/
Автор: Мельников П.С.
Теги: общее машиностроение технология машиностроения отдельные машиностроительные и металлообрабатывающие процессы и производства электроника машиностроение справочник гальванотехника радиоэлектроника
ISBN: 5-217-01312-5
Год: 1991
Текст
Л?
П-С.МЕЛЬНИКОВ
СПРАВОЧНИК
ПО ГАЛЬВАНО-
ПОКРЫТИЯМ
в машиностроении
•Машиностроение*
ББК 34.663я2
М48
УДК [621.357.7:621] (035)
Мельников П. С.
М48 Справочник по гальванопокрытиям в машиностроении. —
2-е изд., перераб. и доп.—Мл Машиностроение, 1991.—
384 с.» ил.
ISBN 5-217-01312-5
Приведены сведения по использованию и внедрению процессов элек-
троосаждения защитных, декоративных и специальных покрытий, а также
по подготовке конструкционных материалов под покрытие. Описаны спо-
собы сокращения расхода драгоценных и цветных металлов при внедрении
локальных и селективных способов металлопокрытия и иных методов
рационального их использования. Приведены технические характери-
стики оборудования и приборов; составы растворов и режимы для нанесе-
ния или снятия гальванических покрытий; даны расчеты норм расхода
материалов, оборудования, теплоэлектроэнергии и рабочей силы в галь-
ванических цехах.
Второе издание (1-е изд. 1979 г.) переработано и дополнено сведениями
по расчету оборудования, кадров и энергоресурсов.
Для конструкторов и технологов гальванических цехов и лабораторий.
ББК 34.вв3я2
ISBN 5-217-01312-5
© П. С. Мельников, 1991
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие .................... 6
Глава 1. Общие сведения о кор-
розии металлов и сплавов 7
Основное понятие ... 7
Виды коррозии .... 8
Глава 2. Свойства металлов
и сплавов.................... 19
Глава 3. Общие сведения об
электрохимии................. 38
Электролиз и электролиты 38
Катодное восстановление
простых и комплексных
ионов........................ 40
Электрокристаллизация и ее
закономерности............... 41
Восстановление ионов во-
дорода при осаждении ме-
таллопокрытий ............... 43
Общие закономерности ка-
тодного восстановления
сплавов...................... 45
Анодный процесс растворе-
ния металлов и сплавов . 46
Технологические харак-
теристики электролитов 47
Глава 4. Требования, предъяв-
ляемые к покрытиям ... 52
Качество поверхности де-
талей перед нанесением
покрытия..................... 52
Требования к деталям
после нанесения гальвано-
покрытия .................... 53
Выбор вида и толщины
металлопокрытия.............. 55
Выбор вида и толщины
неметаллических покры-
тий ......................... 65
Глава б. Подготовка метал-
лов и неметаллов под галь-
ванопокрытие ................ 68
Механический способ под-
готовки деталей .... 68
Подготовка металлов . . 73
Подготовка изоляционных
материалов.................. 81
Глава б. Способы нанесения по-
крытий металлами (спла-
вами) ...................... 83
Общие сведения .... 83
Химический способ осаж-
дения ...................... 84
Восстановление покрытия
из газовой среды ... 92
Диффузионные покрытия . . 92
Конденсационный (вакуум-
ный) способ................. 93
Покрытия нитридом ти-
тана методом КИБ ... 94
Занесение металлопокры-
тий методом натирания . . 94
Композиционные химиче-
ские покрытия............... 96
Глава 7. Покрытия редкими
металлами и сплавами ... 99
Глава 8. Покрытия хромом и
его сплавами................ IP
Виды, свойства и приме-
нение хромовых покрытий 111
Механизм катодного вос-
становления хрома .... 112
Составы электролитов и
режимы хромирования . . 113
Особые случаи хромирова-
ния ....................... 115
Покрытия сплавами на ос-
нове хрома................. 116
Неполадки при хромиро-
вании ...................... Ц7
Глава 9. Покрытия марган-
цем, железом, кобальтом
и их сплавами.............. 120
Покрытия марганцем . . . 120
Железнение................. 121
Покрытия сплавами на
основе железа.............. 124
Кобальтированне ........... 126
1*
4
Оглавление
Глава 10. Покрытия никелем
и его сплавами ............
Никелирование............
Особые случаи никелиро-
вания ...................
Покрытия сплавами на
основе никеля ...........
Глава 11. Покрытия медью и
ее сплавами................
Общие сведения...........
Цианистые электролиты
меднения ................
Нецианистые электролиты
меднения ................
Покрытия сплавами на
основе меди .............
Особые случаи меднения
Глава 12. Покрытия цинком
и его сплавами ............
Свойства и применение цин-
ковых покрытий ....
Цинкование...............
Покрытия сплавами на
основе цинка ............
Глава 13. Покрытия мышья-
ком, сурьмой и висмутом
Покрытия мышьяком . . .
Покрытия сурьмой . . .
Покрытия висмутом ....
Глава 14. Покрытия рутением,
родием, палладием и их
сплавами ..................
Рутенирование ...........
Родирование .............
Особые случаи родирова-
ния......................
Палладирование ..........
Особые случаи палладиро-
вания ...................
Покрытия сплавами на ос-
нове палладия ...........
Глава 15. Покрытия серебром
и его сплавами ............
Свойства и применение
серебряных покрытий . . .
Кинетика осаждения се-
ребряных покрытий . . -
Составы электролитов и
режимы серебрения . . .
129
129
134
136
140
140
141
143
146
149
152
152
153
159
162
162
162
163
165
165
166
168
169
172
173
175
175
176
179
Покрытия сплавами на ос-
нове серебра .............. 180
Особые случаи серебрения 183
Защита серебра от потем-
нения ..................... 185
Регенерация и нейтрали-
зация отходов серебра . . 187
Глава 16. Покрытия кадмием
и его сплавами ............ 190
Свойства и применение
кадмиевых покрытий . . . 190
Состав электролитов и ре-
жимы кадмирования . . 191
Покрытия сплавами на ос-
нове кадмия ............... 194
Глава 17. Покрытия оловом
и его сплавами............. 198
Свойства и применение
оловянных покрытий . . 198
Составы электролитов и
режимы оловянирования . . 199
Покрытия сплавами на
основе олова............... 203
Глава 18. Покрытия осмием,
иридием, платиной и их
сплавами................... 209
Глава 19. Покрытия золотом
и его сплавами ............ 213
Свойства и применение золо-
тых покрытий .............. 213
Кинетика восстановления
золота на катоде .... 214
Составы электролитов и ре-
жимы золочения ............ 215
Механизм восстановления
сплавов на основе золота 219
Осаждение покрытий спла-
вами на основе золота . . 221
Глава 20. Покрытия свинцом
и его сплавами............ 228
Свойства и применение
свинцовых покрытий . . 228
Составы электролитов и
режимы свинцевания.... 228
Покрытия сплавами на ос-
нове свинца................ 230
Глава 21. Анодно-оксидные,
оксидные и фосфатные
покрытия................... 232
Свойства и применение
анодно-оксидных покрытий 232
Механизм образования
анодно-оксидных покрытий 233
Оглавление
Б
Анодно-оксидные покрытия
алюминия и его сплавов. . 234
Особые случаи анодирования
алюминия и его сплавов 236
Электрохимическое окисле-
ние металлов и сплавов . . 238
Химическое оксидирование
металлов и сплавов. . . 238
Химическое и электрохими-
ческое тонирование . . . 240
Химическое фосфатирование 240
Осветление, пассивирование
и хроматирование покрытий 241
Промывка деталей............ 242
Сушка и термообработка
деталей с покрытием. . . 244
Глава 22. Оборудование галь-
ванических цехов........... 245
Материалы, применяемые
для изготовления ванн . . . 245
Конструктивные особенно-
сти гальванических ванн . . 247
Основное оборудование . . 248
Гальваническое оборудова-
ние зарубежных фирм. . 251
Оборудование для локаль-
ных и селективных по-
крытий ..................... 252
Вспомогательное оборудова-
ние ........................ 253
Автоматизация производст-
ва в гальванических це-
хах ........................ 258
Глава 23. Контроль свойств
гальванических покрытий 261
Толщина покрытий . . . 261
Пористость покрытий . . 272
Прочность сцепления пок-
рытий ...................... 277
Твердость металлопокры-
тий ........................ 279
Износостойкость покры-
тий ........................ 280
Электрические параметры
покрытий............... 281
Специальные свойства галь-
ванопокрытий ............... 282
Глава 24. Анализ коррозион-
ных поражений .... 286
Общие сведения о корро-
зионных испытаниях . . 286
Качественный химический
анализ...................... 286
Количественный химический
анализ...................... 289
Методы оценки коррози-
онных поражений .... 292
Цвет продуктов коррозии
металлов и покрытий . . . 297
Глава 25. Приготовление и кор-
ректирование электроли-
тов ........................ 300
Растворы для подготови-
тельных операций......... 300
Электролиты для гальвани-
ческих покрытий ............ 301
Электролиты для осажде-
ния покрытий сплавами . . 308
Растворы для химических
покрытий.................... 311
Глава 26. Нормы расхода ма-
териалов ................... 313
Материалы на подготови-
тельные и специальные
операции.................... 313
Материалы, применяемые
при осаждении металлопок-
рытий ...................... 314
Материалы, применяемые
при осаждении неметалли-
ческих покрытий ............ 314
Металлы для покрытий. . 314
Материалы для удаления
покрытий................. 332
Глава 27. Централизация сточ-
ных вод. Регенерация элект-
ролитов и растворов в галь-
ваническом производстве. . 337
Техника промывки .... 337
Нейтрализация сточных
вод......................... 337
Пути снижения расхода
промывных вод............... 342
Регенерация растворов, со-
держащих различные ме-
таллы ...................... 344
Глава 28. Охрана труда в галь-
ванических цехах.......... 347
Основные требования . . . 347
Техника безопасности и
промышленная санитария. . 349
Глава 29. Расчет эффективно-
сти процессов нанесения
гальванических покрытий 355
Глава 30. Расчет потребности
оборудования, рабочих и
теплоэнергии для гальва-
нического цеха .............. 360
Список литературы ............ 369
ПРЕДИСЛОВИЕ
Переиздание справочника по гальванопокрытиям вызвано тем, что в те-
кущем десятилетии бурный рост всех отраслей промышленности потребовал зна-
чительной перестройки и в области гальванотехники. Так, например, на многих
передовых предприятиях внедрена гибкая система управления целым рядом
гальванических процессов, что позволило резко сократить количество основных
рабочих, инженеров и техников, находящихся в непосредственном контакте с
вредными веществами.
Внедрение селективных и локальных методов нанесения покрытий драго-
ценными металлами, обеспечивающих значительную их экономию, требует не
только создания новых автоматических линий и технологических процессов, но
и методов автоматического контроля и регулирования такими процессами.
Одновременно с этим появились более эффективные и экономичные составы
электролитов и режимы электроосаждения покрытий, позволяющие улучшить
условия труда гальваников и повысить качество и надежность изделий с металло-
покрытиями. Намечены основные пути по резкому сокращению потребления
промывных вод в гальванических цехах, а также более экономичные способы
нейтрализации и регенерации отработанных электролитов и промывных вод.
ГЛАВА
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
О КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ
И СПЛАВОВ
ОСНОВНОЕ ПОНЯТИЕ
Коррозия металлов (сплавов) начи-
нается с разрушения их поверхности,
а затем проникает в глубь металла.
Коррозия сопровождается распадом
структурных составляющих металла,
снижением его механической проч-
ности, твердости, износостойкости,
электро- и теплопроводности и т. д.
В зависимости от создавшихся усло-
вий механизм коррозии металлов мо-
жет быть химическим или электро-
химическим. Взаимодействие межДу
металлической поверхностью и агрес-
сивной средой, не проводящей элек-
трический ток, принято называть хими-
ческой коррозией. В отличие от хими-
ческой коррозии электрохимическая
происходит в результате воздействия
на металлы водных растворов электро-
литов, влажных газов, расплавленных
солей и т. д. При растворении метал-
лов возникает электрический ток.
В этом случае одновременно протекают
два противоположных процесса: анод-
ный и катодный. Например, в резуль-
тате растворения цинка в H3SOj обра-
зуются катионы цинка и выделяется
водород, а при воздействии воды на
железо восстанавливается кислород и
образуются гидроксильные ионы.
Металл, покрывающийся на воз-
духе оксидом, корродирует в кисло-
родсодержащей воде или в растворе
соли МеВ (В — любой анион) с обра-
зованием термодинамического устой-
чивого продукта коррозии в виде ок-
сида металла МеО. Дополнительно
может образовываться гидрооксид
Ме(ОН), (рис. 1). В системеМе2+(Н2О)В
кроме оксида устойчивыми соедине-
ниями являются МеВ2 и МеОНВ
(рис. 2). Если металл, покрытый окси-
дом, поместить в воду или раствор
инертной соли, анион которой не вза-
имодействует с ионами металла, то
пространство вблизи металла насы-
щается оксидом. Ионы металла, вза-
имодействуя с ионами гидрооксида на
катоде, могут образовывать окисел,
который располагается на существу-
ющем покровном слое и способствует
прекращению коррозионного процесса
(рис. 3, а).
В случае возникновения нестабиль-
ного гидрооксида скорость коррозии
зависит от формы образования этого
соединения. Слой гидрооксида менее
компактен, и коррозия в этом случае
выше, чем при образовании слоя ок-
сида. Если гидрооксид не полностью
закрывает поверхность металла, то он
подвергается локальному язвенному
разъеданию (рис. 3, б). Если анод-
ная плотность тока превышает кри-
тическое значение, то оксидный слой
на анодном участке снова исчезает
(рис. 3, в).
Большинство металлов и сплавов
подвержено электрохимической кор-
розии.
