3.4 Коррозионная устойчивость гальванических покрытий

Все гальванические покрытия для выяснения их коррозионной устойчивости должны быть подвергнуты коррозионным испытаниям. Эти испытания заключаются в определении влияния коррозионных факторов на образцы покрытия. Для этого образцы помещают в естественную или специально созданную коррозионную среду.

При естественном испытании образцы с нанесенными на них гальваническими покрытиями подвергаются испытаниям в той климатической среде, в которой предполагается их эксплуатация для определения сроков службы. Испытания в естественных условиях позволяют получить наиболее достоверные результаты, но их проведение требует много времени.

При исследовании в естественных условиях коррозионной стойкости образцы подвергаются воздействию атмосферных факторов на открытой местности и периодически контролируются. Такие исследования проводятся на специальных коррозионных станциях в сельском, промышленном, морском и тропическом климате. Обычно образцы размещают на специальных стендах коррозионной станции.

Искусственным (ускоренным) испытаниям подвергают образцы в специально созданных средах, имитирующих условия их эксплуатации. Ускорение коррозии достигается повышением интенсивности воздействующих факторов.

Ускоренные испытания бывают нескольких видов:

климатические, при которых на образцы воздействуют те факторы, что и в естественных атмосферных условиях (температура, влажность), но с увеличенной интенсивностью;
испытания в тумане раствора, которые проводятся в специальных камерах с распылением солевого раствора;
испытания погружением, основанные на погружении образцов в растворы электролитов.
Испытания проводятся согласно ГОСТ 9.308-85 «Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Методы ускоренных испытаний на атмосферную коррозию».

Различают следующие виды коррозионных поражений: точечное – коррозионный очаг размером до 1,5 мм; коррозия пятнами – коррозионный очаг размером более 1,5 мм и вздутия покрытия. Применяется 10-бальная система оценки коррозионной стойкости, которая основана на процентной оценке дефектной площади.

Коррозионная устойчивость оценивается следующими показателями: изменение внешнего вида, массы, глубина очагов коррозии, время до появления первых очагов и др.

3.5 Методы измерения внутренних напряжений

Наиболее простым и широко распространенным является так называемый метод гибкого катода. Исследуемый осадок наносят на одну сторону гибкой узкой пластины (вторую изолируют стойким лаком) и регистрируют ее кривизну в процессе осаждения. Проще всего регистрировать смещение свободного конца консольно зажатой пластины (рисунок 3.3)

Рисунок 3.3 Схема измерения внутренних напряжений по методу гибкого катода: А – анод, К – катод; 1 – положение катода до нанесения покрытия, 2 – после нанесения покрытия с напряжениями растяжения [1]

В случае напряжений сжатия этот конец смещается от анода, в случае напряжений растяжения – к аноду при этом первоначальные напряжения несколько снижаются по сравнению со случаем абсолютно жесткого (достаточно толстого) катода.

Решение чисто механической задачи о связи напряжений с регистрируемым смещением показывает, что пи равенстве коэффициентов Пуассона материалов осадка и основы (что с достаточной точностью почти всегда верно) смещение f связано с величиной напряжений σ и другими параметрами следующим образом:

σ=df / dh ∙ E_основы d²(1+4γθ+6γθ²+4γθ³+γθ⁴) / {3l²(1-μ)(1+2θ+γθ²)}, (3.3)

где γ = E_осадка/Е_основы (отношение модулей упругости); θ = h/d (отношение толщины осадка к толщине основы); l – длина образца; μ – коэффициент Пуассона.

Для тонких осадков это формула переходит в:

σ=df / dh ∙ E_основы d²(1+4γθ-2γθ) / {3l²(1-μ))} (3.4)

Нередко ею пользуются и в еще более упрощенном виде, что на самом деле недопустимо.

Разновидностью метода гибкого катода является метод «спирального контрактометра», в котором вместо полоски использована спиральная лента. Этот метод имеет более высокую чувствительность благодаря большей длине катода.

Недостаток метода гибкого катода заключается в трудности его автоматизации. Этого недостатка лишен метод растяжения – сжатия ленточного или трубчатого катода, в котором можно использовать любой (например, индуктивный или емкостной) чувствительный датчик перемещений (рисунок 3.4).

В этом случае относительное изменение длины образца ε связано с напряжениями соотношением:

σ = dε / dh ∙ {0,5E_оснd / (1-μ_осн)+E_осh / (1- μ_осн)} (3.5)

Здесь учтено, что осадок наносится на две стороны основы.

Вместо пластины иногда используют проволоку. Однако в этом случае проволока не должна быть слишком тонкой, а осаждение следует вести или потенциостатически, или при постоянном контролируемом увеличении тока, так как по мере утолщения заметно изменяется рабочая площадь катода.

В итоге таких измерений строят зависимость напряжений от толщины осадка. При этом необходимо понимать, что вычисленные напряжения являются, во-первых, локальными, т.е. соответствуют данному слою осадка, а во-вторых, соответствуют моменту осаждения данного слоя[1].

Рисунок 3.4 Приспособление для измерения внутренних напряжений методом растяжения – сжатия ленточного катода: 1 –катод, 2 – зажимы, 3 – кварцевые стержни, 4 – гибкий элемент, 5 – датчики[1]

Ведь при нанесении последующих слоев напряжения в ранее нанесенных слоях изменяются в связи с требованием равновесия всего образца, подобно тому как в ненапряженной подложке развиваются напряжения сжатия при нанесении на нее осадка с напряжениями растяжения. И в этом смысле нижележащие слои для более поздних играют роль субстрата. Поэтому всегда важно различать, какие напряжения имеются в виду в каждом конкретном случае: начальные локальные, начальные средние (по всей толщине), остаточные локальные (т.е. послеэлектролизные) или остаточные средние.

Наконец, нередко происходит некоторая релаксация напряжений после окончания электролиза.

Существует, кроме того, удобный рентгеновский метод определения внутренних макронапряжений, но он уступает в точности механическому и требует весьма совершенной аппаратуры. При этом необходимо различать макронапряжения и микронапряжения. Макронапряжения находят по величине смещений максимумов линий рентгеновской дифракции при съемке образца под разными углами (метод sin²ψ). Такие смещения связаны с влиянием макронапряжений на период кристаллической решетки. Что касается микронапряжений (микроискажений), то они непосредственно связаны с дислокационной структурой осадков и размером субзерен, не имеют знака (так как в осадке есть и сжатые, и растянутые микрообласти) и обычно имеют порядок 0,001. Находят их величину из данных рентгеновской дифрактометрии путем анализа уширения (размытия) линий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе рассмотрены различные виды технологий нанесения гальванических покрытий. В качестве примеров выделены процессы хромирования и никелирования. Приведены примеры оборудования, составы электролитов и режимы осаждения, используемые на производстве. Большое внимание уделено методам контроля качества продукции.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Гамбург Ю.Д. Гальванические покрытия. Справочник по применению / Ю.Д. Гамбург. М.: Техносфера, 2006. 216 с.
Игнатьев В.И. Гальванические покрытия в машиностроении / В.И. Игнатьев, Н.С. Ионычева, А.В. Мареичев. М.: Машиностроение, 1985. 240 с.
Коротин А.И. Технология нанесения гальванических покрытий / А.И. Коротин. М.: Высшая школа, 1984. 200 с.
Любимов В.В. Защитные покрытия изделий / В.В. Любимов. М.: Машиностроение, 1969. 216 с.