Для тонировки стекол автомобиля существует несколько наиболее распространенных методов. Наиболее известные нам, это: тонировка стекол при помощи добавления присадок в массу стекла при производстве, тонировка стекол авто пленкой, тонировка стекол автомобиля напылением.
Технология тонировки стекол автомобиля напылением
Первый и последний способы активно используются в производственном цикле с применением специального оборудования. Тонировка автомобиля пленкой – этот метод нам всем хорошо известен, более того, многие уже проводили . То есть именно пленочная тонировка является в нашей стране – народным способом.
Каждый из этих способов имеет свои особенности, преимущества и недостатки, и рассматривать мы их не будем, чтобы не получилось, что «…петушка хвалит кукуха…» то есть вам понятно. Если о тонировке стекол пленкой мы уже говорили на страницах сайта, как о возможности самостоятельного процесса, то и о тонировке методом напыления можно сказать отдельно несколько слов.
В недалеком прошлом тонировка стекол автомобиля напылением кустарным способом проводилась в «гаражных автосервисах» - это было модно и по-своему «круто». До тех пор, пока тонировка не облазила и не превращала автомобиль в посмешище для окружающих и проблему для владельца. Тем более, что цвет тонировки автомобиля напылением получался больше зеркальный, а это категорически запрещено в , изложенных в ГОСТ РФ .
Тонирование напылением происходит следующим образом. Полированное прозрачное стекло помещается в вакуумную камеру, где на него наносится тонкий слой окислов металлов, который придает стеклу определенный цвет и свойства.
Технология тонировки стекол автомобиля напылением по науке называется – магнетронное напыление (второе название – плазменное). Основным достоинством магнетронного напыления является то, что финишное покрытие имеет лучшую устойчивость к атмосферным и механическим воздействиям и имеет высокие показатели тепло, - светоотражения. Эта технология сейчас актуальна при обработке стекол в стеклопакеты, для внутренних перегородок, витражей и т.д.
В автостроении метод тонировки стекол автомобиля напылением не получил широкого применения. Причина проста. Оконные стекла не испытывают тех интенсивных механических воздействий, которые применяются к автомобильным стеклам. Поэтому-то не прижилась тонировка стекол автомобиля напылением.
Если учесть, какие производственные мощности и устаревшее оборудование для этого применялись, понятны причины отказа водителей от этого метода тонировки стекол. Плюс существует еще ряд недостатков в тонировке стекол методом напыления.
Недостатки тонировки напылением
- Для напыления возникает необходимость демонтировать все стекла. Это в разы увеличивает трудоемкость процесса, особенно если речь идет о клееных стеклах.
- В отличии от штатного, это напыление обладает низкой износостойкостью, царапается при движении стекол, от песчинок и пыли.
- В зимний период, на заднем стекле автомобиля появляются проблемные «морщинки» вокруг ниток обогрева стекла – коэффициент расширения трех материалов: стекло, напыление, металл нитей накаливания, совершенно разный и несовместим друг с другом.
- В случае возникновения необходимости провести растонировку или перетонировку придется менять стекла.
А ты и твой автомобиль готовы к наступившей зиме? Современные гаджеты помогут с комфортом пережить зиму:
Одним из наиболее эффективных способов получения объярченных отражателей СП, в частности изготовляемых из алюминия, является их электрохимическое полирование с последующей защитой полированной поверхности.
Химическое полирование . Этот процесс является разновидностью блестящего травления и применяется после механической полировки отражателей. Химическое полирование позволяет получать алюминиевые отражатели с коэффициентом отражения 0,65-0,7, когда не требуется получения зеркального. После полирования детали тщательно промывают в проточной воде.
Электрохимическое полирование. Этот способ полирования нашел весьма широкое распространение в светотехническом производстве. При полировании поверхность приобретает высокую степень блеска и увеличивается ее стойкость против коррозии. На воздухе на поверхности электрохимически полированных отражателей образуется пленка оксида алюминия, но она защищает от дальнейшего окисления при эксплуатации только в атмосфере с сухим и чистым воздухом. Поскольку такие идеальные условия эксплуатации встречаются крайне редко, то на практике объярченные отражатели подвергают оксидированию.