Деление на химическую или элек-
трохимическую коррозию является в
определенной мере условным. Напри-
мер, электрохимическая коррозия же-
Рис. I. Зависимость степени коррозии ме«
T2uua от pH среды
8
Общие сведения о коррозии металлов и сплавов
Рис. 2. Зависимость состояния металла от
pH среды
Рис. 8. Схема окислительно-восстанови-
тельного процесса на поверхности металла:
а — переход металла в ионное состояние
с образованием окиси металла; б — обра-
80ванне гидроксида с язвенным разъеда-
нием; в — исчезновение окисла металла
вследствие превышения критического
ввачення
леза в парах воды переходит при повы-
шенной температуре в химическую,
а химическая превращается в электро-
химическую, если в жидкости, не
являющейся электролитом, образуется
влага (вода).
ВИДЫ КОРРОЗИИ
Электрохимическая коррозия. В этом
случае ио'ны металла на аноде перехо-
дят в раствор. На поверхности металла
остается определенное количество из-
быточных электронов: Me Ме+ + е“.
На катоде избыточные электроны
ассимилируются ионами, входящими
1 состав электролита, которые при
этом восстанавливаются. В таком слу-
чае электронная проводимость металла
и ионная проводимость электролита
позволяют беспрепятственно проте-
кать одновременно катодному и анод-
ному процессу раздельно на различной
поверхности металла.
При погружении металла в электро-
лит между поверхностью металла и
раствором возникает разность потен-
циалов. Зная электродный потенциал
металла и омическое сопротивление
электролита при заданных условиях,
можно определить скорость коррозии,
так как под действием разности потен-
циалов между анодным и катодным
участками возникает электрический
ток, сила которого согласно вакону
Ома
7 =
R *
Для измерения потенциалов металла
последний опускают в раствор соли
с активностью одноименных ионов,
равной единице. Между металлом и
его ионами в растворе устанавливается
равновесие, и вовникающую между
металлами и водородным электродом
разность потенциалов принимают за
величину нормального электродного
потенциала.
В зависимости от значения нормаль-
ных потенциалов металлы можно рас-
пределить по группам термодинамиче-
ской нестабильности. К первой группе
относятся металлы пониженной ста-
бильности с потенциалом менее
—0,414 В (литий, бериллий, алюми-
ний, титан, ванадий, марганец, хром,
цинк, железо и другие щелочные или
щелочно-земельные металлы). Они мо-
гут корродировать в нейтральных вод-
ных растворах, несодержащих кисло-
род. Ко второй группе следует отнести
кадмий, индий, кобальт, никель, мо-
либден, олово и свинец. Эти металлы
имеют потенциал от —0,414 В до нуля,.
Они корродируют в нейтральных сре-
дах при наличии кислорода, а в кис-
лых средах — при отсутствии кисло-
рода. Металлы третьей группы, име-
ющие потенциал от 0 до 4-0,815 В,
могут корродировать при наличии
кислорода в кислых или нейтральных
средах (полублагородные металлы —
Вады коррозии
О
ванадий, сурьма, мышьяк, медь, ро-
дий, ртуть, серебро), а металлы с по-
тенциалом от +0,815 В и выше —
при наличии окислителей или кисло-
рода в кислых средах или средах,
содержащих комплексообразователи
(благородные металлы — платина,
иридий, палладий, золото).
К реакциям процесса электрохими-
ческой коррозии применим закон Фа-
радея. Поэтому количество металла,
перешедшего в раствор в результате
анодного процесса, можно подсчитать
по формуле
g = QA/(Fn) = FtAl(Fn),
где Q — количество электричества,
протекающего за время т между анод-
ным и катодным участками; А — атом-
ная масса металла; п — валентность;
I — сила тока; F — число Фарадея.
Исходя из этого скорость коррозии
г/(м2-ч),
g 3600/А
Л “ St “ FnS ’
где S — площадь поверхности анод-
ных участков.
Для примера рассмотрим случай,
когда железо является анодом при
I = 0,2 A, S = 500 см2, А = 55,85
и п = 2. По закону Фарадея опреде-
лим g и найдем скорость коррозии
железа
0,2-3600-55,85 _ . _ ... ,
К 96 491-2-0,05 4.2 г/(м-ч).
Электрохимическая коррозия спла-
вов в определенной степени отличается
от такого вида коррозии чистых ме-
таллов. Сплавы с точки зрения струк-
турных особенностей разделяются на
гетерогенные и гомогенные (однофаз-
ные сплавы).
Соотношение компонентов в спла-
вах определяется (для двухкомпо-
нентных твердых растворов) правилом
порогов устойчивости (правилом л/8)
твердых растворов, отражающим за-
висимость между концентрацией твер-
дого раствора и его коррозионной
устойчивостью. Это правило заклю-
чается в следующем. Если к А-металлу
(некоррозионно-стойкому в данной
среде) добавить Б-метатл (стойкий
в той же среде), не образующий с А-ме-
1. Пороги коррозионной устойчивости
некоторых сплавов
Система сплава Доля атомной массы п/8 легирующего элемента при п
1 2 4 6
Медь — золото 1/8 2/8 4/8
Серебро — золото — 2/8 4/8 —
Цинк — золото — 4/8 .—1
Свинец — золото — — 4/8 —.
Марганец — сере- бро — — — 6/8
Цинк — серебро — 2/8 — —
Серебро — свинец — —— 4/8 —
Медь — свинец — — 4/8 —•
Никель — свинец — 2/8 — —
Магний — кадмий —- 2/8 — —
Медь — никель — 2/8 — —
Железо — кремний — 2/8 4/8 —
Железо — хром 1/8 2/8 — —
таллом непрерывный ряд твердых рас-
творов, го защищающее действие более
благородного металла проявляется не
постепенно, а скачкообразно при опре-
деленном количестве Б-металла. Это
количество составляет 1/8; 2/8;...;
7/8 доли атомной массы (в общем слу-
чае л/8, где п — целое число от 1 до 7),
что соответствует 12,5; 25; ...;
87,5% масс. доли. Один и тот же
сплав (например, системы Fe—Сг) мо-
жет иметь несколько порогов устой-
чивости (табл. 1).
Состав коррозионно-стойкого двой-
ного сплава (в % масс, долей) по пра-
вилу л/8 находят так:
. * р 8 — л.
* + p=100; — :^-=—;
п 8 — л
где х и у — содержание компонентов
сплава А и Б; а и Ь — атомные массы
компонентов А и Б; л = 1—7.
Химическая коррозия. Средой для
возникновения такой коррозии яв-
ляются сухие газы и жидкие неэлек-
тролиты. И Тс, и другие должны быть
безводными. К химической коррозии
10
Общие сведения о коррозии металлов а сплавов
относят следующие ее виды: газовую,
водородную и коррозию в растворах
жидких неэлектролитов. Технологи-
ческие процессы обработки металлов,
такие, как горячая прокатка, ковка,
отжиг, закалка, связанные с приме-
нением высоких температур, вызы-
вают газовую коррозию.
Газовая коррозия кон-
струкционных металлов и сплавов
(особенно углеродистых сталей) вызы-
вает не только окисление металла, но
и его обезуглероживание, что умень-
шает механическую прочность метал-
лов, особенно предел усталости. Цвет-
ные металлы и сплавы также подвер-
жены газовой коррозии.
При высокой температуре быстро
окисляются цинк, кадмий, свинец.
Алюминий покрывается очень тонкой
защитной пленкой, устойчивой даже
при температуре его плавления. Но
в агрессивной среде алюминий можно
использовать при температуре не выше
400 °C. Для уменьшения скорости газо-
вой коррозии рекомендуется в ме-
таллы и сплавы вводить жаростойкие
легирующие добавки. Для железо-
углеродистых сплавов такими добав-
ками служат хром, алюминий и крем-
ний.
В случае окисления металлов и
сплавов при высоких температурах
в металлической фазе происходит диф-
фузия растворившихся в металле ком-
понентов, точечных дефектов в форме
вакансий и легирующих компонентов.
Эти процессы могут проявляться как
каждый в отдельности, так и в различ-
ных сочетаниях.
Основа внутреннего окисления —
это формирование продукта реакции
внутри металлической фазы, отлича-
ющегося по физико-химическим свой-
ствам от исходного металла. Зона
внутреннего окисления возникает в
сплавах, имеющих легирующую до-
бавку. Так, в сплаве Fe—Ni окалина
состоит из окислов железа, и поверх-
ность сплава более инертна к корро-
зии, поэтому в металлической фазе
возникают два противоположно на-
правленных потока частиц разных
металлов (Ni и Fe) и одновременно
происходит диффузия кислорода в
глубь сплава. Если сплав окисляется
полностью внутри, т. е. без поверх-
ностной окалины, то образуются две
фазы: внутренняя, состоящая из основ-
ного металла, и внешняя — из основ-
ного металла и включений легиру-
ющего элемента и окислителя.
Внутреннее окисление при отсут-
ствии внешней пленки обычно проис-
ходит в сплавах на основе золота,
серебра, никеля. При этом глубина
зоны окисления увеличивается про-
порционально квадратному корню из
времени и зависит от молярной доли
легирующего элемента в сплаве. Такое
окисление наблюдается при 850 °C.
Переход от внутреннего окисления
сплавов к внешнему происходит при
повышенной концентрации менее бла-
городного растворенного компонента
до концентрации, достаточной для
образования критического объема ок-
сида в коррозионном очаге. Выпа-
дающие при этом частицы оксидов
препятствуют дальнейшему проник-
новению кислорода внутрь металла,
блокируя пути диффузии.
Внутреннее окисление при образо-
вании внешней пленки происходит
в сплавах типа Си—Be, Си—А1, Си—
Zn, Ni—Сг и др. При 800—1000 °C
внешняя пленка растет за счет диф-
фузии ионов более благородного ме-
талла. Например, образование слоя
ВеО в сплаве Си—Be препятствует
диффузии меди к внешней части плен-
ки, но благодаря наличию пор оки-
сление меди может происходить путем
переноса кислорода в газовой фазе
через поры.
Внутренние оксиды обычно выпадают
в форме сферических частиц или
длинных параллельных пластинок,
ориентированных перпендикулярно
к внешней поверхности и распределен-
ных в ней равномерно.
Для изучения механизма высоко-
температурного окисления применяют
изотопы (в частности, для цветных
металлов изотопы 36S). Исследуемый
металл сначала окисляют в среде без
радиоактивных изотопов. Через опре-
деленное время в окислительную среду
вводят изотоп и окисляют до образова-
ния окалины определенной толщиньи.
Если окислительный процесс проис-
ходит благодаря диффузии металла,
направленной наружу, то радиоактив-
ный изотоп обнаруживается только
Виды коррозии
11
в тонких наружных слоях. Когда
окисление направлено от металла (на-
пример, от меди под тонким слоем
волота), изотоп обнаруживается в на-
ружном и внутренних слоях окалины.
Основными способами защиты спла-
вов от газовой коррозии являются
рациональный подбор состава сплава,
создание защитных поверхностных
слоев; предварительная обработка
сплавов в окисляющих средах в усло-
виях пониженных температур.
Водородная коррозия
углеродистых сталей, проявляющаяся
при высоких давлениях и температу-
рах, протекает по уравнению
НаО + Fe = FeO -f- Н2?
FesC + 2HS = 3Fe + CH4.
В результате восстановления воды
происходит проникновение водорода
в жидкий металл, а затем взаимо-
действие его с цементитом стали.
Кроме того, водород, проникая в ме-
талл, изменяет структуру стали и
образует твердый раствор водорода
в железе по границам зерен. Считают,
что при этом атомарный водород пере-
ходит в молекулярный. Водород раз-
рушает также медь и ее сплавы:
СпвО + На = НаО + 2Сп.
Пары образующейся воды, создавая
большое давление, ослабляют связь
между отдельными зернами металла,
в результате этого в нем возникают
трещины. Только очень чистые сорта
меди, содержащие менее 0,01% кис-
лорода, не подвержены такому раз-
рушению.
Коррозия в жидких неэлектролитах
заключается во взаимодействии ато-
мов металла с атомами или молеку-
лами органических соединений. Так,
скорость коррозии металлов в кар-
бонитных кислотах возрастает от ук-
сусной к капроновой. Примеси сер-
нистых и других соединений усиливают
такую коррозию. Следы воды в орга-
нических кислотах вызывают электро-
химическую коррозию.
Подземная коррозия. Этот вид кор-
розии обычно проявляется в виде язв,
каверн и др. Глубина каверн — основ-
ной показатель коррозионной стойко-
сти металла при подземной (почвенной)
коррозии. Скорость углубления кор-
розионных язв зависит от почвенных
условий. Большая часть металлов и
сплавов корродирует во всех почвах.
В результате такой коррозии чугун
становится рыхлым (губчатым), так кам
весь феррит переходит в раствор и
вместо детали остается графитовый
скелет, который внутри заполнен про-
дуктами коррозии. Легированные ста-
ли (хромистые и хромоникелевые) так-
же разрушаются в почвах, но зна-
чительно медленнее, чем углеро-
дистые.
Медь и медные сплавы подвержены
почвенной коррозии тем больше, чем
выше в них содержание цинка или
иного электроотрицательного металла.
Цинк для работы в почвенных усло-
виях непригоден. Однако цинковые
покрытия на сталях все же применяю?,
так как они помимо механической
защиты защищают сталь электрохи-
мически. Латуни в почвах склонны
к обесцинковыванию, но даже 0,09%
мышьяка в них предотвращает этот
вид коррозии.
Алюминий широко применяют в ка-
честве оболочек подземных кабелей’.
Особенно стоек алюминий в сухих
песчаных грунтах. Однако щелочная
среда почвы (при pH > 10) опасна для
алюминия, так как разрушает защит-
ные пленки, образующиеся на поверх-
ности металла. Добавки магния в алю-
миний значительно снижают почвен-
ную коррозию в средах с высокими
значениями pH.
