Навигация по таблицам
- Таблица толщин гальванических покрытий
- Таблица коррозионной стойкости в различных средах
- Таблица методов контроля качества
- Таблица стандартов и обозначений
- Таблица областей применения покрытий
Таблица толщин гальванических покрытий
| Вид покрытия | Стандартная толщина, мкм | Минимальная толщина, мкм | Максимальная толщина, мкм | Обозначение по ГОСТ |
|---|---|---|---|---|
| Цинковое | 6-25 | 3 | 40 | Ц6, Ц9, Ц12, Ц15 |
| Никелевое | 6-30 | 3 | 50 | Н6, Н9, Н15, Н30 |
| Хромовое декоративное | 0.3-1.0 | 0.2 | 3 | Х.б, Х.мт |
| Хромовое твердое | 20-100 | 10 | 500 | Х.тв |
| Кадмиевое | 6-25 | 5 | 30 | Кд6, Кд9, Кд15 |
| Цинк-никель | 6-20 | 5 | 25 | Ц-Н(12-16) |
Таблица коррозионной стойкости в различных средах
| Вид покрытия | Морская вода | Промышленная атмосфера | Соляной туман (часы) | Щелочная среда | Кислотная среда |
|---|---|---|---|---|---|
| Цинковое | Хорошая | Отличная | 72-240 | Слабая | Слабая |
| Никелевое | Удовлетворительная | Хорошая | 48-120 | Хорошая | Удовлетворительная |
| Хромовое | Отличная | Отличная | 240-500 | Отличная | Хорошая |
| Кадмиевое | Отличная | Хорошая | 96-300 | Удовлетворительная | Слабая |
| Цинк-никель | Отличная | Отличная | 300-500 | Хорошая | Удовлетворительная |
Таблица методов контроля качества
| Параметр контроля | Метод измерения | ГОСТ | Допустимая погрешность | Периодичность |
|---|---|---|---|---|
| Толщина покрытия | Магнитный толщиномер | ГОСТ 9.916-2023 | ±10% | На каждой партии |
| Адгезия | Метод решетчатого надреза | ГОСТ 9.916-2023 | - | Выборочно |
| Пористость | Метод фильтровальной бумаги | ГОСТ 9.916-2023 | - | По требованию |
| Коррозионная стойкость | Соляной туман | ГОСТ 9.308-85 | - | Периодически |
| Внешний вид | Визуальный осмотр | ГОСТ 9.301-86 | - | 100% изделий |
Таблица стандартов и обозначений
| ГОСТ | Наименование | Область применения | Статус |
|---|---|---|---|
| ГОСТ 9.301-86 | Покрытия металлические. Общие требования | Требования к качеству | Действующий |
| ГОСТ 9.916-2023 | Методы контроля покрытий | Контроль качества | Действующий с 28.07.2023 |
| ГОСТ 9.303-84 | Покрытия металлические. Свойства | Характеристики покрытий | Действующий |
| ГОСТ 9.306-85 | Обозначения покрытий | Маркировка на чертежах | Действующий |
| ГОСТ 9.307-89 | Покрытия цинковые горячие | Горячее цинкование | Действующий |
| ГОСТ 9.311-2021 | Метод оценки коррозионных поражений | Оценка коррозии | Действующий с 2022 |
Таблица областей применения покрытий
| Вид покрытия | Основное назначение | Типичные изделия | Ограничения применения |
|---|---|---|---|
| Цинковое | Защита от коррозии | Крепеж, трубы, конструкции | Температура до 200°C |
| Никелевое | Защитно-декоративное | Сантехника, приборы | Катодная защита |
| Хромовое декоративное | Декоративное | Автомобильные детали | Только с подслоем |
| Хромовое твердое | Износостойкость | Режущий инструмент | Токсичность процесса |
| Кадмиевое | Морская коррозия | Авиационные детали | Токсичность |
Оглавление статьи
- Характеристики основных видов гальванических покрытий
- Расчет и выбор толщины покрытий
- Коррозионная стойкость в различных эксплуатационных условиях
- Подготовка поверхности перед нанесением покрытий
- Методы контроля качества и стандарты
- Технологические особенности процессов нанесения
- Критерии выбора покрытий для различных условий эксплуатации
Характеристики основных видов гальванических покрытий
Гальванические покрытия представляют собой металлические слои, наносимые на поверхность изделий электрохимическим способом для обеспечения защиты от коррозии, улучшения декоративных свойств и придания специальных функциональных характеристик. Основными видами покрытий являются цинковые, никелевые, хромовые и кадмиевые покрытия, каждое из которых обладает уникальными свойствами и областями применения.
