Гальванотехника

получение на пов-сти изделия или основы (формы) слоев металлов из р-ров их солей под действием постоянного электрич. Тока. Различают. 1) гальваностегию-нанесение на пов-сть изделия тонких, обычно до неск. Десятков мкм, металлич. Покрытий и 2) гальванопластику - осаждение толстых, часто достигающих неск. Мм, легко отделяющихся от основы (формы) слоев металла, точно воспроизводящих рельеф основы. При прохождении тока через р-р соли положит. Ионы металла, образующиеся на аноде, присоединяя электроны, образуют на катоде нейтральные атомы, металл кристаллизуется и покрывает катод сплошным слоем (см. Электрокристаллизация). Разряду ионов предшествует их миграция и диффузия в р-ре. Катодом служит покрываемое изделие или основа, анодом -обычно тот же металл, к-рый выделяется на катоде.

Если применяют нерастворимые аноды, в электролит периодически добавляют соединения осаждаемого металла. При этом вместо анодного растворения происходят др. Анодные р-ции, напр. Выделение О 2. Эффективное ср-во регулирования св-в покрытия - введение в электролит орг. Добавок, к-рые, адсорбируясь на пов-сти осаждаемого металла, меняют условия его кристаллизации. Мн. Металлы выделяются на катоде совместно с Н 2, к-рый понижает выход металла по току и изменяет св-ва покрытий. Скорость выделения Н 2 обычно регулируют добавлением в электролит буферирующих неорг. Соединений. Для повышения электропроводности р-ров в них дополнительно вводят неорг. Соли. Гальваностегия. Используется для повышения коррозионной стойкости и износостойкости изделия, улучшения отражат.

Способности его пов-сти, повышения электрич. Проводимости и магн. Характеристик, облегчения пайки, а также для декоративной отделки. Наиб. Распространенные процессы - цинкование, никелирование, меднение, хромирование, кадмирование и оловянирование (см. Табл.). Цинкование применяют в осн. Для защиты изделий из черных металлов (стали и чугуна) от атмосферной и высокотемпературной газовой коррозии. Стандартный электродный потенциал Zn более отрицателен, чем Fe, и в контакте с последним (при наличии влаги) Zn анодно растворяется, тем самым защищая Fe. Толщина покрытия - от 0,005 до 0,5 мм. Используют кислые электролиты (сульфатные, хлоридные, фтороборатные) и щелочные (цианидные, цинкатные, пирофосфатные, аммиакатные).

В кислых электролитах с рН 3-5 покрывают изделия несложной формы, в т. Ч. Проволоку и ленту. Слабокислые (рН 5-6) электролиты на основе хлоридов или сульфатов Zn, содержащие орг. Добавки, обеспечивают более высокую скорость осаждения покрытий с повыш. Светорассеиваю-щей способностью. Цианидные электролиты дают возможность получать блестящие мелкокристаллич. Покрытия на изделиях сложной формы, осн. Недостаток этих р-ров - высокая токсичность. Лишены этого недостатка цинкатные электролиты, осн. Компоненты к-рых - Na2Zn(OH)4 или K2Zn(OH)4 и свободный NaOH или КОН. Добавление к ним нек-рых орг. Соед. Обеспечивает осаждение блестящих покрытий при большой скорости процесса. НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫЕ СОСТАВЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ И РЕЖИМЫ ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ Никелирование применяют для защиты от коррозии изделий из стали и цветных металлов (меди и ее сплавов), декоративной отделки их пов-сти и придания нек-рых других св-в.

Никелевые покрытия по отношению к железу являются катодными и могут служить защитными только при условии отсутствия в них пор. Поэтому сталь покрывают сначала слоем Си (25-35 мкм), а затем Ni (10-15 мкм). Наиб. Широко применяют сульфатно-хлоридные электролиты, в меньшей степени - сульфаматные, фтороборатные, цитратные и др. Из электролитов с добавками производных бутиндиола осаждаются мелкозернистые, эластичные, ровные и блестящие покрытия. Осн. Недостаток покрытий. Малая коррозионная стойкость, обусловленная включениями серы. Избежать этого можно нанесением двух- или трехслойных покрытий. При одинаковой общей толщине трехслойное покрытие примерно в 1,5-2 раза более коррозионностойко, чем двухслойное, и в 3-4 раза - чем однослойное.

При трехслойном никелировании первый слой осаждают из электролита с выравнивающей добавкой, не содержащей серы. Второй слой (1-2 мкм) содержит 0,1-0,2% S, третий, блестящий, - ок. 0,05% S. При контакте с агрессивной средой в порах покрытия растворяется наименее коррозионностойкий второй слой. Повыш. Стойкостью отличаются также композиционные блестящие никелевые покрытия, содержащие мелкодисперсные диэлектрич. Частицы - каолин, карбиды, SiO2 и др. Осажденный на такое покрытие слой Сг приобретает микропористую структуру, к-рая снижает интенсивность коррозии Ni. Для декоративных целей разработано серебристо-матовое (велюровое) никелирование. Меднение применяют перед осаждением никелевых и нек-рых др. Покрытий на сталь, цинк, цинковые и алюминиевые сплавы, а также для защиты стальных изделий от цементации.

