5. Электронатирание

К числу других способов нанесения электрохимических покрытий относится электронатирание. Этот способ также заключается в осаждении металла при пропускании тока между катодом (деталью) и анодом, к которому присоединяют мягкую «подушечку» или иглу, смоченные в соответствующем растворе, содержащем металл покрытия. При приложении напряжения (~6 В) «подушечку» перемещают по поверхности обрабатываемой детали (при периодическом обновлении раствора) до образования покрытия требуемой толщины. Таким образом, в частности, наносят покрытия на сталь и медные сплавы. В качестве металлов покрытий наиболее широко применяют никель, хром, олово, медь, цинк, кадмий, золото и серебро. Обычно используют растворы высокой концентрации, за исключением растворов для нанесения драгоценных металлов (в связи с их большой стоимостью) и случаев осаждения цинка и кадмия из цианидных растворов (поскольку при этом применяют растворимые аноды). Покрытия, нанесенные способом электронатирания, имеют матовую или слегка блестящую поверхность. Электронатирание используется, в основном, для нанесения покрытий на дорогостоящие агрегаты, разборка которых неосуществима или обходится слишком дорого, а также для восстановления изношенных участков покрытий.

2. Способы нанесения покрытий

1. Требования и материалы

Выбор материала, из которого наносится покрытие, основывается прежде всего на требованиях, которые предъявляются к покрытию.

Обеспечение возможности пайки и сварки: Sn, Sn – Pb, Sn – Bi, Sn – Sb, Sn – Ni, Ni, Cu, Au, Pd. Для обеспечения паяемости поверхности и одновременной защиты изделий от коррозии применяется олово, главным образом в виде его сплавов с 1 – 2% висмута, сурьмы или свинца. Используются также сплавы олово – никель, особенно в покрытиях по меди.

Наряду с введением легирующих добавок, необходимых как для улучшения паяемости, так и для снижения склонности покрытия к росту на нем нитевидных кристаллов, применяют никелевый подслой, препятствующий диффузии нежелательных компонентов, например цинка из латунной основы. Ингода покрытия оловом и его сплавами наносят по медному подслою, например при осаждении на некоторые сорта сталей. Нередко применяется оплавление олова после его осаждения. Для пайки как низкотемпературными, так и высокотемпературными припоями можно применять также никелевые покрытия; никель обеспечивает возможность не только пайки, но и сварки. С этой целью никель (или медь по никелевому подслою) наносят на изделия из молибдена и вольфрама.

Декоративные свойства: Au, Ag, Rh, Pt, Ni, Cr, Ni – Sn. Высокими декоративными качествами обладают, наряду с такими металлами, как золото, платина, серебро, родий и их сплавы, также никель, хром и сплав олово – никель. Последние используют для частичной замены золота в печатных платах; для этого осаждают сплавы с высоким содержанием никеля. Хром наносят по никелевому подслою, который, в свою очередь, наносят на поверхность осажденной меди. Такое трехслойное покрытие является самым распространенным из защитно-декоративных и наносится обычно на различные сорта сталей, может применяться и в случае цинковых сплавов.

Антифрикционные свойства: Sn – Ni, Sn – Pb, Pb, Pb – Cu, Pb – Sb, Pd – Cd, Pb – Zn, In, Au. Распространенным антифрикционным покрытием является сплав олово-никель. Такие осадки способны удерживать на поверхности смазку. Применяют, кроме того, сплав олово-свинец. Индивидуальные свинцовые покрытия также обладают высокой собственной смазывающей способностью и пригодны для работы в узлах трения. Свинец при этом является коррозионностойким материалом, он может работать в условиях вакуума и некоторых агрессивных средах, хотя нестоек в минеральных маслах и органических кислотах. Легирование свинца оловом, медью или сурьмой (до 2%) увеличивает стойкость в маслах и износостойкость, не ухудшая антифрикционных характеристик. Легирование индием позволяет работать в особо жестких условиях трения (индий и сам по себе пригоден для работы в качестве антифрикционного материала, по довольно дорог). Сплавы свинца с кадмием или цинком наряду с высокими антифрикционными свойствами обладают высокой коррозионной стойкостью в маслах. В качестве смазочных покрытий в вакууме целесообразно использовать золотою . Наконец, используются композиционные покрытия, содержащие в качестве смазки неметаллические включения дисульфида молибдена.