Цинковые покрытия являются наиболее распространенными благодаря оптимальному сочетанию защитных свойств и экономической эффективности. Цинк обеспечивает анодную защиту стальной основы, что означает преимущественное растворение цинка при нарушении целостности покрытия. Стандартный электрохимический потенциал цинка составляет -0,763 В, что значительно отрицательнее потенциала железа (-0,440 В).
Пример расчета защитной способности цинкового покрытия:
При толщине цинкового покрытия 12 мкм и плотности цинка 7,14 г/см³, масса покрытия на 1 м² составляет 85,7 г. При скорости коррозии цинка в промышленной атмосфере 2-5 г/м²/год, теоретический срок защиты составит 17-43 года.
Никелевые покрытия отличаются высокой химической стойкостью и декоративными свойствами. В отличие от цинка, никель является катодным покрытием по отношению к стали, обеспечивая защиту только при отсутствии пор и повреждений. Микротвердость никелевого покрытия составляет 2000-5000 МПа, что в 3-4 раза выше твердости цинка.
Хромовые покрытия подразделяются на декоративные и функциональные. Декоративный хром наносится тонким слоем 0,3-1,0 мкм поверх никелевого подслоя для придания зеркального блеска и высокой коррозионной стойкости. Твердый хром толщиной 20-500 мкм применяется для повышения износостойкости и имеет микротвердость до 10000 МПа.
Кадмиевые покрытия обеспечивают превосходную защиту в морских условиях благодаря образованию защитных оксидных пленок. Однако использование кадмия ограничено из-за его токсичности, и в настоящее время он активно заменяется сплавом цинк-никель, который при содержании никеля 12-16% обеспечивает сравнимые защитные свойства.
Расчет и выбор толщины покрытий
Определение оптимальной толщины гальванического покрытия является критически важным фактором, влияющим на защитные свойства, экономическую эффективность и технологичность процесса. Толщина покрытия должна обеспечивать требуемый срок службы изделия в конкретных условиях эксплуатации с учетом механических нагрузок и агрессивности окружающей среды.
Методика расчета требуемой толщины покрытия:
h = V × t × k
где h - толщина покрытия (мкм), V - скорость коррозии металла покрытия (мкм/год), t - требуемый срок службы (годы), k - коэффициент запаса (1,5-2,0)
Для цинковых покрытий в различных атмосферных условиях применяются следующие нормативы толщин: в сельской атмосфере достаточно 6-9 мкм, в городской промышленной атмосфере требуется 12-15 мкм, в морской атмосфере необходимо 20-25 мкм. Эти значения обеспечивают защиту сроком не менее 10 лет при соблюдении технологии нанесения.
Никелевые покрытия для декоративных целей наносятся толщиной 6-12 мкм с обязательным хромовым финишным слоем 0,3-0,5 мкм. Для функциональных целей, таких как повышение износостойкости или обеспечение электропроводности, толщина может достигать 30-50 мкм. При этом следует учитывать, что чрезмерная толщина может привести к появлению внутренних напряжений и снижению адгезии.
Хромовые покрытия требуют особого подхода к определению толщины. Декоративный хром наносится минимальной толщиной для обеспечения сплошности покрытия и защиты никелевого подслоя от потускнения. Твердый хром наносится толщиной, определяемой требованиями к износостойкости конкретного изделия, с учетом последующей механической обработки.
При выборе толщины покрытия необходимо учитывать не только защитные свойства, но и влияние на размерные характеристики изделия, особенно для прецизионных деталей и резьбовых соединений.
Коррозионная стойкость в различных эксплуатационных условиях
Коррозионная стойкость гальванических покрытий существенно зависит от условий эксплуатации, включая температурный режим, влажность, наличие агрессивных газов и солей. Понимание механизмов коррозии различных покрытий позволяет правильно выбрать тип и толщину покрытия для конкретных условий эксплуатации.
В морской атмосфере наиболее эффективными являются цинковые и кадмиевые покрытия, обеспечивающие анодную защиту стальной основы. Цинк в присутствии хлоридов образует защитные соединения, такие как гидроксихлорид цинка, которые замедляют дальнейшую коррозию. Кадмий показывает еще лучшие результаты благодаря образованию плотных оксидных пленок, но его применение ограничено экологическими требованиями.
В промышленной атмосфере, содержащей сернистые соединения, никелевые и хромовые покрытия демонстрируют высокую стойкость. Никель образует пассивную пленку оксида, которая предотвращает дальнейшее окисление. Хром обладает исключительной стойкостью благодаря образованию тонкой, но очень плотной оксидной пленки Cr₂O₃.
