Гальванические покрытия Справочник Ю.Д.Гамбург 2006-600 (1074331), страница 34
Текст из файла (страница 34)
В случае чистого алюминия берут более концентрированный раствор щелочи, к которому приливают отдельно приготовленный раствор сульфата цинка. Готовый раствор должен содержать 120 г/л 1н аОН и 40 г/л ХпБО„. С целью повышения твердости поверхности термическую обработку деталей, покрытых никелем химическим способом, производят в случае основы из меди и ее сплавов нри 400 'С в течение 1 часа, в случае стальной основы при 300 'С в течение 2 — 3 часов. В случае алюминиевой основы термообработку производят при 230 — 240 'С в минеральном масле в течение 1 — 1„5 часов, с последующим обезжириванием.
Такие режимы обусловлены как свойствами подложек, так и тем, что при более высокой температуре твердость покрытий начинает снижаться. ГЛАВА 4 СВОЙСТВА И СТРУКТУРА ГАЛЬВАНОПОКРЫТИЙ, КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА И МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ 4.1. Общая характеристика свойств гальванопокрытий Свойства электролитически осажденных металлов в большей или меньшей степени отклоняются от стандартных величин, приводимых в таблицах и относящихся к чистым материалам (обычно металлургического происхождения, т.е.
кристаллизованным из расплава), имеющим структуру, близкую к равновесной. Отклонения эти обусловлены в основном тремя факторами: 1) наличием структурных несовершенств; 2) присутствием загрязнений, нехарактерных для металлов другого происхождения (гидроксиды, сульфиды, органические примеси); 3) ролью межзеревиых границ. В последнем случае важен относительный объем материала, находящегося вблизи границ, наличие пограничных сегрегаций примесей, в частности оксидов и гидроксидов, строение границ, например угол разориентировки соседних кристаллов.
В случае сплавов играет роль также отличие их фазового строения от диаграммы состояния, в частности образование иересыщевных твердых растворов. Неравновесность структуры электролитических осадков связана с особенностями процессов зарождения и роста металлических кристаллов при электроосаждении, и в первую очередь с высоким перенапряжением и адсорбцией примесей. Свойства осадков зависят от условий электрокристаллизации, поскольку от этих условий зависит их структура и чистота. Известно, например, что уменьшение размеров зерен, как и включение посторонних частиц, приводит к росту твердости. Предел прочности осадков, пластичность и другие свойства могут изменяться в десятки раз при изменении плотности тока осаждения, температуры или кислотности раствора.
Электрическое сопротивление обычно отличается от стандартных значений в пределах 1 — 15%, но осадки, которые содержат загрязнения, могут иметь в несколько раз более высокое сопротивление. ~~62 РРР6666 Р Ы, р р 4.2. Механические свойства К важнейшим механическим характеристикам металла относятся: пределпрочвостиов,пределтекучести ав относнтельиоеудлинениепри разрыве 6з!/!. Электролитические осадки, кроме того, имеют характерное особое напряженное состояние: хотя в направлении своей толщины пленка свободна, тем не менее в ней имеется градиент тангенциальных напряжений, а по краям осадка возникают и нормальные напряжения. Эти внутренние напряжения являются также одной из основных механических характеристик гальванопокрытий. К механическим характеристикам следует отнести и прочность сцепления покрытий с основой.
С указанными свойствами связаны такие важные для практики величины как твердость и износостойкость. В некоторых случаях измеряют также величины коэффициентов трения в различных условиях, иногда — модуль упругости Е. Рассматривая в целом имеющиеся на сегодня данные о механических свойствах металлических слоев, полученных элекгрохимическим путем, можно сделать вывод, что накоплен довольно богатый материал, позволяющий не только разумно объяснить наблюдаемые закономерности, но и перейти к прогнозированию свойств материалов этого происхождения.
4.2.1. Пластичность !относительное удлинение) Пластичность, как и предел прочности, можно определить путем испытаний на растяжение покрытия, отделенного от образца. Разрушение металлического образца при его растяжении происходит в результате возникновения трещин, которые распространяются под действием приложенной нагрузки. Обычно в этих условиях в некотором месте образца происходит уменьшение поперечного сечения (образуется шейка), что приводит к возникновению повышенных локальных напряжений, вызывающих пластическое течение, а затем разрушение. Хотя пластичность в целом характеризуется общей величиной относительного удлинения Ы/! при разрыве, эта величина сильно зависит от длины, толщины и формы образца, а также от условий испытаний, поэтому приводимые в литературе данные часто несопоставимы и могут использоваться только как ориентировочные.