К подземной коррозии следует от-
нести и коррозию от блуж-
дающих токов. Такой корро-
зии подвержены в первую очередь
железобетонные конструкции, особен-
но если бетон содержит хлористые
соли, используемые иногда при бето-
нировании в зимних условиях. Под
действием блуждающих токов в желе-
зобетоне появляются трещины вблизи
анодных зон железной арматуры. Счи-
тают, что это явление связано с обра-
зованием на анодных участках гидра-
тированных оксидов железа, которые
занимают объем, в 2 раза больший,
чем объем металла, неподвергшегося
коррозии. Развивающиеся в бетоне
в связи с этим напряжения вызывают
его разрушение. На неармированный
12
Общие сведения о коррозии металлов и сплавов
2. Зависимость степени коррозии (мкм/год) металлов от вида атмосферы
Атмосфера Fe Zn РЬ Си N1 Mg
Сельская 4—6 1,0—3,5 1,4 2,0 1,0
Городская 30—70 2,8—6,0 2,0 3,0 2,5 13—20
Промышленная 40—160 3,8—19,0 3,5 4,0 6,0 29—30
Морская 60—170 2,5—15,0 1,8 4,8 3,0
Тропическая 0,8—70 0,5—1,5 — — — —
Примечание. Степень коррозии в тропической атмосфере зависит
от температуры и влажности.
бетон блуждающие токи не оказывают
разрушающего действия.
Атмосферная коррозия. Атмосферу
разделяют на континентальную и мор-
скую. Морская атмосфера может быть
просто морской и тропической, а
континентальная — сельской, промыш-
ленной и городской.
В табл.2 приведена зависимость
степени коррозии от вида атмосферы.
Промышленная атмосфера характе-
ризуется максимальной и минимальной
температурой — 14,6 и 7,5 СС соответ-
ственно, относительной влажностью
79% и количеством осадков 670 мм/год;
pH такой атмосферы 4—6. Количество
пылевидных загрязнений составляет
64 г/м3, а количество SO2 — 0,1 мг/м3.
В морской атмосфере максимальная
температура 12,6 °C, а минимальная
7,3 °C. Относительная влажность ее
равна 84%. Количество осадков со-
ставляет 970 мм/год, а ее pH = 54-7.
Среднее количество пылевидных за-
грязнений у такой атмосферы не лими-
тируется. Однако среднее количество
выпадающих частиц хлоридов в мор-
ской атмосфере 2 мг/дм2.
Сельская атмосфера (на высоте 100 м)
имеет максимальную температуру 7,5°С
и минимальную 1,7 °C. Относительная
ее влажность составляет 77%, а коли-
чество осадков 920 мм/год; pH = 54-7.
Остальные параметры для сельской
атмосферы не лимитированы.
Зависимость атмосферной коррозии
от условий эксплуатации изделий пред-
ставлена в табл. 3.
Наиболее опасными окислителями
и электролитами в воздухе являются
3. Степень коррозии (г/м2) некоторых металлов и сплавов в зависимос'и
от условий эксплуатации
Металл или сплав Сельский район Приморский район Морской район
Сталь углеродистая 10ХНШП АМгб, Д16 МА8, МА2-1 Цинк Кадмий Медь Никель и сплав Монель 0,6/1,0 1,0/— 0,3/0,8 0,8—1,3/1,0—1,4 1,0/0,5—1,0 0,8/0,8 1,0/1,0 0,7—1,0/— 0,5/1,0 0,2/— 0,4—0,9/0,7—1,3 0,8—1,3/1,0—1,4 1,0/1,0 0,9/1,0 0,8—1,0/1,0 1,0—1,4/— 0,4—0,6/0,8 1,0/- 0,3—0,8/0,7—1,3 0,8—1,8/1,0—1,4 0,7—1,0/— 0,8/0,8 0,3—0,7/1,0 0,7—1,0/—
Примечание. В числителе даны значения степени коррозии на от-
крытом воздухе, в знаменателе — под навесом.
Виды коррозии
13
кислород и озон, оксиды азота и азот-
ная кислота, органические перекиси,
дйуоксид серы и сернистая кислота,
серная кислота и сероводород, соляная
кислота, углекислый газ, кислые про-
дукты перегонки нефти, сульфат ам-
мония, хлорид натрия и щелочи.
Степень коррозии, например, меди
в атмосфере, содержащей влагу и
сернистый газ, зависит от концентра-
ции газа, так как он является стиму-
лятором, а влага — ускорителем кор-
розии (рис. 4). Коррозия меди начи-
нается при содержании в атмосфере
SO2 более 1% .Диоксид серы, окисляясь
до триоксида и адсорбируя влагу,
образует серную кислоту, которая
непосредственно воздействует на ме-
талл.
Для оценки коррозионной стойкости
в СССР существует десятибалльная
шкала. Совершенно стойкие металлы
оцениваются баллом 1 и имеют ско-
рость коррозии 1 мкм/год; весьма
стойкие металлы при скорости кор-
розии 1—5 мкм/год оцениваются бал-
лом 2, а при 5—10 мкм/год — баллом 3;
стойкие металлы при скорости кор-
розии 10—50 мм/год соответствуют
баллу 4, а при 50—100 мкм/год —
баллу 5; металлы с пониженной стой-
костью корродируют со скоростью
0,1—0,5 мм/год и оцениваются бал-
лом 6; металлы, корродирующие со
скоростью 0,5—1,0 мм/год, характери-
вуются баллом 7; малостойкие ме-
таллы при скорости коррозии 1—
5 мм/год и лри 5—10 мм/год имеют
соответственно баллы 8 и 9; нестойкие
металлы корродируют со скоростью
10 мм/год и оцениваются баллом 10.
Коррозия в морской воде. В различ-
ных морях и океанах вода содержит
^3,5% растворимых солей. Напри-
мер, в Атлантическом океане содер-
жание солей составляет<3,5%, в Чер-
ном море 1,7%, в Средиземном море
3,2%; речная вода содержит только
0,03% солей. Хлор-ионы в морской
воде способствуют ускорению корро-
зионных процессов. При pH = 7,2ч-
8,6 удельная электропроводность мор-
ских вод равна 3-10~2 Ом, а содер-
жание кислорода в таких водах около
8 мг/л.
Помимо хлор-ионов и растворенного
кислорода коррозия в морских водах
Рис. 4. Схема воздействия SO, без влаги
(а) и в присутствии влаги (tf) на медь
усугубляется присутствием различных
микроорганизмов, которые также спо-
собствуют обрастанию ими металло-
конструкций и железобетонных соору-
жений.
Наиболее опасные зоны коррозии
расположены вблизи ватерлинии су-
дов и несколько выше нее. Это объяс-
няется тем, что при изменении «вол-
нения» моря изменяется и размер зоны
смачиваемости поверхности металло-
конструкций. Чем глубже погружены
металлы в морскую воду, тем меньше
они корродируют. По всей вероятно-
сти, при увеличении глубины соответ-
ственно уменьшается количество рас-
творенного в морской воде кислорода.
Алюминиевые сплавы в морской воде
корродируют со скоростью 3—
60 мкм/год, никель — 100 мкм/год,
бронзы и латуни — 1—10 мкм/год,,
железо — 70 мкм/год, легированные
стали (типа 12Х18Н9Т) — 0,1 мм/год
(в тихоокеанской воде). Стационар-
ные потенциалы основных металлов
и сплавов в морской воде представлены
в табл. 4 (по отношению к нормальному
водородному электроду).
Биокоррозия. Она может быть вызва-
на действием сульфатовосстанавлива-
ющих бактерий. Эти бактерии значи-
тельно усиливают коррозию металлов
при добыче нефти и в морской воде.
Предполагается, что бактерии заме-
щают и поглощают водород, образуя
очаги, на анодных участках которых
происходит усиленная коррозия ме-
талла. Микроорганизмы в реактивном
топливе стали причиной серьезных
14
Общие сведения о коррозии металлов и сплавов
4. Стационарные потенциалы q>c
металлов и сплавов в морской воде
Металл или сплав Фо. в
Магний —1,45
Магниевые сплавы —1,20
Цинк —0,80
Алюминиевые сплавы, -0,550-5-
содержащие магний и —0,740
ЦИНК
Алюминий —0,530
Кадмий —0,520
Железо —0,500
Сталь:
Ст4 -0,460
углеродистая —0,400
Чугун:
серый —0,360
никельмеднистый (12— -0,300
15% Ni и 5-7% Си)
Свинец —0,300
Олово —0,250
Никель (активное со- —0,12
стояние)
Медные сплавы —0,12
Латунь (30% Zn) —0,11
Бронза (5—10% А1) —0,10
Томпак (5—10% Zn) -0,08
Медь -0,08
Купроникель (30% Ni) —0,02
БрАЖНЭ—4—4 +0,02
Никель (пассивное со- +0,05
стояние)
Титан технический +0,10
Серебро +0,12
Монель-металл +0,17
Платина +0,40
коррозионных поражений алюминие-
вых топливных баков. В большинстве
случаев они имеют нитевидную форму
на стали, алюминии, цинке, магнии
и хромированном никеле; на корро-
вионно-стойкой стали, меди, никеле,
свинце и более благородных металлах
они не встречаются.
Как показывают исследования, на
стали круглый зародыш нитевидной
коррозии заполнен синими или зеле-
ными солями двухвалентного железа,
а сам коррозионный очаг — красной
ржавчиной, представляющей собой ги-
драт оксида трехвалентного железа.
На магнии продукты коррозии имеют
черный цвет (очаг заполнен белым ги-
дрооксидом). При такой коррозии с
цинковых пассивированных поверхно-
стей хроматы постепенно исчезают,
и на металле формируются коррози-
онные очаги, содержащие карбонаты
и гидрооксид цинка. Затем при дей-
ствии атмосферы они превращаются
в оксид цинка (белая ржавчина).
Для предотвращения нитевидной кор-
розии алюминий, цинк и другие ме-
таллы рекомендуется покрывать акри-
латными красками.
К биокоррозии следует отнести кор-
розию от захвата руками. При этом
устойчивость металла зависит от ми-
крогеометрии поверхности, а чувстви-
тельность — от состава пота и свойств
металла основы. Время от прикосно-
вения к покрытому изделию до начала
изменения его поверхности зависит
от свойств подложки и пористости
покрытий. Началом такой коррозии
является момент появления матовых
пятен, иногда не имеющих ничего
общего с отпечатками пальцев. Через
несколько недель поверхность, захва-
ченная потными руками, покрывается
точечной коррозией.
К биокоррозии мож'но отнести и
коррозию, возникающую при контакте
металла (сплава) с органическими ве-
ществами. На железо, цинк, медь,
кадмий, алюминий влияют фенопласты
и аминопласты, резина и тефлон,
полиамид и полистирол, лакокрасоч-
ные и эпоксидные покрытия, дуб и
бук (табл. 5). Прочая древесина на
вти металлы практически не влияет.
Основным методом защиты металлов
(сплавов) от такого вида коррозии
является способ наиболее эффектив-
ных гальванопокрытий (например, се-
ребро и золото для никеля и его спла-
вов), а также удаление остатков газов
связующих и наполнителей (из пласт-
массовых изделий) путем их термо-
обработки при повышенных темпе-
ратурах.
Контактная коррозия. Такая корро-
зия возникает при соприкосновении
двух металлов с различными потен-
циалами при наличии электролита.
Она появляется также, когда электро-
лит содержит ионн более благород-
Виды коррозии
15
5. Степень коррозии металлов в герметичном объеме (а)
и при непосредственном контакте (б) с органическими веществами
Материал Fe Zn Си А1 Cd
а б а б а 6 а б ° 6
Фенольная смола 2 3 3 3 3 3 1 2 2 2
Аминопласты 1 2 2 3 2 2 1 2 1 2
Поликарбонаты 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0
Эпоксидная смола 1 1 2 2 1 1 0 0 1 1
Полиметилметакрилат 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Полистирол 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Ацетилцеллюлоза 1 1—2 1—2 1—2 0 0 0 0 1 1
Резины 0 1 0 1 1 1 0 0 1 2
Масляная краска 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0
Дуб или бук 3 3 3 3 2 2 1 1 2 2
Ель 0—1 0—1 1—2 1—2 1 1 0 0 1 1
Орех или вяз 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Принятые обозначения: 0 — не действует; 1 — слабо корро-
дирует; 2 — корродирует; 3 — сильно корродирует.
ного металла, которые разряжаются
на поверхности менее благородного,
образуя катодные зоны (ионы меди на
железе, цинке или алюминии).
Контактную коррозию можно пред-
отвратить (рис. 5, а, б) применением
изоляции между двумя металлами,
лакокрасочных или металлических по-
крытий, а также промежуточных дета-
лей из свинца (например, между кад-
мием и серебром, титаном и магнием).
При эксплуатации изделий в тех
или иных климатических условиях
допустимы следующие сочетания ме-
таллов или сплавов.
Алюминий и его сплавы
(оксидированные) в средних или жест-
ких условиях эксплуатации могут
сочетаться с алюминием и его спла-
вами, магнием и его сплавами, пред-
варительно оксидированными, кадмием
пассивированным, сталью оцинкован-
ной или фосфатированной и окрашен-
ной. При эксплуатации в тропиках
они сочетаемы с алюминием и его
сплавами и с пассивированным кад-
мием.
Магний и его сплавы в
средних и жестких условиях эксплуа-
тации сочетаемы с магнием и его
сплавами, покрытыми лаками или грун-
тами, анодированными алюминием и
его сплавами, хромовыми покрытиями
толщиной 60 мкм, сталью фосфатиро-
ванной и окрашенной, пассивирован-
ными цинковыми, а также кадмиевыми
и оловянными покрытиями. При экс-
плуатации в тропиках они сочетаемы
с теми же металлами и покрытиями,
кроме хромового, цинкового, кадмие-
вого и оловянного.