Сравнительные испытания в соляном тумане по ГОСТ 9.308-85:
Цинковое покрытие 12 мкм - до появления красной коррозии: 72-96 часов
Никель 15 мкм + хром 0,5 мкм - до появления коррозии подслоя: 240-480 часов
Кадмиевое покрытие 12 мкм - до появления красной коррозии: 96-168 часов
При повышенных температурах эксплуатации стойкость покрытий изменяется. Цинковые покрытия сохраняют защитные свойства до 200°C, при более высоких температурах происходит диффузия цинка в основу с образованием хрупких интерметаллидов. Никелевые покрытия устойчивы до 350°C на стальной основе, хромовые покрытия выдерживают температуры до 500-600°C.
В кислых средах большинство покрытий показывают низкую стойкость, за исключением хрома, который устойчив в азотной кислоте и слабых растворах серной кислоты. В щелочных средах никелевые покрытия демонстрируют удовлетворительную стойкость, тогда как цинк активно растворяется с выделением водорода.
Подготовка поверхности перед нанесением покрытий
Качество подготовки поверхности является определяющим фактором для обеспечения высокой адгезии покрытия и его долговечности. Технологический процесс подготовки включает механическую очистку, обезжиривание, травление и активирование поверхности. Каждый этап должен выполняться в строгом соответствии с требованиями ГОСТ 9.402-2004.
Механическая подготовка поверхности включает удаление окалины, ржавчины, старых покрытий и других загрязнений. Для защитных покрытий шероховатость поверхности не должна превышать Ra 10 мкм (Rz 40), для защитно-декоративных покрытий - Ra 2,5 мкм (Rz 10), для анодно-оксидных покрытий - Ra 1,25 мкм (Rz 6,3). Превышение этих значений приводит к неравномерности покрытия и ухудшению его декоративных свойств.
Между завершением подготовки поверхности и началом нанесения покрытия допускается перерыв не более 24 часов для предотвращения повторного окисления поверхности.
Обезжиривание проводится для удаления масел, смазок, отпечатков пальцев и других органических загрязнений. Применяются щелочные растворы на основе едкого натра с добавлением поверхностно-активных веществ при температуре 60-80°C. Качество обезжиривания контролируется по тесту на смачиваемость - вода должна равномерно растекаться по поверхности без образования капель.
Травление металла проводится для удаления оксидных пленок и активации поверхности. Для стальных изделий применяется травление в растворе соляной кислоты концентрацией 10-20% при температуре 20-60°C с добавлением ингибиторов коррозии. Для цветных металлов используются специальные составы, учитывающие химические свойства конкретного металла.
Промывка между операциями должна быть тщательной для предотвращения переноса загрязнений. Применяется проточная вода с контролем качества по электропроводности. Для ответственных покрытий может потребоваться промывка деионизованной водой для исключения влияния растворенных солей на качество покрытия.
Методы контроля качества и стандарты
Система контроля качества гальванических покрытий основывается на комплексе стандартов ГОСТ серии 9.300, устанавливающих требования к покрытиям, методы их контроля и оценки качества. С 2023 года действует обновленный стандарт ГОСТ 9.916-2023, который заменил ГОСТ 9.302-88 и устанавливает современные методы контроля покрытий. Контроль осуществляется на всех этапах технологического процесса: входной контроль материалов, операционный контроль процесса нанесения и приемочный контроль готовых изделий.
Измерение толщины покрытия является основным методом контроля и проводится неразрушающими методами с использованием магнитных или вихретоковых толщиномеров согласно ГОСТ 9.916-2023. Точность измерения должна составлять не менее ±10% от измеряемой величины. Количество измерений на изделии определяется его размерами и сложностью геометрии - не менее 5 точек для простых изделий и до 20 точек для сложных конфигураций.
Статистическая обработка результатов измерений толщины:
Средняя толщина: h̄ = Σhi/n
Стандартное отклонение: σ = √[Σ(hi - h̄)²/(n-1)]
Минимальная толщина: hmin ≥ hном - 2σ
Контроль адгезии покрытия проводится качественными и количественными методами. Наиболее распространенным является метод решетчатого надреза по ГОСТ 9.916-2023, при котором на покрытии наносится сетка надрезов, и оценивается отслоение покрытия при удалении клейкой ленты. Для количественной оценки применяются методы отрыва, изгиба и термоудара с определением критических нагрузок.
Испытания на коррозионную стойкость проводятся в камере соляного тумана по ГОСТ 9.308-85 методом C. Образцы выдерживаются в атмосфере 5% раствора хлорида натрия при температуре 35±2°C до появления первых очагов коррозии основного металла. Время до коррозии характеризует защитные свойства покрытия и должно соответствовать нормативным требованиям для данного типа покрытия.
