиривание поверхности. Изделия, изготовленные из полиакрилатов, обезжириваются перед металлизацией в растворе каустической соды, в который деталь помещается на сутки. Для обезжиривания полиамидных материалов используется обычный бензин.
Промывка обезжиренного изделия в дистиллированной воде.
Сенсибилизация – процесс формирования на пластике пленки из гидроокиси олова. Для этого изделие на минуту помещают в полупроцентный раствор хлористого олова, на литр которого добавляют 40 граммов соляной кислоты.
Активация поверхности, для которой изделие на 3–4 минуты помещают в раствор азотнокислого серебра.
После активации изделие на 60 минут погружают в раствор для металлизации, состоящий из следующих компонентов: карбоната меди (200 г/л), 90-процентного глицерина (200 г/л), 20-процентной каустической соды (1 литр). Температура такого раствора для металлизации должна составлять 18–25°.

После выполнения всех этих процедур вы получите на пластиковом изделии красивое медное напыление.

Серебрение пластика

Металлизацию пластика слоем серебра выполняют в следующей последовательности.

Ошкуривание поверхности и ее обработка абразивным порошком.
Промывка изделия мыльным раствором и дистиллированной водой.
Обезжиривание поверхности в растворе, состоящем из ангидрида хрома (100 г/л) и сульфата железа (10 г/л).
Промывка детали в дистиллированной воде.
Сенсибилизация, для выполнения которой используют раствор хлористого олова (2 г/л).
Погружение изделия на 60 минут в раствор, состоящий из следующих компонентов: нитрата серебра (3 г/л), каустической соды (3,5 г/л), 25-процентного аммиака (8 мл/л), глюкозы (2,5 г/л). Температура раствора – 18–25°.

Гальванические серебряные покрытия обладают низкой стойкостью к механическим повреждениям, но хорошо противостоят химическим воздействиям

Если поверхность была недостаточно хорошо обезжирена, то в результате металлизации может получиться покрытие не очень хорошего качества. В таком случае его можно удалить, используя специальный раствор, и повторить всю процедуру заново.

Сформированный на пластике по вышеописанным методикам слой металла лучше всего покрыть защитным лаком. Кроме того, металлизированные таким образом пластиковые изделия можно подвергнуть дальнейшей гальванической обработке (например, выполнить их хромирование или покрыть слоем никеля).

На какие поверхности можно наносить

Способом вакуумного напыления металла можно покрывать предметы из металлов, керамики, стекла, пластмасс. При этом, в отличие от гальванического нанесения, для создания эффекта глянцевого хромирования, меднения, золочения, никелирования поверхностей не требуется предварительная полировка деталей.

Способы металлизации проще всего классифицировать по технологическим приемам получения покрытия

Вообще, металлизировать таким способом можно любые материалы, которые устойчивы к нагреву до +80 и воздействию специальных лаков. А также материалы не должны быть пористыми, чтобы в процессе металлизации в вакуумной камере не выделялся атмосферный или другой газ, что приведёт к некачественному покрытию. К ним относится плохо обработанная керамика, древесина, бетон. Но даже на них можно нанести таким способом декоративные покрытия, если предварительно загрунтовать специальными составами.

Чаще всего сегодня обрабатываются таким способом предметы из пластмасс и металлов. Этот процесс только усиливает их положительные свойства. Напыление наносится на металлические поверхности изделий, состоящие из различных сплавов. При этом создаётся защита от коррозии, изменяются электропроводные свойства металла в сторону повышения, улучшается внешний вид предметов.

Металлизация пластмасс позволяет изготавливать красивые, практичные изделия из дешёвого сырья. В автомобилестроении пластмассовые детали устанавливают для снижения веса. Решётки радиаторов, корпуса, колпаки колёс и другие детали, к которым не требуется обладание повышенной прочностью, изготавливаются из прочных марок пластмасс и обрабатываются под металл.

Этапы выполнения вакуумной металлизации

Напыление металла на поверхности изделий методом вакуумной металлизации производится по технологии, состоящей из нескольких этапов:

Деталь подготавливается к процессу нанесения покрытия. Для этой цели подходят только заготовки несложных форм, которые не имеют острых углов или участков, труднодоступных для прямолинейного попадания конденсата.
Процесс нанесения защитного слоя. На полимеры с содержанием низкомолекулярных наполнителей предварительно наносятся слои антидиффузионных лаковых покрытий.
Сушка и обезжиривание. Заготовки проходят этап сушки адсорбированной влаги в течение трех часов при температуре +80 .
Процесс обезжиривания происходит уже на подготовительном этапе в вакуумной камере путём воздействия тлеющего разряда.
Проведение отжига на этой стадии особенно благоприятно для полимерных материалов – положительно сказывается на их структуре, снижается при этом внутреннее напряжение.
Проводится активационная обработка перед нанесением металлического слоя на поверхность для повышения её адгезии. Используемые методы зависят от материала заготовки.
Нанесение металлического покрытия. При этом слой покрытия формируется путём конденсации пересыщенных паров металлов на холодную поверхность заготовки.
Затем проводится контрольная проверка качества металлического слоя. Для декоративных изделий она заключается в осмотре поверхности с определением прочности и равномерности слоя. Для технических деталей используются дополнительные испытания. На практике применяются методы отслаивания липкой лентой, истирание, разрушение УЗ колебаниями и др.

