Плакирование

 

Введение

     В современной технике и металлоконструкциях  существует потребность в использовании  материалов обладающих специальными свойствами, таких как высокая механическая прочность, высокая коррозионная стойкость, жаропрочность, износоустойчивость, малый удельный вес, высокая электропроводимость и т.д.

     Применяя  различные комбинации металлов, обладающими  в отдельности некоторыми из этих свойств, можно получить желаемый результат. Многослойный металл отличает от сплава то, что в нем сохраняются специфические свойства составляющих металлов, в тоже время этот металл обладает новыми, присущими только ему свойствами.

В данной работе я рассмотрю метод термодиффузионного покрытия – плакирование.

 

История метода

     Термодиффузионный метод был разработан в 1938 году Н.А. Изгарышевым и Э.С. Саркисовым и получил практическое применение. Сущность метода состоит в поверхностном насыщении основного металла атомами легирующего компонента в результате диффузии его при высоких температурах. Тем самым удается значительно снизить расход легирующего металла.

     Для создания термодиффузионного покрытия должны существовать следующие необходимые  условия:

  - возможность  образования твердого раствора  основного металла с металлом  покрытия;

  - атомный  радиус металла покрытия не должен превышать атомный радиус основного металла, что обеспечивает свободу перемещения атомов вглубь кристаллической решетки.

     Термодиффузионные покрытия на железе могут создавать  металлы: Сu, Аu, Zn, Ti, Al, Si, Cr, Mo и т.д. Из них наибольшее применение в промышленности нашли покрытия:

- алюминием  — термоалитирование;

- хромом  — термохромирование;

- кремнием  — термосилицирование.

 

Суть  метода

     Плакирование  — термомеханический способ. Плакирование является наиболее совершенным методом  защиты малостойких металлов сплавами или металлами, обладающими повышенной коррозионной стойкостью.

     Способ  плакирования заключается в том, что на матрицу основного металла  накладывают с обеих сторон листы  другого металла, затем весь пакет  подвергают горячей прокатке. В результате термодиффузии на границе раздела металлов получают прочное многослойное изделие.

Для плакирования применяют металлы и сплавы, обладающие хорошей свариваемостью: углеродистые и кислотостойкие стали, дюралюмины, сплавы меди.

     В качестве защитного покрытия для плакирования используют алюминий, тантал, молибден, титан, никель, нержавеющие стали.

Толщина плакирующего слоя колеблется от 3 до 40 % от толщины защищаемого металла. Плакированную сталь можно подвергать всем видам механической обработки, в том числе штамповке и сварке.

     Металлургическая  промышленность выпускает углеродистую сталь в виде листов марок Ст. З, 10, 15К, 20К и др., плакированную  хромистыми, хромоникелевыми и другими  высоколегированными сталями (08Х17Т, 08X13, 10Х17Н13М2Т, 15X25T, 12Х18Н10Т и др.) различной толщины. Известны также сплавы, плакированные медью, серебром, алюминием. В электрохимической промышленности нашли широкое применение бианоды - плакированные электроды, основу которых составляет титан или тантал, а защитный слой состоит из платины, родия, иридия.

     Метод плакирования позволяет экономить  дорогостоящие металлы или высоколегированные сплавы и находит широкое применение в промышленности.

     Плакирование осуществляется в процессе горячей прокатки (например, плакирование листов и плит), прессования (плакирование труб), а также методом сварки взрывом. Заключается в совместной горячей прокатке или волочении основного и защитного металлов. Сцепление между металлами осуществляется в результате диффузии под влиянием совместной деформации горячей заготовки. Защищаемый металл (сталь, сплавы титана) покрывают с одной или с обеих сторон медью, томпаком (медно-цинковый сплав), коррозионно-стойкой сталью, алюминием.  
Плакированную проволоку изготавливают волочением трубы, внутрь которой вставлен сердечник из другого металла.   
Плакирование может быть одно- и двусторонним.  
Применяется для получения биметалла и триметалла, для создания антикоррозийного слоя алюминия на листах, плитах, трубах из алюминиевых сплавов, нанесения латунного покрытия на листы стали (вместо электролитического покрытия) и т. д.

     Плакированные металлы: двух- или более слойные комбинации металл - металл, получаемые различными способами. Плакированные слои металла, как правило, гораздо толще слоев, полученным другими способами обработки поверхности, что объясняется способом их получения. 
Известны плакированные листы, полосы, трубы и сортовые профили. Плакированием обеспечивается такое сочетание свойств отдельных слоев, чтобы эффективность использования плакированных материалов была выше, чем каждого из компонентов, их составляющих.  
В промышленных условиях применяют различные комбинации металлов: алюминий + углеродистая сталь; алюминий + коррозионностойкая сталь, алюминий + титан, бронза + сталь; хромоникелевая сталь + углеродистая сталь, молибден + коррозионностойкая сталь; латунь + углеродистая сталь, ниобий + углеродистая сталь, никель + медь; титан + углеродистая сталь и др.  

 

Назначение  метода

     Плакирование может быть одно- и двусторонним. Применяется для получения биметалла и триметалла, для создания антикоррозийного слоя алюминия на листах, плитах, трубах из алюминиевых сплавов, нанесения латунного покрытия на листы стали (вместо электролитического покрытия) и т.д.

     Плакирование – метод создания на поверхности детали слоя материала с особыми свойствами – высокой твёрдостью, коррозионной и/или износостойкостью и т.д., применяется при изготовлении деталей/оборудования или при восстановлении их формы после изнашивания. При этом толщина плакирующего слоя может составлять от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров.  
Плакирование используется при изготовлении и ремонте элементов деталей, подверженных воздействию агрессивных сред (грязи, шлаков, пара) в целях экономии дорогостоящих материалов. 