Альзак-процесс . Этот специфический процесс электрохимического полирования и одновременного оксидирования (анодирования) алюминиевых отражателей широко применяется при изготовлении отражателей уличных, промышленных и других СП, работающих в условиях тяжелой среды. Поверхность отражателей, обработанных по технологии альзак-процесса, обладает высокими коэффициентом отражения, коррозионной стойкостью, твердостью оксидного слоя и хорошей термостойкостью.
Альгласс-процесс . Применяется для защиты зеркализованных отражателей СП, работающих в атмосфере с тяжелыми условиями. Альгласс-покрытие, не ухудшая коэффициента отражения защищаемой поверхности, увеличивает его зеркальную составляющую. Благодаря своей высокой химической и термической стойкости альгласс-покрытие обеспечивает стабильность начальных оптических параметров СП при эксплуатации. Кроме того, благодаря глянцевитости и гладкости, способности рассеивать статические электрические заряды альгласс-покрытие обладает высокой стойкостью к загрязнению и поддается легкой очистке. Покрытие повышает механическую стойкость отражающей поверхности и позволяет осуществлять многократную чистку обычными средствами без ухудшения оптических свойств отражателя.
Вакуумное напыление покрытий
Метод вакуумной металлизации основан на осаждении на отражающую поверхность детали молекулярного потока, образующегося при быстром нагреве в вакууме осаждаемого металла до температуры его испарения. Для получения зеркального отражения на поверхность металлической детали наносится специальная подложка методами окрашивания или лакирования. Вакуумное напыление металлов на стекло и пластмассу производится, как правило, без подложек.
Возможно получение в вакууме пленок покрытий толщиной до 1 мм из никеля, молибдена, меди, серебра, хрома и других металлов. С точки зрения получения наибольшей отражающей способности покрытия представляют интерес серебро, алюминий, кадмий и золото. Однако покрытия из кадмия и серебра на воздухе быстро тускнеют и теряют свои отражающие свойства, а покрытия из золота обладают избирательной отражающей способностью, и, кроме того, они весьма дороги. В силу своей относительно высокой стойкости и малой стоимости алюминий получил преимущественное распространение при производстве зеркальных отражателей СП.
Поскольку пленка металла, наносимого в вакууме, точно копирует все микронеровности поверхности, то при осаждении ее непосредственно на стальное основание нельзя получить отражатели с коэффициентом отражения выше 0,4-0,45. Кроме того, необходимо учитывать, что адгезионная способность алюминия к стали очень низкая, и такое покрытие получается непрочным. Для устранения этих недостатков на металл наносят в качестве подложки в один или несколько слоев эмаль и лак, почти полностью устраняющие микронеровности на поверхности отражателя. Разрез отражающего слоя приведен на рисунке. На металл отражателя 1 наносится слой эмали 2, служащий для сглаживания микроне ровности основания. Затем наносится слой лака 3 для создания гладкой глянцевой поверхности с большим коэффициентом зеркальности и для повышения адгезионных свойств алюминиевой пленки. Отражающий слой представляет собой пленку 4 алюминия, нанесенного в вакууме, толщиной 0,1-0,3 мкм, которая обычно защищается слоем лака 5.
Бытовые плоские зеркала.
Серебрение это процесс нанесения на поверхность твердого материала, тонкого слоя серебра. Серебрение применяют обычно к изделиям из не драгоценных металлов. Покрытие серебром делается для того чтобы изделия имели устойчивость к коррозии и более эстетический вид. Обычно серебром покрывают стекло, для того чтобы придать ему отражающие и зеркальные свойства. В основе серебрения зеркального стекла, лежит , которая представляет собой процесс восстановления металлического серебра из аммиачного раствора оксида серебра.
Узорчатые стекла, покрытые серебром. Такой необычный дизайн стекла, великолепно будет смотреться при украшении фасадов кухонь, межкомнатных дверей и разных элементов интерьера.
Елочная игрушка, изнутри покрытая чистым серебром.
Иногда серебрением называют процесс гальванического осаждения на металлической поверхности или других электропроводящих материалов (графит), тонкой пленки серебра. Сегодня обычные бытовые зеркала и зеркала в оптических приборах, изготавливают вакуумным напылением на пластмассу или стекло - тонким слоем алюминия. Такой процесс вакуумного напыления алюминием, можно так же назвать – «серебрением».
