4.1. Рассеивающая способность электролитов

Понятие «рассеивающая способность электролита»позволяет оценить равномерность покрытия по толщине на различных участках детали. Равномерность осадка (слоя) зависит от ряда факторов:

1) геометрические факторы: форма и размер электролизёра (ванны или ёмкости, в которой проводится процесс), форма электродов, взаимное расположение электродов.

2) электрические и электрохимические факторы: поляризуемость и электропроводность электролита.

3) прочие факторы: природа металла, состояние поверхности металла и др.

Рассмотрим условия осаждения металла на деталь сложной формы.

Рис. 2.7. Схема покрытия сложной детали (деталь – это катод)

Очевидно, что ток при прохождении между анодом и катодом встречает неодинаковое сопротивление. Это приводит к неодинаковой толщине осаждённой плёнки металла. Количественно оценить это явление можно, введя понятие рассеивающей способности электролита. Сопротивление току между анодом и катодом складывается из двух составляющих:

1) сопротивление участка электролита

2) переходное сопротивление на границе электрод-раствор

При осаждении металла на деталь ступенчатой формы сопротивление электролита до ближней ступени будет R_б, а до дальней ступени -R_д. Введя обозначениеможно написать формулу для рассеивающей способности электролита:

Между распределением осаждённого металла и распределением тока существует зависимость:

,

где M_биM_д– это толщина осаждённого слоя, соответственно на ближней и дальней ступени.

h_биh_д– выход по току.

Таким образом, уравнение для рассеивающей способности электролита позволяет оценить равномерность толщины слоя металла на различных участках детали.

Недостаток оценки: здесь не учитывается влияние плотности тока на поляризацию катода и изменения при этом рассеивающей способности электролита.

Более точное определение рассеивающей способности электролитаможет быть получено из условия равенства падения напряжения между любыми участками анода и катода:

φ_а+E_б–φ_б= φ_а+E_д–φ_д

φ_а, φ_б, φ_д– потенциалы анода и разно удаленных поверхностей металла

После ряда преобразований получаем: .

Таким образом, рассеивающая способность увеличивается с ростом поляризации катода, электропроводности раствора и с уменьшением выхода по току h.

Использование ультразвуковых колебаний позволяет интенсифицировать процесс осаждения металла, улучшить структуру покрытия, повысить прочность сцепления с основанием.

Обычно применяют колебания с частотой 20 50 кГц, интенсивностью от 0,2 до 1Вт/см². Например, скорость осаждения никеля при использовании ультразвука возрастает в 1020 раз, а меди в 560 раз, при этом плотность тока можно увеличить в 530 раз.

4.2. Общие требования к электролитам для гальваностегии и свойства основных электролитов

Все элементы для гальваностегии можно разделить на две основные группы:

1) электролиты, в которых осаждаемый металл находится в виде простого иона

2) электролиты, в которых осаждаемый металл связан в комплексный ион

Для первой группы характерны следующие достоинства:

 большой выход металла по току

 возможность применения большой плотности тока

 простота состава

 низкая токсичность

Недостатки первой группы электролитов:

 ограниченные возможности получения мелкозернистых осадков

 низкая рассеивающая способность

Достоинства второй группы электролитов (комплексосодержащие):

 возможность получения мелкозернистых осадков высокой плотности

 высокая рассеивающая способность

Недостатки второй группы электролитов:

 низкий выход по току (резко падает с увеличением плотности тока)

 довольно часто электролиты второй группы ядовиты, например, цианистые электролиты

Электролиты второй группы используют не только для получения покрытий сложных деталей, но и для улучшения структуры и адгезии некоторых важных покрытий к основанию. Например, необходимо осадить серебро на медь:

Cu⁰+Ag⁺NO₃ ^{- →} Ag⁰+Cu²⁺(NO₃)₂^2-

Полученный по этому уравнению слой серебра обладает плохой адгезией к меди.

В электролите второй группы (цианистом), серебро осаждается из комплекса:

K[Ag(CN)₂] → K⁺ + [Ag(CN)₂]^-

[Ag(CN)₂]^{- →}Ag⁺+CN^-

Ag⁺+e_Ag⁰- процесс на катоде

Ион [Ag(CN)₂]^-распадается очень трудно, что повышает поляризацию электродов, поэтому осадки серебра имеют мелкозернистую структуру и высокую адгезию к меди.

Наиболее широко распространены следующие типы электролитов:

1 группа:

сульфатные, хлоридные, борфтористоводородные, кремнийфтористоводородные.

2 группа:

пирофосфатные, железосинеродистые, цианистые, аммиакатные.