Используют кислые (сульфатные, фтороборатные, нитратные) и щелочные (цианидные, пирофосфатные, этилендиаминовые) электролиты. Наиб. Распространенный сульфатный электролит устойчив и позволяет осаждать Си со 100%-ным выходом по току. Недостаток кислых электролитов - получение из них покрытий с низкой рассеивающей способностью. Перед нанесением блестящих никелевых покрытий осаждают слой блестящей меди из сульфатного электролита с добавкой орг. В-в, к-рые обеспечивают выравнивание и зеркальный блеск медного покрытия. Повышение рассеивающей способности достигается уменьшением в сульфатных электролитах концентрации CuSO4 и увеличением концентрации H2SO4. Такие электролиты, содержащие также орг. Добавки, применяют, напр., для меднения печатных плат.

Щелочные электролиты, в отличие от кислых, дают возможность осаждать Си на сталь, цинковые и др. Сплавы с менее электроположительным, чем у Си, стандартным потенциалом, т. К. Образующиеся в р-рах комплексные соли Си сдвигают ее потенциал к более отрицат. Значениям. Покрытия, осаждаемые из цианидных р-ров, отличаются мелкозернистой структурой. Они более равномерным слоем, чем покрытия из щелочных электролитов, покрывают пов-сть изделия. Однако цианидные электролиты токсичны и неустойчивы по составу. Хромирование обеспечивает нанесение покрытий, отличающихся большой твердостью, износоустойчивостью, жаростойкостью, высокой отражат. Способностью, быстрой пассивацией, обусловливающей значит. Коррозионную стойкость. Защитно-декоративные покрытия с зеркальным блеском осаждают слоем толщиной 0,25-0,5 мкм на детали, предварительно покрытые Си (20-40 мкм) и Ni (10-15 мкм).

Блестящие покрытия повышают срок службы медицинских и др. Режущих инструментов. С их помощью восстанавливают размеры деталей, повышают их поверхностную твердость и износостойкость. Покрытия большой толщины (до сотен мкм), т. Наз. Твердый хром, осаждают непосредственно на изделия без промежут. Подслоя. Они применяются для восстановления изношенных частей моторов и др. Механизмов, уменьшения износа пов-стей деталей машин. Повышению защитных св-в блестящих покрытий способствует применение двойного пористого хромирования (дуплекс). Сначала осаждается слой блестящего, без трещин, Сr, к-рый заполняет все микроуглубления пов-сти. Затем наносится более тонкий слой блестящего Сг с густой сеткой микротрещин. Общая толщина -1,25-2,5 мкм.

Микропористые покрытия состоят из одного слоя Сr толщиной 0,3 мкм, к-рый осаждают на композиц. Никелевые покрытия. Микротрещины и микропоры понижают плотность локальных токов коррозии и повышают коррозионную стойкость комбиниров. Покрытий. Осн. Компоненты электролита-СrO3 и H2SO4. Из таких электролитов Сr осаждается с выходом по току 12-20%, остальная часть тока расходуется на восстановление Сг 6+ до Сг 3+ и выделение Н 2. Для поддержания необходимой концентрации анионов SO42- и SiF62- в электролит добавляют малорастворимые соли-SrSО 4 и K2SiF6. Такие электролиты более стабильны по составу, обеспечивают по-выш. Выход по току и лучшую рассеивающую способность. Высоким выходом по току (до 40%) отличаются электролиты с добавкой NaOH, наз.

Тетрахроматными. Они содержат также Ti, Zr и нек-рые др. Металлы. Для защитно-декоративных целей применяют также покрытия "черным хромом", обладающие более высокой коррозионной и износостойкостью, чем обычные блестящие. Черный хром уменьшает отражение света пов-стью на 90%. Для черного хромирования используют р-ры хромовой к-ты с добавками уксусной к-ты, оксалата железа, ванадата аммония и др. Кадмирование применяют для защиты изделий от коррозии в атмосфере или в средах, содержащих хлориды (напр., в морской воде). Используют кислые и щелочные электролиты. Применение спец. Добавок позволяет получать мелкокристаллич. Блестящие покрытия. Оловянирование применяют для защиты изделий от коррозии в орг. К-тах, содержащихся в пищ.

Продуктах. Значит. Кол-во Sn расходуется на лужение консервной жести. Покрытия улучшают электрич. Проводимость и облегчают пайку контактов. Оловянирование производят в кислых (сульфатных, фтороборатных), а также щелочных (станнатных, пирофосфатных и др.) электролитах. Наиб. Распространены сульфатные электролиты с добавками ПАВ. Из них осаждают мелкокристаллич. Блестящие оловянные покрытия. Золочение обеспечивает высокие хим. Стойкость и электрич. Проводимость, а также декоративные св-ва покрытий. Золотом покрывают электрич. Контакты, лаб. Приборы, ювелирные изделия, музыкальные инструменты, спец. Прожекторы и др. Изделия. Осн. Компонент электролитов золочения-дицианоаурат калия. Для техн. Целей применяют слабокислые, нейтральные и щелочные электролиты, из к-рых осаждаются покрытия высокой чистоты (99,99% Аu).

