Гальванические покрытия Справочник Ю.Д.Гамбург 2006-600 (1074331), страница 35

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 35)

Однако неоднократно отмечалась и положительная корреляция между пределом прочности и пластичностью в случае однотипных осадков. Вероятнее всего, малопластичные осадки хрупко разрушаются раньше достижения их истинного предела прочности. Увеличение плотности тока в общем случае может сложным образом влиять на предел прочности, поскольку, с одной стороны, при этом возрастает перенапряжение и, следовательно, уменьшается размер зерен, но, с другой стороны, при повышении плотности тока Н„ГПа 1 2 4 6 рН Рис.4.1. Зависимость твердости осад- ков никеля от рН сульфатного рас- твора.

Рис.4.2. Схема зависнмости Холла — Петча лдя осадков никеля из сульфаматных растворов: 1 — осадок высокой чисюты, 2 — осадок, содержэтций примеси. При термической обработке осадков их предел прочности обычно монотонно уменьшается с повышением температуры, но иногда наблюдается повышение прочности в результате перераспределения примесей. Относительное удлинение возрастает при нагреве почти всегда, и в случае отожженных образцов на деформационных кривых наблюдается площадка текучести. Повышение температуры электролита также практически всегда приводит к получению более пластичных образцов с меньшим пределом прочности — как за счет снижения перенапряжения, так и по причине более высокой чистоты получаемых осадков (при повышении температуры снижается адсорбция примесей и, следовательно, уменьшается их включение).

обычно уменьшается соосаждение примесей. Нередко наблюдаемое возрастание прочности при усилении перемешивания связано прежде всего именно с интенсификацией включения примесей. В целом влияние примесей нередко превосходит влияние всех остальных факторов, но может быть неоднозначным, так как прочность зависит не только от концентрации примесей, но и от характера распределения их в осадке: равномерное распределение в виде мелких включений увеличивает прочность, а сегрегация по границам зерен — уменьшает.

Раль примесей хорошо иллюстрируется резким изменением свойств осадков никеля при рН выше 5,5, когда начинается соосаждение гидроксидных соединений (рис. 4.1). Относительная роль примесей и размеров зерен хорошо иллюстрируется рис. 4.2, на котором показана зависимость Холла — Петча для осадков разной степени чистоты. ~~66 Г~В~ьс г, ю ю 4.2.3. Измерения прочности и пластичности К прочности и пластичности гальванопокрытий обычно предъявляются сравнительно высокие требования.

Это связано с тем, что покрытие не должно растрескиваться в пропессе эксплуатации (в результате действия внешних нагрузок, а также и собственных «внутренних» напряжений) и разрушаться раньше основного материала. Для этого оно должно одновременно иметь достаточную прочность на разрыв и допускать определенную степень деформации, т.е. не быть хрупким. Основные характеристики прочности и пластичности металла содержатся в так называемой диаграмме растяжения, которую получают, исследуя зависимость удлинения образца от приложенной к нему растягивающей силы. Тангенс угла наклона этой диаграммы равен модулю упругости материала, характерные точки на ней дают предел текучести и предел прочности, а также абсолютное и относительное удлинение при разрыве, которые являются показателями пластичности.

С этими важнейшими свойствами материала связаны и другие его характеристики — твердость и износостойкость. Диаграммы растяжения металлов обычно получают с помощью массивных цилиндрических образцов, в то время как гальванопокрытия представляют собой обычно довольно тонкие пленки или фольги, поэтому исследования их механических свойств имеют ряд специфических особенностей. Прежде всего это связано с тем, что образцы в виде пленок или очень тонких пластин разрушаются так, что значительная часть удлинения локализуегся вблизи зоны разрыва.

Измерение локальных величин деформации показывает, что обычно при разрушении пленочных образцов толщиной 10 — 100 мкм, наиболее характерных для гальванопокрытий, большая часть их удлинения локализована вблизи зоны разрыва, хотя образования видимой шейки на таких образцах часто не наблюдается (выражено очень слабо). Около половины всего удлинения оказывается локализованной в зоне, длина когорой примерно в 1Π— 20 раз превышает тошцину образца, т.е. при толщине фольги 50 — 70 мкм составляет не более миллиметра.