История серебрения
Первые в истории, изготовленные стеклянные зеркала, были не серебряными. Технологический процесс серебрения стеклянных зеркал, широко применялся в Европе в 16 веке. В то время стекло покрывали - амальгамой олова. Это был так называемый ртутный способ производства зеркал. Оловянная фольга при помощи ртути фиксировалась на полированном стекле. Такие зеркала имели низкое качество, так как они очень плохо передавали отражаемое изображение. Они обладали невысоким коэффициентом отражения света.Производство таких ртутных зеркал, было очень вредным для здоровья человека. Рабочие, которые изготавливали зеркала покрытые амальгамой олова, часто подвергались хроническому отравлению вдыхаемыми парами ртути. Только сначала 19 века, стеклянные зеркала стали прокрывать серебром. Это был химический метод осаждения пленки серебра на поверхности стекла. Этот химический способ серебрения стекла, очень быстро вытеснил амальгамный метод серебрения. Сегодня зеркала изготавливаются серебрением.
Химическое серебрение стекла
Принцип химического способа серебрения, заключался в восстановлении металлического серебра из водорастворимого химического соединения серебра (обычно это был , который растворяется в водном растворе аммиака), различными органическими восстановителями, например, глюкозой (реакция серебряного зеркала) или формальдегидом. Где формальдегид используется больше для демонстрации опыта по серебрению стекла, а глюкоза используется для получения качественного зеркального покрытия. Для того чтобы тонкая пленка серебра лучше сцепилась со стеклом, поверхность стекла перед серебрением обрабатывают - тетрахлоридом олова.Химическое серебрение и его недостатки
Химический метод серебрения это простой и доступный способ осаждения металла. Недостатком химического метода серебрения, является постепенное потускнение серебра, с образованием на поверхности металла темного слоя - сульфида серебра (Ag2S), образующегося при реакции металлического серебра (Ag), со следами серы (S), содержащейся в воздухе в составе сероводорода (H2S). Образующийся на поверхности серебра - (Ag2S), снижает коэффициент отражения света. Для того чтобы снизить потери, слой серебра в бытовых зеркалах покрывают защитным лаком. Такая защита лаком на зеркалах оптических инструментов (телескопов-рефлекторов), не наносится на зеркала оптических приборов.До появления технологии вакуумного напыления алюминием, зеркала телескопов серебрили заново, после нескольких лет их эксплуатации. Технология вакуумного напыления металлов (обычно алюминием), сегодня почти полностью вытеснила, технологию химического серебрения. Иногда для напыления, вместо алюминия используют: индий, золото или другие металлы.
Слово серебрение, очень прочно вошло в лексикон человеческой речи. Сегодня, когда производство зеркал все чаще обходится без покрытия их серебром, процесс серебрения, все равно, по привычке, хотя и некорректно называют «серебрением». Хотя покрытие зеркал алюминием, имеет более точную терминологию: «вакуумное термическое напыление» или «вакуумное алюминирование металлов».
Вакуумное термическое напыление
Что такое вакуумное термическое напыление? Вакуумное термическое напыление это современный процесс получения оптических зеркальных покрытий. Отполированный лист стекла или стеклянную деталь оптического прибора, размещают в вакуумной камере, в которую встроен вольфрамовый испаритель. Вольфрамовый испаритель представляет собой нагреваемую электрическим током вольфрамовую проволоку или вольфрамовую лодочку. Изогнутый отрезок алюминиевой проволоки массой от 50 до 200 мг, одевают на вольфрамовую проволоку. Расплавленный алюминий, в высоком вакууме, хорошо смачивает вольфрам. На вольфрамовой проволоке образуется висячая капелька алюминия.Для напыления больших по площади поверхностей изделий, используют нагреваемые вольфрамовые лодочки, в которые размещают алюминиевые гранулы или обрезки алюминиевой проволоки. Перед тем как стеклянную деталь поместить в вакуумную камеру, стекло тщательно очищают от различных загрязнений (например, от масел или жира). Как правило, для очистки стекол, используют органические растворители.
После создания вакуума в вакуумной установке, нагревают вольфрамовый испаритель до температуры 1500 – 2500 градусов, в зависимости от требуемой технологии. Под действием высокой температуры алюминий начинает испаряться. Образующиеся атомы алюминия, в вакууме летят по прямой линии. Мельчайшие частицы алюминия (атомы алюминия), ударяются об напыляемую поверхность стекла и начинают прилипать к нему.
