Технология выполнения металлизации пластмасс

Металлизация пластмасс химическим способом позволяет изготавливать такие промышленные изделия и полуфабрикаты, как световые фильтры, печатные платы, катализаторы, заготовки для гальваники и многое другое. Металлизация позволяет улучшить стойкость пластмассы к механическим воздействиям, влаге и высокой температуре. Кроме того, детали, в которых применяется сочетание пластмассы и металла, весят значительно меньше металлических.

Технологические особенности металлизации

В качестве подслойной поверхности для гальваники чаще всего применяется медь. Медный слой играет роль демпфера для пластмассы, благодаря чему стабилизируются напряжения, неизбежные при значительной разнице в коэффициентах теплового напряжения столь разнородных материалов.

Подслой дополнительно хромируется или никелируется, как указано на рисунке ниже.

Варианты структур гальванических покрытий в несколько слоев

Пояснения к рисунку:

Пластмасса.
Медный слой с блеском.
Матовый медный слой.
Металл с химическим осаждением.
Никелевый слой с блеском.
Полублестящий никелевый слой.
Матовый никелевый слой.
Хромовый слой с блеском.
Конверсионный слой.
Матовый и блестящий металлический слои.

Структурные особенности составов, наносимых на электропроводный подслой покрытий, могут значительно разниться. Речь может идти о пленках блестящего, осветленного, велюрового, черненного, патинированного и других типов. Задача пленок не только в улучшении внешнего вида изделий. К примеру, никелированные покрытия продлевают эксплуатационный срок пластмасс. Дело в том, что никель способен обжимать пластмассу, значительно укрепляя этот материал.

Чтобы создать гальваническое покрытие, необходим электролит. Существуют разные виды применяемых электролитов, в том числе:

блестящего меднения;
электролиты для покрытия никелем;
специальные составы, на основе которых создаются покрытия велюрового типа или покрытия с вкраплением твердых частиц.

Также применяются и другие металлы, к примеру, олово или цинк. Однако перед нанесением таких металлов понадобится пассивирование, после которого на поверхности появляется пленка (с цветом или без). Такие пленки предохраняют материал от ржавчины или появления налета.

Химическая металлизация пластмасс характерна тем, что металлические подслои не имеют высокой электропроводности. Во всяком случае, проводимость ниже, чем в случае с электролитом. Поэтому при электрохимическом осаждении плотность применяемого тока должна быть незначительная – от 0,5 до 1 Ампера на квадратный дециметр. Если плотность будет выше, возникнет биполярный эффект, что приведет к растворению покрытия вблизи места, где имеется соприкосновение с токопроводящей подвеской.

В некоторых случаях, чтобы избежать растворения покрытия, на химически осажденный металлический слой наносится медь или никель. Причем делается это при маленькой плотности электротока, а вот последующие слои наносятся в обычном режиме.

Особенности создания гальванических покрытий

Гальванический слой, прежде всего, обеспечивает устойчивость металла к коррозийным процессам. При проведении гальванизации детали находятся в плотных электролитах. Таким образом, чтобы операция была успешной, на детали навешиваются специальные утяжелители.

Гальванические покрытия отличаются от металлических тем, что для их создания понадобится значительно большее количество контактов. Процесс гальванизации пластмасс характерен еще и сложностью подготовительного этапа, поскольку в данном случае труднее обеспечить хорошую адгезию.

Адгезивные свойства материалов

Адгезия характеризует качество сцепления между разнотипными элементами (в данном случае речь идет об адгезии между металлом и пластмассой). Прочность сцепления между металлическим и пластмассовым покрытиями должна находиться в промежутке между 0,8 и 1,5 килоньютонов на метр – на отслаивание и равняться 14 мегапаскалям – на разрыв. Максимально возможная адгезия, достижимая современными технологическими средствами, составляет примерно 14 килоньютонов на метр.

Адгезивные качества материалов относятся к числу весьма сложных явлений. Достаточно сказать, что не существует единой теории, которая в полной мере ответила бы на все вопросы относительно прилипания разнородных материалов друг к другу.