Изделия после вакуумной металлизации

Преимущества вакуумной металлизации

У данной технологии есть довольно большое количество преимуществ:

Возможность автоматизации процесса. Как ранее было отмечено, устанавливаемое оборудование позволяет максимально автоматизировать рассматриваемый процесс, за счет чего снижается вероятность появления дефектов из-за ошибки человека.
Получаемая поверхность будет равномерной, что обеспечивает привлекательный вид и высокие эксплуатационные качества детали. Как правило, после металлизации поверхность полимеров напоминает шлифованный металл.
При соблюдении технологии напыления поверхностный слой может прослужить в течении многих лет. Этап контроля качества позволяет исключить вероятность откалывания поверхностного напыляемого слоя или его быстрое истирание.
Подобным образом можно придать изделию самые различные качества: коррозионную стойкость, электрическую проводимость, уменьшить степень трения, повысить твердость поверхности. В большинстве случаев вакуумная металлизация применяется для декорирования деталей.
Основные эксплуатационные качества подложки остаются практически неизменными. Нагрев материала при этапе просушки проходит до температуры, которая не приведет к перестроению его структуры.
Технология может применяться на финишном этапе изготовления детали. При правильном выполнении всех этапов проводить доработку обрабатываемых деталей не нужно.

Вакуумная металлизация декоративных изделий

Если рассматривать недостатки, то следует отметить сложность процесса перехода напыляемого вещества из одного состояния в другой. Обеспечить требуемые условия можно исключительно при установке специального оборудования. Поэтому своими руками провести вакуумную металлизацию с обеспечением высокого качества поверхности практически не возможно.

В заключение отметим, что даже небольшая толщина металлического слоя на полимерном покрытии способна придать полимерам металлический блеск и электропроводность, защитить структуру от воздействия солнечного света и атмосферного старения. При этом создаваемый слой может иметь толщину всего несколько долей миллиметра, за счет чего вес изделия остается практически неизменным. Кроме этого вакуумная металлизация позволяет получить совершенно уникальный материал, который будет обладать гибкостью и легкостью, а также свойствами, которые присущи металлам.

Область применения вакуумной металлизации

При рассмотрении области применения данной технологии отметим, что она может применяться для покрытия следующих материалов:

пластика;
алюминия;
различных полимеров;
стекла;
керамики;
металлов.

Вакуумная металлизация изделий из стекла

Наибольшее распространение получила металлизация пластмассовых изделий. Это связано с тем, что подобным образом изделие из дешевого пластика приобретает более привлекательный вид.

Если нужно сэкономить на производстве, но при этом обеспечить высокие декоративные качества, проводится напыление алюминия или других металлов.

Примером назовем изготовление деталей автомобилей, которые используются при отделке салона. Китайские и японские автопроизводители давно начали применять рассматриваемую технологию для удешевления своих автомобилей. При этом применение вакуумной металлизации проводится не только в декоративных целях, за счет более высокой прочности поверхностного слоя детали служат дольше, снижается степень трения. Однако металлизация не позволяет повысить прочность всего полимерного изделия.

Данная технология применяется и при производстве различных вещей, применяемых в быту, недорогих украшений. Большое распространение связано с тем, что поверхностный слой не истирается на протяжении длительного периода эксплуатации. Ранее применяемые технологии напыления не предусматривали создание высокой адгезии между подложкой и декоративным покрытием.

Выводы

По времени использования наибольший срок сохранения декоративного слоя у предметов, находящихся в закрытых помещениях. Те, что часто подвергаются атмосферным воздействиям, могут со временем повреждаться. Но для их защиты обычно используются специальные лаковые слои, которые продлевают срок службы таких изделий. К преимуществам покрытий вакуумным способом относится их экологичность, по сравнению с другими аналогичными технологиями.

Видео по теме: Вакуумная металлизация стекла — отжиг покрытия

Металлизация пластмасс – технология проведения процедуры

Металлизация пластмасс – технология проведения процедуры

Химическая металлизация пластмасс дает возможность изготавливать такие промышленные типы изделий и полуфабрикатов, как печатные платы, световые фильтры, катализаторы, а также заготовки для гальваники и множество другого.

Металлизация даст возможность улучшить устойчивость пластмассы к воздействиям механического типа, высоких температур и влаге.

Более того, детали, в которых используется сочетание металла и пластмассы, весят куда меньше, чем просто металлические.

