Плакирование металлов: что это такое и зачем его проводят

Изготовление металлопроката дает возможность использовать конструкционно удобный, практичный и долговечный материал практически во всех отраслях промышленности и строительства. Но у каждого сплава есть свои ограничения по эксплуатации, которые касаются срока использования, устойчивости к коррозии, электропроводности и других параметров. Как добиться наиболее оптимальных технических характеристик металлического проката? Один из способов – это плакирование металлов. 

Что такое плакировка

Плакирование, или, другими словами, плакировка, – это процедура в металлургии, которая предполагает нанесение на поверхность детали слоя, состоящего из другого сплава или чистого металла. Он предназначен для защиты или придания дополнительных характеристик.

При плакировании между изделием и защитной пленкой создается прочная атомарная связь. Однако металлы не проникают друг в друга, не портят изначальные характеристики заготовки. То есть основа оставляет свои свойства, а защитный слой только улучшает механические характеристики поверхности. 

Плакированный металл приобретает дополнительные качества: прочность, стойкость к износу, а также декоративные качества. 

Толщина плакировочного покрытия бывает разной – от доли миллиметра до 2-3 сантиметров. В зависимости от цели нанесения, слой составляет от 3 до 40 процентов от основной массы металлической конструкции. 

Плакировка может быть односторонней или двусторонней. Обычно, если металлопрокат подвергается двустороннему плакированию, то оба слоя имеют один состав. Значительно реже для покрытия двух поверхностей используются различные металлы и сплавы. 

Цели плакирования металлов

Есть много причин для улучшения поверхности металлопроката. Рассмотрим основные из них: 

• Улучшение антикоррозионных свойств. Это важно, если материал вступает в контакт с влагой, кислородом, окисью углерода и другими средами. Например, при создании некоторых алюминиевых или дюралюминиевых сплавов устойчивость к коррозии падает. Но при покрытии защитным слоем чистого алюминия характеристика снова растет. Так можно добиться высокой прочности металла, но при этом сохранить антикоррозионные свойства.
• Увеличение износостойкости. Это характерно для втулок и других деталей, которые испытывают постоянное трение. Если использовать изделие без плакировки, то оно быстрее выйдет из строя – поверхность покроется неровностями, шероховатостями. А если нанести защитный слой с антифрикционными качествами, то это облегчит скольжение и, соответственно, значительно увеличит износостойкость металлической детали.
• Снижение стоимости изделия. Иногда  дорогостоящие металлы покрываются слоем более дешевого сплава. Так можно удешевить производство изделий, но при этом сохранить высокое качество и технические характеристики дорогого металла – ведь из него будет изготовлена основная деталь. Или наоборот: дешевую сердцевину покрывают дорогостоящим металлом. Например, на ювелирные изделия из серебра наносят слой золота.
• Увеличение твердости и поверхностной прочности. Если материал пластичен, то его можно сделать тверже посредством плакирования более прочным металлом.
• Устойчивость к температурным перепадам. Иногда плакировку применяют для улучшения жаропрочности изделия. Также некоторые материалы могут создать как бы теплоизоляцию для металлической конструкции. Это продлевает срок годности изделий из металла при резких перепадах температур.
• Реконструкция деталей после износа. Если на поверхности металлопроката появились следы износа, их можно нивелировать с помощью плакировки. Конструкция приобретет прежний вид, а также продлевает свой срок эксплуатации. Это возможно, если износ не очень большой. Например, крупные трещины никакая плакировка не залатает. А вот следы от пара, шлаков и высоких температур отреставрировать очень просто. Можно сэкономить и не покупать новые запчасти.
• Внешний вид металлических изделий. Иногда плакирование имеет чисто эстетическую функцию – поверхность покрывается слоем металла, который имеет привлекательный вид. Однако обычно эта задача вторична и дополняет, например, свойство защиты от коррозии. 
• Улучшение электропроводности. Часто контакты покрывают другим слоем металла. Например, медные, стальные или латунные контакты часто покрывают оловом, цинком, кадмием, серебром и даже золотом.

Отдельно хочется отметить такую цель плакирования, как создания биметаллов и триметаллов. В этом случае плакировочный слой достаточно большой и только немного уступает основному компоненту. По сути это комбинированные конструкционные материалы, которые позволяют использовать относительно недорогие металлы взамен дорогостоящим аналогам. Например, эту технологию давно используют для изготовления трубопроводных магистралей.

Как происходит плакирование металла: разные методы покрытия поверхности

Иногда покупатели сравнивают плакировку с лакокрасочным покрытием. Но это в корне не верно. При покрытии краской не происходит сильного сцепления материала с металлов. В то время как при плакировании налаживаются очень крепкие связи покрытия с поверхностью. Это достигается путем термального и физического воздействия.