С точки зрения химической науки, адгезия – это химические взаимосвязи между разнотипными телами. Химические взаимодействия можно увидеть на пластмассовых поверхностях. На таких поверхностях имеются функционально активные группы, которые контактируют с металлами или покрывают металлические поверхности оксидами.

Молекулярный подход истолковывает адгезию как следствие присутствия межмолекулярных сил на межфазной поверхности, взаимодействием двух полюсов или же возникновением водородных связей. Так объясняется, к примеру, сцепление влажных травленых полиэтиленовых пленок после их сушки.

С точки зрения электрической теории, адгезивные качества возникают в силу того, что при взаимодействии пары тел возникает двойной электрический слой. В результате этот слой не позволяет телам отходить друг от друга, так как работают электростатические силы обоюдного притяжения разных зарядов.

Согласно диффузной теории (наиболее общепризнанной), адгезия происходит за счет межмолекулярных взаимодействий, которые особенно явно проявляются во время обоюдного проникновения молекул в поверхностные слои. В это время появляется некий промежуточный слой, вследствие чего наблюдается отсутствие явной границы между материалами.

И, наконец, механическая теория объясняет адгезию анкерным сцеплением выступающих частей металла в углублениях на пластмассовой поверхности. Такие углубления очень незначительны по площади (несколько микрометров), однако, когда в них попадает осаждаемый химическим способом металл, возникают так называемые механические замки.

На адгезию оказывают влияние и другие параметры, в числе которых можно выделить такие:

прочностные характеристики пластмассы;
присутствие благоприятствующих реакции химически активных групп на пластмассовой поверхности;
наличие стимуляторов адгезионных процессов, которые иначе называют промоторами (хромовые и оловянные соединения, пластификаторы);
отсутствие антипромоторов, которые препятствуют укреплению или даже разрушают промежуточный слой;
структура химически осаждаемого металла, а также параметры, при которых это осаждение происходит.

к содержанию ↑

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 к содержанию ↑

Металлизация в домашних условиях

Известны несколько методик самостоятельного нанесения металла на пластмассовое покрытие. Наиболее доступная из них – химическая. В данном случае не понадобится какое-либо специальное оборудование.

Применяемые металлы – серебро и медь. Пленка, которая получится в итоге, будет всего несколько микронов в толщину, однако она придаст основе красивый вид с металлическим отблеском.

Металлизация медью

Перед обработкой хорошо ошкуриваем и обезжириваем поверхность. Если деталь имеет выпуклости (дефекты), аккуратно сводим их на нет. Насыпаем на поверхность абразив и протираем поверхность тампоном. В случае если имеем дело с полиакрилатами, для обезжиривания понадобится раствор едкого натра, в котором деталь вымачивается сутки. Для обезжиривания полиамидов рекомендуется использовать бензин.

Когда изделие обезжирено, промываем его в дистиллированной воде, а затем на протяжении минуты держим в полупроцентном растворе хлористого олова и соляной кислоты (40 граммов на литр). Данный процесс именуется сенсибилизацией. Его цель – получить на пластмассе пленку гидроокиси олова.

После сенсибилизации проводим активацию поверхности. Для этого на протяжении 3-4 минут вымачиваем деталь в растворе азотнокислого серебра (2 грамма серебра на литр и 20 граммов этилового спирта на литр). Далее помещаем изделие в раствор, состоящий из следующих компонентов:

углекислой меди – 200 граммов на литр;
глицерина (90%) – 200 граммов на литр;
едкого натра (20%) – 1 литр;

Температура раствора должна составлять 18-25 градусов. Время на обработку – 60 минут.

Металлизация серебром

Предварительную обработку пластмассы проводим так же, как и в случае с медью: ошкуриваем и наносим абразив. Обмываем поверхность в воде с мылом, а затем в дистиллированной воде.

Обезжириваем изделие при помощи такого раствора:

ангидрид хрома – 100 граммов на литр;
сульфат железа – 10 граммов на литр.