Для лучшего сцепления алюминиевой пленки со стеклом, сначала разогревают стекло до температуры 200 – 400 градусов и применяют вакуумную очистку поверхности стекла ионной имплантацией или бомбардировкой ионами.
Для улучшения стойкости напыляемой пленки и улучшения оптических свойств, иногда изготовители зеркал, напыляют на стекло в вакууме подслой диоксида кремния. Другие производители зеркал создают сначала подслой оксида алюминия, который образуется окислением чистого кислорода или воздухом, в без вакуумной нагреваемой печи.
Изготовленные зеркала этим методом, представляют собой зеркала, работающие на просвет. Отраженный свет от зеркальной поверхности в таких зеркалах, дважды проходит сквозь слой стекла. Так устроена работа всех бытовых зеркал, не прецизионных зеркал оптических приборов (это зеркала оптических проекторов, осветительные предметные зеркала оптических микроскопов) и зеркала внешнего отражения, в которых отражающая свет пленка, нанесена на какой – либо материал (необязательно прозрачного для света), обычно это может быть кварцевое стекло или пирекс, такие зеркала принимают участие в построении изображения во всех оптических приборах (это зеркала объективов, телескопов, плоские зеркала лазерных принтеров и ксероксов), этот вид зеркал снижает аберрации оптической системы (ошибки или погрешности изображения в оптической системе). Слой стекла, защищает относительно нестойкий слой серебра от царапин, коррозии и других повреждений.
Есть еще оптические зеркала, такие как зеркало Мэнгина, которые имеет зеркальную поверхность с обратной стороны оптической линзы. Отклонение света в таких оптических зеркалах, обусловлено как рефракцией (преломлением) в стеклянной линзе, так и кривизной поверхности зеркала. Эти два фактора учитываются при расчетах в таких оптических системах. Это могут быть оптические зеркала в длиннофокусных объективах. Такие оптические зеркала позволяют сократить их массу и длину, по сравнению с оптическими системами без зеркал, при равных параметрах.
Несмотря на то, что бытовые зеркальные стекла, еще продолжают изготавливать химическим серебрением, зеркала в точных оптических инструментах (телескопы), производят вакуумным напылением алюминия. Серебро в сравнении с алюминием, имеет больший коэффициент отражение света. Сегодня не применяется для оптических зеркал в точных оптических инструментах. Это связано с тем, что серебро очень быстро тускнеет и покрывается пленкой сульфида серебра (Ag2S). Алюминий тоже окисляется кислородом, содержащимся в воздухе, покрывается тонкой и прозрачной пленкой оксида алюминия (Al2O3), предохраняющей металл от коррозии и не значительно снижающий коэффициент отражения.
Вакуумное напыление стекла может осуществляться не только алюминием, но и золотом. Вакуумное напыление металлическим золотом, применяется в оптических зеркалах, работающих в ближнем инфракрасном диапазоне. Золото в сравнении с алюминием, имеет больший коэффициент отражения света и лучшую устойчивость к коррозии.
Здравствуйте, друзья.
Итак, история началась немного ранее, когда у нас появилась вакуумная камера. Путь её к нам был неблизок и может быть описан отдельным рассказом, но это, как говорится, «совсем другая история». Скажу только, что ещё раньше она приносила людям какую-то пользу в одной из лабораторий Гёттингенского университета.
Первое, на чём мы начали эксплуатировать вакуумную камеру, стало испробывание способа термического осаждения металлов на подложки. Способ прост и стар, как мир. В молибденовый тигель помещается мишень распыляемого металла, например, серебра. Вокруг него размещён нагревательный элемент. Мы использовали проволоку из вольфрамрениевого сплава, которую наматывали в виде спирали.
Полностью устройство для термического напыления выглядит следующим образом:
Оснастка для термического напыления металлов. а. В сборе (защитный экран и задвижка сняты). Обозначения: 1 – тигель, 2 – нагревательный элемент, 3 – паропровод, 4 – токоподвод, 5 – термопара, 6 – рамка для образца.
После пропускания тока (в вакуумную камеру идёт через гермовводы) спираль раскаляется, нагревает лодочку, в которой также нагревается материал мишени и испаряется. Облако металлического пара поднимается по паропроводу и окутывает тело, на которое необходимо осадить металлическую плёнку.
