Контроль якості гальванічних покриттів

Контроль покриттів має першорядне значення для гальванотехніки, тому що від їхньої якості залежать технологічні та декоративні властивості виробів. Контролюють як основний метал, так і покриття.

Основний метал перед нанесенням покриття перевіряють на шорсткість, наявність окалини, тріщин, раковин, розшарування та інших пошкоджень. Металеві та неметалеві покриття контролюють за товщиною, пористістю, корозійною стійкістю, міцністю зчеплення з основним металом, внутрішньою напругою та деякими спеціальними властивостями. Контролю піддають 1…2% деталей від партії, а окремих випадках до 100%, т. е. всю партію.

До дефектів покриття можна віднести механічні пошкодження, підгар, піттинг, відшарування, лущення, крупнозернистість, велику нерівномірність товщини по поверхні виробу та ін.

Першою контрольною операцією після покриття є візуальний огляд виробів при денному або штучному освітленні не менше 300 лк. У цьому етапі визначають явно браковані деталі, мають зовнішні дефекти. Наступною контрольною операцією є вимір товщини.

Руйнівні методи контролю товщини.Цей параметр покриття найбільш важливий і, як правило, є визначальним, від нього залежать антикорозійні та багато технологічних властивостей виробу. При вимірі необхідно враховувати, що товщина покриття неоднакова різних ділянках поверхні. На протяжних плоских поверхнях товщина покриття завжди менша в середині, ніж на краях. У поглибленнях, пазах, отворах вона також менша, ніж на іншій поверхні, а в глухих, глибоких отворах покриття може бути відсутнім. Тому при контролі визначають середнє значення товщини покриття, здійснюючи виміри від мінімального до максимального значення.

Руйнівні методи вимірювання товщини ґрунтуються на розчиненні металу покриття за певний час у заданих умовах. Розчинення може бути хімічним та електрохімічним.

Краплинний метод контролю полягає в тому, що покриття розчиняють послідовно наносяться за допомогою піпетки краплями розчину, що має певний склад і температуру (18...25 °С). При цьому використовують крапельницю із внутрішнім діаметром капіляра 1,5...2,0 мм. Після нанесення кожну краплю витримують на поверхні протягом заданого часу, а потім знімають фільтрувальним папером. Цю операцію повторюють кілька разів до появи основного металу. Для кожного покриття складено цілу низку розчинів, що працюють при певних температурах.

Метод простий в експлуатації, але вимагає великої акуратності під час вимірювання, його похибка сягає +30%; мінімальна контрольована товщина – 2 мкм. Метод може застосовуватися для контролю товщини на дуже великих і складно профільованих деталях, але непридатний для вимірювання товщини на дрібних деталях, так як крапля розчину не може утриматися необхідний час на ділянці, що випробувається, і розтікається.

Існує два варіанти струминного методу: струминно-періодичний та струминно-об'ємний. Обидва варіанти використовують вимірювання товщини на деталях з площею більше 0,3 см 2 профіль яких не перешкоджає стенанию розчину. Товщина покриття визначається за часом розчинення його розчином, що подається із заданою швидкістю. Момент появи основного металу встановлюється візуально, що дещо знижує точність виміру.

Час розчинення покриття встановлюють по секундоміру, візуально визначаючи зміну забарвлення на місці падіння струменя. Для розрахунку товщини час, витрачений на розчинення покриття, множать накоефіцієнт, який вказаний у таблицях для кожного розчину та визначає товщину покриття, що знімається за 1 с. Цим методом можна вимірювати товщину одно- та багатошарових металевих покриттів; його похибка становить ±10%. За результат виміру приймають середнє арифметичне значення трьох вимірів.

Для більш точного вимірювання товщини використовують електроструминний нуль-метод, при якому закінчення процесу розчинення визначають гальванометром. Результати вимірювання обробляють так само, як при струминно-періодичному методі.

Струменево-об'ємний метод полягає у визначенні об'єму розчину, витраченого на розчинення покриття під дією його струменя, що витікає з бюретки з певною швидкістю (10 мл за 30 с) і падає на поверхню деталі під кутом 45*.