Для декоративной отделки изделий осаждают блестящие покрытия из электролитов, содержащих неорг. И орг. Добавки. Серебрение широко применяют в радиопромышленности, радиоэлектронике, произ-ве средств связи и ЭВМ для обеспечения высокой электрич. Проводимости контактов. Высокая отражат. Способность серебра используется при покрытии фар, прожекторов, а его хим. Стойкость в щелочных р-рах и орг. К-тах - при защите хим. Аппаратуры и приборов. Недостаток покрытий. Чувствительность к соед. Серы, под влиянием к-рых возникает пленка сульфида серебра, снижающая декоративные св-ва покрытия. Разновидность наиб. Распространенных цианидных электролитов серебрения - гексацианоферратный (железистосинеродистый), к-рый менее токсичен, т. К. В нем отсутствует свободный KCN.

Покрытия металлами платиновой группы (Pt, Pd, Rh) применяют в радиотехн. И электронной пром-сти при изготовлении электрич. Контактов, для защиты пов-сти серебра от потускнения и деталей точной аппаратуры от коррозии. Платиновые покрытия, в частности, применяют в хим. Пром-сти для получения титанплатиновых анодов. Практич. Применение находят также покрытия Fe, Co, Pb, As, Sb, Bi, Ga, In, Ge, Mn и др. Металлами, осаждаемыми из водных р-ров. Для алюминирования используют орг. Р-рители. Покрытия металлич. Сплавами, содержащими два, реже три компонента, применяют для экономии одного из металлов или улучшения св-в покрытия. Получены покрытия из сплавов большинства металлов, к-рые м. Б. Выделены из водных р-ров, а также сплавов, содержащих W, Mo, P, S и нек-рые др.

Элементы, в чистом виде из водных р-ров не выделяющиеся. Гальванопластика. Используется для изготовления и размножения металлич. Копий. Осн. Ее преимущество перед др. Методами - высокая точность воспроизведения микро-и макрогеом. Рельефа. Этим методом изготовляют матрицы для грампластинок, печатные стереотипы, клише, валки для тиснения кож, тонкие металлич. Сетки, фольгу, копии с произведений искусства и др. Разновидность гальванопластики, электролитическое формование,-изготовление объемных деталей. Этим способом производят волноводные узлы для радиотехн. Пром-сти, трубы разл. Диаметра, рефлекторы, коробки для аккумуляторов, сопла, детали авиац. Техники, прессформы и др. Технология включает изготовление формы, подготовку ее пов-сти, электроосаждение металла, отделение готового изделия от формы.

Разработаны также комбиниров. Гальванопластич. Процессы, основанные на электроосаждении относительно тонкого слоя металла с послед. Обволакиванием его пластмассой. Форму изготавливают из металла (сталь, Zn, Cu, A1 и др.) или из воска, гипса, пластмассы. Перед электроосаждением пов-сть формы очищают от загрязнений, наносят на нее проводящий слой (если форма из неметаллич. Материала), затем разделит. Слой для предотвращения прочного сцепления осаждаемого металла с поветью формы. При выборе электролитов для осаждения осн. Слоя металла учитывают требуемые физ.-мех. Св-ва слоя, равномерность распределения тока и металла по пов-сти катода, отсутствие склонности к дендритообразованию, скорость осаждения металла. Разработаны электролиты для осаждения Си, Ni, Co, Fe, Ag, Au, Zn, Sn, A1 и др.

Наиб. Широко применяют Си и Ni. Разработана технология осаждения жаростойких металлов и сплавов, комбиниров. Слоев металлов с порошками тугоплавких соединений. Медь осаждают из сульфатных, фтороборатных, пирофосфатных, кремнефторидных, цианидных и нитратных р-ров, никель Ч из сульфатных, хлоридных, фтороборатных и сульфаматных. Лит. Блестящие электролитические покрытия, под ред. Ю. Мату лиса, Вильнюс, 1969. Инженерная гальванотехника в приборостроении, под ред. A.M. Гинберга, М., 1977. Кудрявцев Н. Т., Электролитические покрытия металлами, М., 1979. Вячеславов П. М., Волянюк Г. А., Электролитическое формование, Л., 1979. Казначей Б. Я., "Ж. Всес. Хим. О-ва им. Д. И. Менделеева", 1980, т. 25, № 2, с. 192-202. Матулис Ю. Ю., там же, с. 122-28. Гальванические покрытия в машиностроении, под ред.

М. А. Шлугера, т. 1, М., 1985. P.M. Вишолшрскис. .