17 Химические покрытия. Металлизация диэлектриков

Химические покрытия представляют собой тонкий плотный слой окисла металла детали, образующийся на ее поверхности под дейст­вием тех или иных реагентов. Наиболее широкое применение из хими­ческих покрытий получили оксидирование и фосфатирование.

Оксидирование применяют для защиты от корро­зии черных и цветных металлов. Окисные пленки могут быть получены химическим способом и электрохимическим (анодное оксидирование или анодирование). Химический способ может заключаться в нагреве детали в атмосфере водяного пара или расплавленной селитры. При этом на поверхности образуется защитная пленка толщиной около Iмкм. Таким способом получают, в частности, изоляционные пленки на трансформаторных пластинах. Чаще всего химическое и электрохимическое оксидирование про­изводится в растворе едкой щелочи. Электрохимическое оксидирова­ние имеет длительность 10-30 мин. при анодной плотности постоян­ного тока 5-10 А/дм³ температуре электролита 120°С. Толщина и качество пленок при химическом и электрохимическом оксидирова­нии практически одинаковы (0,6-3 мкм). Пленки эластичны, но не прочны. Защищают от коррозии только в легких условиях работы. Защитная способность их может быть повышена обработкой смаэочными маслами или покрытием лаками. Химическому оксидированию подверга­ют, в основном, сталь, когда нужен черный цвет детали, а другие покрытия недопустимы по характеру ее работы. Анодированию под­вергаются детали из алюминия и его сплавов; пленки получаются светло-серого цвета или бесцветные толщиной 3-12 мкм.

Фосфатирование применяют в сочетании с защит­ными смазками или лакокрасочными покрытиями для предохранения черных металлов, магния, цинка от коррозии. Фосфатный слой об­ладает хорошим сцеплением с основным металлом, прочно удержива­ет масла, лаки и краски, имеет высокое электрическое сопротив­ление и выдерживает напряжение до 1200 В. Жаростойкость пленки составляет 400-500°С. Фосфатные покрытия используются для изо­ляции трансформаторных, роторных и статорных пластин. Фосфати­рование применяется также для уменьшения трения при разного рода вытяжках и для изоляции поверхности при лужении,цинковании и т.п.

Образование защитной пленки происходит химическим путем при погружении деталей в ванну, содержащие фосфорнокислые соли железа и марганца. Толщина пленки составляет 2-1Ь мкм. Цвет покрытия - светло - или темно-серый. Для повышения коррозионной стойкости необходимо производить дополнительную обработку, заключающуюся в нанесении жировых пленок, лаков, красок.

МЕТАЛЛИЗАЦИЯ Д Устранение недостатков, связанных с наличием зазора между диэлектриком и обкладкой можно осуществить металлизацией диэлектрика, то есть непосредственным нанесением тонкого слоя металла на поверхность диэлектрика. При этом достигается значительная экономичность металла, так как толщина металла меньше. Для металлизации диэлектриков существуют следующие методы: химический; вжигания; испарения в вакууме; катодного распыления.

 Химический метод. Применялся раньше для серебрения слюды. Слой серебра осаждался из раствора азотно-кислого серебра с присадками аммиака и щелочи, при добавлении к этой основной смеси раствора, содержащего небольшое количество серной кислоты, сахара и спирта. Недостатками метода являлись: необходимость погружения диэлектрика в раствор, приводящее к следам электролита на поверхности диэлектрика, что ухудшало его свойства (даже при тщательной промывке); необходимость предварительной сложной подготовки поверхности слюды для улучшения ее сцепления с серебром; зависимость процесса серебрения от температуры окружающей среды.

В настоящее время этот метод не применяется.  Метод вжигания – заключается в нанесении на поверхность диэлектрика специальной пасты, содержащей мелкодиспергированный металл или его соединения и органическую связку, с последующей сушкой для удаления летучих компонентов связки и обжигом при высокой температуре, достаточной для сгорания твердых частей органической связки и образования слоя металла, плотно закрепленного на поверхности диэлектрика. Этот метод не пригоден для производства конденсаторов с органическим диэлектриком. Метод вжигания применялся для серебрения слюды. В настоящее время используют для этого метод испарения в вакууме. Метод вжигания применяется в производстве керамических конденсаторов (серебрение керамики). При изготовлении монолитных керамических конденсаторов обкладки должны быть нанесены не на обожженную керамику, а на «сырые» керамические пленки, которые проходят обжиг в металлизированном виде. Так как температура обжига керамики равна 1300÷1400 ⁰С и выше, применение серебра с температурой плавления 960 ⁰С не допустимо и приходится заменять его в составе пасты платиной и палладием. К недостаткам серебра как материала для обкладок можно отнести кроме недостаточно высокой температуры плавления склонность к миграции, то есть ионы серебра могут проникать как в толщину диэлектрика так и перемещаться по его поверхности. Особенно легко серебро проникает в органические диэлектрики, но при увлажнении этот процесс может иметь место и в неорганических диэлектриках типа керамики и слюды.· Метод испарения металла в вакууме. Заключается в нагреве металла в вакуумной камере, испарение его и осаждение паров металла на поверхности диэлектрика тоже находящегося в вакуумной камере. Применение вакуума обеспечивает отсутствие окисления испаряемого металла, снижение его точки кипения и получение прямолинейного движения атомов металла от испарителя к поверхности диэлектрика. Этот метод пригоден для органических и неорганических диэлектриков. Метод испарения в вакууме широко применяется для серебрения слюды. При атмосферном давлении температура кипения серебра равна 1955 ⁰С , а при давлении  мм. рт. ст. температура кипения равна 1050 ⁰С. Этот способ позволяет получать слюдяные конденсаторы высокого качества. При металлизации органических диэлектриков, имеющих вид длинных тонких лент, намотанных в рулоны (конденсаторная бумага, синтетические пленки) процесс ведут непрерывно, пропуская ленту над испарителем. После окончания металлизации вакуум снимают и достают металлизированный рулон (в качестве металла используют цинк и алюминий). Производят как одностороннюю металлизацию, так и двухстороннюю – исключающую воздушный зазор между обкладками и диэлектриком. Метод катодного распыления металла. Применяется, когда высокая температура кипения тугоплавкого металла не позволяет успешно применить метод испарения в вакууме. Катодом является испаряемый металл, анодом – подложка, на которую наносится слой металла. В вакуумную камеру после откачки подают инертный газ. Этот метод используют редко, так как мала скорость создания металлического слоя, в основном в производстве тонкопленочных конденсаторов с неорганическим нагревостойким диэлектриком, требующих применения обкладок из тугоплавкого металла.