Технологические особенности металлизации

В роли подслойной поверхности для гальваники чаще всего используют медь. Именно медный слой будет играть роль демпфера для пластмассы, за счет чего будет стабилизироваться напряжение, которые неизбежны при значительной разницы в коэффициенте теплового напряжения таких разнородных материалов. подслой будет дополнительно хромирован или никелирован, как описано ниже.

Пластмасса.
Матовый медный слой.
Медный слой с блеском.
Металл с химическим типом осаждения.
Никелевый блестящий слой.
Полублестящий никелевый слой.
Никелевый матовый слой.
Хромовый слой с блеском.
Конверсионный слой.
Блестящий и матовый металлический слой.

Структурные составные особенности, которые наносятся на электропроводный подслой покрытия, способны сильно разниться. Речь может идти про пленки блестящего, велюрового, осветленного, черненного, патинированного и остальных типов.

Задача пленок заключается не просто в улучшении внешнего вида изделий. Например, никелированные покрытия будут продлевать срок эксплуатации пластмассы. Дело в том, что никель может обжимать пластмасс, сильно укрепляя материал.

Особенности структурного состава, которые будут нанесены на электропроводный слой покрытия, могут сильно разниться. Речь пойдет о пленках осветленного, блестящего, черненного, велюрового, патинированного и остальных типов. Задача пленок заключается не только в улучшении внешнего вида изделий. Например, никелированные покрытия продлевают эксплуатационный период пластмасс. Дело заключается в том, что никель может обживать пластмассу, ощутимо укрепляя материал. Чтобы удалось создать гальваническое покрытие, требуется электролит.

Существуют разные виды используемых электролитов, в том числе:

Блестящие меднения.
Электролиты для нанесения никеля.
Специализированные составы, на базе которых будут созданы покрытия велюрового типа или покрытия с вкраплением твердых частиц.

Также следует применять и остальные металла, например, цинк или олово. Но перед нанесением подобных типов металлов потребуется пассивирование, после которого на поверхности появится пленка (с цветом или без него). Такие типы пленок предохранят материал от ржавчины или появления налета. Химическая металлизация пластмасс характерна тем, что подслои металлического типа не имеют высокую электрическую проводимость. Во всяком случае, проводимость будет куда ниже, чем в случае с электролитом.

По этой причине при электрохимическом осаждении плотность используемого тока должна быть небольшой – от 0.5 до 1 Ампера на квадратный дециметр. Если плотность получится выше, появится биполярный эффект, что приведет к растворению покрытия около места, где есть соприкосновение с токопроводящей подвеской. В определенных случаях, чтобы избежать растворения покрытия, на осажденный химическим методом металлически слой будет нанесен никель или медь. При этом делается все это при малой плотности электрического тока, а вот дальнейшие слои будут нанесены в стандартном режиме.

Подробности

Обзор методов

Особенности получения гальванического покрытия

Прежде всего, гальванический слой будет обеспечивать устойчивость металла к процессам коррозии. При выполнении гальванизации детали будут находиться в плотных электролитах. Таким образом, чтобы операция была успешной, на детали будут навешены специальные утяжелители.

Обратите внимание, что гальванические покрытия будут отличаться от металлических тем, что для их создания требуется куда большее количество контактов. Процесс гальванизации пластмассы будут характерен еще и сложностью этапа подготовки, потому что в таком случае будет куда сложнее обеспечивать прекрасную степень адгезии.

Адгезивные свойства материалов

Еще немного про металлизацию пластмасс. Сцепление будет характеризоваться качеством сцепления разнотипными элементами (в таком случае речь пойдет про адгезию между пластмассой и металлом). Прочность сцепления между пластмассовыми и металлическими покрытиями должна находиться в промежутке между 0.8 и 1.5 кН на метр – на отслаивание, и равняется 14 мПа на разрыв. Максимально возможная степень адгезии, достижимая современными технологическими средствами составляет примерно 14 кН на метр. Адгезионные качества материалов будут относиться к числу достаточно сложных явлений. Можно сказать и то, что не существует единой теории, которая в полной мере сможет ответить на все вопросы относительно прилипания различного рода материалов друг к другу.

С точки зрения химической науки, адгезия является химической взаимосвязью между различными по типу телами. Химические взаимодействия можно увидеть на пластмассовых поверхностях. На таких местах имеются функционально активные группы, которые будут контактировать с металлами или покрывают поверхности металла оксидами. Молекулярный подход истолковывает адгезию как следствие присутствия межмолекулярных сил на межфазной поверхности, а еще взаимодействием двух полюсов или появлением водородных связей.

Так будет объясняться, к примеру, сцепление влажных травленых полиэтиленовых пленок после их просушивания. Если говорить с точки зрения электрической теории, адгезионные качества появляются в силу того, что при взаимодействии пары тел появляется двойной электрический слой. В результате такого действия слой не позволит телам отходить друг от друга, потому что работают электротстатические силы обоюдного типа притяжения различных зарядов.

