Металлизация

Металлизация

Металлизация — это процесс, в результате которого на изделиях из пластмассы образуется блестящее металлическое покрытие, которое придает изделию зеркальный блеск. Металлические покрытия на пластмассах не только улучшают их внешний вид, они упрочняют полимерные изделия, делают их более стойкими к тепловым, световым, радиационным, механическим и другим воздействиям. Применение металлизации пластмасс способствует экономии металлов, делает привычные для нас предметы несравнимо более легкими.

Металлизация пластмасс применяется в различных отраслях народного хозяйства как для придания изделиям из них декоративных свойств, так и для использования их в качестве светоотражающих элементов. Имеется несколько способов покрытия пластмасс металлами: механический, химический, гальванический, вакуумного напыления. Каждый способ металлизации отличается своими возможностями, у каждого свои требования к металлизируемой пластмассе, свое оборудование. Механические способы металлизации, заключаются в том, что металлическое покрытие формируется заранее и только после этого крепится к покрываемой поверхности. Механические способы металлизации самые старые и наиболее простые. На пластмассы надевают металлические кольца, щитки, пластинки, прикрепляя их заклепками, шурупами, клеями или огибая ими края изделия. В производстве таких изделий можно использовать пластмассы более низкого качества — материалы с вторичной, третичной или с еще большей кратностью переработки. Химический метод – это один из самых простых способов металлизации. По этой технологии покрытие пластмасс металлами не требует каких-либо особых устройств и приспособлений.

Основными металлами, которыми покрывают пластмассы, служат медь и серебро. Перед металлизацией пластмассовые поверхности должны быть обработаны мелкой шкуркой, протерты абразивным порошком и тщательно обезжирены. После обезжиривания детали промывают в дистиллированной воде и обрабатывают в растворе хлористого олова, подкисленного соляной кислотой. Этот процесс называется сенсибилизацией, в результате его на поверхности образуется пленка гидроокиси олова. При необходимости проводится также активация раствором азотнокислого серебра.

Затем пластмассовые изделия погружают в растворы, в состав которых входят растворимые соли металла (меди или серебра). В растворы добавляют вещества, способствующие прохождению химической реакции, сопровождающейся выделением металла, который осаждается на поверхности пластмассовых изделий. После выдержки в таких растворах получаемые пленки металлов имеют толщину несколько микрон, но и они дают на пластмассе хорошее блестящее покрытие.

В настоящее время разработаны методы получения покрытий из 11 металлов. В основном это элементы групп железа и меди, а также некоторые другие. В литературе имеются описания получения покрытий химическим путем также из таких металлов, как хром, кадмий, свинец.

Для металлизации поверхности пластмассовых деталей общеизвестен гальванический способ нанесения металлических покрытий. Этот способ достаточно трудоемок, связан с агрессивными средами.
Этим методом возможна металлизация относительно тонкостенных (от двух до пяти миллиметров) пластмассовых изделий с образованием довольно толстых (30-50 мкм), гладких, плотных и прочных металлических покрытий, вследствие чего такие изделия становятся по сравнению с неметаллизированными на 20-80 % прочнее, а их устойчивость к повышенным температурам, как правило, примерно на 10-15 % выше.

При металлизации таких диэлектриков, как пластмассы, приходится проводить специальную предварительную подготовку их поверхности, которая заключается в травлении поверхности изделий из пластмасс с образованием на ней микроуглублений для повышения адгезии металлических покрытий, а также предварительного формирования на пластмассовых поверхностях металлических подслоев для последующего нанесения гальванического покрытия. Формирование подслоев производится с помощью химических методов металлизации.

Состав и структура наращиваемых на электропроводный подслой гальванических покрытий очень разнообразны. Это блестящие или велюровые, осветленные или черненые, патинированные и прочие пленки. Они наносятся не только для того, чтобы украсить изделие. Никелевые покрытия, например, увеличивают долговечность пластмасс, т.к. за счет значительных напряжений растяжения, они как бы обжимают пластмассовую основу. Гальванические покрытия повышают коррозионную стойкость металлизированных пластмассовых изделий, придают им другие полезные качества.

Для нанесения гальванических покрытий на металлизированные пластмассы используют электролиты, обычно применяемые в гальванотехнике. Однако процесс нанесения гальванических покрытий на пластмассовые изделия имеет ряд особенностей - детали в довольно плотных электролитах не тонут, и поэтому для успешного проведения процесса необходимо подвешивать к ним тяжелые грузила, а при металлизации мелких деталей в некоторых случаях даже менять конструкцию используемых установок и разрабатывать специальное дополнительное оборудование. Кроме того, и режим нанесения гальванических покрытий на пластмассовые детали имеет свои особенности. Нанесенные химическим способом металлические подслои имеют небольшую электропроводность, сравнимую с электропроводностью электролита. Поэтому в начале процесса электрохимического осаждения металлического покрытия можно использовать лишь небольшие плотности тока (0,5-1,0 А/дм2), так как при больших плотностях тока металлические покрытия вокруг места контакта с токопроводящей подвеской растворяются. Для устранения таких нежелательных явлений иногда на тонкий химически осажденный слой металла при небольших плотностях тока наносят специальный упрочняющий слой никеля или меди, на который затем наращивают остальные слои металлопокрытия уже при нормальных режимах.

