Wat is metaalbeplating? - Definitie, typen en voordelen

Wat is metaalbeplating?

Metal Plating is een dunne laag metaal die aan de buitenkant van een materiaal is aangebracht. Het is een oppervlaktebedekkingsproces waarbij een metaal wordt afgezet op een geleidend oppervlak. Plating wordt al honderden jaren gedaan; het is ook van cruciaal belang voor moderne technologie.

Plating wordt gebruikt om objecten te versieren, voor corrosieremming, om de soldeerbaarheid te verbeteren, om uit te harden, om de draagbaarheid te verbeteren, om wrijving te verminderen, om de hechting van verf te verbeteren, om de geleidbaarheid te veranderen, om de IR-reflectie te verbeteren, voor stralingsafscherming en voor andere doeleinden. Sieraden gebruiken meestal plating om een ​​zilveren of gouden afwerking te geven.

De dunne-filmafzetting heeft objecten zo klein als een atoom geplateerd, daarom vindt plating toepassingen in nanotechnologie.

Er zijn verschillende plateringsmethoden en vele variaties. Bij één methode wordt een vast oppervlak bedekt met een metalen plaat en vervolgens worden warmte en druk toegepast om ze te smelten. Andere galvaniseertechnieken omvatten galvaniseren, opdampen onder vacuüm en sputteren. Onlangs verwijst plating vaak naar het gebruik van vloeistoffen. Metalliseren verwijst naar het coaten van metaal op niet-metalen voorwerpen.

Voordelen van metaalbeplating

Metaalbeplating biedt veel voordelen aan producten gemaakt van metaal en andere materialen. Dit wordt meestal bereikt door galvaniseren, waarvoor een elektrische stroom nodig is, of door stroomloos plateren, dat zich in een autokatalytisch chemisch proces bevindt. Deze technieken, evenals enkele andere, resulteren in een of meer van de volgende voordelen:

• Verbeterde corrosieweerstand
• Decoratieve aantrekkingskracht
• Verhoogde soldeerbaarheid
• Verbeterde hardheid
• Verminderde wrijving
• Gewijzigde geleidbaarheid
• Verbeterde verfhechting
• Materiaalafzetting
• Verhoogd magnetisme

Soorten metaalbeplating

Er zijn veel verschillende soorten metalen beplating, zoals hieronder beschreven:

• galvaniseren
• Elektroloze beplating
• Onderdompeling
• Carbureren
• Fysieke dampafzetting
• Plasma spuitcoating

1. Galvaniseren

Galvaniseren is de meest voorkomende manier van plateren. Galvaniseren gebruikt een elektrische stroom om positief geladen metaaldeeltjes (ionen) op te lossen in een chemische oplossing. De positief geladen metaalionen worden aangetrokken door het te verchromen materiaal, de negatief geladen kant van het circuit.

Het te plateren onderdeel of product wordt vervolgens in deze oplossing geplaatst en de opgeloste metaaldeeltjes worden naar het oppervlak van het materiaal getrokken. Galvaniseren resulteert in een gladde, gelijkmatige en snelle coating voor het materiaal dat wordt geplateerd, waardoor het oppervlak van het materiaal effectief verandert.

Er zijn een aantal verschillende stappen en processen die betrokken kunnen zijn bij galvaniseren, waaronder reinigen, slaan, elektrochemische afzetting, pulsgalvaniseren en borstelgalvaniseren.

Effecten :

Galvaniseren wordt gebruikt om een ​​beschermende coating te geven, een decoratief uiterlijk te geven of om de eigenschappen van een materiaal voor engineering te veranderen. Galvaniseren verbetert de chemische, fysische en mechanische eigenschappen van het werkstuk, wat van invloed is op de manier waarop het wordt bewerkt.

Het plateren van het werkstuk kan worden gebruikt om het op te bouwen vanaf een kleiner formaat, het gemakkelijker te bewerken en de soldeerbaarheid, geleidbaarheid of reflectiviteit te vergroten.

2. Stroomloos plateren

Stroomloos plateren wordt zo genoemd omdat het een plateringsmethode is die geen externe elektrische stroom gebruikt. Stroomloos plateren omvat een chemische reactie die metaalatoomreductie induceert.

Met andere woorden, de oplossing van metaalionen (deeltjes) wanneer gemengd met een reductiemiddel, wordt omgezet in een metaalvaste stof wanneer ze in contact komen met het katalyserende metaal (dat de reactie in gang zet). Dit resulteert erin dat het metaal wordt geplateerd met een stevige laag van het platerende metaal.

Effecten

Stroomloze of autokatalytische galvanisatie is geschikt voor materialen van verschillende afmetingen en vormen en vereist geen externe elektriciteit of galvaniseerbaden, wat de kosten verlaagt. Stroomloos plateren is echter langzamer, kan geen dikke platen maken en is moeilijker te controleren dan galvaniseren.