Есть несколько способов плакирования: 

• Листовая прокатка. Это характерно для сталей и цветных металлов. Листы разных металлов (обычно от 2 до 4) сваривают по контуру пакетом, то есть кладут друг на друга. Затем их нагревают до температур, приближенным к точке плавления. Она варьируется, в зависимости от технических характеристик сплавов. Затем нагретую заготовку прокатывают с обжатием до 60%. На выходе получается прочный лист с плакировкой. Например, алюминиевый лист АМг6БМ имеет технический слой плакировки. Кроме листов, так прокатывают плиты и ленты.
• Комбинированное литье. Такой метод используют для изготовления заготовок. В форму под слиток устанавливают перегородку. Затем по обе стороны от нее заливают разный металл в расплавленном виде. После затвердевания слиток прокатывают. Получается прочное соединения основы и плакировочного слоя.
• Слияние металлов в разных состояниях. Эта технология – нечто среднее между первыми двумя. Сперва берут твердый металл и помещают его в форму для литья. Например, это может быть титановая плита. Затем в оставшиеся зазоры заливают расплавленный металл – тот, который будет поверхностным слоем. После застывания, комбинированный слиток направляют на прокатку. Во время механического воздействия происходит полное слияние материалов.
• Сварка взрывом. По сути это технология не плакирования, а именно соединения двух металлических листов или плит по всей площади поверхности. Она применяется, когда нужно добиться прочного соединения на большой площади, особенно, когда речь идет о тугоплавких материалах, которые плохо поддаются планированию при нагреве и прокатке. Листы складываются вместе, на поверхности устанавливают детонатор. При взрыве силой волны металлы проникают друг в друга – образуется композитный материал. Такая технология часто используется в аэрокосмической отрасли, например, для соединения титана и стали. Еще одно преимущество метода – так можно получить неразъемные соединения не только листового проката, но и провести плакирование стержней и труб, внутренних поверхностей цилиндров.
• Волочение. Этот метод применяется для плакирования проволоки, прутков и других длинномерных изделий с круглым или профилированным сечением. Для нанесения защитного слоя на проволоку обычно наносится металлический порошок. Заготовка очищается и нагревается, затем покрывается порошком и пропускается через волоку – узкое отверстие. Частички порошка уплотняются и сливаются с сердечником. Например, такой технологии может подвергаться медная проволока – ее плакируют оболочкой из нержавейки.
• Наплавка, или сварка плавлением. В отличие от других методов плакирования, при наплавке происходит диффузия расплавленных металлов. То есть поверхность так крепко соединяется с основой, что между ними образуется прочный сплав на молекулярном уровне. Для наплавки могут быть использованы разные виды сварки, в том числе лазерная, плазменная, электродуговая и проч. 

Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки. Конкретный способ выбирается, исходя из технических характеристик металла, а также из потребностей производства.

Какие материалы используются при плакировании 

Чаще всего в планировке нуждаются изделия из нержавеющего проката, алюминиевых сплавов, меди и титана. Поверхностным покрытием может выступать: 

• Чистый металл аналогичного сплава. Например, это характерно для алюминиевого проката. Часто сплавы с большой долей присадок, например, марки АМц или АМг, покрывают слоем технического алюминия с высокой степенью чистоты.
• Нержавеющая сталь. К примеру, медную катанку могут волочить с добавлением порошка из нержавейки – это продлевает срок эксплуатации изделия.
• Алюминий. Можно встретить трубы и прутки из стали с покрытием из алюминия – он легкий и имеет отличную устойчивость к коррозии.
• Медь. Ей часто плакируют сталь, чтобы увеличить антикоррозионные свойства и электропроводность. 
• Латунь. Покрытие имеет приятный цвет, отличную износостойкость, кислотостойкость и хорошую свариваемость. 

Плакированные изделия отличаются гладкой поверхностью. Они хорошо сохраняют свой внешний вид. Наружный слой сильно улучшает технические характеристики основного металла. 

Технология используется повсеместно: в строительстве, производстве, судостроении, авиакосмической и горнодобывающей отраслях, а также в пищевой и химической промышленности. Кроме того, биметаллы применяют в медицине – из них делают протезы, которые объединяют прочность, износостойкость и химическую нейтральность. 

При покупке металлического проката обязательно обращайте внимание на наличие защитного слоя. Во многих случаях он может вдвое продлить срок эксплуатации изделия и значительно сократить издержки на техническое обслуживание и ремонт металлических конструкций.