Гальванические покрытия Справочник Ю.Д.Гамбург 2006-600, страница 2

Предел прочности 4.2.3. Измерения прочности и пластичности 4.2.4. Твердость(микротвердость)................ 4.2.5. Внутренние напряжения 4.2.6. Методы измерения внутренних напряжений ....... 4.2.7. Сцепляемость гальванопокрытий с поверхностью основы. 4.2.8. Методы создания высокой адгезии ..........-" -"-- 4.2.9. Методы измерения адгезии... 4.3. Электрические свойства гальванопокрытий..

- .----- 4 3.1. Удельное электросопротивление ............-- 4.3.2. Измерения удельного электросопротивления...... 4-3 3 Термоэдс и переходное сопротивление контактов 4.3.4. Измерения переходного сопротивления.....,......... ~~а сэр 214 215 Литература Основные обозначения . 4.4. Особенности свойств электролитически осажденных сплавов..... 192 4.5. Пористость, методы ее измерения и влияние на свойства покрытий .. ...... 1 95 4.6. Контроль толщины покрытий ................................,......,, 198 4.7. Коррозионная стойкость покрытий............................................

201 4.8. Паяемость и методы ее измерения ..............................,............... 201 4.9. Особенности структуры гальванопокрытий .............„„„„„„„„„202 4.10. Послеэлектролизные процессы и термическая обработка......... 204 4.11. Соосаждение примесей при электроосаждении ......................... 205 4.12. Наводороживание гальванопокрытий ........,...,......................... 206 4.13. Некоторые методы исследований структуры и состава гальванопокрытий ..

Предисловие Электрохимические методы нанесения покрытий и модификации поверхности широко применяются и интенсивно развиваются. Этим и обусловлен выход в свет данной книги. Процесс нанесения гальванических покрытий сравнительно прост и может быть осуществлен без применения сложного дорогостоящего оборудования. В то же время он включает ряд специфических химических и электрохимических явлений, не встречающихся в других областях технологии материалов. За 150 лет своей истории техника электрохимического нанесения покрытий из металлов и сплавов, не изменившись принципиально, впитала в себя многие успехи электрохимической науки, достигнутые за это время. В результате гальванопокрытия стали конкурентоспособным и перспективным материалом в ряде современных технологий. В то же время для успешного использования этой техники требуется достаточно обширная информация как в области материаловедения, так и в области электрохимии.

Автор попытался включить в состав книги основной массив этих сведений. Данный справочник отражает почти пятидесятилетнюю практическую работу с разнообразными электролитами и процессами электрохимического получения металлов в лабораторных и в производственных условиях.

Автор участвовал в разработке и усовершенствовании процессов осаждения меди, никеля, серебра, цинка, олова, марганца, палладия и ряда сплавов (никель — цинк, железо — вольфрам и т. д.), причем основные исследования были направлены на изучение свойств и структуры получаемых покрытий. Первая глава книги представляет собой краткое введение в предмет гальванотехники, вторая посвящена его электрохимическим основам. Содержание третьей главы составляет описание конкретных процессов нанесения покрытий, причем сведения о составе, приготовлении ванн и технологическихособенностях процессов приведены по возможности по единой схеме.

Наряду с этим книга содержит необходимые краткие сведения о свойствах и структуре металлов и сплавов, о методах исследовательской и лабораторной работы в данной области ( четвертая глава). Современное состояние науки нашло отражение и в обширном формульном материале, причем ряд формул приводится здесь впервые. Текст не содержит никакого материала рекламного характера, поэтому здесь практически нет упоминаний каких-либо фирм и выпускаемых ими товаров; упоминаемые приборы типа ДРОП или вещества типа ОП-7 широко известны. Поэтому в рецептуре растворов приведены в основном вещества, давно выпускаемые многими производителями и широко доступные.

В приведенных таблицах и рисунках использованы как собственные данные автора, так и данные, взятые из литературы. Автор постарался представить все эти сведения в максимально сжатой форме, поэтому некоторые процессы, имеющие промышленное значение, не нашли здесь отражения. Информацию о них следует искать в специализированных справочниках, указанных в списке литературы. Все замечания по тексту, рисункам и таблицам будут с благодарностью приняты.

Адрес автора: 119991, Москва, Ленинский проспект, 31, ИФХЭ РАН. Электронный адрес;1 аатйцгайта11.гц. ГЛАВА 1 ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ, НАЗНАЧЕНИЕ ПОКРЫТИЙ И ИХ ВЫБОР 1.! . Общие сведения Классификация покрытий. Процессы электрохимического нанесения металлических, комбинированных и неметаллических покрытий используются практически во всех отраслях техники — от металлургии и тяжелого машиностроения до микроэлектроники и нанотехнологий. С помощью электрохимических технологий, например, получают высокочистую медь, цинкуют кузова автомобилей, изготовляют печатные платы, аноды электролитических конденсаторов, золотят тончайшие контакты изделий микроэлектроники.