По диффузной теории (самой популярной), адгезия будет происходить за счет взаимодействий межмолекулярного типа, которые особенности явно проявляются при обоюдном проникновении молекул в слои поверхности. В то же время определенных промежуточный слой появляется, вследствие чего можно наблюдать отсутствие явной границы между материалами. И, наконец, механическая разновидность теории будет объяснять адгезию анкерным видом сцепления, которые выступают части металла в углублениям на поверхности из пластмассы. Такие углубления достаточно незначительные по площади (несколько микрометров), но, когда в них попадает осаждаемый химическим методом металл, появляются так называемые механические замки.

На адгезию будут оказывать воздействие и остальные параметры, в числе которых можно выделять следующие:

Характеристики прочности пластмассы.
Присутствие благоприятствующие реакции химически активных групп на поверхности пластмасс.
Наличие стимуляторов процессов адгезии, которые иначе могут бывать названы промоторами (оловянными и хромовыми соединениями, а также пластификаторами).
Отсутствие антипромоторов, которые способны препятствовать укреплению или даже разрушению промежуточного типа слоя.
Структура материала, который химически осаждается, а также параметры, при которых происходит осаждение.

Рассмотрим еще пару методов

Вакуумный метод металлизации

Технология вакуумной металлизации пластмасс будет состоять в напылении на поверхность пластмассы нихрома или алюминия посредством вакуума. Нанесение металла на пластмасса с применением вакуума осуществляется в особенной камере. Методика широко используется для нанесения металлической пленки на различные поверхности, к примеру, автомобильные детали, сантехнические приборы, пластиковую фурнитуру, световую технику и прочее. Чтобы зачищать металл, используют специальные лакокрасочные составы, которые отличаются повышенной степенью твердости и устойчивости к воздействию влаги.

Процесс металлизации в домашних условиях

Известны только несколько методов самостоятельного нанесения металла на покрытие из пластмассы. Самая доступная из них является химической. В таком случае не потребуется какое-то специализированное оборудование. Применяемые для процесса металлы – медь и серебро. Пленка, которая получается в итоге, будет лишь несколько микронов в толщину, но она придаст основанию красивый внешний вид с отблеском металлического типа.

Металлизация посредством меди

Перед началом обработки следует как можно лучше ошкуривать и обезжиривать поверхность. Если деталь будет иметь выпуклости (дефекты), которые следует аккуратно свести на нет. Насыпьте на поверхность абразивы и протрите поверхности тампоном. В случае, если вы имеете дело с полиакрилатами, для обезжиривания потребуется раствор едкого натра, в котором детали должны быть вымочены на протяжении суток.

Для обезжиривания полиамидов рекомендовано применять бензин. Когда будет обезжирено изделие, его следует промывать в дистиллированной воде, а после на протяжении 60 секунд держим в 0.5% растворе хлористого олова и соляной кислоты (0.04 кг на литр).

Такой процесс называется сенсибилизацией. Его целью будет получения на пластмассе пленку оловянной гидроокиси. После данного процесса следует провести активацию поверхности. Для этого в течение 3-4 минут следует вымочить деталь в растворе азотнокислого серебра (2 грамма серебра на 1 литр и 2- грамм этилового спирта).

Далее поместите изделие в раствор, который состоит из следующих ингредиентов:

Углекислая медь – 0.2 кг на 1 литр.
Глицерин (90%) – 0.2 кг на 1 литр.
Едкий натр (20%) – 1 литр.

Температура раствора должны быть от +18 до +25 градусов, а время обработки будет составлять 1 час.

Металлизация посредством серебра

Предварительную обработки пластмассы следует провести так же, как и в случае с медью – ошкурить и нанести слой абразива. Обмойте поверхность в мыльной воде, а после и в дистиллированной воде.

Обезжиривать изделие следует посредством такого раствора:

Хромовый ангидрид – 0.1 кг на литр.
Железа сульфат – 0.01 кг на литр.

После обезжиривания должна быть снова промыта деталью в дистиллированной воде. Процесс сенсибилизации следует провести в растворе хлористого олова (всего 2 грамма на 1 литр).

Дальше разместите изделие в растворе, в котором будут такие компоненты:

Азотнокислое серебро – на 1 литр 3 грамма.
Едкий натр – на 1 литр 3.5 грамма.
Аммиак (25%) – на 1 литр 8 миллилитров.
Глюкоза – на 1 литр 2.5 грамма.

Рекомендуемая растворная температура составляет от +19 до +25 градусов. Время на обработку составляет 1 час, и в результате должен появиться блестящий, а еще равномерный слой серебра. Если же где- будет неоднородности, то это можно объяснить недостаточным обезжириванием поверхности. В этом случае следует удалить нанесенное серебро и заново повторить работу.

Для удаления серебра с поверхности пластмассы потребуется следующий раствор:

Хром ангидрид – на 1 литр 10 грамм.
Серная кислота – на 1 литр 3 грамма.

Равномерную пленку советуем обрабатывать лаковым слоем, который будет защищать пластмассу. Также возможно дальнейшая обработка поверхности гальваническим методом.

