Производство плакированных металлов

Плакированными называются металлы, покрытые каким-либо металлическим или неметаллическим материалом. Если плакирующий слой металлический, то такой материал называется биметаллом или двухслойным металлом. Может быть соединено три и более различных металлов и неметаллов, такой материал называется трехслойным или композиционным.

Конструкционные материалы, применяемые в судостроении (сталь, дюралюминий), плакируют более коррозионно-стойким металлом (нержавеющей сталью, алюминием и др.). В плакированных металлах толщина плакирующего слоя колеблется от десятых долей до нескольких  миллиметров,  что значительно больше, чем слой лаков, красок, смол, различных пластиков, и обеспечивает более надежную защиту от коррозии. Металлический плакирующий слой физически неразделим с основой при обработке и эксплуатации материала. Используемые в судостроении двухслойные стали, состоящие из углеродистой или низколегированной основы и высоколегированного нержавеющего покрытия, изготовляют методом горячей совместной прокатки пакета из листов основы и покрытия либо прокаткой двухслойного слитка, полученного отливкой. При пакетной прокатке на сляб или плиту накладывают лист плакирующего металла. Соединяемые поверхности их должны быть тщательно очищены. Для улучшения сцепления между ними в ряде случаев на внутреннюю поверхность плакирующего металла гальваническим способом наносят слой третьего металла толщиной до 0,2 мм. Из листов, толщины которых примерно соответствуют отношению толщин слоев готового биметалла, складывают пакет, состоящий из двух слоев основного и двух слоев плакирующего металла. При этом слои плакирующего металла располагают внутри пакета и разделяют огнеупорной обмазкой, препятствующей их сцеплению. Затем кромки пакета сваривают по периметру, после чего пакет нагревают и прокатывают. После обрезки кромок готовые биметаллические листы отделяют один от другого. При общей толщине листа 5—10 мм плакирующий слой составляет 2—3 мм. С увеличением толщины листа до 35 мм плакирующий слой возрастает до 5 мм. Подобным способом производят покрытие дюралюминия чистым алюминием для повышения коррозионной стойкости и получают другие биметаллы.  Пакеты  алюминиевых и других легкоплавких сплавов можно прокатывать в холодном состоянии. Для повышения их пластичности между операциями прокатки применяют рекристаллизационный отжиг путем нагрева выше температуры рекристаллизации Трек = 0,3 Тпл, где Тпл — температура плавления более тугоплавкого из двух соединяемых  металлов.

Высокими коррозионной стойкостью и жаростойкостью обладает биметалл сталь — алюминий (алюминированная сталь). Наиболее распространенный метод нанесения плакирующего слоя алюминия на сталь — распыление чистого алюминия или его сплава с кремнием. Материал для распыления в виде проволоки или порошка вносят в пламя кислородной горелки. Он расплавляется и под действием сжатого воздуха направляется на плакируемую поверхность. Сцепление между покрытием и основой получается механическое, поэтому плакируемая поверхность должна быть тщательно подготовлена. Можно применять более производительный способ распыления и нанесения плакирующего слоя плазменной струей плазмотрона. Для обеспечения эксплуатации при высоких температурах плакированный материал после нанесения покрытия подвергают термообработке—диффузионному отжигу при 600—950 °С. Во время отжига атомы железа и алюминия диффундируют, образуя на поверхности биметалла сплав алюминия с железом с относительно высокой температурой плавления и плотной пленкой окиси алюминия Al₂O₃, которая защищает металл от окисления. Для защиты от атмосферной коррозии толщина покрытия 0,10—0,15 мм считается достаточной. Для защиты от высокотемпературного окисления применяют более толстые покрытия (0,15—0,20 мм).

В последнее время в судостроении находит применение сталь, плакированная титаном. Наиболее экономичный и простой способ плакирования — соединение листов титана с листами низколегированной стали без промежуточных прослоек. Прочность на срез биметалла сталь — титан получается при этом выше прочности биметалла углеродистая сталь — нержавеющая сталь. Технология плакирования стали титаном остается той же, что и технология сочетания других металлов, но требует более тщательной очистки соединяемых поверхностей и нагрева пакета перед прокаткой в среде аргона. Температура прокатки не должна превышать 950 °С из-за возможности образования Fe3Ti —хрупких интерметаллических соединений титана с железом. Для предотвращения подобных соединений иногда между титаном и сталью предусматривают промежуточный слой различных металлов: кобальта, хрома, никеля, молибдена и др.

Находят применение также биметаллы с контактно приваренным плакирующим слоем. При плакировании этим способом на поверхность изделия из основного металла кладут лист плакирующего металла. Образовавшийся пакет просовывают между электродами контактно-сварочной машины. Образуется биметаллическое изделие с прочно приваренным плакирующим слоем большой толщины (до 5—8 мм), которое необходимо механически обработать (шлифованием, полированием), так как поверхность получается недостаточно ровной и имеет отпечатки электродов.