De meest gebruikelijke methode van autokatalytisch plateren is stroomloos vernikkelen. Met deze techniek kan echter ook vergulding in zilver, goud en koper worden toegepast.

Effecten van stroomloos plateren op het eindproduct zijn onder meer het beschermen van het basismetaal tegen corrosie, het vergroten van het werkstuk en het veranderen van de soldeerbaarheid, reflectiviteit en geleidbaarheid.

3. Onderdompeling

Onderdompeling omvat het onderdompelen van één metaal in een oplossing van metaalionen van een edeler metaal. De ionen van het edelere metaal zijn stabieler, en dus is er een natuurlijke 'trekkracht' om de oppervlaktemetaalionen van het minder edele metaal te verdringen met een dunne laag van de edelere metaalionen.

Onderdompeling is een langzamer proces en kan alleen worden gebruikt voor het plateren van minder edele metalen met edelere metalen. Edelmetalen zijn metalen die chemisch inert zijn. Bijvoorbeeld goud, platina of zilver.

Effecten

Onderdompeling resulteert in slechts een dunne dekking van de plating, waarna het platingproces stopt. Immersion plating lijkt ook van een slechtere hechtingskwaliteit te zijn, waarbij de plating niet zo stevig aan het basismetaal 'kleeft'.

De effecten van onderdompeling op het eindproduct zijn onder meer verbeterde corrosieweerstand, gewijzigde elektrische geleidbaarheid, gewijzigd uiterlijk, grotere hardheid, torsietolerantie en gewijzigde hechtingscapaciteiten.

4. Carbureren

Carbureren, ook bekend als case-hardening, is een warmtebehandelingsproces dat een slijtvast oppervlak produceert terwijl de sterkte van de kern behouden blijft. Meestal toegepast op staal met een laag koolstofgehalte na machinale bewerking, evenals hoge tandwielen, lagers, enz.

Carbureren is geschikt voor complexe vormen van goedkopere materialen die gemakkelijk kunnen worden bewerkt om een ​​zeer hard oppervlak te geven. Het proces omvat het verwarmen van het onderdeel in een putoven of een oven met gesloten atmosfeer.

Vervolgens worden carburerende gassen (meestal koolmonoxide maar ook natriumcyanide en bariumcarbonaat) op temperatuur geïntroduceerd, waarbij de hitte en temperatuur de diepte van koolstofdiffusie beïnvloeden. Het onderdeel wordt dan ofwel langzaam afgekoeld om later af te koelen of direct in olie afgekoeld.

5. Fysische dampafzetting (PVD)

PVD is een familie van coatingprocessen waarbij dunne films op het substraat worden afgezet. Bij het fysieke dampafzettingsproces wordt vast coatingmateriaal zoals titanium, chroom of aluminium verdampt door hitte of door bombardement met ionen.

Tijdens het proces wordt een reactief gas zoals stikstof geïntroduceerd, dat een verbinding vormt met de metaaldamp en zich als een zeer dunne laag op het metaaloppervlak afzet. Dit resulteert in een extreem sterke hechting tussen de coating en het metalen onderdeel.

Enkele voordelen van PVD zijn; zeer hard en corrosiebestendig oppervlak, bestand tegen hoge temperaturen en goede slagvastheid.

Ideaal voor een breed scala aan toepassingen:

• Lucht- en ruimtevaart
• Automobiel
• Snijgereedschap
• Medisch
• Vuurwapens
• Optica
• Dunne films zoals raamtint, voedselverpakkingen

6. Plasma Spray Coating

Plasmaspraycoaten is een van de minder bekende soorten metaalplating. Bij dit galvanisatieproces, ook wel bekend als thermisch spuiten, wordt gesmolten of door warmte verzacht materiaal op een oppervlak gespoten om de coating aan te brengen.

Het coatingmateriaal wordt geïnjecteerd in een plasmavlam met zeer hoge temperatuur (tot 10.000 K in warmte), het wordt snel verwarmd en vervolgens versneld tot een hoge snelheid op het oppervlak van het onderdeel en koelt snel af om een ​​coating op het oppervlak van het onderdeel te vormen .

Het proces produceert een coating, meestal op structurele materialen, om bescherming te bieden tegen zeer hoge temperaturen, bijvoorbeeld bij het beheer van uitlaatgaswarmte. Het biedt ook weerstand tegen corrosie en slijtage. De coating kan ook het uiterlijk en de elektrische eigenschappen van het onderdeel veranderen.

Metalen die worden gebruikt bij het plateren

Verzinken

Zink is een goedkoop materiaal dat wordt gebruikt om een ​​gegalvaniseerde coating op veel metalen ondergronden aan te brengen. Het element wordt niet alleen gegalvaniseerd, maar wordt ook aangebracht door middel van het sherardiseringsproces, door dompelen in gesmolten bad en door sproeien.