Сейчас наиболее интенсивно развивающиеся области применения гальванопокрытий связаны с электроникой, информационными технологиями и приборостроением. При этом номенклатура покрытий с точки зрения применяемых материалов также весьма широка — от железа до родня и от чистых металлов до сложных многокомпонентных слоев. Поэтому классификация процессов может быть лишь очень приблизительной.

Самая простая классификация состоит в разделении всех покрытий на три типа — функциональные, коррозионно-защитные и защитно-декоративные. Функциональные покрытия включают все многообразие поверхностных слоев, наносимых с целью той или иной модификации поверхности — например, увеличения твердости, поверхностной электропроводности, улучшения электроконтактных свойств, паяемости, изменения коэффициента трения (в любую сторону), увеличения износостойкости, придания электроизоляционных, магнитных или каких-либо специальных свойств. Коррозиоиио-защитиые покрытия наносятся для защиты поверхности тех или иных изделий от коррозии в процессе их эксплуатации либо просто в помещении, либо под открытым небом, либо в какихто особых климатических условиях (нацример, морских), либо в условиях специфической химической среды, например в щелочных растворах.

р.р. Ээ»,, р Зашитио-декоративиые покрытия имеют более слабо выраженную функцию защиты от коррозии, так как главной целью нх нанесения является придание поверхности внешнего вида, требуемого дизайном изделия. Примером может служить золочение серебряных изделий в ювелирной практике или хромирование некоторых внешних деталей автомобиля. Разумеется, реальные покрытия часто совмещают несколько функций. Одно и то же покрытие может, например, одновременно н служить лля защиты основы от химической коррозии, и повышать износостойкость поверхности. В любом случае, основной целью нанесения традиционных покрытий является изменение каких-либо свойств поверхности, в том числе внешнего вида. Из новейших, наиболее перспективных направлений развития гальванотехники можно указать изготовление интегральных схем, устройств магнитной записи, а также мультислойных структур, состоящих из чередующихся тонких слоев разных металлов.

Интенсивно развивается селективиое нанесение покрытий и получение сверхтонких слоев. Достигнута возможность получения рисунка с линиями шириной менее 0,02 мкм и слоев толщиной менее 10 нм. Матричное, или темвлатиое, осаждение (выделенне металла на строго определенных местах специально подготовленной основы) позволяет получить, например, так называемые нанопроволоки путем выделения металла в строго цилиндрических порах полимерной или оксндной «матрицы», нанесенной на проводящий катод. 1.2. Электрохимические процессы при нанесении гальванопокрытий Катодиый процесс. Суть процесса электроосаждения состоит в том, что изделие, обладающее электрической проводимостью, помещают в токопроводяший раствор, содержащий материал будущего покрытия в виде ионов, например М", а также, возможно, и в виде незаряженных частиц, например АйСХ.

Для получения такого раствора, который называют «электролит» или «ванна», в воде растворяют какое-либо химическое соединение данного металла (обычно соль), например сернокнслый никель. Покрываемое изделие подключают в качестве катода, т.е. к отрицательному полюсу источника постоянного тока (обычно выпрямителя, иногда аккумуляторной батареи), и включают ток. Иногда — это обязательно оговаривается — необходимо сначала включить ток, а затем уже погрузить изделие в раствор. Изделие обычно подвешивают с помощью специальной подвески на медную штангу, к которой подведен ток. После этого ионы осаждаемого металла, находящиеся в непосредственной близости к поверхности катода, получают с него электроны и преврашаются в атомът металла, которые кристаллизуются, образуя покрытие на поверхности.

В случае осаждения никеля это записывают как %" + 2е = М. Здесь для превращения двухзарядного иона в атом никеля потребовалось два электрона. Получаемая новая поверхность остается металлической, т.е. проводящей, и процесс продолжается до тех пор, пока мы не выключим ток или пока в растворе есть ионы никеля. По окончании процесса изделие с покрытием извлекают из раствора, промывают водой и сушат. Процесс осаждения проводится в сосуде с химически стойкой внутренней поверхностью (который называют электролизером, или электролитической ванной). Емкость электролизера может составлять от нескольких миллилитров до тысяч литров.

Конструкции электролизеров разнообразны и обычно содержат ряд дополнительных устройств — для подогрева, для удаления выделяющихся газов, для перемешивания, для размещения деталей на подвесках и т.д. Аноды н анодные процессы.

Чтобы электрический ток проходил через раствор, нужно, чтобы цепь была замкнута, для чего необходимо поместить в раствор еще один электрод — анод, который соединяют с положительным полюсом источника тока. Обычно в ванну подвешивают несколько анодов. Анод наряду с этим может (хотя и не обязательно) выполнять еще одну функцию: он служит источником тех самых ионов, которые расходуются на катоде. В нашем случае для этого достаточно использовать никелевый анод. При прохождении тока он будет растворяться, давая нужные ионы Х(т'. Если используется нерастворимый анод, то время от времени необходимо корректировать состав раствора, добавляя нужное вещество, например сернокислый никель (существуют и другие причины, по которым следует корректировать состав раствора).