И
Рис. б. Сочленение стальных и алюминие-
вых листов:
I: 1 — алюминиевый лист; 2 — стальной
лист; 3 — стальная заклепка; 4 — изоля-
ционная прокладка; 5 — оцинкованная или
кадмированная шайба; 6 — грунт; II: 1 —
алюминиевый лист; 2 — стальной лист; 3 —
алюминиевая заклепка; 4 — изоляцион-
ная прокладка; Б — оцинкованная или
кадмированная шайба; 6 грунт
16
Общие сведения о коррозии металлов и сплавов
Медь и ее сплавы в сред-
них и жестких условиях эксплуата-
ции сочетаемы с медью и ее сплавами,
кромом, никелем, серебром, золотом,
оловом, оловянно-свинцовыми при-
поями, анодированными алюминием
и его сплавами, сталью фосфатиро-
ванной и окрашенной. При эксплуата-
ции в тропиках они сочетаемы с медью
и ее сплавами, никелем и серебром,
а в морских условиях с медью и ее
сплавами и сталью фосфатированной
и окрашенной.
Серебро, золото, радий,
палладий в средних и жестких
условиях сочетаемы между собой, а
также с хромом, никелем, оловом,
оловянно-свинцовыми припоями, по-
крытыми анодной пленкой, алюминием
и его сплавами. При эксплуатации
в тропиках они сочетаемы между
собой, с никелем и коррозионно-
стойкой сталью.
Цинк и его сплавы в
средних и жестких условиях эксплуа-
тации сочетаемы с хромом, никелем
(цинк с пассивацией), анодированным
алюминием и его сплавами, пассиви-
рованными цинком и кадмием, сталью
хромистой и хромоникелевой сталью
фосфатированной и окрашенной, ма-
гниево-алюминиевыми сплавами, оло-
вом и оловянно-свинцовыми припоями.
При эксплуатации в тропиках они
сочетаемы с пассивированными цинком
и кадмием, а в морских условиях —
с кадмиевыми и цинковыми фосфати-
рованными и лакокрасочными покры-
тиями.
Олово и его сплавы в
средних и жестких условиях эксплуа-
тации сочетаемы с хромом, никелем,
медью и ее сплавами, серебром, золо-
том, оловом, оловянно-свинцовыми
припоями, кадмием, сталью хромовой
и хромоникелевой, сталью фосфати-
рованной и окрашенной, анодирован-
ными алюминием и его сплавами
(с покраской). При эксплуатации в мор-
ских условиях они сочетаемы со сталью
и цинком фосфатированными и окра-
шенными, а в тропиках — с оловом,
кадмием и цинком пассивированными,
алюминием и его сплавами анодиро-
ванными и окрашенными.
Никель и хром в средних
и жестких условиях эксплуатации
сочетаемы с хромом, никелем, сере-
бром, золотом, медью и ее сплавами,
кадмием и цинком пассивированными,
оловом и оловянно-свинцовыми при-
поями, сталью фосфатированной и
окрашенной, алюминием и его спла-
вами, анодированными и окрашенными.
При эксплуатации в морских условиях
они сочетаются с хромом, никелем,
цинком фосфатированным и окрашен-
ным, сталью коррозионно-стойкой или
фосфатированной и окрашенной, а
в тропиках — с хромом, никелем,
сталью коррозионно-стойкой, сере-
бром, золотом, платиной, палладием,
родием.
Кадмий и его сплавы
в средних и жестких условиях соче-
таемы с хромом, никелем, кадмием,
цинком, пассивированным оловом и
оловянно-свинцовыми припоями,
сталью хромистой и хромоникелевой,
сталью фосфатированной и окрашен-
ной, алюминием и его сплавами ано-
дированными и окрашенными. При
эксплуатации в морских условиях
они сочетаются с кадмием, цинком
фосфатированным и окрашенным, а
в тропиках — с кадмием, пасси-
вированным алюминием и его
сплавами анодированными и окра-
шенными.
Титан и его сплавы при
эксплуатации в средних и жестких
условиях сочетаемы с титаном и его
сплавами, золотом, серебром, плати-
ной, палладием, родием и их сплавами,
хромоникелевыми сталями, с хромом
и многослойными хромовыми покры-
тиями по меди и стали, с медью и ее
сплавами, с никелем и никелевыми
покрытиями, с оловом и оловянно-
свинцовыми припоями, со свинцом и
его сплавами, с хромистыми корро-
зионно-стойкими сталями.
Хромоникелевые корро-
зионно-стойкие стали при
эксплуатации в средних и жестких
условиях сочетаемы с такими же ста-
лями, с титаном и его сплавами, с хро-
мистыми коррозионно-стойкими ста-
лями, с никелем и его покрытиями,
с медью и ее сплавами, с хромом и
его покрытиями, с серебром и его
покрытиями по меди, с золотом, плати-
ной, палладием и родием (металл и
покрытие).
Bi
коррозия
17
9ЧЧ13
Свинец и его сплава при
эксплуатации в средних и жестких
условиях сочетаются с оловом и оло-
вянно-свинцовыми припоями, со свин-
цом и его сплавами, с титаном и его
сплавами; в средних условиях они
дополнительно сочетаемы с хромисты-
ми и хромоникелевыми коррозионно-
стойкими сталями, с медью и ее спла-
вами, с никелем и его покрытиями,
с алюминием и его сплавами оксиди-
рованными, с золотом, платиной, пал-
ладием, родием (металл и покрытие).
В мягких условиях эксплуатации
недопустимыми сочетаниями являются:
алюминий и его сплавы с золотом,
платиной, палладием, родием (металл
и покрытие), с серебром и покрытиями
из него, с хромом и покрытиями из
него, с медью и ее сплавами, с тита-
ном и его сплавами; цинк и цинковые
покрытия с золотом, платиной, пал-
ладием, родием (металл и покрытие),
с серебром и покрытиями из него,
с хромоникелевыми коррозионно-стой-
кими сталями, с медью и ее сплавами,
с титаном и его сплавами, со сталью
углеродистой; кадмий и его покры-
тия с золотом, платиной, палладием,
родием (металл и покрытие) с серебром
и покрытиями из него, с медью и ее
сплавами, с титаном и его сплавами;
стали углеродистые низколегирован-
ные с золотом, платиной, палладием,
родием (металл и покрытие), с сере-
бром и покрытиями из него, с цинком
и цинковыми покрытиями.
При эксплуатации в морских и тро-
пических условиях не допускается по-
крытие наносить на детали, собранные
в узлы и имеющие резьбовые, сварные
в нахлестку, заклепочные и другие
соединения, так как при указанных
условиях эксплуатации в таких соеди-
нениях развивается значительная кор-
розия.
Коррозия при трении. Разрушение
металла или сплава происходит при
одновременном воздействии на мате-
риал коррозионной среды и трения.
Процесс коррозии можно разделить
на три стадии: образование мелких
раздробленных частиц металла между
трущимися поверхностями; окисление
этих частиц, причем образующиеся
оксиды металла в дальнейшем служат
абразивным материалом; разрушение
соприкасающихся поверхностей метал-
ла за счет истирания этим абразивным
материалом.
Скорость окисления мелких раздроб-
ленных частиц металла повышается за
счет тепловой энергии, выделяющейся
при трении. Если в начале изнашива-
ние происходит в отдельных точках
соприкосновения поверхностей, то в
дальнейшем — по всей поверхности
контакта.
При трении металлических поверх-
ностей образуется продукт, имеющий
характерный цвет оксидов (у серебра —
черный, золота — темно-коричневый
или темно-фиолетовый). Следовательно,
при трении в поверхностном слое могут
быть такие температуры (близкие к тем-
пературе их плавления), при которых
обеспечивается переход металла в ок-
сиды.
Гидраты оксидов обладают несколько
меньшей твердостью, чем оксиды ме-
таллов, и вследствие этого меньшим
абразивным воздействием. Этим и объ-
ясняется уменьшение износа трущихся
металлических поверхностей с повы-
шением влажности воздуха.
Основными путями борьбы с корро-
зией при трении является применение
различных смазочных материалов, а
также изготовление деталей из метал-
лов разной твердости. При этом легко-
заменяемые узлы следует делать из
более мягких материалов, чем трудно-
заменяемые.
Точечная коррозия. Ей подвержены
в основном металлы (Fe, Zn, Al, Mg,
Ti), имеющие на поверхности тонкий
оксидный слой. На такой поверхности
коррозия появляется вследствие рас-
творения металла в дефектных местах
(в поре, раковине, царапине, риске
и др.). Но для развития точечной кор-
розии не всегда необходимо наличие
микропор дефект — пассивный уча-
сток. Так, для появления коррозии
на железе на поверхности металла
должна быть пассивная пленка, а
в электролите — ионы хлора. При
этом возникают полусферические то-
чечные поражения и анодный ток
увеличивается. Вместе с тем в местах
точечных поражений железо переходит
в раствор в виде ионов Fea+, а на пас-
сивных участках — через образование
ионов Fe8+. Коррозия алюминия появ-
18
Общие сведения о коррозии металлов а сплавов
ляется вследствие растворения метал-
ла и образования ионов А13+ в кислом
растворе. Если концентрация ионов
хлора в растворе достаточно велика,
то они движутся в глубь точечного
поражения, и в нем образуется пере-
сыщенный раствор А1С13, а на вну-
тренней поверхности такого пораже-
ния выпадает осадок А1С13-Н2О. Кор-
розия свинца обычно происходит в рас-
творах КаСгО4 с уксуснокислым на-
трием.
Коррозионная язва яв-
ляется местным коррозионным разру-
шением, имеющим вид отдельной ра-
ковины. Она возникает в том случае,
когда на поверхности металлов имеется
ващитная покровная пленка с мест-
ными дефектами и повреждениями,
необходимыми для осуществления хи-
мических превращений в окислительно-
восстановительных системах. Скорость
образования коррозионных язв зави-
сит от концентрации ионов хлора (дру-
гих ионов) в электролите. С повыше-
нием концентрации от 8-10~4 до 7 X
X 10-2 моль/дм3 число язв на 1 см8
площади становится равным соответ-
ственно 2-Ю2 и 8-10“2. Скорость
образования язв снижается с повыше-
нием электродного потенциала. I
На химически стойких сталях число
коррозионных язв возрастает при сдви-
ге электродного потенциала в сторону
положительных значений. При этом
в язвах на стальной поверхности ионов
хлора содержится больше, чем в элек-
тролите. К этому виду следует отнести
и коррозию туннельного
типа. Так, например, в растворах
хлоридов некоторые сплавы золота
образуют туннели диаметром 0,15 мкм.
Это приводит к тому, что на поверх-
ности покрытий образуются участки
в виде губки, пронизанной ветвящи-
мися туннелями с находящимися в них
частицами золота размером до 0,06 мкм.
Коррозии такого вида подвержены
золотые покрытия, легированные ин-
дием, железом, никелем и медью. Для
ее устранения на детали из меди и ее
сплавов перед золочением рекомен-
дуется наносить подслой серебра или
сплава олово — никель.
9 СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ
ГЛАВА 4 и СПЛАВОВ
Основные данные о свойствах металлов
сведены в табл. 6 и 7. В зависимости
от среды и условий эксплуатации прак-
тически все металлы подвержены кор-
розии.
Бериллий в сухой атмосфере
сохраняет блестящую поверхность, а
в воде покрывается тонкой пленкой
оксида, предотвращающей его от кор-
розии. Разбавленные кислоты и щелочи
действуют на бериллий эффективно
даже при комнатной температуре. В ор-
ганических кислотах он корродирует
быстро, а затем практически стано-
вится к ним инертен. Хромовая ки-
слота пассивирует его. Значительно
корродирует бериллий в растворах
с pH < 14, содержащих ионы сульфа-
тов, ортофосфатов и фторидов.
Бериллий больше всего подвержен
точечной коррозии. При этом вну-
тренняя поверхность точечного пора-
жения покрывается черным аморфным
бериллием. Скорость его коррозии
в морской воде равна -—50 мкм/год.
Бериллий широко применяют для по-
лучения сплавов на основе алюминия
и меди. Даже незначительная добавка
этого металла заметно улучшает меха-
нические свойства и коррозионную
стойкость алюминия и меди. Берил-
лий используют также при изготовле-
нии окон в рентгеновских установках.
Магний в отличие от алюминия
стоек в щелочных и мыльных раство-
рах (при температуре 60 °C). Однако
в разбавленных кислотах он растворим
с бурным выделением кислорода.
В пресной и морской воде, а также
в атмосфере водяных паров он недо-
статочно стоек. Активное коррозион-
ное разрушение магния вызывают ор-
ганические и минеральные кислоты и
их соли (за исключением фтористых).
Магний обладает высокой коррозион-
ной стойкостью в растворах фторидов,
бихроматов, в маслах и бензине.
Из примесей наиболее вредное влия-
ние на коррозионную стойкость магния
оказывают никель, железо, медь и
кремний. Защита магния от коррозии
обычно сводится к оксидированию,
нанесению лакокрасочных или галь-
ванических покрытий.
Магний обладает серебристым бле-
ском, который на воздухе вскоре при-
нимает матово-белый оттенок. Магний
отличается Средней твердостью и до-
вольно тягуч, так что при вальцева-
нии из него удается получать тонкие
листы и проволоку. Со многими ме-
таллами он образует сплавы.
Бериллий и магний в элементарном
состоянии кристаллизуются по типу
гексагональной решетки плотнейшей
упаковки. Для бериллия а = 2,268 X
X 10-10 м, с — 3,59-10~10 ми с!а =
— 1,585-10-10. Для магния а =
= 3,220-Ю-10 м, с= 5,230-10-10 м и
с/а= 1,624-10-10. Бериллий имеет
только а-модификацию, а магний —
а- и P-модификации. Микроструктура
магния представлена на рис. 6, а.