Bij het elektrolytische of koude proces wordt het te plateren voorwerp als kathode opgesteld in een elektrolytisch bad van oplosbare zinkzouten samen met een anode van metallisch zink. Het proces produceert een zeer kneedbare coating van puur zink waarvan de dikte en uniformiteit nauwkeurig kunnen worden gecontroleerd.

Het sherardiseringsproces wordt gebruikt om kleine hardware-items zoals schroeven en spijkers te coaten. Items worden samen met zinkstof in een vat geladen en verwarmd tot ongeveer 500F. De onderdelen worden getrommeld in het vat en produceren een coating die voor ongeveer 90% uit zink en 10% uit ijzer bestaat.

Gesmolten zink kan ook worden aangebracht door onderdompeling of door een handmatige coating van grotere voorwerpen. Soms wordt een kleine hoeveelheid aluminium aan het bad toegevoegd om de vloeibaarheid te verbeteren en de coating van vreemde vormen te verbeteren.

Evenzo helpt een klein percentage tin in het bad bij het verkrijgen van een uniforme coating van de ondergrond en een verbeterde afwerking. Het hot-dipproces produceert een laag zink-ijzerlegering naast het basismetaal die enigszins bros kan zijn en de hechting van de buitenste lagen kan beïnvloeden.

Bij metaalspuiten of metalliseren wordt een vlam gebruikt om metaalpoeders of draad te smelten en deze op een substraatoppervlak te laten botsen, waardoor een mechanische binding ontstaat tussen de coating en het basismetaal. Het oppervlak van het basismetaal moet enigszins ruw zijn om de mechanische hechting te laten plaatsvinden, maar op deze manier kunnen vrij dikke coatings worden aangebracht.

De coatings kunnen ook poreus zijn, maar omdat zink anodisch is voor ijzer en staal, heeft dit geen invloed op het vermogen van de coating om corrosie af te weren. De poreuze aard van het gespoten metaal maakt het ook goed om verf vast te houden.

Cadmiumplateren

Cadmium plating werd ooit gebruikt als vervanging voor zink en vaak geplateerd op diverse auto-onderdelen. Vliegtuigfabrikanten specificeerden het vanwege zijn opofferende beschermingseigenschappen en zijn natuurlijke smering voor componenten die vaak werden verwijderd en opnieuw geïnstalleerd.

Het was met name geschikt voor mariene omgevingen waar het goed bestand is tegen zoet en zout water. Vanwege veiligheidsoverwegingen is het gebruik ervan als plaatmateriaal in de loop der jaren afgenomen, hoewel het nog steeds beschikbaar is. Veel lucht- en ruimtevaartfabrikanten zijn overgestapt op zink-nikkellegeringen.

Verchromen

Verchromen heeft vaak een louter decoratief doel, maar bevordert ook een verhoogde corrosieweerstand en hardheid, waardoor het nuttig is voor industriële toepassingen waar slijtage een probleem is. Hier wordt het hardverchromen genoemd en het wordt soms gebruikt om toleranties op versleten onderdelen te herstellen.

Chroom wordt meestal over nikkel geplateerd bij de productie van stalen meubelen, autobekleding, enz. Nikkel zelf wordt meestal geplateerd op koper en de combinatie van deze drie elementlagen beschermt alleen het onderliggende metaal tegen corrosie door lucht en vocht uit te sluiten; dat wil zeggen, er is geen anodische actie. De beplating moet dus op de juiste manier worden aangebracht om een ​​geschikte corrosiebescherming te bereiken.

Verchromen is een galvaniseerproces waarbij meestal een chroomzuur wordt gebruikt dat bekend staat als zeswaardig chroom. Driewaardige chroombaden, die grotendeels uit chroomsulfaat of chroomchloride bestaan, zijn een andere optie voor industriële doeleinden.

Chromaat wordt soms aangebracht over verzinkt om het zink te beschermen en, in sommige gevallen, om de kleur van het metaal te veranderen, zoals bijvoorbeeld groen of zwart verzinken.

Vernikkelen

Nikkel is een populair plateringsmetaal, vooral omdat het nuttig is bij stroomloos plateren. Vernikkelen bedekt vaak huishoudelijke producten zoals deurknoppen, bestek en douche-armaturen voor verbeterde decoratie en slijtvastheid.

Nikkelplaten hechten gewoonlijk aan koper en aluminium, maar werken ook op een breed scala aan metalen en dienen als onderliggende beplating voor chroom.

