Как металлизировать пластик в домашних условиях

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.

В чем преимущество хромирования пластика

Главное преимущество для этапа хромирование изделий из пластика, это возможность придания блеска и эстетического вида изделию, которое будет полностью имитировать металл.

• Элементы пластика, подвергшиеся хромированию, имеют высокие показатели выдержки механических нагрузок, например, это важно для пластиковых деталей машины.
• Слой хрома на пластике увеличивает плотность и прочность материала в случае постоянной эксплуатации изделия.
• Неизменность характеристик на этапе проведения металлизации, позволяет сохранять первозданные характеристики из-за влияния высоких температур, а также при резких температурных перепадах, вплоть до отрицательных значений.
• Износостойкость поверхности будет иметь высокие параметры, за счет свойства твёрдого хрома.
• Внешний вид элементов пластика будет иметь привлекательный эстетический вид и не вызывает нареканий со стороны окружающих.

Таким образом, качественное хромирование пластика не будет вызывать появление дефектов, царапин, и явных повреждений для готового изделия.

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 40-500С 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 600С 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.

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.

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.