Алюминий кристаллизуется ку-
бически, гранецентрированно с а =
= 4,0414-10-10 м. Этот серебристый
металл очень легко поддается обра-
ботке. Из него можно получить вытя-
гиванием очень тонкую проволоку,
протягиванием — тонкую жесть и ков-
кой — чрезвычайно тонкую фольгу
(листовой алюминий). Алюминий обла-
дает малой плотностью, высокой пла-
стичностью и теплопроводностью. По-
этому он незаменим в самолетострое-
нии и других отраслях промышлен-
ности.
Алюминий обладает высокой корро-
зионной стойкостью в средах с pH =
= 4,84-9,0. На воздухе на нем мгно-
венно появляется сплошная оксидная
пленка (0,01—0,02 мкм). Чем чище
20
Свойства металлов и сплавов
6. Физико-химические свойства металлов
Металл Символ Порядковый номер Валент- ность Атомная масса Ионный радиус г-10-1’, и Плотность, г/см* Температура, “G
плавле- ния кипе- ния
Бериллий Be 4 2 9,01 0,34 1,86 1285 2970
Магний Mg 12 2 24,31 0,78 1,74 650 1100
Алюминий Al 13 1—3 26,98 0,57 2,70 660 2270
Титан Ti 22 2—4 47,90 0,64 4,49 1670 3260
Ванадий V 23 2—5 50,94 0,61 5,98 1715 3500
Хром Cr 24 2—6 51,996 0,65 7,20 1830 2300
Марганец Mn 25 1—6 54,940 0,69 7,21 1247 2030
Железо Fe 26 1—6 55,847 0,83 7,86 1536 3200
Кобальт Co 27 1—6 58,930 0,74 8,83 1495 3100
Никель Ni 28 1—6 58,710 0,78 8,90 1452 2040
Медь Cu 29 1—2 63,540 1,00 8,94 1083 2595
Цинк Zn 30 2 65,370 0,83 7,13 419 906
Германий Ge 32 2 и 4 72,59 0,74 5,23 958 2362
Молибден Mo 42 2—6 95,94 0,68 10,2 2630 2800
Рутений Ru 44 2—6 101,07 0,65 12,3 2400 4200
Родий Rh 45 1—4,6 102,95 0,68 12,42 1966 3900
Палладий Pd 46 2-3 106,4 0,72 12,03 1557 3170
Серебро Ag 47 1—3 107,87 1,13 10,5 960,5 2040
Кадмий Cd 48 2 112,40 1,03 8,64 320,9 767
Индий In 49 1—3 114,82 0,92 7,31 156,4 2300
Олово Sn 50 2 и 4 118,69 0,74 7,28 231,8 2362
Сурьма Sb 51 3—5 121,75 0,90 6,69 630,5 1640
Вольфрам W 74 2—6 183,85 0,65 19,30 3400 5900
Рений Re 75 2—7 186,20 0,56 21,03 3180 5500
Иридий Ir 77 1—4,6 192,20 0,66 22,65 2454 4500
Платина Pt 78 2—6 195,09 0,64 21,45 1769 4530
Золото Au 79 1, 6 196,967 0,85 19,30 1063 2700
Свинец Pb 82 2, 4 207,19 0,84 11,34 327,0 1750
Висмут Bi 83 1, 5 208,98 1,2 9,80 271 1560
7 Физико-механические свойства металлов
Металл Твер- дость по Моосу Предел прочно- сти, МПа Относительное удлинение, % Удельная теп- лоемкость с-101, Дж/(кгК) Теплопровод- ность, Вт/(м-град) Удельная про- водимость а-10-1“. См/м Нормальный потенциал, В Электрохимиче- ский эквивалент, г/(А-ч), при дан- ной валентно- сти •
Алюминий 2,9 5—12 5—49 9 210 42 —1,66 0,336 (3)
Бериллий 6—7 18—20 0 22 — 6 —1,85 0,460 (2)
Ванадий 9,0 — — 5,0 31 — —
Висмут 2,5 — — 1,2 8,4 0,9 +0,32 2,599 (3)
Свойства металлов а сплавов
21
Продолжение табл. 7
Металл Твер- дость по Моосу Предел прочно- сти, МПа Относительное удлинение, % Удельная теп- лоемкость с -10*, Дж/(кг- К) Теплопровод- ность, Вт/(м • град) Удельная про- водимость а-10"10, См/м Нормальный потенциал, В электрохимиче- ский эквивалент, г/(А-ч), при дан- ной валентно- сти *
Вольфрам 8,5—9 но 0 1,5 130 22,2 —0,12 1,143(6)
Германий 6,25 — — 3,1 59 0,01 — —
Железо 4,5 — — 4,6 71 11,4 —0,44 1,042(2)
Золото 2,5—3 12,2 50 1,29 295 49,9 4-1,50 7,357 (1)
Индий 1,2 — — 2,4 — — —0,33 1,427(3)
Кадмий 2,0 6,5 20 2,3 96 14,7 —0,40 2,097 (2)
Кобальт 5,5 — — 3,9 54 17,2 —0,28 1,099(2)
Марганец 5,0 — — 5,1 — — —1,18 1,025(2)
Магний 2,6 15—20 — 10,0 157 25,7 —2,37 0,454 (2)
Молибден — 50 — 2,5 146 21,1 —0,2 —
Медь 3,0 40—50 4—6 3,8 387 65,5 4-0,34 1,186 (2)
Никель 3,8 35—50 35-50 4,5 84 15,5 —0,25 1,095 (2)
Олово 1,8 1,5—2,7 40—70 2,2 66 9,7 —0,14 1,107(4)
Палладий 4,8 18,5 40 2,3 71 10,0 4-0,987 1,990 (2)
Платина 4,3 14,3 31 1,34 71 10,1 4-1,19 1,821 (4)
Рений 8,0 — — 1,34 — — 4-0,30 —
Родий — 56 15 2,5 88 — 4-0,80 1,280(3)
Рутений 6,5 — •— 2,3 — — 4-0,45 —
Серебро 2,7 13,8 50 2,3 418 69,0 4-0,79 4,025 (1)
Сурьма 3,0 — — 2,1 17 2,8 4-0,212 1,514 (3)
Свинец 1,5 1,8 35—50 1,29 33 5,3 —0,13 1,933 (4)
Титан — 38—53 24—36 4,6 15 1,22 —1,21 —
Хром 9,0 — — 5,0 29 7,30 —0,74 0,323 (6)
Цинк 2,5 12—15 40—60 0,9 13 18,3 —0,76 1,220 (2)
Указана в скобках.
Рве. в. Микроструктура (Х400) магнии (а) и сплава МЛ-16 (tf)
22
Свойства металлов и сплавов
алюминий, тем выше его коррозион-
ная стойкость. Основные примеси в
алюминии — железо и кремний (по-
вышают прочность, но снижают кор-
розионную стойкость алюминия).
Сплавы алюминия с 9—13% Si на-
зываются силуминами. Они характе-
ризуются высокой коррозионной стой-
костью, которая объясняется образо-
ванием на их поверхности комбиниро-
ванной пленки, состоящей из А12О3
и SiO2. Содержание меди в силуминах
не должно превышать 3,0%, иначе
резко снижается пластичность и кор-
розионная стойкость сплава. Магний,
наоборот, повышает механические свой-
ства и коррозионную стойкость алю-
миния. На алюминиевых сплавах (кро-
ме силуминов) оксидные пленки не-
сплошные, так как содержат частицы
посторонних металлов, способных уско-
рять коррозионные процессы.
Рис. 7. Микроструктура (Х400) алюмини-
евых сплавов:
а — В95; б — Ал32; в —• Ал22
Алюминий подвержен контактной
коррозии равномерной, сквозной, меж-
кристаллитной (особенно в сплавах
А1—Си), коррозионной усталости при
нагрузке в коррозионной среде, по-
слойной в сплавах с медью и магнии.
Стационарные потенциалы алюми-
ния и его сплавов при увеличении pH
морской воды сдвигаются в сторону
отрицательных значений (например,
при pH = 8,04-8,5 смещение соста-
вляет 0,3—0,7 В). Это явление в зна-
чительной степени влияет на процессы
коррозии. Так, потеря массы для АМц
через 6 мес. составляет 26,75 г/ма,
а для АМг-5 — 27,02 г/ма (при натур-
ном испытании в море). Скорость
коррозии алюминия в 1%-ном растворе
НС1 равна 42 г/ма в сутки (при 50 °C),
в 1%-ном растворе Н3РО4 — 5,6 г/ма
(при 20 °C), в 1%-ном растворе H2SO4—
11,9 г/м2 (при 50 °C) и в 1%-ном рас-
творе HNOS—1,5 г/м2 (при 20 °C).
В щелочах алюминий корродирует
значительно. В дистиллированной воде
он стоек даже при 100 ЬС. Углеводо-
роды на него не действуют, а безвод-
ные жирные кислоты вызывают уси-
ленную коррозию. Алюминий и его
сплавы защищают от коррозии анодно-
оксидными покрытиями, а также лако-
красочными эмалевыми и электроли-
тическими покрытиями. Микрострук-
тура алюминиевых сплавов предста-
влена на рис. 7.
Свойства металлов и сплавов
23
Титан в элементарном состоянии
имеет гексагональную плотнейшую упа-
ковку с длиной ребер ячеек а =
= 2,9504-10~10 м и с = 4,6833-10"10 м.
Выше 885 °C титан имеет кубическую
объемно-центрированную структуру
(а = 3,3065- 10"w м при 900 °C). По-
этому титан имеет а- и ^-модификации.
Он обладает значительной коррози-
онной стойкостью. Сплавы титана по
коррозионной стойкости превосходят
коррозионно-стойкие стали и легче
их на 40%, поэтому их широко при-
меняют в самолетостроении, химиче-
ской, радиотехнической, электронной,
приборостроительной и других отра-
слях промышленности. К наиболее
известным титановым сплавам сле-
дует отнести, например, ВТ1, ВТЗ,
ОТ4, ВТ4 и др.
В составе титановых сплавов (на-
пример, ВТ1, ВТЗ, ОТ4, ВТ4 и др.)
содержится 2—7% алюминия. Их ми-
кротвердость находится в пределах
210—350, а относительное удлинение
равно 10—25%.
Титан относится к пассивирующимся
металлам. Но его пассивация может
происходить не только под действием
кислорода. Небольшие количества ио-
нов Fe3+, Cu2+, Al3+, Mg2+ и других
металлов резко замедляют или пре-
кращают коррозию титана в H2SO4
или НС1, в то время как чистый титан
в них интенсивно растворяется. Ско-
рость коррозии титана можно умень-
шить за счет легирования его палла-
дием (табл. 8).
Одним из распространенных видов
коррозии титана является щелевая
коррозия в восстановительных средах.
Она заметно усиливается при деаэра-
ции раствора (для защиты добавляют
в раствор 0,2—0,3% Pd).
По сравнению с другими металлами,
которые склонны к пассивированию
(алюминий, никель, коррозионно-стой-
кие стали), титан отличается отрица-
тельным потенциалом пассивации
(—0,3 В) и высоким водородным пере-
напряжением (при повышенном по-
тенциале). Вследствие этого он сохра-
няет пассивность в слабых минераль-
ных и органических кислотах, а стой-
кость к точечной коррозии — в горя-
чих кислотах и растворах солей.
Титан стоек на воздухе и в морской
8. Скорость коррозии титана
в агрессивных средах
Среда Скорость коррозии при 70 °C, мм/год
Ti + 0,2 % Pd Ti
5% -ный раствор НС1 0,025 3,6
5% -ный раствор НС1-|- -|-5%-ный раствор HNOS — 0,125
5%-ный раствор НС1-|- 4-5%-ный раствор СгОд — 0,125
10%-ный раствор НС1 0,089 6,3
10% -ный раствор НС1 -|- 5%-ный рас- твор CuSO4 — 0,125
25%-ный раствор НС1 2,0 52
5%-ный раствор H2SO4 0,076 7,2
5%-ный раствор H2SO4 -)- 0,35%-ный раствор CuSO4 — 0,125
10%-ный раствор H2SO4 0,1 14,2
40%-ный раствор H2SO4 0,94 62
96%-ный раствор H2SO4 2,1 35
воде, а также хорошо сопротивляется
гидравлической кавитации и действию
HNOa любой концентрации; но в ды-
мящей кислоте он подвержен коррози-
онному растрескиванию, поэтому его
защищают красками на основе цин-
ковой и алюминиевой пудр.
Титановые покрытия наносят на
железо и никель, используя расплав
его хлоридов, в среде аргона при
900—1100 °C. На титан и его сплавы
после соответствующей подготовки
можно осаждать гальванические покры-
тия различными металлами и сплавами.
На рис. 8 представлена микрострук-
24
Свойства металлов а сплавов
Рис. 8. Микроструктура (Х400) губчатого
титана (а) и титанового сплава ВТ-6 (о)
тура титана и сплава ВТ6. Титан
целесообразно применять в средах,
в которых коррозионно-стойкие стали
подвергаются точечной коррозии или
проявляют склонность к межкристал-
литной коррозии. Титан, легирован-
ный танталом, обладает высокими ан-
тикоррозионными свойствами. Так,
сплав, содержащий более 50% тан-
тала, стоек в горячих концентриро-
ванных растворах серной, фосфорной
и соляной кислот. Подобный эффект
достигается и при легировании титана
молибденом (30—40% Мо). На рис. 9
представлена зависимость скорости
Рис. О. Зависимость скорости коррозии
(потери массы) титана от концентрации
серной кислоты
Ванадий при обычной темпе-
ратуре не подвержен действию воз-
духа, воды и щелочей, устойчив к не-
окисляющим кислотам, кроме плави-
ковой. В царской водке и HNOS
он растворим. Ванадий корродирует
в дистиллированной воде, перемеши-
ваемой воздухом (25—27 мг/м® в год),
вследствие того, что в воде находится
растворенный кислород воздуха. Оки-
сляясь на воздухе, ванадий покры-
вается налетом разного цвета, что
связано с образованием оксидов раз-
личного состава. С галогенами он
взаимодействует при температуре выше
150 °C. Он устойчив в слабых кисло-
тах НС1 и H3SO4 (0,016—0,145 мм/мес).
