Гальванические покрытия Справочник Ю.Д.Гамбург 2006-600, страница 5

4. 1.4. Выбор толщины покрытий Следующим шагом является выбор толщины покрытия или слоев, из которых оно состоит. Если речь идет о коррозионно-стойком покрытии, то его необходимая толщина зависит от предполагаемых условий эксплуатации. При сравнительно легких условиях эксплуатации достаточно нанести покрытие толщиной 10 мкм, так как именно при такой толщине покрытие в обычных условиях становится почти беспористым (более тонкие покрытия имеют сквозные поры, в которых может начаться коррозия основного материала).

В случае применения барьерного подслоя никеля минимальная толщина подслоя составляет б мкм. Для декоративных покрытий из благородных металлов, а также хрома чаше всего достаточна толщина 3 мкм, а иногда 1 мкм или даже 0,3 мкм. В случае более жестких условий (коррозионная атмосфера, трение, повышенная температура и влажность) толщину покрытия повышают до 20 — 25 мкм (включая подслой), а для работы в особо жестких условиях — до 30 — 40 мкм и более. При этом необходимо учитывать изменение размеров изделий после нанесения покрытия.

В заводских условиях толщина покрытий обычно определяется техническими .5.ва а ~, г > Р$ условиями на изделие и может несколько отклоняться от указанных ориентировочных величин как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. Толщина покрытий на резьбах составляет около 0,01 от шага резьбы.

Необходимо различать среднюю толщину покрьпия и минимальную толщину, которая обычно имеет место в углублениях покрываемого изделия и в местах, удаленных от анода (илн повернутых в ванне в сторону от анода). Поэтому наряду с предварительным расчетом толщины (см. гл. 2) необходим контроль толщины после нанесения покрытия — либо посредством какого-либо толщиномера, либо химически (см. гл.

4). Слишком толстые покрытия не всегда лучше более тонких, так как нередко металл покрытия оказывается напряженным (см. гл. 4), в результате чего может произойти его растрескивание и ухудшение эксплуатационных качеств. Впрочем, такое растрескивание иногда полезно: например, осадки хрома в некоторых случаях специально получают микротрещиноватыми, чтобы они хорошо держали смазку. 1.5. Выбор технологии осаждения (включая тиг1 электролита) Как правило, имеется несколько типов растворов и технологических процессов, позволяющих нанести нужное покрытие, поэтому возникает вопрос выбора. Общих правил здесь нет, поэтому ограничимся несколькими типичными примерами. При выборе раствора для цинкования следует исходить из того, что кислый электролит, хотя и обеспечивает высокую скорость процесса, пригоден только для изделий простой конфигурации, так как у него низкая рассеивающая способность.

С этой точки зрения значительно лучшими являются цианидиые электролиты, в особенности низкоконцентрированные. Аммиакатные растворы также имеют высокую РС и довольно высокий выход по току; они особенно пригодны для покрытия крепежных изделий. В растворах с органическими добавками наблюдается повышенное наводороживание стальных изделий; самое низкое наводороживание имеет место при добавлении в цианндные растворы (без органических добавок!) метатитаната калия, который является ингнбитором наводороживания. При викелировании с целью получения барьерного слоя (подслоя под серебро, золото, палладий, сплавы олова и др.) наиболее подходящими являются сульфатиые электролиты без органических добавок.

Получаемые из них покрытия являются довольно чистыми, имеют невысокие внутренние напряжения, но не имеют декоративного вида. Для предварительного нанесения тонкого слоя никеля на коррозионно-стойкие стали, а также для активирования поверхности никелевого подслоя лучше использовать разбавленные хлоридные растворы. Сульфаматиые растворы никелирования дают осадки хорошего качества при высокой скорости осаждения, они имеют очень низкие напряжения, пригодны для пайки, сварки и механической доводки, однако на их поверхности особенно легко образуется пассивная пленка. Электролиты, разработанные специально для получениядекоративныхникелевыхпокрытий,содержатдобавкисахарина, бутиндиола и других органических веществ.

Покрытия из них бывают зеркально-блестящими, однако они имеют повышенную пористость, плохо паяются и свариваются, имеют пониженное сцепление с основой, плохо переносят механические нагрузки и поэтому непригодны, например, для пружин. В других случаях выбор электролита может быть обусловлен просто отсутствием тех или иных реактивов либо экологическими саабражениями. Достоинства и недостатки конкретных технологических процессов подробно описаны в гл. 3. При выборе процесса следует прежде всего руководствоваться материалами этой главы, а также гл.

4, где рассмотрены свойства покрытий, получаемых при различных условиях. ГЛАВА 2 ЭЛЕКТРОХИ1"1ИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ 2.1. Электрические условия проведения процессов электроосаждения 2.1.1. Плотность тока. Закон Фарадея Когда через границу металл/раствор проходит электрический ток, то в результате электрохимической реакции, проходящей на поверхности электрода, я-зарядный ион металла Ме'" превращается в незаряженный атом металла Ме: Ме'" + ее = Ме.

