1.6 Особенности осаждения покрытий из электролита с ультрадисперсными частицами

Выделяют три стадии процесса образования КЭП: движение частиц дисперсной фазы и ионов из объема электролита в приэлектродный слой; перенос ультрадисперсных частиц и ионов на катод из приэлектродного слоя; зарастание частиц, оказавшихся на поверхности, матрицей.

Для поддержания частиц во взвешенном состоянии и доставки их в катодную зону применяют различные способы. При отсутствии перемешивания электролита или его циркуляции образование КЭП затрудняется. Первой стадией образования КЭП является доставка частиц и ионов к поверхности электрода, при этом транспортирование частиц порошка в приэлектродный слой осуществляется по механизмам конвекции, электрофоретического переноса, седиментации, диффузии и миграции.

Особенности стадии переноса частиц порошка и ионов электролита на катод из приэлектродной зоны обусловлено наличием у катода диффузионного слоя, состав и строение которого существенно влияет как на процесс совместного осаждения частиц и ионов, так и на свойства получаемого покрытия.

В начальный момент осаждения можно принять равномерное распределение частиц по объему ванны. В приэлектродном слое диэлектрическая постоянная значительно меньше, чем в объеме ванны, а напряженность электрического поля изменяется от максимального до установившегося значения. Это значительно повышает скорость электрофореза, который может способствовать переносу частиц на катод в количестве, достаточном для получения КЭП с массовой долей частиц 1...5%.

На стадии взаимодействия электролита с поверхностью катода происходит адсорбция ионов и полярных молекул поверхностью катода. При этом достигается их контакт с поверхностью катода с одновременным или предварительным превращением в реакционное состояние. Аналогичные процессы происходят и с частицами ультрадисперсной фазы. Адгезия частиц порошков к поверхности электрода зависит от многих факторов. В электролитах силы адгезии пропорциональны концентрации и заряду частиц, а также поверхностному натяжению. Немалое влияние оказывает также и выравнивающая способность электролита.

Третью стадию процесса формирования КЭП можно рассматривать на основании представлений теоретической электрохимии о кристаллизации и кинетике роста кристаллов. Эта стадия процесса определяет количество дисперсной фазы в покрытии, прочность соединения частиц и матрицы, механические свойства.

Находясь в непосредственной близости от катода или контактируя с ним через тонкую пленку жидкости, частицы влияют на процесс осаждения металла. Это влияние проявляется в искажении электрического и диффузионного полей, в экранировании частицами части поверхности катода, в изменении фактической площади катода и плотности тока.

1.7 Никелевые кэп

Для получения КЭП на основе никеля в производстве в основном ис­пользуют два электролита: сульфатхлоридный и сульфаматный. Сульфаматный электролит рекомендуется применять для осаждения покрытий с низкими внутренними напряжениями и для быстрого наращивания слоев покрытия. Перемешивание суспензий может осуществляться пропеллером, продуванием воздуха или инертного газа осцилляцией, циркуляцией или мно­гими другими способами. КЭП с матрицей из Ni по назначению подразделяются на многие виды.

Износостойкие и жаропрочные покрытия:

такие КЭП содержат тугоплавкие частицы. Так покрытие Ni—SiC с содержанием 35—50% SiC может кратковременно работать вплоть до 2600 °С. Многократное погружение изделия с покрытием в воду после нагрева его до 650 °С не приводит к образованию трещин (хро­мовое покрытие при этом растрескивается и отслаивается). По­крытие эффективно и для защиты изделий из алюминиевых сплавов. КЭП Ni—А1₂0₃ выдерживает 2000 циклов нагрева до 1100°С с последующим охлаждением до 150 °С. Различные КЭП обла­дают также повышенным сопротивлением к износу.

КЭП Ni—SiC рекомендовано применять вместо хромового покрытия при изготовлении различных ножей, метчиков и лез­вий; срок службы изделий при этом повышается в несколько раз. Описаны детали, изготовляемые гальваническим наращива­нием покрытия никелем, содержащего карбиды, оксиды и алмаз, которые могут эксплуатироваться при высоких температурах.

Получены данные о свойствах износостойких Ni-КЭП с высоким содержанием II фазы [25—50% (об.)]: боридов, карбидов, нитридов и оксидов (d = 0,5—3 мкм). Твер­дость их составляет от 4,2 до 5,6 ГПа, сцепление с поверхностью стали — 18—65 МПа, износостойкость равна износостойкости азотированной поверхности стали. Износостойкие КЭП широко применяются в судостроительной, химической и других отрас­лях промышленности. Покрытия Ni—SiC, в частности, рекомен­дуются для нанесения на пресс-формы, применяемые при изго­товлении изделий из пластмасс.

Для получения КЭП с сильным блеском дисперсные частицы должны быть достаточно мелкими и не обладать адсорбирую­щей способностью к блескообразователю. Кроме того, дисперс­ные частицы должны быть хорошо очищены или предваритель­но обработаны в электролите (длительной выдержкой или ки­пячением в отдельной порции электролита) или растворе кис­лоты или щелочи. Ослабление блеска наблюдается и при вы­сокой концентрации макровключений.

Для защиты корпусов и деталей двигателей внутреннего сгорания, изготовленных из алюминиевого сплава, применяют покрытия Ni—SiC под названием «никасил».

Испытание покрытия «никасил» в работе двух- и четырех­тактных двигателей показали его преимущество перед твердым хромом благодаря большей эластичности и способности удерживать смазку. Последнее обусловлено более высокой шероховатостью покрытия (для данного покрытия составляет 1 – 2 мкм). [9]