За результат виміру приймають середнє арифметичне з трьох вимірів. При розрахунку використовують поправочний коефіцієнт, який дається у спеціальній таблиці. Похибка методу становить 15%.

Металографічний метод — один із найбільш точних методів руйнівного контролю, його застосовують для вимірювання місцевої товщини одно- та багатошарових металевих та неметалічних покриттів. Метод полягає у вимірі за допомогою мікроскопа товщини покриття на поперечному зрізі покритої деталі. Для цієї мети придатні мікроскопи зі збільшенням 500...1000 та покриття товщиною понад 20 мкм.

Для вимірювання товщини виготовляють шліф із поперечним розрізом покриття. Враховуючи трудомісткість методу, його використовують для арбітражу та структурних досліджень покриттів.

Неруйнівні методи контролю товщини.Вони більш зручні в експлуатації, мобільні та відрізняються високою точністю та простотою. Похибка цих методів становить 3…5%.

Для контролю товщини призначеніприлади, що використовують, наприклад, такі принципи вимірювання: електромагнітний, вихрових струмів та радіометричний.

Електромагнітний принцип виміру ґрунтується на реєстрації вимірювання магнітного потоку в залежності від товщини покриття. Прилади, що працюють на цьому принципі, вимірюють товщину немагнітних покриттів (мідь, цинк, кадмій та хром) на залізній поверхні. Вони можуть використовуватись як у виробничих, так і в лабораторних умовах.

Недоліком методу є залежність результатів контролю від шорсткості поверхні, термічної обробки, магнітних властивостей та товщини основного металу. Для налаштування приладів необхідно використовувати зразки з матеріалу виробів, що вимірюються. Такі зразки називають зразками. Похибка сягає ±10%.

Найбільш поширені прилади, засновані на вимірі магнітного потоку, що проходить в осерді електромагніту. Магнітний потік, як і сила тяжіння магніту, є функцією товщини покриття. Такі прилади, як МТ-10Н, МІП-10, МТ-30Н, ТС-1, складаються з двох частин: вимірювального зонда (датчика) переносного типу і самого приладу, оснащеного пристроєм, що показує зі стрілочною або цифровою індикацією,

Прилади, засновані на вимірі вихрових струмів, що з'являються в металі, поміщеному в змінне електромагнітне поле, дозволяють визначати товщину немагнітних, слабомагнітних металевих і неметалевих покриттів, нанесених на немагнітні основи, в тому числі діелектрики. Наприклад, товщину срібних покриттів на бронзі або латуні, або нікелі, обложеного на пластмасі. З огляду на ці особливості, прилади цього мають більш вузьке застосування.

Метод прямого вимірузаснований на вимірі розмірів деталей до та після нанесення покриття. Для цього використовуютьмікрометри або індикаторні головки вартового типу та інші вимірювальні прилади. Цим методом можна вимірювати переважно різні товщини на круглих і плоских деталях, причому точність вимірювання залежить від точності використовуваного приладу.

Визначення пористості покриття.Майже всі покриття мають пори різних розмірів та глибини. За розмірами пори ділять на макропори (радіус менше 100 А), мікропори (радіус більше 15 А) і проміжні. Вони можуть утворюватися через погану підготовку, піттинг, наявність шламу; крім того, пористість притаманна деяким видам покриттів.

Пористість визначають накладенням фільтрувального паперу, змоченого спеціальним розчином, попередньо знежирену поверхню сталевих або з мідних сплавів деталей простої форми. Розчин підбирають так, щоб він, не діючи на метал покриття, реагував через пори з металом основи, утворюючи при цьому добре помітні продукти реакції у вигляді крапок. Папір витримують на деталях протягом 20 хв – для мідних покриттів на сталі, 5 хв – для нікелевих та 10 хв – для всіх інших, крім олов'яних. Після зняття паперу на ньому підраховують кількість пір на одиницю поверхні. Як реагент для змочування паперу використовують розчин, що містить: залізистосинеродистий калій-10 г/л, натрій хлористий - 20 г/л.