Металлизации пластмасс: разновидности технологий и их особенности

Металлизация пластика, которая выполняется преимущественно электрохимическим методом, позволяет значительно усилить устойчивость полимерных материалов к механическим повреждениям, воздействию высокой влажности и повышенной температуры. Немаловажным является и то, что изделия, для изготовления которых был использован металлизированный пластик, весят значительно меньше, чем аналогичные детали из чистого металла.

Хромированный пластиковые детали автомобиля — распространенный пример металлизации пластмассы

Химическая металлизация пластмасс активно используется для производства световых фильтров, катализаторов, печатных плат, заготовок для дальнейшей гальванизации, а также многого другого.

Как выполняется металлизация изделий из пластика

Такие разнородные материалы, как металл и пластик, имеют различные коэффициенты теплового расширения. В связи с этим при нанесении слоя металла на полимерный материал не избежать возникновения внутренних напряжений, стабилизировать которые позволяет подслойная поверхность. Для ее создания обычно используют медь. Когда предварительное меднение пластикового изделия выполнено, на него наносится финишный слой никеля или хрома.

Структура покрытия, полученного в результате металлизации пластика, может формироваться из нескольких слоев, в качестве которых могут выступать:

блестящий медный слой;
медный слой с матовой поверхностью;
полублестящий никелевый слой;
никелевый слой с блеском;
никелевый слой с матовой поверхностью;
конверсионный слой.

Типы наносимых на пластик многослойных гальванических покрытий

Наносимый на пластиковое изделие металлизированный слой может иметь не только различную структуру, но и различные декоративные характеристики. Так, это может быть покрытие велюрового, блестящего, осветленного, патинированного, черненого и других типов. Выполняют металлизацию пластика не только для улучшения его декоративных характеристик, но также для того, чтобы продлить срок его эксплуатации. В частности, никель, нанесенный на пластиковое изделие, обжимает его поверхность, тем самым способствуя ее укреплению.

В зависимости от того, для чего осуществляют металлизацию пластика, выполняют ее с применением электролитических растворов различного типа. Такими растворами могут быть:

электролиты для выполнения блестящего меднения;
электролитические растворы для покрытия поверхности пластиковых изделий никелем;
растворы, при помощи которых создаются покрытия с вкраплением твердых частиц, или покрытия велюрового типа.

Никелированные гальваническим способом детали

Металлизировать пластиковое изделие можно не только хромом и никелем, но и цинком и оловом. При помощи пленок из данных металлов, наносимых на пластиковую поверхность после ее пассивирования, обрабатываемая деталь защищается от негативного воздействия повышенной влажности и образования налета.

Поскольку металлический подслой, создаваемый на пластиковой поверхности, отличается не слишком высокой электропроводностью, процедуру электрохимической металлизации пластика проводят с использованием тока небольшой плотности (0,5–1 А/дм 2 ). Если применять ток более высокой плотности, это приведет к возникновению биполярного эффекта, что в свою очередь вызовет растворение подслоя в том месте, где изделие соединено с проводом, подводящим к нему электрический ток. Чтобы не столкнуться с таким негативным явлением, на сформированный подслой наносят дополнительный слой меди или никеля, причем делается это с использованием тока небольшой плотности. Последующую металлизацию пластика выполняют на обычных режимах.

Особенности нанесения металлических покрытий методом гальваники

Металлизацию пластика с помощью гальванического способа проводят в достаточно плотных электролитических растворах. Устойчивое положение обрабатываемым изделиям, находящимся в таких растворах, обеспечивают подвешиванием специальных утяжелителей.

Схема нанесения гальванического покрытия

Чтобы сформировать на поверхности пластикового изделия качественное гальваническое покрытие, необходимо также большее количество контактов, через которые на подслой обрабатываемой детали подается электроток. Перед металлизацией пластика надо выполнить несколько достаточно сложных процедур, которые обеспечат хорошую адгезию пластика с наносимым металлизированным слоем.

Сущность адгезии и влияющие на нее факторы

Адгезия, как известно, является характеристикой качества сцепления разнородных материалов между собой. Чтобы сцепление между пластиковой основой и металлическим покрытием было качественным, прочность покрытия на отслаивание должна соответствовать 0,8–1,5 кН/м, а на разрыв – 14 МПа. Современные технологические методы металлизации пластика позволяют добиваться адгезии, величина которой доходит до 14 кН/м.

На сегодняшний день не существует ни одной теории, которая бы могла точно объяснить все нюансы сцепления разнородных материалов между собой. Если ориентироваться на химическую природу адгезии, то она возникает вследствие химических взаимосвязей разнородных материалов. В частности, при металлизации полимерных материалов такие связи появляются между функционально активными группами, имеющимися на поверхности пластика, и наносимым на нее металлом.

Виды разрушений адгезионных соединений

Существует и молекулярная теория, согласно которой адгезия между разнородными материалами возникает вследствие того, что на межфазной поверхности присутствуют межмолекулярные силы, которые и способствуют сцеплению. По этой же теории, адгезия определяется взаимодействием двух полюсов или возникновением водородных связей между разнородными материалами.