Существует более простой и менее вредный для окружающей среды способ металлизации пластмассовых поверхностей – металлизация в вакууме, за границей он носит название PVD-технология (Physical Vapour Deposition). С помощью этого метода возможно:

• нанесение покрытий от толщины в несколько атомных слоев и до 10 мкм;
• нанесение покрытий как на ровные, так и на гнутые фасонные детали;
• использование в качестве материала покрытий почти всех элементов периодической системы;
• нанесение на одной и той же установке многослойных систем из различных материалов.

Очень важно, что PVD-процессы не имеют ограничений с точки зрения охраны окружающей среды. Температура, скорость напыления и остаточное давление в вакуумных установках для катодного напыления легко поддаются регулированию. Сам процесс до достижения необходимого вакуума длится всего несколько секунд. Атомы пара конденсируются на сравнительно холодной поверхности детали, повышение температуры которой столь мало, что даже чувствительные к повышению температуры материалы обычно не деформируются. Толщина слоя регулируется с помощью времени нанесения слоя металла и температуры испарения источника нанесения. Толщина оптически толстого слоя на практике составляет обычно около 0,1 мкм.

В целом толщина слоев на поверхности полимера ограничена. Слой отражает структуру поверхности металлизированной детали в мельчайших подробностях, причем шероховатые поверхности сглаживаются, а блестящие гладкие поверхности кажутся еще более гладкими, зеркальными, полированными. Для получения полированной металлизированной поверхности изначально шероховатых деталей необходимо их предварительное лакирование для сглаживания пор и небольших неровностей.

В случае применения прозрачных ПМ практикуется металлизация оборотной стороны деталей. При этом предварительная лакировка не требуется, а формообразующие поверхности пресс-формы тщательно полируются для получения гладкой поверхности фасонной детали. При частичной металлизации детали поверхности, не подлежащие металлизации, защищаются с помощью масок или специальных лаков, которые удаляются после металлизации.

Обычно в качестве материала покрытия применяется алюминий благодаря его серебряному блеску и хорошей адгезионной способности. Для защиты нанесенного на поверхность пластмассы слоя металла от коррозии, атмосферных воздействий и механических повреждений, как правило, применяют различные лаки. С помощью прозрачного лака желтого цвета можно достичь даже эффекта золочения. При необходимости возможно нанесение в условиях глубокого вакуума различных материалов в виде многослойного покрытия. Этот эффект достигается путем автономного испарения различных источников. Например, для экономии золота при нанесении его на платы сначала на грунтовую лакировку наносится слой серебра, затем на него наносится слой золота, значительно более тонкий, чем требовался бы при однослойном покрытии.

При изготовлении отражателей (например, предупредительные дорожные знаки), когда требуется высокая отражающая способность, слой должен быть из серебра; использование алюминия здесь недостаточно. Для защиты серебра от атмосферного воздействия дополнительно на него наносится медь. Нанесение покрытий в глубоком вакууме позволяет создавать радужные эффекты, которые особенно ценятся в производстве украшений. Такие эффекты образуются при последовательном многослойном (от трех до девяти и более слоев) нанесении покрытий под большим (TiO2 и ZnS) и малым (SiO2 и MgF2) углами преломления. Первый и последний слои должны всегда иметь высокий показатель преломления. Для нанесения покрытий методом PVD-технологии пригодны многие полимерные материалы. Полистиролы, полиметиметакрилаты, сополимены стирола АБС, МСН, поликарбонаты сравнительно часто используются для металлизации в вакууме.

Полиолефины (полиэтилен, полипропилен) также пригодны к применению в PVD-процессе в условиях высокого вакуума. Однако, учитывая, что структура их поверхности такова, что на них не могут наноситься никакие лаки, улучшающие связь полимера с металлом, необходима предварительная обработка поверхности деталей тлеющим разрядом и нанесения специального промежуточного слоя, улучшающего схватывание. Полиамиды в условиях вакуума выделяют газ, поэтому для нанесения покрытий используются очень редко. Часто возникают проблемы с теми пластмассами, которые содержат легко летучие пластификаторы, добавки. Смазки для пресс-форм также вызывают повреждение металлизированных деталей.

Химически стойкие покрытия могут быть получены методом микроволновой полимеризации в плазме на установке для плазменной полимеризации и нанесении покрытий в периодическом режиме. При этом вакуумная камера заполняется газообразным мономерным веществом. Мономеры полимеризуются в тлеющем разряде и конденсируются на поверхности детали с образованием целостного защитного слоя. Гомогенность слоя может достигаться при скорости нанесения покрытия до 100 ?/с. Такие слои обладают стойкостью к воздействию чистящих и моющих средств.

Металлизации могут подвергаться даже фторсодержащие полимерные материалы и композиции (политрифторхлорэтилен, фторопласты марок Ф-3, Ф-4), поверхность которых не обладает конструкционно необходимой адгезией к наносимым традиционными промышленными способами металлическим покрытиям. Для этой цели разработан способ детонационной металлизации. Ускоренные и нагретые продуктами детонации высокодисперсные частицы металлического порошка внедряются в поверхность полимера на глубину примерно на 10-25 мкм за счет разрушения полимера в каждой точке соударения. При этом образуется довольно прочное металл-полимерное соединение. Таким образом может быть решена проблема сложности сопряжения фторопластов между собой и другими материалами, которая является основной причиной недостаточной реализации ценных свойств этих полимеров.

Позвоните +7 (831) 4-111-269 или отправьте заявку на info@msgconsult.com, чтобы получить персональную консультацию по интересующим Вас вопросам у менеджера «МС-ГРУП Консалт». А также заполните форму обратной связи и мы ответим в течение 10 минут!