Сам по себе способ простой и хороший, однако есть и минусы: большое энергопотребление, трудно располагать в облаке пара поверхности (тела), на которые нужно осаждать плёнку. Адгезия тоже не самая лучшая. Наносили на разные материалы, в том числе на металлы, стекло, пластик и др. В основном - для исследовательских целей, поскольку мы только осваивали вакуумное оборудование.
Теперь настал черёд рассказать про вакуумную систему. Эксперименты мы проводили в вакуумной камере, оснащенной вакуумной системой, состоящей из роторного форвакуумного и турбомолекулярного насоса и обеспечивающей остаточное давление 9,5 10 -6 – 1,2 10 -5 мм.рт.ст.
Если на первый взгляд кажется, что она не сложная, то на самом деле это не так. Во-первых, сама камера должна иметь герметичность, необходимую для поддержания высокого вакуума. Это достигается применением герметизации всех функциональных фланцев и отверстий. Верхний и нижний фланцы-крышки имеют такие же, по-принципу, резиновые уплотнения, как и самые малые отверстия, предназначенные для установки окон, датчиков, устройств, гермовводов и др. фланцевых крышек, только диаметром гораздо большим. Например, для надежной герметизации такого отверстия
Требуется фланец, прокладка и крепеж, как на этой фотографии.
Вот этим датчиком производится измерение вакуума в камере, сигнал с него поступает на прибор, который показывает уровень высокого вакуума.
Вакуум необходимого уровня (например 10-5 мм.рт.ст.), достигается следующим образом. Вначале форвакуумным насосом откачивается низкий вакуум до уровня 10-2. По достижении этого уровня включается высоковакуумный насос (турбомолекулярный), ротор которого может вращаться со скоростью 40 000 об/мин. При этом форвакуумный насос продолжает работать - он откачивает давление из самого турбомолекулярного насоса. Последний является довольно капризным агрегатом и его «тонкое» устройство и сыграло определенную роль в этом повествовании. Мы используем японский турбомолекулярный насос фирмы Osaka vacuum.
Откачиваемый из камеры воздух с парами масла рекомендуется сбрасывать в атмосферу, поскольку мелкодисперсные капельки масла могут «забрызгать» все помещение.
Разобравшись с вакуумной системой и отработав термическое напыление мы решили опробовать другой способ нанесения пленок - магнетронный. У нас был длительный опыт общения с одной крупной лабораторией, которая нам наносила функциональные нанопокрытия для некоторых наших разработок как раз способом магнетронного напыления. Кроме того у нас имеются довольно тесные связи с некоторыми кафедрами МИФИ, МВТУ и других вузов, которые также помогали нам освоить эту технологию.
Но со временем мы захотели использовать побольше возможностей, которые предоставляет вакуумная камера.
В скором времени у нас появился небольшой магнетрон, который мы и решили приспособить для нанесения пленок.
Именно магнетронный вакуумный метод напыления тонких металлических и керамических пленок считается одним из самых производительных, экономичных и простых в эксплуатации среди всех физических методов напыления: термического испарения, магнетронного, ионного, лазерного, электронно-лучевого. Магнетрон устанавливается в один из фланцев, как удобно для использования. Однако для напыления этого еще недостаточно, поскольку он требует подведения определенного напряжения, охлаждающей воды, а также газов для обеспечения поджига плазмы.
Теоретический экскурс
Упрощённо, магнетрон устроен следующим образом. На основании, которое одновременно служит магнитопроводом, помещены сильные магниты, которые образуют сильное магнитное поле. С другой стороны магниты закрываются металлической пластиной, которая служит источником распыляемого материала и называется мишенью. На магнетрон подается потенциал, а на корпус вакуумной камеры - земля. Разница потенциалов, образуемая между магнетроном и корпусом камеры в условиях разряженной атмосферы и магнитного поля приводит к следующему. Атом плазмообразующего газа аргона попадает в действие силовых линий магнитного и электрического поля и ионизируется под их действием. Выбившийся электрон притягивается к корпусу камеры. Положительный ион притягивается к мишени магнетрона и, разогнавшись под действием силовых линий магнитного поля, ударяется о мишень, выбивая из нее частицу. Та вылетает под углом обратным тому углу, под которым в мишень попал ион атома аргона. Частица металла летит от мишени в сторону расположенной напротив нее подложки, которая может быть сделана из любого материала.
