Фазлутдинов К.К.

16.11.2018 (обновленно 16.11.2018)

5028 просмотров

Гальванические покрытия в автомобилестроении

Содержание:

1. Введение

2. Цинкование и оксидирование деталей машин

3. Анодирование алюминия

4. Хромирование

5. Легкоплавкие покрытия

6. Фосфатирование

7. Прочие покрытия

1. Введение. 

Гальванические и химические покрытия применяются в самых разных узлах современных автомобилей. Основным их назначением является:

• Защита от коррозии;
• Улучшение внешнего вида;
• Придание поверхности антифрикционных свойств;
• Повышение износостойкости;
• Обеспечение постоянной электропроводности.

Любые автомобили подвержены коррозии. Типичные ее очаги расположены на кузове под лакокрасочным покрытием или в местах его сколов. Особенно активно могут корродировать колесные арки и элементы подвески, испытывающие постоянное абразивное воздействие песка, гравия, льда, солей, глины и пр. Коррозии легко подвергаются необработанные части днища, стальная защита картера двигателя, крепежные элементы и метизы, металлические вкладыши подшипников. Ярким примером коррозии металла в автомобиле может быть также разрушение выпускного тракта двигателя под воздействием горячих отработавших газов. Если в топливной жидкости присутствуют примеси меркаптанов, сероводорода или элементарной серы, то в топливной системе может наблюдаться газовая химическая коррозия.

Коррозия во много раз усиливается во влажной среде. Исследования показали, что в атмосферных условиях на поверхности любого металла всегда присутствует пленка влаги. Температура, влажность воздуха и другие показатели влияют на ее толщину. Во влажной среде появляются условия для возникновения электрохимической коррозии, а попадание на металл химических реагентов, например, хлорида калия, входящего в состав антигололедной посыпки, резко ускоряет ее.

2. Цинкование и оксидирование деталей машин.

Среди гальванических покрытий для защиты от коррозии стальных частей машин чаще всего применяется цинкование.

Цинковое покрытие предотвращает коррозию по двум причинам:

• Барьерное действие цинка, отделяющего сталь от коррозионно-активной среды (механическая защита);
• Электрохимическая защита, при которой железо и цинк являются гальванической парой в которой последний выступает анодом. При нарушении целостности оцинковки красная коррозия стали не будет наступать до тех пор, пока весь цинк в радиусе протекторного действия химически не разрушится. 

Сам по себе цинк является активным металлом, поэтому для повышения его устойчивости применяется пассивация, например, с применением шестивалентного хрома (хроматирование) или трехвалентного (хромитирование). Несмотря на то, что после хроматирования стойкость изделий значительно выше, но с точки зрения экоориентированного подхода автопроизводителей, желательно применение хромитирования, т.к. трехвалентный хром значительно менее токсичен и не канцерогенен.

Чаще всего цинкуется кузов, крепежные элементы и метизы.

Следует заметить, что чистое цинковое покрытие не лучшим образом подходит для работы при температуре 100° С, наблюдаемой в подкапотном пространстве. Для этих целей в европейских автомобилях (заводы Audi, BMW, Renault) широко применяется покрытие сплавом цинк-никель и цинк-олово.

Кроме этого, для защиты стали может применяться химическое оксидрование, но оно значительно уступает цинку по защитной способности. Химическое оксидирование можно встретить на болтах, гайках и саморезах (особенно в видимых частях черной обшивки салона). Вместо химоксидного покрытия может применяться более стойкое покрытие черным цинком. Оба они должны промасливаться.

3. Анодирование алюминия.

В автомобилях премиум класса некоторые кузовные части могут изготавливаться из алюминия. Алюминий значительно легче стали и лучше противостоит атмосферной коррозии, однако он слабо стоек к действию хлоридов и щелочей. Также он плохо окрашивается без специальной подготовки. Все эти проблемы решаются применением анодно-оксидного покрытия, которое одновременно значительно повышает коррозионную стойкость алюминия и придает поверхности исключительно высокую адгезию к лакокрасочному покрытию. Анодированию часто подвергают литые и кованые колесные диски (как самостоятельное покрытие, так и под окраску). В более дешевом варианте может применяться грунтовочное химическое оксидно-фосфатное покрытие.

Анодированные блестящие алюминиевые детали в интерьере автомобиля применяются уже около 20 лет. Из них обычно изготавливаются различного рода рамки, декоративные накладки, рычаги стояночного тормоза, накладки на пороги и пр. 

4. Хромирование.

Хромовое покрытие в автомобилях находит применение в качестве:

• антикоррозионного;

• защитно-декоративного;

• износостойкого для трущихся деталей;

• высокоотражательного и одновременно термостойкого.

Хром, будучи крайне склонным к пассивации на воздухе и в агрессивной среде, моментально пассивируется и, до тех пор пока пассивная пленка оксидов хрома не разрушится, само покрытие и покрытая деталь будет надежно защищены от коррозии. Однако хром является катодом к стали и при повреждении будет ускорять коррозию в месте дефекта (в отличие от цинка с его анодной защитой).