Защита от коррозии: Zn, Sn, Cd, Ni, Zn – Ni, Pd, Au. Важнейшим коррозионно-защитным материалом в гальванотехнике является цинк. В большинстве случаев он является анодом по отношению к материалу основы, т.е. защищает его электрохимически. Вплоть до температуры 70 ˚С цинк анодно защищает различные стали, причем образуемый при эксплуатации белый налет из продуктов коррозии тормозит ее дальнейшее развитие. Анодный тип защиты означает, что пока на поверхности имеется даже сильно нарушенный слой покрытия, основа коррозии не подвергается (в отличие от защитных покрытий катодного типа, защищающих только механически). Цинковое покрытие допускает дальнейшее его хроматирование или нанесение лакокрасочных покрытий. В морских условиях, однако, предпочтителен кадмий, хотя последний довольно токсичен и по этой причине применяется значительно реже. Как цинк, так и кадмий не рекомендуют использовать в условиях вакуума, а также для покрытия высокопрочных сталей.

Олово широко используется как стойкое покрытие; оно само по себе является коррозионностойким металлом во многих средах, в том числе в присутствии органических соединений, в частности в пищевых продуктах.

Никель, хотя и не защищает сталь электрохимически, в силу собственной коррозионной стойкости является также хорошим катодно-защищающим металлом. Катодно защищающим материалами является также серебро, золото, палладий и другие благородные металлы. Их, а также их сплавы (например, серебро – палладий) используют для защиты меди и ее сплавов.

Твердость и износостойкость: Ni, Cr, Ni – W, Ni – B, Ni – P, Rh, сплавы Sn. Для повышения твердости и износостойкости поверхности применяют никель, хром (обычно по подслою никеля), палладий, родий, сплавы никель – вольфрам, никель – олово, медь – олово, иногда рений. Используются также электрохимические и химические покрытия никель – фосфор и никель – бор.

Для работы в условиях сильного трения (в узлах трения) наилучшим материалом является хром (в том числе – при меньших нагрузках – и так называемый молочный хром), а также сплавы олова. С той же целью используют химически осажденные сплавы никеля с фосфором или бором.

Электрические контакты и электропроводность поверхности: Ag (и сплавы), Au (и сплавы), Pd, Ni, Sn, Sn – Pd. В качестве электроконтактных материалов могут применяться серебро и его сплавы, палладий, никель (работает в среде углеводородов), сплав медь олово (пригоден для серосодержащей среды), золото и его сплавы с никелем и кобальтом (для слаботоковых контактов). Золото чаще всего осаждают на серебряный или никелевый подслой, что позволяет экономить благородный металл. Серебро также осаждают поверх никелевого подслоя. В последнее время чаще применяют не чистое серебро, а его сплав с сурьмой, который более стабилен и износостоек. С этой целью применяют сплав серебра с палладием или чистый палладий, но в случае любых сплавов переходное сопротивление оказывается значительно высоким. Неплохие результаты позволяют получить и сравнительно дешевые оловянные покрытия (по никелевому подслою).

Для придания повышенной электрической проводимости поверхности, а также для увеличения стабильности электрических параметров во времени применяют никель, сплав олова со свинцом, золото и его сплавы с 1 – 1,5 % никеля или кобальта, серебро (особенно в случае СВЧ-устройств), палладий, родий. При этом часто используют подслой меди и никеля.

В качестве барьерных (антидиффузионных) слоев обычно применяют никель (толщиной не менее 6 мкм), реже хром (но на него трудно осаждать другие металлы), сплавы олово-никель, кобальт – фосфор.

Для получения покрытий с различными магнитными характеристиками применяют разнообразные сплавы на основе железа, кобальта и никеля, например кобальт – фосфор. Нужный состав таких сплавов зависит от поставленных требований (коэрцитивная сила, остаточная намагниченность, прямоугольность петли гистерезиса). Различают магнитно-мягкие покрытия (обычно на основе никель – железо) и магнито-твердые (на основе сплавов кобальта).

Для обеспечения свинчиваемости резьбовых деталей (гайки, болты и др.) используют цинковые покрытия. Пригодны также сплавы никель – цинк с невысоким содержанием никеля, а также олово. Такие покрытия одновременно являются и защитными. Реже используются кадмиевые и серебряные покрытия (кадмиевые из-за токсичности соединений Cd, серебряные – из-за высокой стоимости).

В качестве специальных покрытий можно отметить применение меди для защиты стали от науглероживания при цементации, применение олова для защиты медных проводов от химического действия серы (из резиновой изоляции) и для защиты стали от азотирования. Медь иногда осаждают на сталь перед механической вытяжкой (для увеличения пластичности), а также для улучшения притирочных свойств поверхности.

Особыми оптическими свойствами обладают покрытия из серебра, хрома, родия, никеля, получаемые из специально разработанных растворов. Такие покрытия бывают двух типов: отражающие – зеркальные и, наоборот, поглощающие – черные. Самым высоким коэффициентом поглощения света обладают черные хромовые покрытия, самым высоким коэффициентом отражения – серебряные.

Наряду с этим существует и много других специальных типов покрытий; например, некоторые виды покрытий из платины и ее сплавов с палладием обладают особыми каталитическими свойствами [1].