Согласно электрической теории, причиной адгезии является двойной электрический слой, появляющийся при взаимодействии пары тел. В таком слое, который не дает телам отходить друг от друга, формируются электростатические силы притяжения положительных и отрицательных зарядов.

Наиболее признанной среди специалистов является диффузная теория, согласно которой адгезия возникает вследствие формирования межмолекулярных связей между разнородными материалами. В результате на границе соприкосновения двух материалов формируется новый промежуточный слой, и такая граница фактически стирается.

Существует еще и механическая теория, которая объясняет, что адгезия возникает вследствие анкерного сцепления между выступающими частями наносимого покрытия и углублениями в основном материале. В результате такого сцепления образуются так называемые механические замки, которые и обеспечивают адгезию.

Для прочного осаждения металла необходима благоприятная структура поверхности пластика

На качество адгезии при металлизации пластика оказывает влияние целый ряд параметров, к которым следует отнести:

прочность пластика;
наличие и количество химически активных групп на поверхности пластика;
наличие промоторов – стимуляторов адгезии, в качестве которых могут выступать пластификаторы, соединения олова и хрома;
отсутствие антипромоторов – элементов, которые могут не только ухудшить качество промежуточного слоя, но даже разрушить его;
структура наносимого металла;
режимы выполнения металлизации.

Цели металлизации пластмасс

Вакуумный метод

Вакуумная металлизация пластмасс используется для того, чтобы нанести на них нихром или алюминий. Для практической реализации такой технологии, как уже понятно из ее названия, необходима специальная камера, в которой создается вакуум. Наиболее активно вакуумную металлизацию пластика применяют для обработки автомобильных деталей, сантехнических и осветительных приборов, пластиковой фурнитуры различного назначения.

Нанесенному таким образом металлизированному покрытию придают высокую твердость и устойчивость к воздействию повышенной влажности, используя специальные лакокрасочные составы.

Как выполнить металлизацию пластика в домашних условиях

Меднение пластика

Металлизацию пластика при помощи меди выполняют в несколько этапов.

Тщательное ошкуривание поверхности, в процессе которого с нее необходимо удалить все выпуклости и другие дефекты. После ошкуривания изделие необходимо обработать абразивным порошком.
Обезжиривание поверхности. Изделия, изготовленные из полиакрилатов, обезжириваются перед металлизацией в растворе каустической соды, в который деталь помещается на сутки. Для обезжиривания полиамидных материалов используется обычный бензин.
Промывка обезжиренного изделия в дистиллированной воде.
Сенсибилизация – процесс формирования на пластике пленки из гидроокиси олова. Для этого изделие на минуту помещают в полупроцентный раствор хлористого олова, на литр которого добавляют 40 граммов соляной кислоты.
Активация поверхности, для которой изделие на 3–4 минуты помещают в раствор азотнокислого серебра.
После активации изделие на 60 минут погружают в раствор для металлизации, состоящий из следующих компонентов: карбоната меди (200 г/л), 90-процентного глицерина (200 г/л), 20-процентной каустической соды (1 литр). Температура такого раствора для металлизации должна составлять 18–25°.

После выполнения всех этих процедур вы получите на пластиковом изделии красивое медное напыление.

Серебрение пластика

Металлизацию пластика слоем серебра выполняют в следующей последовательности.

Ошкуривание поверхности и ее обработка абразивным порошком.
Промывка изделия мыльным раствором и дистиллированной водой.
Обезжиривание поверхности в растворе, состоящем из ангидрида хрома (100 г/л) и сульфата железа (10 г/л).
Промывка детали в дистиллированной воде.
Сенсибилизация, для выполнения которой используют раствор хлористого олова (2 г/л).
Погружение изделия на 60 минут в раствор, состоящий из следующих компонентов: нитрата серебра (3 г/л), каустической соды (3,5 г/л), 25-процентного аммиака (8 мл/л), глюкозы (2,5 г/л). Температура раствора – 18–25°.

Сформированный на пластике по вышеописанным методикам слой металла лучше всего покрыть защитным лаком. Кроме того, металлизированные таким образом пластиковые изделия можно подвергнуть дальнейшей гальванической обработке (например, выполнить их хромирование или покрыть слоем никеля).

Металлизация диэлектриков — это целое направление гальваники. В процессе металлизации получают изделия из пластмасс композитных материалов или других диэлектриков покрытые слоем осажденного металла.

Область применения металлизации пластмасс

Область применения металлизации — получение готовых изделий из диэлектриков, которые, обладая некоторыми свойствами металлической детали имеют меньший вес и гораздо дешевле в производстве. Например, детали, изготовленные с использованием термопласт-автоматов методом формования или детали, изготовленные методом литья под давлением. Такие детали могут быть использованы в отраслях, где масса деталей имеет важное значение, например, в авиационной промышленности. Отдельное направление – получение токопроводящих слоев при изготовлении печатных плат.