     Основные свойства, которых стараются добиться при плакировании: прочность, пластичность, коррозионная стойкость, износостойкость, теплопроводность. Плакированные материалы являются не только заменителями однородных (сплошных дорогостоящих материалов). Во многих случаях, благодаря сочетанию свойств своих компонентов они имеют более благоприятные показатели, чем однородные дорогостоящие материалы сами по себе. 

     Недостатками плакирования являются дороговизна метода и ускоренная коррозия в зоне сварных швов.

 

Примеры использования

Плакирование серебра

     Встречается один вид «почти серебра». Это не цельнолитое серебро, но и не серебрение, предметы покрыты тонкими листами серебра.

     Внутрь подставок, оснований, ножек предметов, изготовленных различными методами из тонкого серебра и, как правило, не широких в основании, очень часто заливались свинец, олово, баббит, другие сплавы и даже обычная канифоль, как для большей устойчивости, так и для предохранения их от деформации (вмятин). Изготовитель был вынужден клеймить такие предметы специальными надписями, чтобы не ввести в заблуждение покупателя, ведь массовая доля серебра была ничтожно ниже в сравнении с массой «утяжелителя».

     Такого плана изделия, действительно могут быть изготовлены из тонкостенного серебра, но также еще и существует  плакирование серебра.

     Суть метода заключается в соединении листа меди и листа серебра, а затем из полученного двухслойного листа штамповали створки медальонов, портсигаров, шкатулок и т.п., притом с внешней стороны располагалось серебро, а с внутренней медь.

 

Позолота: GOLD FILLED И GOLD PLATED

 

     В описании винтажных и антикварных  украшений не редко можно встретить  метки gold-filled, rolled gold или gold plated. Особо не вдаваясь в подробности, обычно все три термина переводят просто как «позолота». Между тем, позолота позолоте рознь.

Gold plated - самая распространенная техника золочения, которая, к сожалению, дает наименее стойкий результат. Данным термином, чаще всего, обозначают способ плакирования. При данном методе на украшение наносят тончайший - в несколько микрон - слой золота. Плакирование - это, по сути, "склейка" тонкой золотой пластины с другим металлом в процессе горячей прокатки или прессования. Насколько долго такое покрытие будет держаться на украшении, зависит от толщины золотой пластины при плакировании или от того, как долго изделие пробыло в гальванической ванне при гальванике.

Gold filled и rolled gold – это так называемое «наплавленное» золото. При использовании данной техники на каркас из недрагоценного металла при высокой температуре и под давлением буквально «наплавляют» золотую «оболочку». Такое золотое покрытие не стирается и практически не теряет цвет. Вес золота при покрытии украшения наплавленным золотом составляет минимум 5% от веса изделия в целом.

 

Томпак

     Томпа́к (фр. tombac, от малайск. tambaga — медь) — разновидность латуни с содержанием меди 88—97 % и цинка до10 %. Обладает высокой пластичностью, антикоррозионным и антифрикционными свойствами. Сплавы меди с содержанием цинка 10-20 % называют полутомпаками.

     Томпак  заново изобретён европейской цивилизацией лондонским часовщиком Кристофером  Пинчбеккером (около 1670—1732 года), в древности он был известен в частности перуанской цивилизации Моче.

     Иногда  для сплава используют названия: хризохалк, симилор, ореид, хризорин, принцметалл и др.

     Хорошо сваривается со сталью и благородными металлами. Обладает высокой коррозионной стойкостью, повышенной пластичностью, легко обрабатывается давлением в горячем и холодном состоянии. Имеет красивый цвет, хорошо поддаётся золочению и эмалированию.

     Находит широкое применение для плакирования стали и получения биметалла сталь-латунь. Томпак используют для изготовления радиаторных трубок, художественных изделий, знаков отличия и фурнитуры, медных духовых инструментов. Из стали, плакированной томпаком изготавливаются пули, снаряды и российские монеты номиналом 10 и 50 копеек^[1]. Во время Второй мировой войны канадское правительство из томпака выпускало монеты номиналом 5 центов (т. н. «никели»). Раньше часто использовался для изготовления часовых механизмов и часовых цепочек, а также для имитации золота.

     Из  томпака были изготовлены бронзовые  медали Летних Олимпийских игр в Москве (1980), посеребренная медаль «Ветеран труда».

 

Тантал

     Фригийского царя Тантала боги наказали за неоправданную  жестокость. Они обрекли Тантала  на вечные муки жажды, голода и страха. С тех пор стоит он в преисподней по горло в прозрачной воде. Под тяжестью созревших плодов склоняются к нему ветви деревьев. Когда томимый жаждой Тантал пытается напиться, вода уходит вниз. Стоит ему протянуть руку к сочным плодам, ветер поднимает ветвь, и обессилевший от голода грешник не может ее достать. А прямо над его головой нависла скала, грозя в любой миг обрушиться.

     Так мифы Древней Греции повествуют о  муках Тантала. Должно быть, не раз  шведскому химику Экебергу пришлось вспомнить о танталовых муках, когда он безуспешно пытался растворить в кислотах «землю», открытую им в 1802 г., и выделить из нее новый элемент. Сколько раз, казалось, ученый был близок к цели, но выделить новый металл в чистом виде ему так и не удалось. Отсюда - «мученическое» название элемента №73.