В качестве примера укажем, что для образцов толщиной 20 мкм высоким относительным удлинением является 4 — 5%, а при толщине 100 мкм такая пластичность является низкой. В одном из экспериментов медная фольга малой толщины (до 3 мкм) имела относительное удлинение менее 2%, которое увеличилось ло 4% при б — 8 мкм и до 10% при 12 — 14 мкм. Максимальная пластичность 15% была достигнута при 25 — 30 мкм.
При этом предел прочности уменьшился в 1,5 раза. Осадок никеля при увеличении толщины от 2 до 10 мкм увеличил свою пластичность от 2 до 8% (при 100 мкм — до 30%), причем предел прочности, как и в случае меди, уменьшился в 1,5 раза. Указанные результаты довольно типичны. Часто наблюдается логарифмическая зависимость между толщиной образца и Ы/1. Однако в случае электролитических осадков зависимость может быть более сложной, отражая влияние нескольких факторов. Во-первых, при утолщении может возрастать плотность подвижных дислокаций и происходит их активация. Поверхность является местом закрепления дислокаций, а при утолщении ее роль падает. Кроме того, пластическое течение сильно зависит от того, сколько зерен имеет объект по толщине, Если много„то возможны смещения зерен относительно друг друга, в то время как «однозеренные» фольги лишены такой возможности и потому менее пластичны.
При этом следует учитывать, что размер зерен изменяется с толщиной; при осаждении на инородную основу обычно в первых слоях зерна мельче, затем их размер возрастает и стабилизируется, достигая некоторой величины, характерной для данных условий осаждения.
В связи с этим зависимость пластичности от толщины может быть в какой-то степени косвенной, отражающей зависимость размера зерен. Кроме того, большая часть измеряемой деформации локализована в короткой зоне, прилегающей к местуразрыва, а остальная часть испытуемого образца деформирована гораздо меньше. В результате абсолютный результат измерений пластичности зависит от отношения длины образца к ширине и толщине. Этот вопрос рассмотрен ниже (п.
4.2. 3). Гальванопокрытия являются сравнительно малопластичными; пластичность, однако, может резко возрасти после термической обработки. Наиболее пластичны осадки из мелких блоков с дефектами упаковки или двойниковыми границами. Можно полагать, что при этом пластичность обусловлена высокоподвижными частичными дислокациями (если они не блокированы примесями). Снижение пластичности и хрупкость могут быть связаны с закреплением дислокаций, выделением примесей по границам зерен (например, в результате оттеснения примесей растущим фронтом осадка при малых скоростях роста). Наряду с деформационнымн испытаниями о пластичности часто судят косвенно и качественно, например, по появлению трещин на покрытии при деформации (растяжении, изгибе) основы вместе с покрытием.
Важной для прикладных целей является возможность увеличения пластичности при введении некоторых органических добавок. Так, пластичность меди увеличивается, если в электролит ввести димеркаптотиодиазол или акриламнд. 1~64 Гл~ю4с, ~~~~ ме ю 4.2.2. Предел прочности Предел прочности св гораздо меньше, чем Ы/1, зависит от толщины пленки, конфигурации образца и условий деформации. Лишь для покрытий тоньше 10 мкм наблюдались сильные изменения предела прочности; обычно величина аз в тонких слоях возрастала, но иногда наблюдались и противоположные случаи уменьшения прочности— в тех случаях, когда тонкие покрытия по своей структуре или составу отличались от массивных.
При этом играют роль пористость тонкого слоя, возможное повышение содержания в нем водорода и влияние подложки на структуру — те. те факторы, которые ослабевают при утолщении осадка. Практика показывает, что при изучении прочности достаточно ограничиться толщинами осадков в пределах 10 — бО мкм. Предел прочности (как и предел текучести) определяется не только самим материалом образца, но и его структурой, причем основное влияние оказывает малый размер зерен осадка. У мелкозернистых металлов (с зернами размером Ю = О, 1 мкм и менее) возрастает предел текучести, а также предел прочности, твердость и усталостная прочность, причем соблюдается соотношение: (4.1) (Холл, 1951; Петч„1953). Для предела текучести эта формула имеет серьезные теоретические обоснования, связанные с тем, что соседние зерна затрудняют процессы скольжения внутри данного зерна, ограничивая подвижность его границ.
Поэтому в случае мелких зерен механические свойства сильно зависят от их размеров. Соотношение Холла — Петча имеет довольно общий характер, но в случае применения к твердости и пределу прочности его следует рассматривать как эмпирическое. Величина коэффициента lс зависит от совершенства границ зерен, их угловой разориентировки и наличия примесей на границе. В результате действия всех указанных факторов предел прочности электролитических осадков может в 2 — 3 раза и более превышать обычные величины, характерные для металлургических, в том числе прокатанных, металлов. Как правило, наиболее прочные осадки являются наименее пластичными.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