После обезжиривания опять промываем деталь в дистиллированной воде. Сенсибилизацию проводим в растворе хлористого олова (2 грамма на литр). Далее размещаем изделие в растворе, включающем в себя такие компоненты:

серебро азотнокислое – 3 грамма на литр;
натр едкий – 3,5 грамма на литр;
аммиак (25%) – 8 миллилитров на литр;
глюкозу – 2,5 грамма на литр.

Рекомендуемая температура раствора – от 18 до 25 градусов. Время на обработку – 60 минут. В результате должен появиться равномерный и блестящий слой серебра. Если же где-то имеются неоднородности, то это можно объяснить недостаточным обезжириванием поверхности. В таком случае нужно удалить нанесенное серебро и повторить работу заново.

Для удаления серебра с пластмассы понадобится такой раствор:

ангидрид хром – 10 граммов на литр;
серная кислота – 3 грамма на литр.

Равномерную пленку рекомендуется обработать слоем лака, который защитит пластмассу. Также возможна дальнейшая гальваническая обработка поверхности.

Металлизация пластмасс – технология проведения процедуры

Металлизация пластмасс – технология проведения процедуры

Химическая металлизация пластмасс дает возможность изготавливать такие промышленные типы изделий и полуфабрикатов, как печатные платы, световые фильтры, катализаторы, а также заготовки для гальваники и множество другого.

Металлизация даст возможность улучшить устойчивость пластмассы к воздействиям механического типа, высоких температур и влаге.

Более того, детали, в которых используется сочетание металла и пластмассы, весят куда меньше, чем просто металлические.

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.

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.

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.

Рекомендуемая растворная температура составляет от +19 до +25 градусов. Время на обработку составляет 1 час, и в результате должен появиться блестящий, а еще равномерный слой серебра. Если же где- будет неоднородности, то это можно объяснить недостаточным обезжириванием поверхности. В этом случае следует удалить нанесенное серебро и заново повторить работу.

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.

Технология выполнения металлизации пластмасс

Содержание:

Технологические особенности металлизации
Особенности создания гальванических покрытий
Адгезивные свойства материалов
Вакуумная металлизация
Металлизация в домашних условиях
Металлизация медью
Металлизация серебром

Технологические особенности металлизации

Подслой дополнительно хромируется или никелируется, как указано на рисунке ниже.

Варианты структур гальванических покрытий в несколько слоев

Пояснения к рисунку:

Пластмасса.

Медный слой с блеском.

Матовый медный слой.

Металл с химическим осаждением.

Никелевый слой с блеском.

Полублестящий никелевый слой.

Матовый никелевый слой.

Хромовый слой с блеском.

Конверсионный слой.

Матовый и блестящий металлический слои.

блестящего меднения;
электролиты для покрытия никелем;
специальные составы, на основе которых создаются покрытия велюрового типа или покрытия с вкраплением твердых частиц.

Особенности создания гальванических покрытий

Гальванические покрытия отличаются от металлических тем, что для их создания понадобится значительно большее количество контактов. Процесс гальванизации пластмасс характерен еще и сложностью подготовительного этапа, поскольку в данном случае труднее обеспечить хорошую адгезию.

Адгезивные свойства материалов

На адгезию оказывают влияние и другие параметры, в числе которых можно выделить такие:

прочностные характеристики пластмассы;
присутствие благоприятствующих реакции химически активных групп на пластмассовой поверхности;
наличие стимуляторов адгезионных процессов, которые иначе называют промоторами (хромовые и оловянные соединения, пластификаторы);
отсутствие антипромоторов, которые препятствуют укреплению или даже разрушают промежуточный слой;
структура химически осаждаемого металла, а также параметры, при которых это осаждение происходит.

Вакуумная металлизация

Вакуумная камера для металлизации

Металлизация в домашних условиях

Применяемые металлы – серебро и медь. Пленка, которая получится в итоге, будет всего несколько микронов в толщину, однако она придаст основе красивый вид с металлическим отблеском.