Наши вузовские друзья изготовили для этого магнетрона DC источник питания на мощность порядка 500 Вт.
Также мы соорудили систему газонапуска для плазмообразующего газа аргона.
Для размещения предметов, на которые будут напыляться плёнки, мы соорудили следующее приспособление. В крышке камеры имеются технологические отверстия, в которые можно устанавливать разные приспособления: гермовводы электроэнергии, гермовводы движения, прозрачные окошки, датчики и прочее. В одно из этих отверстий мы установили гермоввод вращающегося вала. Снаружи камеры на этот вал мы подвели вращение от небольшого электромоторчика. Установив скорость вращения барабана порядка 2-5 герц мы добились хорошей равномерности нанесения плёнок по окружности барабана.
Снизу, т.е. внутри камеры, мы укрепили на вал лёгкую металлическую корзину, на которую можно навешивать предметы. В канцелярском магазине такой стандартный барабан продаётся как корзина для мусора и стоит порядка 100 рублей.
Теперь у нас было в наличии практически всё необходимое для напыления плёнок. В качестве мишеней мы использовали следующие металлы: медь, титан, нержавейку, алюминий, сплав медь-хром.
И начали пылить. Через прозрачные окна в камеру можно было наблюдать свечение плазмы на поверхности мишени магнетрона. Так мы контролировали «на глазок» момент поджига плазмы и интенсивность напыления.
Способ контроля толщины напыления придумали достаточно простой. Размещали на барабане один и тот же кусочек фольги с замеренной площадью поверхности и измеряли его массу до и после сеанса напыления. Зная плотность напыляемого металла легко вычисляли толщину наносимого покрытия. Регулировали толщину покрытия либо изменением времени напыления, либо регулируя напряжение на источнике питания магнетрона. На этом фото видны прецизионные весы, позволяющие замерять массу образцов с точностью до десятитысячных долей грамма.
Наносили мы на различные материалы: дерево, металлы, фольга, пластики, бумага, полиэтиленовые плёнки, ткани, короче на всё, что можно было разместить в камере и прикрепить к барабану. В основном мы ориентировались на получение эффектов декоративного характера – изменение цвета или тактильного восприятия поверхности. На этих образцах органического и неорганического происхождения можно увидеть разницу в цвете до и после нанесения различных металлических плёнок.
Ещё более рельефно разница в цвете до и после напыления видна на тканях и плёнках. Здесь правый кусочек обычной полиэтиленовой плёнки – не напыленный, а левая покрыта слоем меди.
Ещё один эффект, который может быть использован для различных нужд – это проводимость тонких плёнок на подложках. На этом фото показано сопротивление кусочка бумаги (в омах), на который нанесена плёнка из титана толщиной чуть больше микрона.
Для дальнейшего развития мы выбрали несколько направлений. Один из них – улучшать эффективность напыления плёнок магнетронами. Собираемся «замахнуться» на собственную разработку и изготовление более мощного магнетрона высотой с камеру и мощностью в 2 раза больше, чем показанный в этом очерке. Также мы хотим опробовать технологию реактивного напыления, когда вместе с плазмообразующим газом аргоном в камеру подаются, например, кислород или азот и в ходе напыления плёнок на поверхности подложки образуются не чисто металлические плёнки, а оксиды или нитриды, которые имеют другой спектр свойств, нежели чистые металлические плёнки.
Существует много способов поверхностей, и к одним из основных относится вакуумная металлизация. Предметов с таким покрытием вокруг множество. Даже предметы из обычного пластика можно сделать похожими на металлические – с помощью этой технологии напыления металла они приобретут красивую серебристую или золотистую поверхность.
Понятие о вакуумной металлизации
С помощью такой технологии происходит обработка поверхностей изделий путём переноса мелких металлических частиц в вакууме. Они покрывают изделия плотным слоем. Для этого используется специальное оборудование, довольно дорогостоящее, для которого необходимо подходящее производственное помещение. В небольшой мастерской такой процесс работы не выполнить.
