Гальванические покрытия Справочник Ю.Д.Гамбург 2006-600 (1074331), страница 38

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

Текст из файла (страница 38)

Высокая адгезия либо обеспечивается непосредственным межатомным взаимодействием материалов осадка и основы (например, при эпитаксиальном росте, когда структура ьгм г ф осадка воспроизводит структуру основы), либо является результатом взаимной диффузии этих материалов, в результате чего образуется промежуточный слой. Иногда такой промежуточный слой создается специально из какого-либо третьего материала. Наконец, сцепление может быть высоким просто за счет чисто механического взаимного зацепления неровностей поверхностей осадка и основы. Из этого следует, что адгезия в сильнейшей степени зависит от: а) предварительной обработки поверхности основы (очистки, полировки, травления, выявления структуры на атомарном уровне); б) условий формирования первых слоев покрытия (способствуют они или не способствуют образованию большого числа кристаллических зародышей, происходит ли контактный обмен); в) обработки системы основа — покрытие после осаждения (например, прогрева при температуре, обеспечивающей взаимную диффузию компонентов).

Снижение адгезии наблюдается, кроме того, при наличии посторонних включений, при интенсивном газовьшелении, а также вследствие внутренних напряжений. В некоторых случаях тонкие слои обладают вполне удовлетворительной адгезией, в то время как при утолщении они начинают отслаиваться; обычно это связано с тем, что суммарная величина внутренних напряжений становится достаточной для отделения осадка от основы.

Для каждой конкретной пары основа — покрытие оптимальные условия являются различными и зависят как от химических, так и от физических свойств обоих метагпов или сплавов. В каждом случае наилучшая адгезия достигается путем выполнения определенных процедур, разработанных в ходе специальных предварительных исследований и обычно описанных или в стандарте, или в технических условиях, или в другой специальной литературе. Все это в равной мере относится и к нанесению слоев на неметаллические полложки методами химического восстановления, вакуумной конденсации и т.д.

В данном разделе будут в общих чертах рассмотрены как наиболее распространенные и общие методы обеспечения высокой адгезии, так и методы адгезионных испытаний. 4.3.8. Методы создания высокой адгезии Среди металлов и сплавов, на которые часто приходится наносить гальванопокрытия, имеется несколько, легко обеспечивающих высокую адгезию. К ним относятся прежде всего медь, латунь и обычная сталь. Более сложные проблемы возникают при нанесении покрытий на такие легкие металлы, как алюминий, магний и бериллий, а также на нержавеющие стали.

Особенно трудно получить хорошее сцепление покрытий (~ВО глаи4.с „, р р, г с вольфрамом, молибденом, титаном, танталом, ниобием; эти металлы удобно использовать, напротив, как подложки для легкого отделения покрытий от них. Благородные металлы применяются в качестве подложек только в специальных научных исследованиях. Специфические проблемы возникают при осаждении металлов на непроводники: стекло, керамику и пластики — во всех этих случаях необходимо предварительное создание хорошо сцепленного проводящего подслоя. Низкое сцепление покрытий с металлами наблюдается прежде всего из-за того, что на поверхности основы имеются жировые загрязнения. Поэтому обезжиривание поверхности является составной частью любого технологического процесса нанесения гальванических покрытий.

Вторая причина низкой адгезии состоит в образовании тонких пленок (толщиной порядка иаяометров) оксидов, которые на чистой поверхности металла (в том числе на легирующих компонентах основы) возникают на воздухе за доли секунды. Следовательно, одной из задач является удаление этих пленок путем, например, декапирования или травления в кислотах (травление отличается тем, что частично удаляется и слой металла, а не только оксид). В результате такого активирующего травления может образоваться не только свободная от оксида, но и достаточно шероховатая поверхность, увеличивающая площадь соприкосновения покрытия с основой, а в некоторых случаях способствующая механическому зацеплению осадка на покрываемой поверхности.

Тот же эффект иногда достигается с помощью чисто механического шлифования (например, путем пескоструйной обработки). Существуют и комбинированные методы, сочетающие травление с обезжириванием, так как технологические загрязнения (например, масла) также приводят к ухудшению адгезии. Такие злектроотрицательные металлы, как алюминий, магний, бериллий, и их сплавы при обычном электрохимическом осаждении на них более положительных металлов в начальный период покрываются тонкой пленкой этих металлов в результате контактного вытеснения, что приводит к низкой адгезии покрытия. Для таких случаев разработан и широко применяется так называемый цинкатный метод, заключающийся в предварительном формировании на их поверхности тонкого и хорошо сцепленного слоя цинка, причем также методом химического (контакпюго) вытеснения при погружении в щелочной раствор цинката(п.

