Электрохимические композиционные покрытия.

Возрастающий уровень развития промышленности предъявляет все новые разносторонние требования к гальваническим покрытиям для придания поверхности специальных свойств, улучшения коррозионных и механических характеристик («Перспективы развития гальванотехники. Часть1»).

В случае, когда металлические покрытия не отвечают необходимым техническим требованиям, применяют композиционные покрытия, которые по своим свойствам значительно их превосходят, сохраняя основное назначение металлических покрытий.

Принцип получения электрохимических композиционных покрытий (КЭП) основан на том, что вместе с металлами из электролитов – суспензий соосаждаются дисперсионные частицы различных размеров и видов. Включаясь в покрытие, частицы существенно улучшают его эксплуатационные свойства (твердость, износостойкость, коррозионную устойчивость) и придают новые качества (антифрикционные, магнитные, каталитические).

Соосаждение дисперсной фазы может изменять свойства гальванических покрытий: механическое упрочнение покрытия, повышение антикоррозионных свойств, термостойкости, износостойкости и др. («Влияние гальванических покрытий на свойства стали»).

При этом свойства электрохимических композиционных покрытий зависят от их структуры и морфологии поверхности. Основными параметрами, влияющими на структуру и морфологию композиционного покрытия являются условия электролиза, плотность тока, характеристика дисперсной фазы (концентрация, размер, форма, дисперсность в электролите).

При включении электрического тока на покрываемой поверхности осаждается металл (первая фаза или матрица) и механически – частицы порошка (вторая фаза), которая цементируется матрицей.

Процесс осаждения электрохимических композиционных покрытий обычно проводят при непрерывном или периодическом перемешивании суспензии, при этом частицы второй фазы постоянно находятся во взвешенном состоянии. Размер частиц 0,1 – 3 мкм, количество их может быть ≈10на 1 смповерхности.

Суспензии могут быть созданы не только введением высокодисперсных частиц, но и путем химической реакции непосредственно в электролите, например, введением хлорида бария с образованием нерастворимого мелкодисперсного осадка BaSO4.

Перемешивание производят воздушным или эжекторным способом, либо с помощью механических мешалок. Кроме того, рекомендуется проводить горизонтальное покачивание катодных штанг.

Назначение дисперсных материалов заключается в придании электрохимическим композиционным покрытиям ценных свойств, не характерных для металла покрытия. Влияние их на металл может быть разнообразно.

В качестве дисперсной фазы могут использоваться порошки корунда, карбида кремния, бора, нитриды, салициды и др.

Об особенностях получения электрохимических композиционных покрытий расскажет к.т.н. Исаев Александр Валерьевич.

Исаев А.В.Возможность образования покрытий заданного состава зависит от многих условий:

природы электролита (ионный состав, pH, наличия ПАВ, природа металла и частиц), условий электролиза (величина тока, температура, скорость движения суспензии), а также природы металла и частиц.

Сравнительно легко образуются электрохимические композиционные покрытия с частицами различной природы из электролитов никелирования и железнения («Железнение и не только. Часть1»).

В настоящее время широко востребовано покрытие «сил-никель», которое наносится вторым слоем для повышения коррозионной стойкости блестящего никеля при последующем нанесении хрома.

Деталь с композиционным покрытием сил-никель.

Деталь с композиционным покрытием сил-никель.

В качестве второй фазы используется мелкодисперсный порошок каолина (силикат алюминия) или другие частицы, например, аэросил, представляющий собой порошок белого цвета диоксида кремния с размером частиц 5 – 40 нм.

Толщина сил-никелевого слоя от 1 до 3 мкм.

Классический состав одного из таких электролитов :

Сульфат никеля  250 – 300 г/л

Хлорид никеля  50 – 60 г/л

Кислота борная  25 – 40 г/л

1,4 – Бутиндиол  0,12 – 0, 2 мл/л

Каолин КРХС  1,0 – 5,0 г/л

Аэросил А-380  0,1 – 0,5 г/л

pH  2,8 – 3,4

Температура  55 – 65ºС

Катодная плотность тока 4 – 5 А/дм2.

Аноды из электролитического никеля.
Покачивание катодных штанг в горизонтальном направлении.

Труднее образуются электрохимические композиционные покрытия на основе серебра и хрома. Вероятно, это связано с тем, что при хромировании на катоде выделяется много больше водорода, чем в других электролитах.

При меднении частицы корунда соосаждаются легче из щелочных комплексных электролитов, чем из кислых. Однако, электропроводящие частицы (W, Cu, графит) соосаждаются с никелем легче при низких значениях pH.

Воздействие поверхностно-активных растворимых добавок на образование электрохимических композиционных покрытий связано с изменением поверхностного натяжения электролита.

Физические и химические свойства частиц влияют на их адгезию к катоду и зарастаемость осадком. Незначительное растворение частиц в ванне приводит к изменению ионного состава электролита.

Для стимулирования соосаждения определенных веществ с металлом и улучшения свойств электрохимических композиционных покрытий прибегают к изменению природы поверхности частиц.

Использование ультрадисперсных алмазов (УДА),   имеющих сверхмалые размеры (4 – 8 нм), с развитой удельной поверхностью 200 – 450 м2/г, эффективность которых базируется на принципах дисперсного упрочнения и усиления свойств покрытий,  открыло одно из самых перспективных направлений в создании тонкостуктурированных композиционных покрытий, обладающих лучшими качествами алмаза – твердостью, стабильностью, устойчивостью к различным агрессивным средам и многими другими.

Добавление в электролит серебрения УДА в количестве 1 – 10 г/л, позволяет повысить микротвердость и износостойкость покрытия.

Состав электролита серебрения с УДА:

Калия дицианоаргентат  74 – 92 г/л

Калий роданистый   200 – 250 г/л

Калий углекислый   20 – 40 г/л

Концентрация УДА  1 – 10 г/л

Температура 18 – 25ºС; рН = 9 – 10; Дк = 1 А/дм2;
Постоянное перемешивание.

Структура серебряного композиционного покрытия с УДА.

Структура серебряного композиционного покрытия с УДА.

Недостаток электрохимического получения  композиционных покрытий заключается в неравномерном распределении покрытий на деталях сложной конфигурации и невозможности соосаждения дисперсных материалов, не стойких к воздействию раствора электролита. Также вызывают вопросы методы анализа концентрации дисперсной фазы, добавляемой в электролит.

К преимуществам электрохимической металлизации дисперсных материалов относится экономичность, низкая температура процесса (18 – 60ºC), высокая скорость осаждения металла (1 – 20 мкм/мин и более). Существует возможность металлизации как металлических порошков, так и неметаллической поверхности после соответствующей подготовки; толщина слоя металла может быть заданной; возможна металлизация частиц как электрохимически осаждаемыми металлами, сплавами и электрохимическими композиционными покрытиями, так и многослойными покрытиями.

Получение электрохимических композиционных покрытий с заданными свойствами – перспективное направление, возможности которого в настоящее время недостаточно изучены.

New!

Похожие публикации:

Запись опубликована в рубрике Конструкторский отдел. Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Комментарии запрещены.