Ванадий может поглощать до 0,4%
атомной массы кислорода, образуя
твердый раствор. Его решетка при
этом подвергается тетрагональной де-
формации подобно решетке а-железа
при поглощении углерода. В обыч-
ных условиях ванадий образует куби-
ческую объемно-центрированную ре-
шетку с а — 3,0282-10~“ м. Этот ме-
талл в основном применяют в произ-
водстве стали и железа для придания
им прочности, вязкости, ковкости и
устойчивости к толчкам и ударам.
Хром кристаллизуется в объемно-
центрированной кубической решетке
с а = 2,8846-10-10 м. При электролизе
хром часто получается в виде неустой-
чивой модификации (гексагональная
плотная упаковка с а — 2,717-10-10 м
и с= 4,418-10-1° м). Однако при
Свойства металлов и сплавов
25
нагревании происходит переход такого
хрома в обычную модификацию. При
отсутствии нагрева хром химически
устойчив и почти не окисляется на воз-
духе даже в присутствии влаги. При
нагревании окисление протекает только
на поверхности. В токе кислорода он
сгорает.
В влектрохимическом ряду напря-
жений хром стоит между цинком и
железом и способен вытеснять медь,
олово, никель из растворов их солей.
Склонность к пассивности сдвигает
хром в ряду напряжений значительно
правее, и он может оказываться при
этом позади золота (нормальный по-
тенциал хрома в пассивном состоя-
нии 4-1,2 В). Следовательно, в таком
состоянии он ведет себя как типичный
благородный металл.
Наивысшая твердость хрома среди
металлов обеспечила ему широкое при-
менение для получения защитных и
защитно-декоративных покрытий, ко-
торые наносят на сталь, медь и другие
металлы. Наряду с этим его приме-
няют в сталелитейной промышленно-
сти. Хромовые стали отличаются твер-
достью и прочностью, и поэтому их
употребляют для изготовления ин-
струмента и деталей машин, уменьша-
ющих сильную нагрузку.
Железо и его сплавы с давних
пор широко применяются для изго-
товления различных конструкций и
всевозможных деталей машин и аппа-
ратов, несмотря на значительную
склонность этих материалов к корро-
зионным процессам. Чистое железо —
белый блестящий металл сравнительно
малой твердости. При температуре
выше 1390 °C оно образует объемно-
центрированную кубическую решетку
(а = 2,8664- IO"10 м при 20 °C), а
в интервале температур 910—1390 °C—
гранецентрированную кубическую (а =
= 3,6468-10-“ м при 916 °C). При
температуре ниже 768 °C железо обла-
дает способностью намагничиваться в
магнитном поле (ферромагнетизм).
Чистое железо в противоположность
металлу, содержащему углерод, те-
ряет свой магнетизм мгновенно после
исчезновения электрического поля.
В связи с этим его применяют в элек-
тротехнике для изготовления электро-
моторов и трансформаторов, в которых
требуются быстрое намагничивание и
размагничивание железного сердеч-
ника.
В соответствии с расположением
в электрохимическом ряду напряже-
ний железо в разбавленных кислотах
растворяется, вытесняя из кислот во-
дород и образуя соли двухвалентного
железа.
Железо обладает большим сродством
к кислороду. Во влажном воздухе
оно ржавеет, начиная с поверхности,
и превращается в гидрат оксида.
С сухим воздухом компактное железо
заметно реагирует лишь при темпера-
туре выше 150 °C. При прокаливании
на воздухе оно дает промежуточный
оксид Fe3O4, который образуется также
при ковке раскаленного мягкого же-
леза молотом («железная окалина»).
При высокой температуре оно активно
реагирует с хлором, а также с серой
и фосфором, но не с азотом. Железо
обладает большой склонностью к об-
разованию соединений или сплавов
с углеродом и кремнием. Образование
этих сплавов оказывает большое влия-
ние на свойства технического железа.
Микроструктура стали представлена
на рис. 10.
Наиболее известными сплавами же-
леза с углеродом являются: феррит —
чистое железо (точнее сс-железо); гра-
фит — гексагональная модификация
углерода; цементит — химическое со-
единение железа с углеродом Fe3C
(содержит 6,68% С); аустенит — твер-
дый раствор углерода в железе (точ-
нее, в у-железе); мартенсит — мета-
стабильная фаза, образующаяся при
быстром охлаждении аустенита; леде-
бурит — эвтектическая смесь цемен-
тита и аустенита (насыщенного угле-
родом); перлит — эвтектическая смесь
феррита и цементита. Микроструктура
сплава железа с углеродом предста-
влена на рис. 11.
Кроме углерода, техническое железо
может содержать кремний, марганец
и другие примеси. Они в значитель-
ной степени изменяют свойства угле-
родистых сталей. Так, примесь крем-
ния в железе затрудняет образование
цементита, но благоприятствует выде-
лению графита, в то время как при-
месь марганца влияет противополож-
ным образом. В зависимости от содер-
26
Свойства металлов и сплавов
Рис. 10. Микроструктура (Х400) стали 10 (а) и стали 4Б (б)
жания в железе углерода и других
веществ различают следующие сорта
железа: чугун (2—5% С); ковкое
железо (0,04—1,5% С); ковкая сталь
(менее 0,5% С); сталь (0,5—1,0% С);
специальная сталь (жаропрочная
и др.); ферросилиций (15—18%, масс,
доли кремния).
Вода, не содержащая воздуха, при
комнатной температуре не влияет на
железо, так как на его поверхности
образуется плотный слой гидрооксида
двухвалентного железа, обладающего
защитным действием, даже при очень
небольшой толщине.
Однако концентрированные рас-
творы NaOH довольно сильно разъеда-
ют железо даже без доступа воздуха,
особенно при повышенной температуре,
так как с увеличением концентрации
Рис. 11. Микроструктура (Х400) сплава железа с углеродом:
а — троостит; б — феррит; & — аустенит; г — перлит
Свойства металлов и сплавов
27
ионов ОН- Fe(OH), переходит в рас-
твор с образованием гидроксиидных
солей.
Коррозионную стойкость сталей по-
вышают добавлением при плавке спе-
циальных легирующих элементов, ко-
торые способны образовывать в сплаве
твердые растворы в феррите или
аустените; специальные карбиды; леги-
рованные цементиты; интерметалличе-
ские соединения с железом (FeCr,
FeMo, FeaW и др.); оксиды, сульфиды
и другие включения. Наименование
легированных сталей соответствует на-
вванию основных элементов, входящих
в их состав, например, хромистая,
хромоникелевая, хромоникельмолибде-
новая и т. д Для упрощения наимено-
вания таких сталей приняты следую-
щие условные обозначения элементов:
Н — никель, М — молибден, Т — ти-
тан, Д — медь, X — хром. С — крем-
ний, А — азот, Г — марганец, Ю —
алюминий, В — вольфрам, ф — вана-
дий и др. Цифра, стоящая после бук-
венного обозначения легирующего эле-
мента, соответствует процентному со-
держанию его в сплаве. Цифра, стоя-
щая перед первой буквой, обозначает
процентное содержание углерода.
Железу и его сплавам характерны
следующие виды коррозии: сплошная,
местная, межкристаллитная, подвод-
ная, подземная, атмосферная, биокор-
розия, коррозионная усталость и др.
При сплошной коррозии вода, насы-
щенная воздухом, может разъесть же-
лезо на глубину более 0,022 мм.
Местная коррозия железа имеет место
в растворах, содержащих ионы хлора,
брома, йода с концентрацией более
3-10-4 г-ион/л. Так, например, в
4%-ном растворе NaCl (90 °C) скорость
такой коррозии достигает при pH =
= 54-7 до 0,4 г/(м2-сут); при введении
NaOH она снижается до 0,1 г/(м2-сут).
Подземная коррозия железа в основ-
ном зависит от значения pH грунта.
Скорость подзе'аной коррозии железа
колеблется в пределах 0,5—1,5 мм/год
при контакте с медью и 0,1 —0,15 мм/год
при контакте с никелем. При подзем-
ной коррозии углеродистые стали (при
pH =8,14-8,3) корродируют со ско-
ростью ~0,10 мм/год.
Кобальт при обычной темпера-
туре имеет гексагональную плотней-
шую решетку с а = 2,5063- 10-и м
и с = 4,0795- 10~х0 м. Однако порош-
кообразный кобальт, образующийся
при слабом прокаливании оксида ко-
бальта в водороде, имеет структуру
гранецентрированного куба с а =
= 3,5441-1О-10 м. Эта ^-модификация
устойчива при температуре выше
480 °C, но после растворения водорода
кубический кобальт устойчив и при
более низких температурах.
Кобальт и его сплавы отличаются
высокой коррозионной стойкостью и
хорошим сопротивлением истиранию.
Кобальт применяют в гальванических
процессах в качестве нерастворимых
анодов (Со = 88%, Сг = 7%, Мп =
= 5%), а его сплавы — для изгото-
вления пружин и дуговых лами
Кобальт — тугоплавкий металл, устой
чив в воде, влажном воздухе, щелочах
и органических кислотах. Азот до
+20 °C в кобальте нерастворим. В раз-
бавленных кислотах H2SO4 и НС)
кобальт растворяется меньше, чем
железо. Но разбавленная HNO3 рас-
творяет его (при действии концентри-
рованной азотной кислоты он пасси-
вируется).
Кобальт по внешнему виду похож
на железо. Он очень тягуч и обладает
большей твердостью и прочностью,
чем сталь. Как и железо, он ферро-
магнитен и только при температуре
выше 1000 °C переходит в модифика-
цию, необладаюшую способностью на-
магничиваться. Кобальт используется
для получения сплавов и некоторых
быстрорежущих сталей, которые отли-
чаются особенно высокой твердостью
даже при красном калении. Их ис-
пользуют для изготовления режущих
инструментов и буров (вместо алмаз-
ных). Микроструктура кобальта пред-
ставлена на рис. 12.
Никель имеет гранецентрирован
ную кубическую структуру с плотней
шей решеткой (а = 3,5238- 1О~10 м)
Однако у никеля, распыленного пя
катоде в атмосфере водорода, обнару-
жена гексагональная решетка с а =
= 2,650- КГ10 м и с = 4,320-Ю"10 м.
Гексагональный никель неферромаг-
нитен и при 200 °C способен превра-
щаться в кубическую модификации
(₽) Никель широко применяют в ка-
честве гальванического покрыти.
28
Свойства металлов а сплавов
Рис. 12. Микроструктура (Х400) кобальта
КО-1
стальных и медных изделий. Никель
используют также в современной ста-
лелитейной промышленности, так как
его добавки к стали сообщают послед-
ней особую прочность и вязкость.
Известны сплавы на основе никеля:
нейзильбер (10—20% Ni, 40—70% Си
и 5—40% Zn); константан (40% Ni
и 60% Си); никелин (31% Ni, 56% Си
и 13% Zn); манганин (4% Ni, 12% Мп
и 84% Си); нихром (60% Ni и 40% Сг).
По отношению к воде и воздуху
при обычной температуре никель устой-
чив (при нагревании обнаруживает
цвета побежалости). Он легко раство-
рим в разбавленной HNO8 (в концен-
Рис. 13. Кривая анодной поляризации ни-
келя в разбавленной серной кислоте при
26 °C
9. Скорость коррозии [г/(м2-сут)1
никеля и его сплавов
Среда Никель Монель- металл Ивконель
5% -ный раствор HaSO4 63,3 1,6 34,2
5%-ный раствор НС1 58,1 7,8 58,1
10% -ный раствор HNOS — — 65,2
10%-ный раствор CHSCOOH 6,5 1,4 7,3
4% -ный раствор NaOH 0,06 1,2 0,06
Насыщенный рас- твор NaCl 1,3 0,3 0,3
Морская вода 1,0 1,5 0,45
Простая и ди- стиллированная вода 0,6
трированной кислоте он пассивиру-
ется). При нагревании никель взаимо-
действует с галогенами, серой, мышья-
ком и фосфором. В щелочных раство-
рах и расплавах устойчив даже при
высоких температурах. Медно-никеле-
вые сплавы (монель-металл) устойчивы
в растворах солей, кислот и хлор-
производных углеводородов. Хромо-
никелевые сплавы (никонель) исполь-
зуют как коррозионно-стойкие. Ис-
ключительно высокой стойкостью к ки-
слотам отличаются никель-молибдено-
вые сплавы.
С повышением концентрации ионов
Ni2+ и pH электролита ускоряется его
пассивация (рис. 13). Это объясняется
тем, что никель как переходный эле-
мент способен хемосорбировать кисло-
родные анионы. Потенциал пассивации
никеля +0,43 В для pH = 3,4. Микро-
структура никеля представлена на
рис. 14.
Алюминий повышает электросопро-
тивление и коррозионную стойкость
никеля, а вольфрам и молибден —
жаропрочность. Хром повышает стой-
кость никеля в восстановительных и
окислительных средах, а медь — в рас-
Свойства металлов и сплавов
29
творах серной и плавиковой кислот.
Никель подвержен преимущественно
сплошной коррозии, но иногда проис-
ходит местная коррозия, выпадение
верен и коррозионное растрескивание.