3.12.3). Аналогично может применяться и станнатная обработка. Роль щелочи состоит в растворении поверхноспюго оксида. Непосредственно после такой обработки часто наносят очень тонкий слой никеля (из специального раствора, называемого «ванна затяжки», например распюра Вуда) или меди (из цианидного раствора); эти распюры способствуют образованию большого числа мелких зерен осадка, что улучшает сцепление. Нередко оказывается достаточным погружение катода в раствор под током, что электрохимически подавляет процесс контактного обмена в результате смешения потенциала в отрицательном направлении. Такой же эффект дает применение повышенной плотности тока («толчок тока») в начальный период осаждения.

Хорошая адгезия наблюдается в случае эпитаксиального роста осадка (когда структура осадка повторяет структуру основы). Это наблюдается, если периоды кристаллических решеток различаются не более чем на 15% и при условии правильной подготовки поверхности. Сцеплению способствует и поверхностное сплавообразование.

В случае алюминия и его сплавов часто применяется способ предварительного анодирования поверхности, т.е. создания оксидной пленки при анодной обработке, обычно в растворе фосфорной кислоты. При этом формируется пористая пленка, хорошо сцепленная с основой и имеющая сравнительно высокое сцепление с металлом, осаждаемым поверх нее. Еще один способ заключается во введении в растворы для электроосаждения специальных активаторов (например, фторидов), а также веществ, снижающих скорость контактного обмена, происходящего в начальный период электроосаждения.

Указанный выше раствор Вуда (состоящий из хлорида никеля и соляной кислоты) широко используют и при нанесении покрытий на сталь, в частности нержавеющую, особенно в комбинации с предварительной обработкой в растворах кислот (серной или соляной). Улучшить адгезию удается также путем термической обработки изделия с покрытием, причем оптимальная температура такого процесса может быть различной в зависимости от конкретной пары основа — покрытие; длительность процесса обычно 1 — 2 часа. Улучшение адгезии происходит в результате взаимной диффузии материалов основы и покрытия.

Хотя диффузионные процессы протекают с достаточной скоростью обычно лишь при 700 — 800 'С, тем не менее во многих случаях для данной цели оказывается достаточным прогрев в вакууме при 150 — 200 'С. Если не произошло отделения покрытия при такой термообработке, то это практически гарантирует хорошую алгезию при менее жестких условиях эксплуатации. Термическая обработка к тому же способствует снижению наводороживания и остаточных напряжений.

Разработана и группа методов подготовки поверхности неметаллических материалов перед нанесением на них металлических покрытий. В этих случаях выбор метода зависит главным образом от специфики неметаллического материала. Очевидно, что подготовка поверхности кремния или германия существенно отличается от подготовки поверхности стекла, керамики или пластмасс. Общим в этом случае является стремление к увеличению площади поверхности контакта осадок †осно, т.е. коэффициента шероховатости основы, а также необходимость формирования электропроводного подслоя.

В целом удачный выбор материалов основы, подслоя и покрытия в сочетании с правильной подготовкой поверхности и соблюдением условий осаждения обычно обеспечивает хорошую адгезию покрытия. 4.2.9. Методы измереиия адгезии Дчя изучения и измерения прочности сцепления покрытий с основой разработаны разнообразные качественные, полуколичественные и количественные методы. Качественные методы позволяют различить только высокое и низкое сцепление, полуколичественные дают оценку например, по 3- или 4-бапльной шкале. С помощью количественных методов сцепление определяется в каких-либо единицах, например системы СИ.

Рассмотрим сначала относительно простые качественные и полуколичественные методы. Простейшими из иих являются методы полирования и крацевания. Испытание осадков толщиной не более 20 — 30 мкм производится путем кратковременного (15 секунд), но интенсивного полирования поверхности на полировальном круге с применением полировальной пасты либо крацевания поверхности проволочными щетками. Показателем высокой адгезии является отсутствие вздугий на покрытии или локальных отслаиваний. Иногда для этой цели достаточно сильно потереть поверхность покрытия цилиндрическим металлическим стержнем. Для более тонких покрытий (до 1О мкм) используют метод нанесения сетки взаимно перпендикулярных рисок (царапин), причем риски наносят острым инструментом так, чтобы покрытие было прорезано насквозь.

После этого проверяют отсутствие отслаивания полученных прямоугольников. Нередко адгезию проверяют и обычным напильником, опиливая край изделия под углом около 45' и наблюдая, нет ли отслаивания. Сходными являются метод многократного изгиба (вплоть до получения излома, на котором проверяют наличие отслаивания), а также удара молотком. Наиболее подходящий из этих методов выбирают исходя из особенностей конфигурации покрываемых изделий и условий их эксплуатации. Нужно иметь в виду, что в очень многих случаях изделия используются в значительно более мягких условиях, чем условия испытаний, поэтому, например, отслаивание на изломе обычно не является отрицательным показателем, Покрытия на проволоке проверяют путем контроля отслаивания после навивания проволоки на стержень (до 1О витков, причем диаметр стержня должен примерно втрое превышать диаметр проволоки) либо при ее кручении. В случае покрытий на пружинах распространен контроль адгезии по наблюдениям отслаивания при растяжении пружины (двукратном или более).

Характеристики

Список файлов книги