Вакуумная металлизация широкое применение получила сравнительно недавно, но уже показала, что этот способ, несмотря на использование дорогого оборудования, намного дешевле гальванического нанесения, а по сравнению с лакокрасочными покрытиями слой значительно насыщенней и поверхность получается более красивая.
На какие поверхности можно наносить
Способом вакуумного напыления металла можно покрывать предметы из металлов, керамики, стекла, пластмасс. При этом, в отличие от гальванического нанесения, для создания эффекта глянцевого хромирования, меднения, золочения, поверхностей не требуется предварительная полировка деталей.
Вообще, металлизировать таким способом можно любые материалы, которые устойчивы к нагреву до +80 и воздействию специальных лаков. А также материалы не должны быть пористыми, чтобы в процессе металлизации в вакуумной камере не выделялся атмосферный или другой газ, что приведёт к некачественному покрытию. К ним относится плохо обработанная керамика, древесина, бетон. Но даже на них можно нанести таким способом декоративные покрытия, если предварительно загрунтовать специальными составами.
Чаще всего сегодня обрабатываются таким способом предметы из пластмасс и металлов. Этот процесс только усиливает их положительные свойства. Напыление наносится на металлические поверхности изделий, состоящие из различных сплавов. При этом создаётся , изменяются электропроводные свойства металла в сторону повышения, улучшается внешний вид предметов.
Металлизация пластмасс позволяет изготавливать красивые, практичные изделия из дешёвого сырья. В автомобилестроении пластмассовые детали устанавливают для снижения веса. Решётки радиаторов, корпуса, колпаки колёс и другие детали, к которым не требуется обладание повышенной прочностью, изготавливаются из прочных марок пластмасс и обрабатываются под металл.
Оборудование для вакуумной металлизации
У этой технологии, как и у других таких же сложных, имеются свои плюсы и минусы:
Аппарат для нанесения покрытий - схема
- необходимость использования дорогостоящего оборудования;
- большие расходы электроэнергии;
- потребность в просторном производственном помещении для размещения всех приспособлений и для полного технологического цикла изготовления.
Дополнительные расходы средств требуются при этом на технический процесс нанесения дополнительного слоя – защитного лака.
Установки вакуумного напыления представляют собой совокупность устройств, которые последовательно и самостоятельно выполняют ряд функций, необходимых для технологического процесса металлизации.
Основные функции:
- откачка воздуха для получения условий разрежения;
- распыление в определённых условиях металлических частиц на поверхность предметов;
- транспортировка обрабатываемых деталей;
- контроль режимов происходящих процессов вакуумного напыления;
- электропитание и другие вспомогательные приспособления.
Составляющие узлы вакуумной установки:
- Рабочая камера. В ней происходит сам процесс металлизации.
- Источник испаряемых металлов вместе с управляющими и энергообеспечивающими устройствами.
- Системы контроля и управления для регулировки температуры, скорости напыления, толщины плёнки, её физических свойств.
- Откачивающая и газораспределительная система, обеспечивающая получение вакуума и регулировку газовых потоков.
- Системы блокировки рабочих узлов, блоки электропитания.
- Транспортирующее устройство, определяющее подачу-извлечение из вакуумной камеры, смену положений деталей при нанесении металлопокрытия.
- Вспомогательные устройства – заслонки, внутрикамерные манипуляторы, газовые фильтры и др.
Особенности оборудования
Установки для вакуумного процесса нанесения металлического слоя бывают магнетронные и ионно-плазменные. В любых из них необходимо достигать испарения вещества с поверхности металлических болванок, минуя стадию расплава металла.
При сублимационном способе процесс нагрева происходит быстро до температуры испарения, не допуская расплава. Для этого используются нагреватели, способные повышать кинетическую энергию вплоть до разрушения кристаллической решётки. Но некоторые металлы не сублимируют в вакууме, и поэтому с ними стадии расплава не избежать. Поэтому в таких случаях применяются дополнительные системы фильтров.
Способом вакуумного напыления металлического слоя покрываются изделия разных размеров: крупные (до 1 м) и совсем мелкие. Существуют технологии металлопокрытия многометровых тканей и плёнок – они перематываются из одного рулона в другой в процессе напыления в вакуумной камере. Поэтому бывают установки с рабочими камерами разных размеров:
- небольшие – несколько литров;
- крупные – несколько кубометров.