Скорость коррозии никеля и его
некоторых сплавов представлена в
табл. 9.
Медь кристаллизуется в гранецен-
трированной кубической решетке с
а = 3,608-10-10 м при нормальных
атмосферных условиях. Она обладает
высокой электро- и теплопроводностью
и отлично переносит горячую и холод-
ную обработку давлением. Воздух
вызывает равномерную коррозию меди
со скоростью ~1,3 мкм/год.
С повышением концентрации SO2
в воздухе коррозия возрастает. При-
меси олова и ртути увеличивают ско-
рость коррозии меди.
Рис. 14. Микроструктура (Х400) никеля
гнодного Hi (о), хромеля (б") и сплава
Н29К18 (в)
Медь практически не реагирует с су-
хими галогенами, но вступает в реак-
цию с аммиаком, хлористым аммонием
и цианистыми соединениями. Боль-
шинство органических кислот не дей-
ствует на медь, а минеральные кислоты
растворяют ее. При легировании меди
алюминием повышается ее коррозион-
ная стойкость вследствие образования
на поверхности защитного слоя ок-
сида алюминия. Кислородная корро-
зия меди зависит от количества кисло-
рода, достигающего ее поверхности.
Кавитационная коррозия меди и
ее сплавов происходит при соприкос-
новении с влажным паром (даже при
скорости потока 2 м/с). Наиболее из-
вестными сплавами на основе меди яв-
ляются бронзы и латуни. Латуни
обладают достаточно хорошими анти-
коррозионными свойствами в различ-
ных средах (табл. 10).
Под действием концентрированных
растворов щелочей, сульфатов и хло-
ридов латуни подвержены межкристал-
литной и избирательной коррозии.
В горячей воде латуни подвержены
обесцинковыванию (хлориды увеличи-
вают, а бикарбонаты уменьшают ско-
рость обесцинковывания). Так, за
50 сут. глубина обесцинковывания
увеличивается от 0,01 до 0,3 мм.
Бронзы отличаются высокими анти-
фрикционными и механическими свой-
so
Свойства металлов и сплавов
ствами, а также значительной корро-
зионной стойкостью. Олово повышает
эти свойства, а свинец — ухудшает.
Никель способствует измельчению зер-
на, повышая при этом механические
свойства и структуру бронз. Фосфор
улучшает антифрикционные свойства,
износостойкость и жидкотекучесть
бронз. Оловянные бронзы стойки в го-
рячих и холодных растворах H2SO4
(концентрированная кислота действует
на них при высоких температурах).
Микроструктура меди, латуни и брон-
зы представлена на рис. 15.
Бронзы взаимодействуют с влажным
хлором, сероводородом, хлористым во-
дородом и ацетоном. Они стойки к эфи-
рам, спиртам, альдегидам, кетонам
и не корродируют в морской и пресной
воде, а также в среде большинства пи-
щевых -подуктов. Безоловянистые
Рис. 16. Микроструктура (Х400) меди Ml
(а), латуни ЛС-59 (б) и бронзы БрБ2 (в)
бронзы в качестве присадок содержат
алюминий, никель, кадмий, бериллий,
железо и другие металлы (0,1—5%).
Применяют их для работы в атмо-
сферных условиях, в среде масла и
пара (до 250 °C). К медно-никелевым
сплавам относятся мельхиор, нейзиль-
бер, купиали и др. Все они отлича-
ются повышенными механическими и
антикоррозионными свойствами
(табл. 11).
Меди, латуни и бронзы в большин-
стве случаев применяют с гальвани-
ческими, окисными или лакокрасоч-
ными покрытиями.
Цинк кристаллизуется в гекса-
гональной плотной решетке с параме-
трами а = 2,659-10-10 м и с —
= 4,937-10-10 м. В сравнении с желе-
зом он более активный металл. Реа-
гируя с агрессивными компонентами
атмосферы, он разрушается, защищая
железо. В присутствии влаги между
железом и цинком образуется микро-
гальванопара, в которой цинк является
анодом.
Коррозия цинка с выделением водо-
рода происходит в растворах сильных
кислот и щелочей. В интервале зна-
чений pH = 7,0-г-12,5 его можно счи-
тать практически стойким, благодаря
образующимся защитным пленкам.
С водой цинк реагирует с выделением
водорода, причем этот процесс идет
Свойства металлов а сплавов
31
10. Скорость коррозии латуней
Среда
Скорость
коррозии,
мкм/год
Атмосфера:
сельская
городская и примор-
ская
Вода:
пресная
морская
Щелочь
Раствор аммиака
0,8
1,5-4,0
2—2,5
7—100
0,5 мм/год
6 мм/год
параллельно с процессом кислород-
ной деполяризации.
Влажный воздух, загрязненный SOa,
способствует образованию основного
сульфата цинка. В разбавленных рас-
творах NaOH цинк анодно пассиви-
руется, образуя пористый слой окси-
дов толщиной до 50- 1О~10 м.
Межкристаллитная коррозия цинка
вызывается примесями свинца, кад-
мия и олова (менее 0,01% каждого).
Сплавы цинка с алюминием или медью
подвержены межкристаллитной корро-
зии в проточной воде при 40—50 °C.
В горячей воде возможна коррозия
технического цинка с образованием
12. Скорость коррозии цинка
Среда Скорость коррозии, мм/год
Атмосферная;
городская 0,005
морская 0,0019
Вода: 0,1
дистиллированная
морская 0,1
язв (белые чашеобразные отложения
вокруг газовых пузырей). В растворах
NaCl происходит точечная коррозия
с образованием ZnCl2-4Zn(OH)2. В ще-
лочных растворах при pH < 12,5 про-
исходит равномерная коррозия цинка
с образованием небольшого числа цен-
тров коррозии. При атмосферной кор-
розии цинка образуются защитные
пленки из основного карбоната в виде
объемистых продуктов коррозии, по-
крытых невысыхающей пленкой воды.
Скорость коррозии цинка приведены
в табл. 12. Микроструктура цинка
представлена на рис. 16.
На рис. 17 представлена зависимость
скорости коррозии цинка в дистилли-
рованной воде от температуры.
Родий при обычных атмосфер-
ных условиях и температуре 20 °C
И. Скорость коррозии
медно-никелевых сплавов
Среда Скорость коррозии, мкм/год
Атмосфера: 2,0
городская
морская 1.0
сельская 0,3
Вода:
пресная 30
морская 100
50%-ный раствор 5 мм/год
HNO3 Растворы: 5—6 мм/год
соляной кислоты
серной кислоты 2,5
едкого натра Менее 130
Рис. 16. Микроструктура анодного цинка
Ц1 (Х300)
82
Свойства металлов и сплавов
Рис. 17. Зависимость скорости коррозии
цинка в дистиллированной воде от темпе-
ратуры
Рис. 18. Микроструктура анодного палла-
дия (Х400)
имеет кубическую гранецентрирован-
ную решетку с а = 3,795- 10~хо м.
Он нерастворим ни в одной кислоте и
в царской водке. Соляная и серная
концентрированные кислоты при 150 °C
действует на него в присутствии воз-
духа. В расплавленных щелочах он
нестоек. Применяют родий в качестве
гальванического покрытия наиболее
ответственных изделий. Его также
используют в качестве термопар для
агрессивных сред.
Палладий образует гранецен-
трированную кубическую решетку с
а= 3,890-10~10 м при 23 °C. Харак-
терной особенностью палладия яв-
ляется способность адсорбировать раз-
личные газы, в особенности водород.
При малой концентрации водорода
в палладии существует a-фаза с [Н ] :
[Pd]=0,03*. При большей кон-
центрации водорода, когда это отно-
шение достигает значения 0,57, имеется
f-фаза. При образовании «-фазы про-
исходит расширение «кристаллической
решетки» от 3,883 до 3,894-10-1® м.
При соотношении [Н] : [Pd] более
0,03 кристаллическая решетка дефор-
мируется и некоторые зерна кристал-
лов, для которых постоянная решетки
равна 4,02- 10~и м, расширяются до
размеров Р-фазы.
• Один объем палладия (в вависимоо-
ти от температуры) может растворить до
800 объемов водорода.
Палладий хорошо растворяется в
смеси соляной и азотной кислот при
нагреве. Концентрированные H2SC>4
и HNOS в нагретом состоянии вызы-
вают коррозию палладия. Высокие
механические свойства, хорошая кор-
розионная стойкость и удовлетвори-
тельная электропроводность палладия
обеспечили ему широкое применение
в радио- и электронной промышлен-
ности для покрытия контактов раз-
личной аппаратуры. Вместе с тем пал-
ладий в гальванотехнике применяют
в качестве нерастворимых анодов. В не-
герметичной аппаратуре он может за-
менять золото. Микроструктура анод-
ного палладия представлена на рис. 18.
Серебро имеет кубическую
структуру с параметром решетки а —
= 4,078-10-10м при 20 °C. Его приме-
няют при изготовлении деталей, тре-
бующих высокой электро- и теплопро-
водности как непосредственно в виде
металла, так и в качестве гальваниче-
ского покрытия. Серебро обладает вы-
сокой отражательной способностью и
химической устойчивостью, особенно
в условиях воздействия щелочных
растворов и большинства органических
кислот.
Существенным недостатком серебра
является высокая его чувствительность
к воздействию сероводорода и других
соединений серы. Оно плохо свари-
вается прч высоких нагрузках, по-
Свойства металлов и сплавов
33
Рис. 19. Микроструктура анодного серебра (Х300) до (а) и после (б) отжига при 300 °C
этому их широко применяют при из-
готовлении подшипников. Благодаря
скин-эффекту токи высокой частоты
проходят по поверхностному слою.
Поэтому серебро применяют при изго-
товлении коаксиальных волноводов.
Серебро растворяется окисляющими
кислотами (HNOS и HaSOJ. Это свой-
ство используют для отделения сере-
бра от золота. При доступе воздуха
или в присутствии перекиси водорода
оно легко растворяется в цианидах,
но без выделения водорода. Серебро
устойчиво в расплавах и в растворах
щелочей. С золотом и палладием оно
образует непрерывный ряд твердых
растворов, а с медью ограниченный
ряд. Микроструктура серебра пред-
ставлена на рис. 19.
Кадмий кристаллизуется с об-
разованием плотной гексагональной
структуры с параметрами решетки
а = 2,965-10~10 м и с = 5,664-10-10 м
и при 25 °C. Часто кадмий применяют
при изготовлении некоторых корро-
зионно-стойких сплавов, изделия из
которых работают в условиях тропи-
ческого или морского климата, а
также в качестве гальванических по-
крытий для защиты стальных изделий
от коррозии. При нагревании он легко
соединяется с галогенами. В обычных
условиях кадмий не реагирует ни
с азотом, ни с водородом. Подобно
цинку он корродирует в разбавленных
2 Мельников П. С.
сильных кислотах с выделением во-
дорода. В промышленной атмосфере
он менее стоек, чем цинк. Кадмий
мягче цинка, поэтому хорошо поддается
ковке, вальцуется в листы и легко
полируется. В отличие от цинка он
не растворяется в щелочах. В сухом
воздухе при комнатной температуре
он покрывается тонкой оксидной плен-
кой, которая при 200 °C приобретает
соломенно-желтый цвет и предохра-
няет металл от дальнейшего разру-
шения. На рис. 20 представлена зави-
симость скорости коррозии кадмия от
pH раствора, а на рис. 21 — его
микроструктура.
Рис. 20. Скорость коррозии кадмия при раз-
личных pH раствора
34
Свойства металлов и сплавов
Рис. 21. Микроструктура кадмия анодного
(Х300)
Рис. 22. Микроструктура олова анодного
01 (ХЗОО)
Олово имеет несколько модифи-
каций. Оно может кристаллизоваться
с образованием алмазной кубической
(а= 6,489-10-10 м) и объемно-центри-
рованной тетрагональной структурой
с а = 5,831 и с = 3,181 10“'° м при
20 °C. Олово — один из немногих ме-
таллов, соли которого не вредны для
человеческого организма.
Олово в сплавах со свинцом широко
применяют для улучшения паяемости
поверхностей различных металлов. Оно
имеет низкую температуру плавления
(~232 °C) и образует с железом и
медью интерметаллоиды. Поэтому
олово применяют для покрытия по-
следних методом погружения в рас-
плавленный металл или гальваниче-
ским способом. На воздухе и в воде
оно устойчиво при обычной темпера-
туре, но при повышенных темпера-
турах окисляется. Лучше всего оно
растворяется в концентрированной со-
ляной и азотной кислотах. Коррозия
олова в кислых, нейтральных и щелоч-
ных растворах усиливается в присут-
ствии деполяризаторов (соли тпех-
валентного железа, перманганат, ща-
велевая кислота и др.). При этом
оксидная пленка может способство-
вать возникновению местной коррозии.
Растворы с 3,5 < pH > 11,0 вызы-
вают равномерную коррозию. Хлориды
на олове образуют «черные пятна».
Морская вода вызывает точечную кор-
розию чистого олова с глубиной про-
никновения до 0,5 мм. Микрострук-
тура анодного олова дана на рис. 22.
В атмосфере водяного пара олово
склонно к межкристаллитной корро-
зии. В дистиллированной воде оно
сначала корродирует, а затем пасси-
вируется. При анодной поляризации
олово пассивируется с образованием
SnO2 в щелочных растворах, а в рас-
творах серной кислоты переходит че-
рез две последовательные стадии пас-
сивирования перед выделением кисло-
рода. В первой стадии образуется
соединение двухвалентного олова, а
во второй — двух- и четырехвалент-
ного. Олово, легированное сурьмой,
более стойко в разбавленной соляной
кислоте (табл. 13) и не подвержено
13. Скорость коррозии олова
Среда Скорость коррозии, г/(м»сут)
Дымящая HNOS 0,05
3%-ный раствор HNOS 64
6%-ный раствор НС1 3,5
6% -ный раствор CHgCOOH 1,5
10% -ный раствор NH4OH 2,3
Морская вода 0,044
Свойства металлов и сплавов
35
Рис. 23. Микроструктура сурьмы (х400)
местной коррозии в жесткой воде.