Такое направление гальваники как гальванопластика по своей сути является процессом нанесения слоя металла на форму или заготовку, изготовленную из воска, гипса или другого пластичного материала. С помощью методов гальванопластики изготавливают металлические копии предметов искусства, барельефы, скульптуры, различные художественные изделия, такие как металлизированные древесные листья, цветы, фрукты и многое другое.

Основные задачи металлизации

В зависимости от области применения металлизированных деталей перед специалистом гальваником ставятся диаметрально противоположные задачи. Если в первом случае, для получения качественного готового изделия из металлизированной пластмассы требуется прежде всего обеспечить прочность сцепления слоя металла с поверхностью диэлектрика, то при реализации методов гальванопластики необходимо обеспечить свободное извлечение формы, зачастую без ее разрушения.

В гальванопластике данная задача решается достаточно просто, для формирования тонкого слоя токопроводящего материала с целью дальнейшего нанесения на поверхность изделия слоя никеля, меди или другого металла гальваническим методом используют высокодисперсный графит или специальный токопроводящий лак. Подробнее о методах гальванопластики, различных приемах, особенностях процесса мы напишем в одной из следующих статей, сейчас остановимся на изготовлении готовых деталей из диэлектриков методом металлизации.

Как уже указано выше, для получения качественного изделия, прежде всего необходимо обеспечить достаточную прочность сцепления металлического слоя с поверхностью диэлектрика. Для изделий из пластмасс достаточной считается прочность сцепления равная 0,8-1,5 кН/м на отслаивание и 14 МПа на отрыв. Данные значения обеспечиваются путем тщательной подготовки поверхности детали перед нанесением металлического слоя, а также контролем однородности состава исходного сырья деталей. Для изделий, получаемых методом литья под давлением или формования исключается использование каких-либо разделительных смазок, которые могут оказать негативное воздействие на прочность сцепления слоя и основы.

Методы металлизации и подготовка поверхности

Разделяют три метода металлизации – физический, химический и гальванический, которые позволяют решать различные задачи и требуют собственных подходов к подготовке поверхности диэлектриков к процессу металлизации. Универсальным, позволяющим получать изделия с максимально возможными характеристиками является гальванический (электрохимический) метод, который разделяют на несколько этапов:

механическая подготовка поверхности деталей — удаление с поверхности отходов материала, остающихся при изготовлении (формовании или литья), очистка углубленных участков (пазов, отверстий) и т. д.;
химическая подготовка поверхности – обезжиривание и травление;
сенсибилизация и активация поверхности специальными составами и реактивами;
нанесение токопроводящего подслоя химическим методом;
нанесение гальванического покрытия на металлизированную поверхность.

Задача специалистов гальванического участка состоит в том, чтобы в результате проведения данных этапов были обеспечены основные условия получения качественного покрытия — необходимая чистота поверхности детали, заданная шероховатость и отсутствие на поверхности органических веществ.

Механические методы подготовки поверхности зависят от материала изделия и метода изготовления исходных деталей и сводятся, как правило к несложным операция по механической очистке поверхности от отходов производства.

Обезжиривание поверхности пластмассовых деталей проводится в растворе, содержащем:

тринатрийфосфат 30-40 г/л;
натр едкий 8-10 г/л;
стекло натриевое жидкое 5-7 г/л;
карбонат натрия 40-45 г/л.

Процесс проходит при температуре 40-50 0 С в течение 3-5 минут.

Адгезионные свойства металлического покрытия во многом зависят от качества травления деталей. В процессе травления на поверхности образуются микропоры, микротрещины которые и обеспечивают достаточную прочность сцепления покрытия с основой. Для травления используется раствор, практически аналогичный по своему составу электролиту хромирования – 100 г/л серной кислоты и 30 г/л хромового ангидрида. Процесс проходит при температуре 60 0 С в течение 1-5 минут.

Процесс металлизации пластмасс

Сенсибилизация — это процесс химического осаждения на поверхности тонкого слоя катализатора. Пластмассовые изделия помещают в раствор 30-40г/л двухлористого олова и 30-40 г/л соляной кислоты при цеховой температуре, затем промывают в дистиллированной воде и активируют поверхность в растворе 1-2 г/л двухлористого палладия и 1-2 мл/л соляной кислоты в течение 3-5 минут. Тонкий слой палладия, который образуется в результате катализирует осаждение меди из раствора химического меднения:

сернокислая медь 100 г/л;
едкий натр 100 г/л;
натрий углекислый (безводный) 30 г/л;
глицерин 100 г/л;
формалин 33% 25-35 мл/л.

Процесс химического осаждения меди проходит при цеховой температуре в течение 20 мин. В результате получают готовый металлический подслой, для дальнейшего гальванического осаждения металла. Гальванический процесс проходит в стандартных электролитах никелирования, меднения, оловинирования или хромирования и отличается от классического нанесения покрытий гальваническим способом только особенностями крепления токопроводящих контактов. Заканчивают процесс металлизации также стандартно – детали промывают и сушат.