Раньше хромом покрывали большое количество внешних деталей автомобилей: бампера, ободы фар, рамки зеркал, стекол и госномеров, молдинги, эмблемы, решетки радиаторов, колпаки и колесные диски. Сегодня его можно встретить в экстерьере серийных автомобилей в основном на решетках радиаторов и дисках. Оно одновременно создает великолепный яркий серебристый цвет с голубоватым оттенком и не царапается от случайно бьющих по нему камешков и других абразивов, которые могут встретиться на пути автомобиля. Хромирование активно используют реставраторы и коллекционеры антикварных авто.

В интерьере блестящие хромовые покрытия традиционно применяются на дверных ручках, элементах передней панели, ободах и ручках дефлекторов вентиляционной системы, стойках подголовников на креслах, в отделке накладки под рычагом переключения передач.

Отдельно могут применяться черные хромовые покрытия в аналогичных случаях.

Хромирование применяется внутри двигателей внутреннего сгорания (ДВС). В ДВС имеется постоянно работающая трущаяся пара - поршневые кольца/циллиндр, требующая повышенной износостойкости, причем традиционные гладкие твердые хромовые покрытия для этих целей не могут быть использованы. В тяжелых условиях, при повышенном давлении, температуре и дефиците смазки такое покрытие будет жить не более 3-5 часов, после чего разрушится. Разрушение случится от того, что при недостатке смазки в трущейся паре резко поднимется температура и произойдет выкрашивание частичек хрома. В результате на покрытии цилиндра появятся глубокие борозды. Поэтому вместо зеркального твердого хрома в ДВС должен применяться специальный пористый хром. Сетка пор наносится с помощью специальной обработки после хромирования (например, анодной или химической). Пористый хром обладает значительно большей маслоемкостью, чем гладкий.

Применение пористого хрома в рассматриваемой трущейся паре возможно в двух вариантах:

• хромированный цилиндр - чугунные поршневые кольца;
• нехромированный цилиндр - хромированные поршневые кольца.

В целом, износостойкость деталей, покрытых хромом возрастает в 3-5 раз, а срок службы ответных непокрытых деталей - до 2 раз.

После получения пористого хрома приработка абразивными порошками не допускается ввиду деформации пористой части покрытия и забивания ее частичками абразива. Поэтому при необходимости абразивной обработки покрытие следует шлифовать до нанесения сетки пор.

Толщина хрома при хромировании поршневых колец составляет 100-300 мкм.

С целью повышения износостойкости хром может также применяться на коленвалах и штоках гидроцилиндров в амортизаторах.

Высокая отражательная способность и термостойкость хрома позволяет использовать его в отражателях фар, в которых зачастую достигаются весьма высокие значения температуры. В более дешевом исполнении отражатель покрывается вместо качественного гальванического хрома имитацией под него - мета-хромом, который по сути является высокоотражающей краской на основе тончайшего серебра (не более 0.001 мм) и лака. Данное покрытие, в отличие от металлического настоящего хрома, плохо переносит знакопеременные температурные воздействия, особенно агрессивные в зимний период. Расширяясь при нагреве, сжимаясь при охлаждении и не обладая столь высокой как у гальванического хрома адгезией к отражателю фары, мета-хром быстро отслаивается. Да и само название мета-хром - подделка, т.к. на самом деле впервые оно стало использоваться для перспективного электролита черного гальванического хромирования, разработанного в СССР.

5. Легкоплавкие покрытия.

В автомобиле широко применяются легкоплавкие покрытия - свинец и олово-висмут.

Свинцовое покрытие используется в частях аккумуляторов и деталях, подверженных трению и действию кислот (вкладыши, внутренняя поверхность бензобака поршневые цилиндры и т.д)

Олово-висмутовое покрытие сохраняет стабильное переходное сопротивления в медных электроконтактах (клеммах, наконечниках, коммутаторах и пр.) 

6. Фосфатирование стали.

Фосфатирование используется при серийном выпуске автомашин, в особенности легковых, для получения антикоррозионного слоя на поверхности кузова перед окраской. В зависимости от необходимых параметров в автомобилестроении используются три вида фосфатных покрытий:

• грунтовочные, наносимые перед окраской для получения необходимых защитных параметров и увеличения адгезии лакокрасочных покрытий;
• антикоррозионные для временной (при хранении) защиты деталей, работающих обычно либо в контакте со смазкой, либо подвергающихся относительно слабому коррозионному воздействию среды (пружины, крепежные изделия и т. п.);
• антифрикционные на трущихся парных деталях, уменьшающие время приработки пар трения, повышающие сопротивляемость заеданию и обладающие хорошими защитными свойствами.

7. Другие покрытия.

Значительно реже в декоративной отделке автомобилей встречаются никель, медь, серебро и золото. Эти покрытия используются как правило для элитных авто.