Металлизация пластмасс - виды, особенности и технология

Часто, беря в руки блестящий металлом предмет, удивляешься его малому весу, и понимаешь, что это пластик или дерево с металлическим покрытием. Получить зеркальное или матовое никелевое, хромовое, медное или алюминиевое покрытие на обычном черном металле или неметаллической поверхности помогает химическая металлизация. Технология, доступная не только на производстве, но и в домашних условиях.

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.

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.

Вакуумная металлизация

Технология состоит в напылении на пластмассу нихрома или алюминия с помощью вакуума. Нанесение металла на пластмассу с использованием вакуума осуществляется в специальной камере. Методика широко применяется для нанесения металлической пленки на всевозможные поверхности, например, детали автомобиля, пластиковую фурнитуру, сантехнические приборы, светотехнику и т.д. Чтобы защитить металл, применяются специальные лакокрасочные составы, отличающиеся повышенной твердостью и устойчивостью к воздействию влаги.

Вакуумная камера для металлизации

Разнообразие процессов металлизации

Нанести тонкий слой металла на любой предмет с твердой поверхностью можно различными методами, наиболее часто применяются:

Гальванический — обработка электролитом в специальных емкостях.
Электродуговой — напылением на поверхность струей сжатого воздуха расплавленного электродуговым плавлением металла электрода.
Газоплазменный — расплавленный металл наносят на обрабатываемой предмет в мелкодисперсном виде.
Плакирование — горячая прокатка изделий с нанесенным слоем металла.
Диффузионный — проникновение под действием высокой температуры в поверхностный слой обрабатываемого предмета атомов наносимого покрытия.
Горячий — погружение изделия в емкость с расплавом металла.
Химический — последовательное нанесение покрытия в несколько слоев, наподобие окрашивания.

Первые 6 способов обработки поверхностей выполняются по сложной технологии, требуют специального оборудования, такие покрытия наносят в производственных условиях. Последняя, химическая металлизация, оптимальна для выполнения в домашних условиях.

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

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

С в течение 1-5 минут.

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.

Описание и назначение металлизации

Любой процесс металлизации позволяет решать несколько технологических задач. К ним относятся:

антикоррозийная защита;
устранение мелких дефектов, возникших в процессе обработки;
восстановление первоначальных размеров;
изменение физических и механических свойств поверхностного слоя для улучшения потребительских характеристик;
декоративное покрытие.

Способ нанесения покрытия выбирается исходя из поставленных задач. Благодаря выбранному способу удается получить различные характеристики поверхности детали. Толщина слоя наносимого металла определяет область будущего применения.

Металлизация может проводиться несколькими способами:

физическим воздействием на поверхность (например, механическим или термическим);
химическим;
электростатическим.

Для реализации каждого способа разработаны специальные устройства. Они применяются в зависимости от решаемых задач, марки наносимого металла и степени оснащенности предприятия.

Это интересно: Обработка металлов давлением – ОМД: разновидности и особенности технологии

Вариант с медным купоросом — гальваническая ванна

Чтобы металлизировать поверхность этим способом, вам понадобятся: — клей БФ или нитроцеллюлозный; — алюминиевая пудра; — спирт ректификат; — серная кислота; — медный лом; — автомобильный аккумулятор; — медный провод; — пластмассовый или эмалированный таз; — канцелярская скрепка.
Смешайте клей с алюминиевой пудрой до консистенции жидкой сметаны. Нанесите слой полученного вещества на поверхность пластика и дайте высохнуть.

Если клей слишком густой, разбавьте его небольшим количеством спирта.

Разведите дождевой или аккумуляторной водой медный купорос (купить его можно в сельскохозяйственном магазине). Налейте раствор в диэлектрическую посуду из стекла или пластмассы, можно в обычный пластиковый таз. К одному краю заготовки канцелярской скрепкой или винтом с гайкой прикрепите провод. Второй конец провода прикрепите к клемме аккумулятора, обозначенной знаком «-».

Медный лом свяжите вместе медной проволокой. Проволоку присоедините ко второй клемме аккумулятора. Все крепления должны быть выше уровня раствора. Включите ток и ждите, когда ваша пластиковая пластина покроется равномерным слоем красной меди. Этот способ применяется для металлизации сложных поверхностей, имеющих произвольную кривизну. Например, таким способом можно изготовить зеркало антенны для мобильного устройства связи.

Преимущество

Цели металлизации разнообразны, в большинстве случаев это придание или увеличение определенных качеств:

устойчивости к коррозионным процессам;
устойчивости к механическим повреждениям;
износоустойчивости;
декоративности.

