6. Композиционные электрохимические покрытия

Композицион­ные электрохимические покрытия (КЭП) являются двухфазны­ми осадками, состоящими из металлической матрицы и частиц порошка, которые цементируются матрицей. Размер дисперс­ных частиц, вводимых в электролиты, находится в пределах от 0,01 до 100 мкм. Чаще всего выбираются порошки со средним диаметром частиц 1—3 мкм для получения изотропности физи­ко-механических свойств композиционного покрытия.

Процесс нанесения КЭП выполняется при непрерывном пе­ремешивании электролита-суспензии, и частицы второй фазы, постоянно находясь во взвешенном состоянии, механически по­падают на поверхность катода и заращиваются слоем металла.

Композиционные электрохимические покрытия, образо­ванные за счет включения оксидов, карбидов, нитридов, боридов, обладают повышенной твердостью, коррозионной стой­костью и износостойкостью по сравнению с металлическими покрытиями, причем высокая твердость сохраняется во време­ни и после высокотемпературной обработки. В качестве второй фазы могут служить также и металлические порошки никеля, кобальта, железа, вольфрама, молибдена, ниобия и ванадия.

Композиционные электрохимические покрытия на основе никеля используются в качестве термостойких и износостой­ких (вторая фаза - SiC, А1₂0₃, Та₂0₃, Сr₂0₃, TiC, WC, TiB₂, MoS₂ и др.), многослойных с повышенной коррозионной стой­костью, самосмазывающихся покрытий (вторая фаза — MoS₂, графит). Никель-алмазные покрытия, обладающие абразивны­ми свойствами, применяются для шлифовальных кругов и дру­гих инструментов. Особенно высокой твердостью и износо­стойкостью обладают КЭП составов Ni - Р - Si и Ni - Р - Zr0₂.

В автомобильной промышленности с помощью композици­онного покрытия химический никель-фторопласт решаются проблемы сухой смазки, например в замках дверей, в элементах конструкции коробки передач и сцепления.

Композиционные электрохимические покрытия на основе хрома с частицами графита или смеси графита и карбида крем­ния используются для работы в условиях трения без смазки. Хромовые покрытия с ультрадисперсными алмазами отлича­ются высокой износостойкостью.

С помощью пульсирующего тока определенных параметров можно увеличить скорость осаждения КЭП на 20-25 % и улуч­шить распределение частиц второй фазы.

7. Благородные металлы и их сплавы

В последние годы приме­нение благородных металлов в качестве декоративных покры­тий снижается, но одновременно расширяется использование их для технических целей в радиоэлектронной, приборострои­тельной, авиационной промышленности.

Под влиянием содержащихся в атмосфере сернистых соеди­нений на поверхности серебряных покрытий образуются тем­ные сульфидные пленки, которые затрудняют пайку изделий, приводят к повышению переходного электрического сопротив­ления. Реакция образования таких пленок интенсифицируется под действием света.

Сравнительно длительная, но все же временная, защита се­ребра от потемнения достигается обработкой его в неоргани­ческих или органических растворах. В первом случае использу­ют главным образом хроматы. При подборе органических со­единений необходимо учитывать, что формирующиеся защит­ные пленки должны быть тонкими, беспористыми, не должны препятствовать пайке и не ухудшать электрические свойства.

Для покрытия электрических контактов радиоэлектронной аппаратуры используют сплавы серебра с небольшим количе­ством сурьмы, никеля, кобальта, в меньшей мере - палладия. Во всех случаях наряду с небольшим увеличением удельного и переходного электрического сопротивления значительно воз­растает износостойкость, что позволяет уменьшить толщину покрытий. В качестве антифрикционных покрытий применя­ют сплавы серебра со свинцом и индием. Добавки никеля и ко­бальта приемлемы для отделки изделий ювелирной промыш­ленности.

Серебряные покрытия, содержащие 4 % РЬ, имеют твердость 1900 МПа и хорошие антифрикционные свойства, благодаря че­му их используют при производстве подшипников. Сплавы се­ребра с 10-15 % Sn наряду с высокой твердостью характеризуют­ся высокой коррозионной стойкостью. Добавки кадмия или цинка придают покрытиям стойкость к потускнению.

Различные количества меди изменяют цвет покрытий се­ребро - медь от белого до красновато-серого. Осадки сплава серебро - медь плотные, мелкозернистые, пластичные. Медь повышает твердость серебряных покрытий и уменьшает меха­нический износ. На тепло- и электропроводность серебра она не оказывает заметного влияния. Недостатком сплава являет­ся недостаточная стойкость к коррозии и потускнению.

Сравнительно широкое применение золотых покрытий для технических целей связано как с их химической стойкостью, так и с тем, что благодаря низкому, стабильному в различных условиях, переходному электрическому сопротивлению они обеспечивают надежную работу коммутационных элементов. Однако необходимо учитывать, что скорость растворения золо­та в оловянно-свинцовом припое выше, чем серебра, меди или палладия. Оно образует с оловом интерметаллическое соедине­ние, склонное со временем к растрескиванию, и поэтому такие паяные швы не при всех условиях достаточно надежны.

Электролитические сплавы на основе золота, так же как и серебра, находят применение для декоративной отделки изде­лий и в производстве радиоэлектронной аппаратуры. Легиру­ющими компонентами чаще всего являются никель, кобальт, медь, серебро. Значительное увеличение содержания в сплаве меди приводит к понижению его стойкости против коррозии, что связано с наличием в осадке частиц элементарной меди. Сплавы, содержащие до 10 % Ag, применяют для слаботочных контактов, поскольку их электрические характеристики лишь немного отличаются от значений для чистого золота.

Из платиновых металлов наибольшее применение в гальва­нотехнике получил палладий благодаря значительно меньшей стоимости, чем остальные металлы данной группы, и относи­тельно простой технологии осаждения. Палладиевые покрытия не тускнеют на воздухе до 400 °С, они в 3-4 раза тверже сереб­ряных и золотых осадков, более износостойкие и имеют хоро­шие электротехнические характеристики. Палладиевые покры­тия хорошо паяются и свариваются. Палладирование широко используется для покрытия электрических контактов, контакт­ных выводов печатных плат, коммутирующих устройств, пере­ключателей. Палладиевые покрытия наносят в качестве под­слоя при осаждении золота на серебро или медь для предотвра­щения диффузии этих металлов в наружный слой при высоких температурах.

Однако высокие остаточные напряжения, повышенная наводороживаемость и способность адсорбировать различные га­зы значительно ухудшают защитные и электрические свойства палладиевых покрытий. В процессе хранения палладий покры­вается пассивной пленкой, которая затрудняет пайку мягкими припоями. В герметизированных или плохо аэрируемых систе­мах при наличии органических продуктов на покрытиях из-за высокой каталитической активности палладия образуются про­дукты полимеризации, которые вызывают повышение допусти­мых пределов переходного сопротивления.

Легирование палладия другими металлами значительно улуч­шает различные свойства покрытий. Сплавы палладия применя­ются для покрытий деталей, работающих в специальных условиях, например пружин, в которых слабо выражено трение скольже­ния, однако наблюдается действие удара при замыкании контак­тов. Износостойкость сплавов Pd — Ni и Со соответственно в 12 и 20 раз выше, чем у палладия. Сплавы Pd — Sn и Pd — Bi, имея при­мерно одинаковую с чистым палладием износостойкость, обла­дают низкими внутренними напряжениями (в 3—4 раза ниже для Pd — Sn и в 50 раз — для Pd — Bi) и повышенной способностью к пайке мягкими припоями.