Контроль пористости особенно важен для катодных покрытий, где наличие пор приводит к ускоренной коррозии основного металла. Применяется метод фильтровальной бумаги, смоченной раствором железосинеродистого калия, которая накладывается на испытуемую поверхность. В местах пор происходит химическая реакция с образованием цветных пятен, количество которых характеризует пористость покрытия.
Технологические особенности процессов нанесения
Технология нанесения гальванических покрытий определяется типом покрытия, требованиями к качеству и экономическими факторами. Каждый вид покрытия имеет специфические особенности состава электролита, режимов электролиза и дополнительной обработки, которые критически влияют на свойства получаемого покрытия.
Цинкование может осуществляться из кислых, щелочных и аммонийных электролитов. Кислые электролиты на основе сульфата цинка обеспечивают высокую скорость осаждения и хорошую рассеивающую способность, но дают крупнокристаллическую структуру. Щелочные цианистые электролиты обеспечивают мелкокристаллическую структуру и лучшее качество покрытия, но требуют особых мер безопасности из-за токсичности цианидов.
Процесс никелирования характеризуется применением сульфатно-хлоридных электролитов при pH 3,5-4,5 и температуре 50-60°C. Плотность тока составляет 2-5 А/дм² при напряжении 4-6 В. Для получения блестящих покрытий в электролит вводятся органические блескообразователи, которые влияют на кристаллическую структуру и внутренние напряжения покрытия.
Состав стандартного электролита никелирования:
Сульфат никеля NiSO₄·7H₂O - 250-300 г/л
Хлорид никеля NiCl₂·6H₂O - 40-60 г/л
Борная кислота H₃BO₃ - 30-40 г/л
pH - 3,8-4,2, температура - 50-55°C
Хромирование является наиболее сложным процессом из-за особенностей электрохимического поведения хрома. Процесс ведется при высокой плотности тока 15-100 А/дм² и температуре 45-55°C в электролите на основе хромового ангидрида с добавлением серной кислоты в качестве катализатора. Выход по току составляет всего 12-18%, что требует значительных энергозатрат.
Кадмирование проводится из цианистых или сульфатных электролитов при плотности тока 1-3 А/дм² и температуре 18-25°C. Особенностью процесса является высокая токсичность кадмия и необходимость специальных систем вентиляции и очистки сточных вод. В настоящее время кадмирование активно заменяется процессами нанесения сплава цинк-никель.
Дополнительная обработка покрытий включает пассивирование, хроматирование и другие процессы, направленные на повышение коррозионной стойкости и улучшение декоративных свойств. Хроматирование цинковых покрытий в растворах хроматов обеспечивает увеличение коррозионной стойкости в 3-5 раз за счет образования защитной хроматной пленки.
Критерии выбора покрытий для различных условий эксплуатации
Выбор оптимального типа гальванического покрытия требует комплексного анализа условий эксплуатации, функциональных требований, экономических факторов и экологических ограничений. Правильный выбор покрытия обеспечивает требуемый срок службы изделия при минимальных затратах и соблюдении экологических норм.
Для изделий, эксплуатируемых в нормальных атмосферных условиях без повышенной влажности и агрессивных сред, оптимальным выбором является цинковое покрытие толщиной 6-12 мкм с последующим хроматированием. Такое покрытие обеспечивает надежную защиту на срок 10-15 лет при минимальных затратах.
В морских условиях и атмосфере с высоким содержанием хлоридов предпочтение следует отдавать кадмиевым покрытиям или современной альтернативе - сплаву цинк-никель с содержанием никеля 12-16%. Такие покрытия обеспечивают в 2-3 раза более высокую коррозионную стойкость по сравнению с обычным цинком.
При выборе покрытия необходимо учитывать совместимость с основным металлом, возможность гальванической коррозии в узлах соединений и влияние на прочностные характеристики изделия.
Для декоративных изделий, требующих высокого качества поверхности и долговременного сохранения внешнего вида, применяется система покрытий медь-никель-хром. Медный подслой обеспечивает выравнивание поверхности, никель - защитные свойства и основу для хромирования, хром - зеркальный блеск и высокую коррозионную стойкость.
При повышенных температурах эксплуатации выше 200°C цинковые покрытия становятся неэффективными из-за диффузионных процессов. В этих случаях применяются никелевые или специальные высокотемпературные покрытия на основе сплавов никеля с хромом или алюминием.
Для изделий пищевой промышленности и медицинского назначения выбор покрытий ограничен санитарными требованиями. Предпочтение отдается никелевым и хромовым покрытиям, которые не выделяют токсичных веществ и легко подвергаются санитарной обработке. Использование кадмиевых покрытий в этой области полностью исключено.