Качество пленки зависит от состава металла:

самое дешевое цинковое покрытие повышает антикоррозионные качества, активно используется в строительстве для защиты закладных деталей, цинком покрывают стальной лист перед покрытием пластиками и профилированием;

хром увеличивает твердость, придает жаропрочность, делает изделия привлекательными внешне;
алюминиевым покрытием защищают детали оборудования, работающего при повышенной температуре (до 900°С);
покрытие медью или оловом придает благородный вид даже пластиковым предметам;
серебро образует зеркальный блеск.

При проведении работ основное условие для получения результата — соблюдение технологии.

Термический способ с клеем и фольгой

Если вам нужно сделать печатную плату или металлизировать другую плоскую поверхность в домашних условиях, можно соединить пластик с фольгой при нагревании. Поможет обычная духовка. Для этого вам понадобятся: — кусок пластика; — медная фольга; — клей БФ-2 или БФ-4; — растворитель; — струбцины; — медные или деревянные пластины; — духовка или утюг. Возьмите лист пластика и протрите его растворителем. Обезжирьте также фольгу с той стороны, которую будете приклеивать. Смажьте поверхности пластика и фольги клеем БФ-2 или БФ-4 и выдержите столько, сколько указано в инструкции. Наложите лист фольги на пластик. Прижмите так, чтобы между поверхностями не было пузырьков воздуха. Зажмите заготовку между кусками дерева или металла с помощью струбцин.
Поместите конструкцию в прогретую примерно до 100оС духовку и оставьте примерно на 20 минут. Выключите духовку, достаньте заготовку и оставьте ее остывать в течение суток. После этого можно травить плату. При отсутствии духовки можно воспользоваться утюгом, прижав к нему с помощью струбцин заготовку со стороны фольги.

Для обезжиривания можно использовать также мыльный раствор или шампунь.

В чем преимущество хромирования пластика

Главное преимущество для этапа хромирование изделий из пластика, это возможность придания блеска и эстетического вида изделию, которое будет полностью имитировать металл.

Элементы пластика, подвергшиеся хромированию, имеют высокие показатели выдержки механических нагрузок, например, это важно для пластиковых деталей машины.
Слой хрома на пластике увеличивает плотность и прочность материала в случае постоянной эксплуатации изделия.
Неизменность характеристик на этапе проведения металлизации, позволяет сохранять первозданные характеристики из-за влияния высоких температур, а также при резких температурных перепадах, вплоть до отрицательных значений.
Износостойкость поверхности будет иметь высокие параметры, за счет свойства твёрдого хрома.
Внешний вид элементов пластика будет иметь привлекательный эстетический вид и не вызывает нареканий со стороны окружающих.

Таким образом, качественное хромирование пластика не будет вызывать появление дефектов, царапин, и явных повреждений для готового изделия.

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.

Состав слоев:
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.

Что это за материал?

Один из видов полимеров, выпускаемый в твёрдом листовом виде, уже завоевал признание среди населения – это поликарбонат или карбонатное стекло, полностью вытеснившее такой материал в строительстве теплиц, навесных козырьков и разделительных стен, как обыкновенное кварцевое стекло.

Этот же материал (стеклопластик) активно применяется в пищевой промышленности для создания различной посуды и бутылочной тары. Это твёрдый вариант полимера, проще говоря, пластмасса или пластик. Жидкий вариант пластика хорошо знаком тем, кто работает с эмалями и растворами ЛКМ, применяя в работе жидкие двухкомпонентные смеси – жидкий пластмасс.

Такой жидкий полимер представляет собой полуфабрикат для дальнейшего создания твёрдых, прочных покрытий на основе синтетических компонентов.

Такие красочные полуфабрикаты имеют неограниченную область применения как в промышленной, так и в бытовой сферах. Ими покрывают детали и элементы сложных конструкций, это прекрасный отделочный материал для ремонта и строительства, которое нашло своё место в автопромышленном секторе, его охотно используют для улучшения качества кровли зданий и устройства бассейнов.

Меры предосторожности

Ацетон является весьма опасной жидкостью, которая крайне негативно воздействует на организм человека. Поэтому жидкий пластик своими руками разрешается изготавливать только при строгом соблюдении следующих мер предосторожности:

Перед работой с ацетоном необходимо тщательно изучить инструкцию по его применению. Она указана на этикетке емкости.
Следует использовать специальные герметичные защитные очки. Они уберегут глаза в случае попадания капель и испарений жидкости. Работа без них может привести к серьезным травмам глаз.
Ацетон токсичен, поэтому пользоваться ним следует только в пределах хорошо проветриваемого помещения. При этом необходимо использовать средства защиты органов дыхания.
Это легко воспламеняющееся средство. Поэтому жидкий пластик своими руками делают вдали от источников открытого огня. А при выполнении работ категорически запрещается курение.
Остатки ацетона запрещается сливать в систему канализации.
По окончании процесса, а также после заливки готового пластика в формы, необходимо тщательно вымыть руки.