Успехи гальванотехники.
Обзор мировой специальной литературы
за 2005-2006 годы

2. Применение гальванических и других покрытий
2.1. Обработка поверхности в автомобилестроении

Автомобильная промышленность является важнейшим потребителем процессов обработки поверхности. Количество используемых в автомобилях функциональных поверхностей с различными свойствами возрастает по мере развития автомобилестроения. Поверхности новых материалов с оптимизированными физико-механическими свойствами и малым весом должны быть соответствующим образом модифицированы, например, тонкослойными покрытиями с повышенной износостойкостью [324]. Длительная защита от коррозии станет одним из решающих факторов для последующих продаж [750]. Из вышесказанного следует, что дальнейшее развитие и проведение исследований в области гальванотехники и обработки поверхности, в первую очередь ориентированны на автомобильную промышленность.

Одним из направлений в изготовлении кузова автомобиля является применение высокотвердых нелегированных улучшенных сталей, подвергаемых сначала холодной, а затем горячей деформации, причем вновь разработанный нанолак предотвращает образование окалины [32, 332]. Приведены способы предварительного лакирования поверхностей во всех требующих лакирования устройствах [60, 290]; нанесенные предварительно цинковые и коррозионно-стойкие грунтовочные покрытия способствуют защите закрытых полостей автомобиля от коррозии [423]. Ленты с защитным покрытием успешно заменяют электрофоретическое лакирование [570, 619, 637]. Эти и другие способы могут быть применимы в так называемых быстрых методах обработки болтов [413]. Новые недеформируемые (испытывающие деформацию без ущерба) порошковые (напыляемые) покрытия на алюминии способствуют его внедрению в промышленность в случае необходимости облегчения веса конструкции [429]. Находят применение прозрачные лаки, обладающие свойством «самозалечивания» по аналогии с хроматными пленками на основе Cr(VI) [431]. Возможности метода определяют влияние миграции - речь идет о внедрении нановолокон в покрытие [513]. Новые лаки, объединяющие несколько функций в одном покрытии, уменьшают затраты при лакировании [348, 651]. Лаки, полимеризующиеся под воздействием ультрафиолетовых лучей, препятствуют образованию трещин в пластмассовых прозрачных деталях [428].

Уменьшить вес изделий позволяет горячее цинкование, в процессе которого получают очень тонкие покрытия даже в самых труднодоступных областях поверхности [30]. Достижению тех же целей способствует применение титана для изготовления пружин, амортизаторов и тому подобных изделий, покрываемых затем толстой оксидной пленкой [160].

Вселяют уверенность инновационные покрытия, оснащенные сенсором и интегрированные электроникой, встроенными в поверхность деталей, с дистанционным контролем и управлением [127]. В «умные» покрытия с трибологическими свойствами из аморфного углерода встроены сенсоры, позволяющие осуществлять текущий контроль и регистрацию степени внутренних напряжений резьбовых соединений, контролировать температуру и прочность сцепления с основой [251]. Высокую необходимую степень чистоты в дизельных топливных насосах можно получить путем внедрения на стадии изготовления специальных очищающих устройств [315]. Имеются исследования влияния травления, цинкования, термообработки и обесцинкования на покрытия с целью предотвращения потери как прочности, так и возникновения трещин вследствие водородного охрупчивания [310].

Для оптимальной защиты от коррозии тормозные колодки обрабатываются специально разработанным порошковым лаком [36]. В связи с запрещением свинцовых припоев согласно директиве RoHS их можно заменить чистым оловом [397]. Гладкие лаки во многом улучшают желаемые свойства (скольжение), например, в случае качающихся шайб в компрессорах [517].

Элегантный внешний вид и большую надежность, чем в случае пластмасс имеют детали из цинковых сплавов, получаемых литьем под давлением, которые применяются в системе зажигания в автомобилях премиум-класса [250]. Многослойные покрытия на пластмассах, получаемые физическими способами, являются светопоглощающими и служат, помимо прочего, для визуализации в дисплеях, кнопках на панели управления и рычагах сцепления [411]. Однородная окраска - что важно при возрастающем количестве поставщиков - обеспечивается улучшенным методом Colour-Matching [518]. В будущем желательна так называемая приятная и (или) благородная окраска - в последнем случае, к примеру, золотая [648].

2.2. Обработка поверхности в коммуникациях, электронике и медицине

В области коммуникаций покупаемость изделий, к примеру, мобильных телефонов во многом определяется их внешним видом, поскольку функциональные свойства подразумеваются само собой. В основном используются гальванические хромовые покрытия, целиком или полностью покрытые пленками золота, платины или PVD-пленками, либо частично протравленные [16, 758].

В электронике в настоящее время удается защищать соединения силиконовым лаком, который отличается лучшими физическими и химическими свойствами от применявшегося до сих пор акрилового и к тому же экономичнее [198]. Наноструктурированные электроды в литиевых аккуммуляторах значительно продлевают их срок службы [654].

Применение в самолетостроении легкого титана становится возможным благодаря лучшей износостойкости, достигаемой при модифицировании поверхности боридами других металлов с помощью лазерного облучения [29]. К одним из многочисленных способов применения нанопокрытий в самолетостроении относится замена твердого хрома в устройстве шасси [491].

Функциональные покрытия на пластмассах - от металлизированной фольги методом напыления до непосредственного электроосаждения на пластмассу - позволяют заменить металлические детали [35,191]. При помощи нанотрубок можно сделать пластмассу электропроводной и наносить покрытия на пластмассовые крылья (автомобилей) гальваническим способом [460].

