1.4. Структура покрытий

Структура осажденных пленок во многом определяет их электро­физические, химические, механические и эстетические свойства. Для обеспечения требуемых механических свойств необходимы компактные (беспористые) равномерные по толщине слои с мелкозернис­той структурой, а для получения высокой электропроводности – слои с крупнозернистой структурой.

Структура пленок определяется условиями образования зародышей, зависит от природы и качества покрываемой поверхности, плот­ности тока, температуры электролита, природы и концентрация ионов осаждаемого металла, а также специальных добавок в электролит органических и неорганических веществ.

В сильной степени на структуру и качество осаждаемой пленки влияет поверхность подложки. Пленка может воспроизводить структуру поверхности основания, являясь как бы ее продолжением, или отличаться от нее. Для того чтобы пленка повторяла структуру подложки, поверх­ность последней должна быть совершенно чистой.

Экспериментально установлено, что мелкозернистость пленок понижает­ся при добавлении к электролиту анионов в следующем порядке: . Примеси различных металлов изменяют структуру осаждаемой пленки. Поэтому во многие электролиты добавляют соли щелочных и щелочноземельных металлов, которые повышают электропроводность раствора, способствуя уменьшению зернистости покрытий.

Органические вещества влияют на структуру пленок, если они обладают поверхностно-активными свойствами. В зависимости от их природы и концентрации, осаждаемые пленки получаются мелкозернистыми, рыхлыми, губчатыми, порошкообразными. Действие ПАВ связано с их адсорбцией на границе поверхности раздела металл – электролит. Они покрывают поверхность катода (подложки) полностью или частично, снижая выделение металла.

Одна и та же добавка может различно влиять на качество пленки в разных электролитах. Например, добавка желатина и клея способствует образованию качественных пленок из кислых электролитов Sn, Cd, Pb и некачественных при осаждении Cu, Ni и Zn. В последнем случае пленки могут получаться хрупкими, рыхлыми, с трещинами вследствие внедрения в них органических веществ.

Режимы электролиза различно влияют на структуру пленок. Повышение плотности тока в большинстве случаев способствует образованию мелкозернистых пленок, что объясняется увеличением числа активных, одновременно растущих участков поверхности катода. Однако при очень высоких плотностях тока могут образовываться рыхлые пленки в виде дендритов, что объясняется преимущественным ростом кристаллов металла на отдельных участках катода, где из-за неравномерного распределения тока его плотность превышает допустимый предел для данного электролита.

Повышение температуры электролита способствует образованию крупнозернистых пленок. Высокая температура электролита умень­шает его вязкость и, следовательно, увеличивает диффузию ионов в растворе. Кроме того, почти во всех электролитических процессах высокая температура раствора способствует лучшим условиям осаждения, уменьшая внутренние напряжения в пленках и их хрупкость.

Микрорельеф поверхности осажденной пленки зависит не только от начальной геометрии (шероховатос­ти) поверхности катода, но и от физико-химических параметров про­цесса, влияющих на микрораспределение осаждаемого металла на поверхность детали (рис. 1.2).

a б в

Рис. 1.2 Виды микрораспределений осаждаемого металла на поверхность деталей:

а – равномерное; б – положительное выравнивание; в – отрицательное выравнивание; 1 – начальный микропрофиль поверхности пленки; 2 – окончатель­ный микропрофиль пленки.

Микрораспределение зависит от распределения скоростей осаж­дения пленки на отдельных элементах рельефа поверхности, размеры которых определяются режимами процесса.