При исследованиях механических свойств медных фольг, полученных методом химического восстановления, установлено, что почти независимо от пластичности конкретного образца около 75% всего удлинения локализовано на участке длиной 2,5 мм. Практически это означает, что абсолютное удлинение образца непропорционально его длине, и, следовательно, результат определения относительного удлинения зависит от общей длины образца, как это и отмечалось в п.4.2.1. Поэтому испьпания серии образцов всегда выполняют при одинаковой конфигурации образцов и на одной и той же установке. Важно правильно подготовить образец для испытаний. Чтобы отделить покрытие от основы, необходимо обеспечить его низкое сцеп- ление с основой. Для этого в качестве субстрата используют титан, стеклоуглерод, нержавеющую сталь или другой материал, обеспечивающий низкую адгезию.

Можно использовать и методы снижения адгезии, применяемые в гальванопластике, а также стравливать основу в подходящем травителе. В случае тонких фольг результаты зависят от толщины, так как в первых слоях меняется структура осадка. Далее (обычно при толщинах от 8 до 200 мкм) величина предела прочности остается неизменной, хотя пластичность возрастает. Поскольку результаты механических испытаний зависят от конфигурации образца, испытания следует проводить на образцах, обеспечивающих стабильность результатов при не слишком больших отклонениях от стандартных размеров.

Опыт показывает, что в среднем для гальванопокрытий образцы должны иметь в длину 40 — 80 мм, в ширину — 8 — 12 мм. При этом должны быть приняты меры, исключающие образование концентраторов напряжений (трещин), а скорость деформации должна быть достаточно низкой (например, 1 мм/мин), иначе режим испьпаний не будет квазисгатическим и разрушение наступит при меньшей деформации. Образец необходимой 40 — 50 формы (рис. 4.3) готовят из отделенной от основы фольги.

Обычно делают плавные рас- С» ширения на концах для помещения в зажимы разрывной машины либо к концам пРЯ- Рис. 4лк Схема образца для механических моугольного образца припая испытаний. вают более толстые пластины. Одной из трудностей является возникновение концентраторов напряжений; во избежание появления зазубрин по краям рекомендуют образцы вытравливать по заданной форме, хотя возможно и вырезание по шаблону Кроме того, осадок должен иметь одинаковую толщину, иначе разрыв произойдет в наиболее тонком месте. Поскольку речь идет о гальванопокрытии, то это означает, что в данном месте наблюдалась и пониженная плотность тока, т.е.

оно не является характерным для всего осадка. В качестве меры удлинения лучше всего измерять расстояние между нанесенными на образец метками (не царапинами). Удобным способом является использование образца в виде кольцевой ленты (рис. 4.4), которую растягивают двумя вставленными в кольцо стержнями.

При испытаниях следует избегать перекоса образцов при помещении в за- + 4- жимы, так как это приводит к резкой неравномерности напряжений и к иска- Рис.4.4. Растюкение кольцевожению результатов. Искажение резуль- го образца двумя стержнями. татов наблюдается и при слишком высоких скоростях растяжения. Оптимальная скорость не превышает 2 мм/мин.

Устройство для испытаний (разрывная машина) должно, кроме того, с достаточной точностью регистрировать малые нагрузки (обычно от нескольких единиц до сотен Н) и обладать плавностью наложения нагрузки. Подобным требованиям удовлетворяют, например„машины, выпускаемые фирмой «Инстрон» (Великобритания). В ряде российских лабораторий имеются индивидуально изготовленные устройства такого рода. Существуют и другие методы контроля пластичности, не связанные с разрывными испьпаниями. Так, можно изгибать испытуемый образец вокруг конического шаблона, регистрируя тот радиус кривизны, при котором возник- Таблица 4.1 Пределы лрочяостя нут трещины. В случае сравнительно хрупких осадков их можно изгибать (в виде 13-образного образца) вместе с основой непосредственно Медь 150 — 400 в микрометре, сближая его концы поворотом винта.

Есть методы вдавливания шарика или Золото 60-120 пуансона со сферической головкой. Как пра- Никель 300 — б00 вило, подобные методы дают завышенные ве- лик 80-110 личины относительного удлинения. Калмий бΠ— 90 Величины предела прочности ряда матери- 130 3 м алов гальванопокрытий приведены в табл. 4.1 (ср. с табл. 1.1), Свинец 4.2.4. Твердость (микротвердость) Твердость, как и пластичность, не является вполне однозначной характеристикой материала, но измеряется она достаточно просто и важна для технических приложений, что делает ее одним из важнейших параметров, характеризующих механические свойства гальванопокрытий. Литературные данные о твердости ряда электроосажденных металлов довольно многочисленны, хотя и не всегда сопоставимы, поскольку твердость чувствительна к чистоте растворов, толщине покрытий и другим факторам.

Характеристики

Список файлов книги