В машиностроении и при изготовлении инструментов можно на 50% избежать потерь при износе, применяя подходящие для обеспечения трибологических свойств методы обработки поверхности и смазочные материалы [37, 96, 412]. Кроме того, удалось заменить CVD-пленки на получаемые при низких температурах твердые PVD-покрытия [50]. При помощи термопар из Ni-Cr-Ni можно измерять и оптимизировать температуру на поворотных режущих кромках во время работы инструментов [161]. Для улучшения сцепления режущих инструментов вместо получаемых PVD-способом нитридных покрытий применяют модифицированные нитридные покрытия без внутренних напряжений [326] и другие физические покрытия [695, 697, 748]. Срок службы подшипников в высокопроизводительных технологических устройствах можно продлить с помощью PVD-покрытий [508].

Комбинация алитирования и алюминирования обеспечивает необходимую термостойкость лопаток газовых турбин [159]. Износ форм для литья алюминия под давлением предотвращается с помощью трехслойных PVD-покрытий [325].

Модифицированные стеклянные поверхности помимо того, что самоочищаются, способствуют повышению качества, снижению стоимости и улучшению энергетического баланса зданий [79]. Проводящие, другие функциональные и электрохромные покрытия, которые обратимо меняют окраску при прохождении тока, осаждаются на стекло гальваническим [396] или PICVD-способом (Plasma impulse chemical vapour deposition) [419]. Строительные работы можно облегчить применением, к примеру, покрытых патиной медных листов для крыш [366, 370].

Посеребренные контакты для сигнала подачи жидких водорода и кислорода в ракетной технике функционируют при низких температурах, причем прочность сцепления обеспечивается предварительным серебрением, либо амальгамированием [98]. В дальнейшем способы покрытия контактов благородными металлами еще будут развиваться [398, 737].

Для соединения почти всех материалов в настоящее время имеются различные клеи [128]. От воздействия агрессивного климата сильно нагруженные резьбовые соединения устройств, работающих под действием силы ветра, защищают органо- неорганическими цинковыми ламельными покрытиями вместо хроматного пассивирования [496].

К успехам гальванотехники в медицине можно отнести получаемые PICVD-методом и используемые для протезирования сетчатки алмазные покрытия, которые дают слепым возможность видеть [170]. Протезы тазобедренных и коленных суставов изготавливаются из сплава циркония с ниобием с очень хорошей износостойкостью, поверхность которого защищена толстым оксидным слоем [247]. Разработан метод анодного оксидирования поверхности титана [242]. Для защиты от микробиологических факторов разработаны лаки, в составе которых имеются стеклокерамические частицы, содержащие ионы серебра [263, 681]. Заметно увеличиваются безопасные для здоровья сроки хранения пива и фруктовых соков в полиэтиленовых бутылках, если на внутреннюю поверхность плазменным способом наносят стекловидный диоксид кремния [641]. Для соблюдения требований к чистоте в фармацевтической промышленности металлические детали заменяют изготовленными из фторсодержащих полимеров, получаемых литьем под давлением или спеканием [515].

Гибкие стеклянные нанопленки обеспечивают домашней утвари различные функциональные свойства, к примеру, улучшают скольжение утюга [372]. Бытовая техника, изготовленная из предварительно покрытых деталей (Coil), не только значительно дешевле, но и обладает различными функциональными свойствами [677, 715, 749, 751]. Кроме того, оптимизации свойств продукции способствует и предварительная модификация поверхности нержавеющей стали [682]. Электрохимическим способом реставрируют старинные украшения [302].

Между тем развиваются также способы обеспечения безопасности и борьбы с терроризмом: магний в составе бетона в зданиях заменяется бактерицидной медью, а встроенные в различных местах микросенсоры посылают сигналы о заражении [684].

2.3. Гальванопластика, микрогальванопластика и микрогальваноструктурирование

Гальванопластические способы, обладающие рядом достоинств, в том числе возможностью сравнительно простого получения деталей сложной формы, в основном используются для изготовления инструментов. Это показано на примере изготовления пластмассовых деталей, используемых для облегчения веса автомобилей [252]. Для изготовления гальванопластическим способом структурированной золотом проволоки в качестве отрицательного электрода используется медная проволока, которая формируется в сернокислом электролите с помощью применения специальных добавок и изменения условий осаждения [552]. Внутренние поверхности (von Masters) из PVC получаются более равномерными в случае химического осаждения меди, чем при обычном диспергировании частиц серебра для обеспечения электропроводности [483]. Медные покрытия осаждаются на нержавеющую сталь из сернокислого электролита, отделяются от субстрата и подвергаются термообработке [97]. Метод съема части поверхности фотохимическим травлением в настоящее время имеет большое значение как нетрадиционный метод изготовления изделий в области медицины и электроники [580, 691].

Благодаря миниатюризации изделий все большее применение не только в электронике, но и в других областях находят микрогальванопластика и микрогальваноструктурирование [178]. При этом гальванотехника играет не последнюю роль, как показывает разработка и изготовление микроструктурированных охладителей (холодильник, радиатор в автомобилях) при помощи гальванической обработки и специальных методов пайки [47]. Исследуется возможность метода изготовления термических аккумуляторов и сенсоров, включающего стадии электроосаждения и структурирования микропленок висмута и теллура [95]. Имеются попытки в промышленных условиях дополнить микрогальванотехнические методы технологиями микровальцевания, глубокой микровытяжки и микропрессования [319]. Также исследуется микроплазменное напыление, к примеру, точечное нанесение различных материалов на имплантанты в медицинской технике [320]. С помощью комбинаций методов получают высокоточные кремниевые формы для литья под давлением [502, 503]. Метод электролитического импульсного осаждения золота состоит в получении прочных микроструктур толщиной до 200 мкм, например, для часов [377].