Металлизация медью

углекислой меди – 200 граммов на литр;
глицерина (90%) – 200 граммов на литр;
едкого натра (20%) – 1 литр;

Температура раствора должна составлять 18-25 градусов. Время на обработку – 60 минут.

Металлизация серебром

Обезжириваем изделие при помощи такого раствора:

ангидрид хрома – 100 граммов на литр;
сульфат железа – 10 граммов на литр.

серебро азотнокислое – 3 грамма на литр;
натр едкий – 3,5 грамма на литр;
аммиак (25%) – 8 миллилитров на литр;
глюкозу – 2,5 грамма на литр.

Для удаления серебра с пластмассы понадобится такой раствор:

ангидрид хром – 10 граммов на литр;
серная кислота – 3 грамма на литр.

Металлизация пластмасс. Часть 1.

Металлизацию пластмассовых деталей проводят в двух различных направлениях:

1) с целью получения токопроводящих слоев на поверхности пластмассы для улучшения физико-механических свойств;

2) с целью получения сложных форм методом гальванопластики. (См. «Что такое гальванопластика? Часть1,Часть 2»).

В первом случае металлизация поверхности пластмасс значительно повышает их прочность, теплостойкость, уменьшает водопоглощаемость и хрупкость. Замена металлических деталей на металлизированные пластмассовые позволяет во много раз снизить их вес, что весьма актуально для комплектующих приборов, применяемых в авиации. При этом основное требование – максимальная адгезия металлического покрытия к основе.

Во втором случае требования диаметрально противоположные: необходимо осуществить металлизацию поверхности с последующим легким съемом покрытия.

Металлизация пластмасс с целью улучшения конструктивных характеристик.

Существует несколько методов металлизации пластмасс: механические, физические, химические. Для каждого способа существуют свои определенные требования к покрываемому металлу и пластмассовой основе, но только с помощью химико-гальванической металлизации можно создать электропроводный слой с последующим нанесением покрытий, обладающих специальными свойствами.

Процесс химико-гальванической металлизации включает основные стадии:

1) подготовка поверхности (обезжиривание, травление);
2) сенсибилизация и активация поверхности;
3) химическая металлизация;
4) нанесение гальванических покрытий.

В зависимости от материала основы каждая из этих стадий имеет свои особенности, но, в конечном счете, суть их сводится к обеспечению чистоты поверхности, шероховатости и отсутствию органических веществ.

Важным фактором, который оказывает определяющее значение на качество металлизации, является состояние поверхности, полученной в процессе литья деталей. Для металлизации пластмасс детали должны изготавливаться из первичного чистого однородного сырья. Литье под давлением следует проводить при возможно высокой температуре, обеспечивающей максимальную текучесть и при наименьшем давлении для более полного заполнения формы.

При этом категорически запрещается применение разделительных смазок, в крайнем случае, можно использовать касторовое масло или смесь глицерина со спиртом, которые сразу после формования деталей удалить смесью: этанола (50%), этилацетата (25%), бутанола (15%), целлозольва (10%).

Перед металлизацией поверхность детали необходимо обезжирить в растворе, г/л:

Тринатрийфосфат 30 – 40

Натр едкий 8 – 10

Стекло натриевое жидкое 5 – 7

Карбонат натрия 40 – 45

в течение 3 – 5 минут при температуре 40 – 50 0 С.

Эффективность процесса во многом зависит от качества травления, так как при этом происходит изменение структуры поверхности пластмассы, появляются микропоры и углубления, которые обеспечивают адгезию осаждаемого металла, от величины которой зависят свойства получаемого изделия – теплоемкость, износостойкость, прочность. Для металлизации пластмасс достаточной считается прочность сцепления металлического покрытия с основой 0,8 – 1,5 кН/м на отслаивание и 14 МПа на отрыв.

Для травления можно использовать раствор, содержащий 100 г серной кислоты и 30 г хромового ангидрида. Детали выдерживают в растворе в течение 1 – 5 минут при температуре 60 0 С.