Технологический процесс
Вакуумная металлизация, основанная на испарении и выпадении частиц металла на подложку, представляет собой ряд последовательно происходящих процессов. Они довольно сложные.
Металл при нагревании перед тем, как стать покрытием, претерпевает целый ряд изменений. Вначале он испаряется, затем адсорбируется, после этого выпадает конденсатом и кристаллизуется на поверхности, с образованием металлической плёнки. Каждый процесс довольно сложный.
На качество готового изделия влияют многие факторы. Главные из них – физико-технические характеристики материалов заготовок и выдерживаемые условия процесса металлизации. Образование слоя покрытия происходит в два основных этапа. Это перенос массы и энергии от источника и их равномерное распределение по поверхности обрабатываемого изделия.
Этапы выполнения вакуумной металлизации
Напыление металла на поверхности изделий методом вакуумной металлизации производится по технологии, состоящей из нескольких этапов:
- Деталь подготавливается к процессу нанесения покрытия. Для этой цели подходят только заготовки несложных форм, которые не имеют острых углов или участков, труднодоступных для прямолинейного попадания конденсата.
- Процесс нанесения защитного слоя. На полимеры с содержанием низкомолекулярных наполнителей предварительно наносятся слои антидиффузионных лаковых покрытий.
- Сушка и обезжиривание. Заготовки проходят этап сушки адсорбированной влаги в течение трех часов при температуре +80 .
- Процесс обезжиривания происходит уже на подготовительном этапе в вакуумной камере путём воздействия тлеющего разряда.
- Проведение отжига на этой стадии особенно благоприятно для полимерных материалов – положительно сказывается на их структуре, снижается при этом внутреннее напряжение.
- Проводится активационная обработка перед нанесением металлического слоя на поверхность для повышения её адгезии. Используемые методы зависят от материала заготовки.
- Нанесение металлического покрытия. При этом слой покрытия формируется путём конденсации пересыщенных паров металлов на холодную поверхность заготовки.
- Затем проводится контрольная проверка качества металлического слоя. Для декоративных изделий она заключается в осмотре поверхности с определением прочности и равномерности слоя. Для технических деталей используются дополнительные испытания. На практике применяются методы отслаивания липкой лентой, истирание, разрушение УЗ колебаниями и др.
Сферы применения
Технология обработки поверхностей методом вакуумной металлизации применяется в производстве многих товаров:
- Сантехнической фурнитуры – сильфонов, кнопок смыва и др. Самая распространённая металлизация - алюминием, придающая изделиям хромированный вид.
- Мебельная фурнитура – ручки для мебельных дверок и ящиков, декоративные отделочные детали, вешалки для одежды и др.
- Зеркальные покрытия. Небьющиеся зеркала изготавливаются способом металлизации полимерных плёнок, натянутых на рамки.
- Кожгалантерея – пряжки для ремней, пуговицы, люверсы.
- Упаковочные материалы – крышки для флаконов с парфюмерией, дозаторы косметических средств, декоративные коробочки для бижутерии и др.
- В производстве бижутерии, декоративных сувениров и подобных изделий.
- При изготовлении предметов геральдики – гербов и других предметов.
- Радиоэлектроника – приборные панели телевизоров, крышки мониторов, кнопки и др.
- Микроэлектроника – изготовление интегральных микросхем, полупроводников и других деталей. Обычно применяется напыление меди.
- Автомобильная промышленность – внутренняя светоотражающая часть фар и многие декоративные детали снаружи и внутри машины.
- Светотехнические изделия – для декорации деталей светильников.
Визуально можно сделать имитацию под любой драгоценный или полудрагоценный металл. Вакуумная металлизация придаёт изделиям не только красивые декоративные свойства, но и создаёт защитный слой от коррозии для металлов, износа для других материалов. Металлизация пластмасс позволяет из дешёвых материалов создавать практичные и красивые изделия. Стойкое покрытие обеспечивает долгий срок эксплуатации изделий.
Выводы
По времени использования наибольший срок сохранения декоративного слоя у предметов, находящихся в закрытых помещениях. Те, что часто подвергаются атмосферным воздействиям, могут со временем повреждаться. Но для их защиты обычно используются специальные лаковые слои, которые продлевают срок службы таких изделий. К преимуществам покрытий вакуумным способом относится их экологичность, по сравнению с другими аналогичными технологиями.
