1.2 Получение металлических покрытий методом

электролиза

Электрохимический (гальванический) способ нанесения защит-ных металлических покрытий является в настоящее время основным методом осаждения металлов на металл. По сравнению с другими ме-тодами (диффузионным, металлотермическим, химическим и др.) он имеет ряд серьезных преимуществ: высокую экономичность, легкую управляемость процессом, возможность получения покрытий из одного и того же металла с различными механическими свойствами, сплавов разнообразного состава без применения высоких температур, хорошее сцепление покрытия с основным металлом и возможность автоматиза-ции процесса.

Основной недостаток гальванического метода − неравномерность толщины покрытия на изделиях сложного профиля и невозможность получения покрытия на крупногабаритных деталях.

Электрохимическое осаждение металлов (электролиз) проводится в гальванической ванне постоянного тока. Покрываемая деталь заве-шивается на отрицательный электрод − катод. В качестве положительного электрода − анода − служит пластина из осаждаемого металла (растворимый анод) или из материала, не растворимого в электролите (нерастворимый, или инертный, анод). Обязательным компонентом электролитической ванны является электролит − раствор, обладающий ионной проводимостью и содержащий простой или комплексный ион металла, осаждаемого на катоде. В состав электролита могут входить вещества, которые повышают электропроводность раствора, обеспечивают постоянство рН, повышают поляризацию катода, способствуют получению блестящих покрытий, регулируют течение анодного процесса, а также выравнивают и другие добавки.

Осаждение металла происходит в результате электрохимической реакции разряда гидратированных ионов металла на катоде и вхожде-нии образовавшихся атомов в состав кристаллической решетки металла покрытия

.

Одновременно на катоде может протекать побочная реакция раз-ряда гидратированных ионов водорода и выделение водорода в виде газа, который может растворяться в металле, придавая так называемую водородную хрупкость металлу покрытия и изделия (детали):

.

На аноде происходят процессы электрохимического растворения металла электрода (в случае растворимого анода) с образованием гид-ратированных ионов металла

а также побочная реакция (или основная в случае нерастворимого ано-да) выделения кислорода из гидроксильных групп

.

Гальваническое осаждение металла на основу протекает по стади-ям, важнейшими из которых являются:

1. Доставка разряжающихся гидратированных ионов металла из объема электролита к поверхности катода Основная движущая сила стадии − диффузия и конвекция.

2. Разряд гидратированных ионов металла на поверхности катода включая частичную или полную дегидратацию ионов и адсорбцию разрядившихся частиц (атомов) на электроде.

3. Перемещение (диффузия) атомов металла по поверхности элек-трода к местам кристаллизации (местам роста), вхождение атома в кристаллическую решетку, образование и рост кристаллических заро-дышей.

Скорость осаждения металла определяется самой медленной из перечисленных выше стадий.

Электрокристаллизация не происходит одновременно по всей по-верхности электрода, а сначала только на активных местах (местах роста). К ним относятся вершины углов и рёбер кристалла, дефекты поверхности катода. Сначала возникают кристаллические зародыши, которые растут за счет присоединения разрядившихся атомов металла.

Структура гальванического покрытия определяется соотношением ско­ростей образования зародышей к их роста. Чем выше скорость образо­вания зародышей, тем более мелкозернистой формируется структура покрытия. Возникновение кристаллических зародышей связано с большой затратой энергии по сравнению с энергией их роста. Поэтому повышение катодной поляризации (сдвиг потенциала катода в отрицательную сторону) способствует получению мелкозернистых покрытий, которые обладают джигами защитными свойствами. Величина поляри­зации (перенапряжение) также лимитируется самой медленной стадией.

Структура металлического покрытия, его защитные и физико-химические свойства определяются природой осаждаемого металла, составом электролитической ванны и режимом электролиза.

В настоящее время в электролит часто добавляют поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые повышают катодную плотность тока, что позволяет получать более плотные, мелкозернистые покры-тия, а также для лучшего блескообразования.

Повышение плотности катодного тока увеличивает катодную по-ляризацию и скорость осаждения, однако верхний предел её ограничен эффектом дендритообразования. когда скорости разряда ионов и дос-тавки их к поверхности электрода равны.

С повышением температуры возрастает верхний предельный ток, а следовательно, и верхний предел рабочей плотности тока, увеличи-вается растворимость солей, электропроводность раствора и выход по току.