Металлизация пластмасс. Часть 1.

Металлизацию пластмассовых деталей проводят в двух различных направлениях:

1) с целью получения токопроводящих слоев на поверхности пластмассы для улучшения физико-механических свойств;

2) с целью получения сложных форм методом гальванопластики. (См. «Что такое гальванопластика? Часть1,Часть 2»).

В первом случае металлизация поверхности пластмасс значительно повышает их прочность, теплостойкость, уменьшает водопоглощаемость и хрупкость. Замена металлических деталей на металлизированные пластмассовые позволяет во много раз снизить их вес, что весьма актуально для комплектующих приборов, применяемых в авиации. При этом основное требование – максимальная адгезия металлического покрытия к основе.

Во втором случае требования диаметрально противоположные: необходимо осуществить металлизацию поверхности с последующим легким съемом покрытия.

Металлизация пластмасс с целью улучшения конструктивных характеристик.

Существует несколько методов металлизации пластмасс: механические, физические, химические. Для каждого способа существуют свои определенные требования к покрываемому металлу и пластмассовой основе, но только с помощью химико-гальванической металлизации можно создать электропроводный слой с последующим нанесением покрытий, обладающих специальными свойствами.

Процесс химико-гальванической металлизации включает основные стадии:

1) подготовка поверхности (обезжиривание, травление);
2) сенсибилизация и активация поверхности;
3) химическая металлизация;
4) нанесение гальванических покрытий.

В зависимости от материала основы каждая из этих стадий имеет свои особенности, но, в конечном счете, суть их сводится к обеспечению чистоты поверхности, шероховатости и отсутствию органических веществ.

Важным фактором, который оказывает определяющее значение на качество металлизации, является состояние поверхности, полученной в процессе литья деталей. Для металлизации пластмасс детали должны изготавливаться из первичного чистого однородного сырья. Литье под давлением следует проводить при возможно высокой температуре, обеспечивающей максимальную текучесть и при наименьшем давлении для более полного заполнения формы.

При этом категорически запрещается применение разделительных смазок, в крайнем случае, можно использовать касторовое масло или смесь глицерина со спиртом, которые сразу после формования деталей удалить смесью: этанола (50%), этилацетата (25%), бутанола (15%), целлозольва (10%).

Перед металлизацией поверхность детали необходимо обезжирить в растворе, г/л:

Тринатрийфосфат 30 – 40

Натр едкий 8 – 10

Стекло натриевое жидкое 5 – 7

Карбонат натрия 40 – 45

в течение 3 – 5 минут при температуре 40 – 50 0 С.

Эффективность процесса во многом зависит от качества травления, так как при этом происходит изменение структуры поверхности пластмассы, появляются микропоры и углубления, которые обеспечивают адгезию осаждаемого металла, от величины которой зависят свойства получаемого изделия – теплоемкость, износостойкость, прочность. Для металлизации пластмасс достаточной считается прочность сцепления металлического покрытия с основой 0,8 – 1,5 кН/м на отслаивание и 14 МПа на отрыв.

Для травления можно использовать раствор, содержащий 100 г серной кислоты и 30 г хромового ангидрида. Детали выдерживают в растворе в течение 1 – 5 минут при температуре 60 0 С.

После тщательной промывки проводят сенсибилизацию в растворе двухлористого олова (30 – 40 г/л) и соляной кислоты (30 – 40 г/л) при температуре 18 – 25 0 С, промывают в дистиллированной воде и активируют в растворе двухлористого палладия (1 – 2 г/л) с HCl (1 – 2 мл/л) при комнатной температуре в течение 3 – 5 минут.

В результате из раствора на поверхности осаждается тонкий слой палладия, который катализирует осаждение меди (см. «Химическое меднение – что это такое?») из раствора химического меднения:

Медь сернокислая 100 г/л

Натр едкий 100 г/л

Натрий углекислый (безводный) 30 г/л

Глицерин 100 г/л

Формалин (33%) 25 – 35 мл/л

Температура 18 – 25ºС, время от 20 минут, покачивание.

Процесс происходит по схеме:

Химическая металлизация пластмасс позволяет получать как готовые изделия (печатные платы), так и заготовки для гальванической металлизации. В качестве подслоя используют сравнительно толстый, пластический слой меди. На него гальванически осаждают тонкий слой никеля, хрома или сплава олово-висмут, в зависимости от назначения изделия.

Детали с металлизированной пластмассой.

Никелевые покрытия увеличивают долговечность пластмасс, хромовые – декоративность, сплав олово-висмут – паяемость. В целом все гальванические покрытия повышают коррозионную стойкость металлизированных пластмасс.

Осаждение гальванических покрытий производят из стандартных электролитов, учитывая конструктивные особенности деталей при подводе контактов.

Применение металлизированной пластмассы вместо металла при изготовлении сложных деталей реально дает хорошую прибыль.