После тщательной промывки проводят сенсибилизацию в растворе двухлористого олова (30 – 40 г/л) и соляной кислоты (30 – 40 г/л) при температуре 18 – 25 0 С, промывают в дистиллированной воде и активируют в растворе двухлористого палладия (1 – 2 г/л) с HCl (1 – 2 мл/л) при комнатной температуре в течение 3 – 5 минут.

В результате из раствора на поверхности осаждается тонкий слой палладия, который катализирует осаждение меди (см. «Химическое меднение – что это такое?») из раствора химического меднения:

Медь сернокислая 100 г/л

Натр едкий 100 г/л

Натрий углекислый (безводный) 30 г/л

Глицерин 100 г/л

Формалин (33%) 25 – 35 мл/л

Температура 18 – 25ºС, время от 20 минут, покачивание.

Процесс происходит по схеме:

Химическая металлизация пластмасс позволяет получать как готовые изделия (печатные платы), так и заготовки для гальванической металлизации. В качестве подслоя используют сравнительно толстый, пластический слой меди. На него гальванически осаждают тонкий слой никеля, хрома или сплава олово-висмут, в зависимости от назначения изделия.

Детали с металлизированной пластмассой.

Никелевые покрытия увеличивают долговечность пластмасс, хромовые – декоративность, сплав олово-висмут – паяемость. В целом все гальванические покрытия повышают коррозионную стойкость металлизированных пластмасс.

Осаждение гальванических покрытий производят из стандартных электролитов, учитывая конструктивные особенности деталей при подводе контактов.

Применение металлизированной пластмассы вместо металла при изготовлении сложных деталей реально дает хорошую прибыль.

Металлизация пластмасс

Металлизация диэлектриков — это целое направление гальваники. В процессе металлизации получают изделия из пластмасс композитных материалов или других диэлектриков покрытые слоем осажденного металла.

Область применения металлизации пластмасс

Область применения металлизации — получение готовых изделий из диэлектриков, которые, обладая некоторыми свойствами металлической детали имеют меньший вес и гораздо дешевле в производстве. Например, детали, изготовленные с использованием термопласт-автоматов методом формования или детали, изготовленные методом литья под давлением. Такие детали могут быть использованы в отраслях, где масса деталей имеет важное значение, например, в авиационной промышленности. Отдельное направление – получение токопроводящих слоев при изготовлении печатных плат.

Такое направление гальваники как гальванопластика по своей сути является процессом нанесения слоя металла на форму или заготовку, изготовленную из воска, гипса или другого пластичного материала. С помощью методов гальванопластики изготавливают металлические копии предметов искусства, барельефы, скульптуры, различные художественные изделия, такие как металлизированные древесные листья, цветы, фрукты и многое другое.

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.

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 0 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 0 С в течение 1-5 минут.

Процесс металлизации пластмасс

Сенсибилизация — это процесс химического осаждения на поверхности тонкого слоя катализатора. Пластмассовые изделия помещают в раствор 30-40г/л двухлористого олова и 30-40 г/л соляной кислоты при цеховой температуре, затем промывают в дистиллированной воде и активируют поверхность в растворе 1-2 г/л двухлористого палладия и 1-2 мл/л соляной кислоты в течение 3-5 минут. Тонкий слой палладия, который образуется в результате катализирует осаждение меди из раствора химического меднения:

сернокислая медь 100 г/л;
едкий натр 100 г/л;
натрий углекислый (безводный) 30 г/л;
глицерин 100 г/л;
формалин 33% 25-35 мл/л.

Процесс химического осаждения меди проходит при цеховой температуре в течение 20 мин. В результате получают готовый металлический подслой, для дальнейшего гальванического осаждения металла. Гальванический процесс проходит в стандартных электролитах никелирования, меднения, оловинирования или хромирования и отличается от классического нанесения покрытий гальваническим способом только особенностями крепления токопроводящих контактов. Заканчивают процесс металлизации также стандартно – детали промывают и сушат.