Визначення міцності зчеплення покриття з основним металом.Для цих випробувань застосовують якісні та кількісні методи вимірювання. Якісні методи дуже поширені практично і полягають у следующем:

полірування - за цим методом проводять полірування деталей покриттю з частотою обертання кола 20 ... 30 м / с не менше 15 с;
Крацювання - деталі обробляють протягом 15 зі сталевими або латунними щітками при частоті обертання1500 ... 2800 об / хв;
згинанні - деталі згинають під кутом 90° в обидві сторони, міцність зчеплення визначають у місці зламу;
нанесення сітки подряпин - на поверхню контрольованого покриття сталевим вістрям наносять 4...6 паралельних ліній глибиною до основного металу на відстані 2...3 мм одна від одної, потім перпендикулярно їм наносять ще 4...6 паралельних ліній;
термообробці - деталі розігрівають протягом 1 години з наступним охолодженням. Температури нагріву деталей з покриттям: на сталевій основі — для цинкових та кадмієвих 200 °С, олов'яних та олов'яно-свинцевих — 140…160 °С, нікелевих, мідних та хромових залежно від основи — алюмінієві сплави — 190 °С, сталі та чавуну. - 350 ° С, цинкоалюмінієвих сплавів - 140 С, мідних сплавів - 250 ° С. Після проведення випробувань за вказаними методами покриття не повинне відшаровуватись або здуватися.

Кількісні методи вимагають застосування спеціальних зразків та обладнання. Їх зазвичай використовують тільки при лабораторних випробуваннях.

Визначення мікротвердості покриттів.Найбільш поширеним є метод статичного вдавлювання чотиригранної алмазної пірамідки, що має кут між гранями 136 °, під малими навантаженнями (0,02 ... 2 Н). Вимірювання проводять приладами типу ПМІ-2, ПМТ-3 (рис. 120) та ін.

Для отримання порівняних результатів вимірювання проводять при постійній довжині відбитка діагоналі, для чого навантаження на алмазну пірамідку регулюють до отримання необхідної довжини відбитка. Крім того, для правильного визначення мікротвердості необхідно знати мінімальну товщину покриття, при якій метал основи не спотворюватиме точність результатів вимірювання. Це особливо важливо, якщо метал основи м'якший за метал покриття.

Визначення зносостійкості покриттів.Зносостійкість є дуже важливою характеристикою покриття та визначається його здатністю протистояти стирання. При стиранні відбувається відрив дрібних частинок покриття під впливом механічних навантажень або робочого середовища (мастило, навколишня атмосфера та ін.).

Визначення корозійної стійкості покриття.Корозійну стійкість покриттів оцінюють якісними та кількісними методами.

Якісні методи використовують для визначення осередків корозії за допомогою візуального спостереження та при мікродослідженні структури покриття. Окрім візуального спостереження застосовують фотографування.

При кількісних методах вимірюють час появи перших осередків корозії або час досягнення нею певної міри з числом корозійних центрів на одиницю площі. У ряді випадків про корозійну стійкість судять щодо зміни механічних та фізичних властивостей.

Найбільш надійним та достовірним методом визначення корозійної стійкості є випробування у природних умовах. Термін проведення випробувань 1-10 років.

Прискорені корозійні випробування проводять у камерах соляного туману, де відбувається розпилення 3% розчину хлористого натрію (для цинкового покриття) і 5% розчину хлористого натрію з оцтовою кислотою до рН=3,1…3,3 (для нікельхромових) або 100% вологості та температурі 50 °С. Крім того, розчин для соляного туману містить 0,264 г/л хлористої міді.

Самі камери є засклені герметичні ємності, в яких виключається попадання розчину, що розпилюється, на зразки. Для цього перед пульверизатором зміцнюють спеціальний екран під кутом 45° до струменя, що розпилюється. Соляний туман, що утворюється при цьому, рівномірно розподіляється по камері спеціальним вентилятором. Розпорошення відбувається безперервно допоява перших вогнищ корозії (покриття або основного металу). Розмір камери не регламентується. Їх виготовляють залежно від розмірів випробуваних зразків.

Корозійна стійкість покриттів визначається часом знаходження зразків у камері до появи на них перших осередків корозії. Отриманий час порівнюють із зазначеним у нормативних документах, і робиться висновок про корозійну стійкість виробу певним умовам експлуатації.