Bij stroomloos plateren wordt een nikkel-fosforlegering gebruikt. Het percentage fosfor in de oplossing kan variëren tussen 2 en 14%. Hogere niveaus van fosfor verbeteren de hardheid en corrosieweerstand. Lagere niveaus van fosfor zorgen voor een hogere soldeerbaarheid en magnetisme.

Koperen beplating

Koper is een ander populair plateringsmetaal voor toepassingen die een hoge geleidbaarheid en kostenefficiëntie vereisen. Koperplateren dient vaak als een voorbehandeling van de strijklaag voor daaropvolgende metaalplateringen, zoals hierboven besproken.

Het is ook een populair plateringsmetaal voor elektronische componenten zoals printplaten. Hoge platingsefficiëntie en lage materiaalkosten maken koper een van de goedkopere metalen om mee te plateren.

Er zijn drie soorten koperplateringsprocessen:alkalisch, licht alkalisch en zuur. Hogere alkalische niveaus leveren een superieur werpvermogen, maar vereisen lagere stroomdichtheden en verbeterde veiligheidsmaatregelen. Gezondheidsinspecteurs hebben cyanide in alkalische koperbaden gekoppeld aan bepaalde gezondheidsrisico's, dus het is belangrijk om deze niveaus te controleren.

Verguld

Goud wordt gewaardeerd om zijn hoge weerstand tegen oxidatie en elektrische geleidbaarheid. Vergulden, dat verschilt van vergulden doordat het geen folie is, is een van de eenvoudigste manieren om deze eigenschappen aan metalen zoals koper en zilver te geven. Het proces wordt vaak gebruikt voor het versieren van sieraden en voor het verbeteren van de geleidbaarheid van elektronische onderdelen zoals elektrische connectoren.

Bij het vergulden van koper is aanslag een probleem en kan het gemakkelijkst worden opgelost door voorafgaande afzetting met een nikkelaanslag. Houd ook rekening met de hardheid en zuiverheid van het goud bij het bepalen van factoren zoals het optimale badmengsel en de duur van de onderdompeling.

Verzilveren

Net als goud wordt zilver gebruikt in platingstoepassingen die een decoratieve aantrekkingskracht en verbeterde elektrische geleidbaarheid vereisen. Over het algemeen dient zilver als een meer kosteneffectieve platingoplossing omdat het goedkoper is dan goud en koper goed afdekt.

Problemen die verzilvering als een haalbare platingoplossing kunnen beperken, zijn onder meer vochtigheid en galvanische corrosie. Met name verzilveren werkt niet goed voor toepassingen die onderhevig zijn aan hoge vochtigheid, omdat zilver vatbaar is voor barsten en schilfers, waardoor het basissubstraat uiteindelijk kan worden blootgelegd.

Vertinnen

Vertind staal wordt al lang gebruikt voor het verpakken van voedingsmiddelen en dranken. Behalve dat het corrosieweerstand biedt, is tin niet-toxisch en zorgt het voor een coating die het staal helpt zich gemakkelijk te vormen (vanwege de smering die het tin biedt) en gemakkelijk te lassen en solderen.

Een passiveringsproces bedekt de blikken plaat met food-grade olie, wat ook de hechting van lakken verbetert. Blikplaten kunnen worden gespecificeerd met verschillende diktes van tin op elk vlak om beter te voldoen aan de behoeften van de binnen- en buitencontaineroppervlakken aan hun omgeving.

Tin plaat wordt ook gebruikt in andere verpakkingstoepassingen, van verfblikken tot vetblikken. Blikplaten worden bijna altijd vervaardigd met behulp van het hot-dip-proces. Vertining wordt ook gebruikt bij het maken van elektronische componenten.

Een andere op tin gebaseerde beplating, bekend als terneplate, gebruikte traditioneel een tin-loodlegering als corrosieremmer over staal. Geschilderd, het metaal kan 90 jaar meegaan als het regelmatig wordt onderhouden, waardoor het ideaal is voor gebruik voor tinnen daken.

Tegenwoordig is het lood geëlimineerd en wordt het tin over roestvrij staal aangebracht om een ​​corrosiebestendige dakbedekking te creëren die een zachter patina ontwikkelt. Het materiaal kan twee keer zo lang meegaan als koperen dakbedekking.

Rhodiumlaag

Rhodium is een soort platina dat bestand is tegen aanslag, krasvastheid en een glanzend, wit glanzend uiterlijk. Rhodium plating is ook gebruikelijk bij de productie van sieraden, vooral in situaties waar wit goud vergulding vereist. Zilver, platina en koper zijn ook populaire basismetalen voor rhodiumplating.

Een nadeel van rhodiumplating is dat de beschermende barrière van rhodium uiteindelijk zal slijten in toepassingen die onderhevig zijn aan hoge mate van slijtage. Dit kan uiteindelijk leiden tot verkleuring en zal na een paar jaar waarschijnlijk een tweede ronde van plating vereisen.