Эта запись означает, что для получения 1 атома металла требуется перенос е электронов, т.е. заряда ~е, а для получения 1 моля металла — соответственно заряда еЛ'„е = У кулонов, где Л~х — число Авогадро; г = Л;,е — число Фарадея, равное 96 485 Кл. Итак, для получения 1 моля, т.е. А граммов, металла требуется яр кулонов. Отсюда следует, что при прохождении количества электричества Д кулонов будет получена масса металла, равная (в граммах): т = ОА/~Р, (2.1) где А — атомная масса металла. Соотношение (2.1) представляет собой запись закона Фарадея. Это соотношение можно выразить не только как зависимость массы покрытия от количества электричества, но и как зависимость толщины Л полученного слоя металла от величины плотности тока при электролизе! = 1/Б (1 — общий ток, 5 — вся площадь покрываемой поверхности) и длительности электролиза т: (2.2) Ь = г' т (Р' /ер), где 1' — объем одного моля металла.

Из формулы (2.2) наглядно видно, что количество осажденного металла пропорционально плотности тока и длительности электролиза, как это и установил Фарадей. Из формулы (2.2) очевидна важнейшая роль плотности тока. Именно эта величина определяет скорость процесса, которую обычно выражают в мкм/мин, т е. как скорость наращивания покрытия.

Плотность тока несколько изменяется при перемещении вдоль поверхности электрода, и в соответствии с этим меняется и скорость наращивания покрытия, и его локальная толщина. Плотность тока может меняться и во времени. На практике чаще всего металлы осаждают при постоянном токе К Однако поскольку в ходе электрохимического осаждения величина реальной площади поверхности 5 может изменяться, то соответственно изменяется и плотность тока ~'. Из формулы (2.2) видно также, что, зная величину К, = И /яГ, т.е. объемный электрохимический эквивалент данного металла, выраженный в см'/кулон, легко определить толщину покрытия, достигаемую за определенное время при заданной плотности тока (или, наоборот, длительность получения покрытия заданной толщины).

Удобнее К„ выразить в см'/А-час. Электрохимические эквиваленты можно выразить и в других единицах, например по массе (К = К. р, где р — плотность металла) — в мг/Кл или в граммах на ампер-час (г/А-ч), а также как линейную величину К„например, в мкм/(А-ч/дм'). Эта последняя размерность удобна тем, что сразу дает толшину покрытия 6 в мкм по формуле: (2.2а) А=К„(т, если плотность тока ( выразить в А/дм' (как зто общепринято в гальванотехнике), а т — в часах. Практически, однако, эта толщина обычно оказывается меньше по причинам, рассмотренным в следуюшем параграфе.

Электрохимические эквиваленты применяемых для гальванопокрытий металлов приведены в табл. 2.1. Электрохимическне эквиваленты сплавов (массовые) определяют по формуле: К = 1/(и/К, + ~'з/Кз + ... + о /К ), (2.3) где ~,, и К,. — соответственно массовые доли компонентов и их электрохимические эквиваленты, выраженные в граммах на ампер-час (или в граммах на кулон, или в мг/Кл). Для пересчета массового эквивалента сплава в более удобную линейную величину необходимо знать плотность сплава, которую грубо приближенно можно оценить (для двухкомпонентного сплава) как р,„„= р,р,/(р,~, + р,~,).

Русские символы металлов, приведенные в таблице„зто общепринятые обозначения в гальванотехнике. Этими же символами обозначают сплавы, например, М вЂ” Π— Ц это сплав медь — олово — цинк. Наряду с приведенными в таблице металлами, в число этих обозначений входят титан (Ти), алюминий (А), бор (Б), фосфор (Ф).

Данные обозначения отличаются от тех, которые приняты для легируюших компонентов сталей: например, Ф вЂ” это обозначение вольфрама в сталях. ыэ ...;. м - р. а зф Металлы (в алфавитном порядке) Символы К„, г/А-час мкм/(А-час/лмз) Ру см'/А-час 1,560 В) 1,143 5,87 Ге 1,042 13,24 Железо(1П) 0,695 Ге 8,83 Ж 0,0883 Золото(1) Золото(1П) Зл 0,380 7,35 38,0 Ап 12,7 0,127 2,45 Индий 19,56 1,428 1п Ии 0,1956 Кадмий Кл 0,2424 24,24 2,097 1,099 12,43 Со Мп 1,025 13,74 26,52 Сп 2,371 Медь(П) 0,1326 1,186 13,26 Мо 0,0670 Н 0,1229 6,70 Молибден Никель Мо 0,597 1,095 12,29 Олово О 0,3033 2,214 30,33 Пд 0,1651 16,51 Палладий 1,985 Пл 0,1696 Ре 0,0472 3,640 16,96 Платина Реиий 0,993 4,72 Родий Рд 0,1032 1,280 10,32 Рутений Ру 0,10!7 1,257 10,17 Свинец Серебро РЬ 34,09 3,866 С 0,3409 Ср 0,3837 4,025 13,59 Сурьма Су 0,1359 0,909 Хром Сг Х 0,0449 0,323 4,49 17,11 Цинк 1,220 Хп Ц 0,1711 В табл.