Алюминий олову придает жаростой-
кость, цинк увеличивает его пассив-
ность при катодной поляризации, медь
ускоряет растворение олова.
Сурьма образует ромбоэдриче-
скую структуру с параметрами решет-
ки а— 4,497- 10-10 м и с == 6,500-10-10м.
Микроструктура сурьмы представлена
на рис. 23.
Сурьму применяют, главным обра-
зом, для изготовления сплавов с ме-
таллами. Она обладает способностью
повышать твердость мягких металлов.
Незначительное количество ее в се-
ребряных и золотых покрытиях по-
вышает их износостойкость и блеск.
Известны гальванические покрытия чи-
стой сурьмой. Коррозионная стойкость
сурьмы близка к коррозионной стой-
кости никеля.
Вольфрам может образовывать
кубическую структуру с параметрами
а = 5,038-10-1“ м и объемно-центри-
рованную кубическую с а = 3,165 X
X 10-1° м. При нагревании до 100 °C
он сохраняет стойкость в плавиковой
кислоте, слегка взаимодействует с НС1
и HsSO4, несколько сильнее корроди-
рует в HNOS и сильно — в царской
водке. В холодных щелочах вольфрам
устойчив, но несколько растворим
в них при нагревании. Интенсивно
окисляется вольфрам в расплавлен-
ных щелочах при доступе воздуха или
в присутствии окислителей (NaNO9,
NaNOj, КСЮ, и др.). Для защитных
2*
14. Скорость коррозии рения
Среда Скорость коррозии, г/(м*.ч)
НаРО4 или НС1 (при ~0,0001
25 °C)
Перекись водорода sg4,0
NaCl —0,05
КОН 0,015
40%-ный раствор HNOS —200
40%-ный раствор HaSO4 —0,03
и специальных целей вольфрам и его
сплавы покрывают гальванически раз-
личными металлопокрытиями (в за-
висимости от условий его эксплуата-
ции).
Рений образует гексагональную
плотную структуру с параметрами
решетки а = 2,755-10-10 м и с =
— 4,449-10~10 м. На воздухе при обыч-
ной температуре он устойчив и оки-
сляется только при температуре выше
1000 °C, но во влажном воздухе корро-
дирует при обычных условиях. В соля-
ной и плавиковой кислотах практи-
чески нерастворим, однако быстро
корродирует в HNOS (медленнее в
HaSO4), образуя рениевую кислоту.
В дистиллированной воде в присут-
ствии воздуха скорость его коррозии
0,05 г/(м2-ч), т. е. больше, чем в 40% -
ной серной кислоте (табл. 14).
Иридий имеет гранецентриро-
ванную кубическую структуру с а —
= 3,838-10-10 м при 18 °C. Его при-
меняют в качестве гальванического
покрытия, наносимого на некоторые
металлы и керамику. Он не подвержен
воздействию кислот и царской водки.
Платина обладает гранецентри-
рованной кубической структурой с а =
= 3,923-10~10 м. Подобно палладию
она склонна к адсорбции различных
газов (в особенности водорода), но
в меньшей мере. При обычной тем-
пературе характеризуется высокой хи-
мической стойкостью по отношению
к действию различных агрессивных
агентов — кислот, щелочей, галогенов.
Платина хорошо растворяется в смеси
соляной и азотной кислот при нагреве,
но в обычных условиях не взаимодей-
36
Свойства металлов и сплавов
Рис. 24. Микроструктура анодного золота
(Х300)
15. Скорость коррозии свинца
Средь Скорость коррозии, г/(м*-сут)
H2SO4 (при 90 °C) 11
10%-ная НС1 (при 100 °C) 123
10%-ная HNOB 72
100%-ная СН8СООН 5000
Галогены — 10
25%-ная NaOH (при 0,32
20 °C)
Вода 0,2
Бетон 13 мм/год
Рис. 25. Микроструктура анодного свинца
( X 300)
ствует с HNO3. Платина нестойка
в расплавленных щелочах, перекиси
натрия, углекислого и сернокислого
натрия, а также при 200 °C в раство-
рах аммиака и NaOH.
Никель, осмий и рутений увеличи-
вают твердость платины, а палладий
и родий делают ее более мягкой.
Медь, серебро и рутений увеличивают
электросопротивление платины, а же-
лезо — термодвижущую силу. Плати-
ну применяют при изготовлении термо-
пар, лабораторной посуды, платини-
рованного титана (для нерастворимых
анодов), в ювелирном деле, а также
при нанесении гальванических по-
крытий.
Золото имеет гранепентрирован-
ную кубическую структуру с размером
Рис. 26. Микроструктура анодного висмута
(Х300)
Рис. 27. Микроструктура анодного индия
(Х300)
Свойства металлов и сплавов
37
решетки а= 4,070-10-1® м при 20 °C.
Оно практически не изменяется на
воздухе и при соприкосновении с во-
дой. Галогены в виде сухих газов при
обычной температуре действуют только
на поверхность металла или не дей-
ствуют совсем. От остальных метал-
лов золото отличается тем, что оксид
золота, образующий поверхностный
слой, способен распадаться на кисло-
род и металл при температуре выше
150 °C. Микроструктура анодного зо-
лота дана на рис. 24.
Золото легко растворяется в цар-
ской водке, а также в растворах
цианидов натрия или калия. Однако
оно не подвержено действию разба-
вленных щелочей. Кислоты, не содер-
жащие сильных окислителей, не дей-
ствуют на золото. Несмотря на высо-
кую стоимость золото широко приме-
няют в гальванотехнике. Вследствие
своих декоративных свойств золото
незаменимо в ювелирной и часовой
промышленности. Золото образует с
германием и кремнием легкоплавкую
эвтектику, что обусловило его приме-
нение в производстве полупроводни-
ковых приборов.
Свинец обладает гранецентри-
рованной кубической структурой с а =
= 4,949- 1О~10 м. Практически он не-
растворим в разбавленных кислотах.
Это связано с тем, что на чистом
свинце водород выделяется только при
значительном перенапряжении. В соля-
ной кислоте он практически нераство-
рим. но в HNOg растворяется легко.
При доступе кислорода воздуха сви-
нец медленно взаимодействует со всеми
кислотами (даже с очень слабыми) и
с водой.
В виду того что гидроокись свинца
амфотерна, свинец корродирует как
в кислотах, так и в щелочах. В воде,
содержащей углекислый газ, он почти
не растворяется (табл. 15). В случае
отсутствия углекислого газа он рав-
номерно корродирует с образованием
2РЬСО8РЬ(ОН)а. Свинец достаточно
устойчив в атмосферных условиях
(в городской атмосфере скорость его
коррозии составляет 0,7 мкм/год, в
сельской — 0,5 мкм/год и в морской
0,6 мкм/год). В большинстве случаев
наблюдаются коррозия свинца по гра-
ницам зерен и сквозная коррозия
в процессе образования защитных пле-
нок. Микроструктура анодного свинца
показана на рис. 25.
Свинец нашел применение в качестве
нерастворимых анодов при анодиро-
вании алюминия и его сплавов, для
обкладки рентгенокамер и различных
аппаратов в химической промышлен-
ности, для изоляции электрических
кабелей, для облицовки стальных змее-
виков, работающих в агрессивных
средах (например, при охлаждении
сернокислых ванн для анодирования)
и т. д. Применяют свинец и в галь-
ванотехнике при нанесении защитных
покрытий на стальные изделия.
Висмут подобно сурьме имеет
ромбоэдрическую структуру с а =
= 4,735- IO-10 м и с= 14,20-10"1® м
при 18 °C. Его применяют для галь-
ванических покрытий (висмутовых и
сплавом олово — висмут). При обыч-
ной температуре на воздухе он устой-
чив, а при красном калении сгорает,
превращаясь в желтую окись Bi2Os.
Вода (без растворенного в ней кисло-
рода) на висмут влияния не оказывает.
В неокисляюших кислотах он рас-
творим. Холодная серная кислота его
не растворяет, но в азотной кислоте
он корродирует. Микроструктура анод-
ного висмута приведена на рис. 26,
а индия — на рис. 27.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
ОБ ЭЛЕКТРОХИМИИ
ЭЛЕКТРОЛИЗ И ЭЛЕКТРОЛИТЫ
При подключении к полюсам источ-
ника постоянного тока двух металличе-
ских пластинок, погруженных в раст-
вор щелочи или кислоты, в гальваниче-
ской батарее наблюдается появление
электрического тока. Одновременно на
металлических пластинках происходят
определенные реакции. Этот провесе
получил название электролиза, а раст-
вор — электролита.
Находящиеся вэлектролитеионыпод
действием электрического тока прини-
мают строго направленное движение:
катионы — к катоду, анионы — к ано-
ду . В данном случае ионы служат пере-
носчиками электрического тока и назы-
ваются электропроводниками второго
рода. Несмотря на то что в транспорти-
ровании электричества через раствор
участвуют все ионы, в передаче его от
раствора к металлу (электрода*!) при-
нимают участие лишь некоторые анио-
ны и катионы.
Помимо катионов или анионов в
электролитах могут находиться и ней-
тральные молекулы, которые в электри-
ческом поле остаются неподвижными
(условно) и в переносе электричества
участия не принимают. Но такие моле-
кулы могут, достигнув катода, разря-
диться (восстановиться) на его поверх-
ности.
Наряду с этим, приходящие к катоду
(аноду) положительно (отрицательно)
заряженные катионы (анионы) могут
совершенно не разряжаться на элек-
тродах. В гальванотехнике принято
определять количество проходящего
через электролит электричества числом
кулонов, т. е. произведением силы тока
(в А) на время (в с). Соотношение между
количеством прошедшего через раствор
электричества во время электролиза и
количеством прореагировавших ве
ществ на электродах определяется
законами Фарадея, которые и состав-
ляют основу гальваностегии.
Первый закон гласит о том, что
между количеством прошедшего через
электролит электричества Q и количе-
ством прореагировавшего в электрохи-
мической реакции вещества или коли-
чества выделившихся на электродах
продуктов реакции Ат существует
зависимость
Am = qQ = qlx.
где q — коэффициент пропорциональ-
ности; I — сила тока; т — время.
При / — 1 А и т = 1 с Am — q.
Коэффициент q называют электрохими-
ческим эквивалентом, или количеством
вещества, выделившегося на электро-
дах, при прохождении через систему
1 Кл электричества.
Второй закон Фарадея заключается
в том, что при прохождении через элек-
тролиты одного и того же количества
электричества массы прореагировав-
ших веществ на электродах прямо про-
порциональны их химическим эквива-
лентам:
Ах _ Лц
91 9а
= —— = const = F,
Qi
где F — константа Фарадея. Ее значе-
ние, например, для серебра равно
96 500 Кл.
Следовательно, для превращения
1 г-экв любого вещества необходимо
пропустить через электролит
96 500 Кл электричества. Для опреде-
ления влияния побочных электриче-
ских реакций применяется понятие
выхода по току (%), которое выража-
ется уравнением
n = юо в Ст. 100
mT Qn
Электролиз и электролиты
39
где тп и шт— соответственно практи-
чески прореагировавшее количество
вещества и теоретически подсчитанное
количество вещества, которое должно
было прореагировать в соответствии с
ойконом Фарадея; (?т и фп— соответ-
ственно количество прошедшего элек-
тричества, вычисленное по закону Фа-
радея и практически израсходованное
количество электричества.
Толщину покрытия, продолжитель-
ность электролиза и плотность тока
принято вычислять по формуле
где q — электрохимический эквива-
лент; Т) — выход по току.
Так как масса т = Vp (где V —
объем выделившегося металла; р —
плотность металла), а V — Sd (где
S — общая площадь гальванопокры-
тия; d — его толщина), по формуле
находят толщину
60р '
По этой же формуле можно опреде-
лить катодную плотность тока ip
(в А/дм2) и т (в мин).
При погружении металла в электро-
лит, содержащий ионы данного метал-
ла, на границе металл — электролит
возникает разность потенциалов, назы-
ваемая электродным потенциалом.
Этот потенциал обусловлен зарядами
ионов, которые имеются как в электро-
лите, так и на поверхности металла.
При отсутствии внешнего электриче-
ского поля процесс перехода ионов от
металла в электролит и обратно быстро
достигает равновесия и устанавлива-
ется постоянный потенциал, называе-
мый гальванопотенциалом. Абсолютное
значение этого потенциала для любого
электрода определяется относительно
другого, вспомогательного электрода,
например относительно нормального
водородного электрода, гальванопотен-
циал которого условно обозначен
0,0000 В (при активности водородных
ионов 1 и давлении газа 0,001 Па).
Электродный потенциал зависит от
температуры, валентности и концен-
трации (или активности) ионов металла
в электролите.
Для выражения потенциала любого
металла, погруженного в раствор своих
ионов, активность которых равна,
пользуются уравнением Нернста:
Ф — Фо 4"
0,0591
г
1g а,
где фо — стандартный потенциал элек-
трода, В.
Когда активность ионов металла в
данном растворе равна единице, <р =
— Фо-
Скорость электродной реакции зада-
ется длительностью самой медленной
стадии, которая определяет значение
и характер полного перенапряжения.
В соответствии со стадией, определяю-
щей скорость, перенапряжение может
быть одного из следующих видов: пере-
хода или замедленного разряда, диф-
фузии, реакции и кристаллизации;
возможна также омическая поляриза-
ция. Для высоких значений перенапря-
жения (фр — ф > RT/F) теория замед-
ленного разряда устанавливает связь
между плотностью тока и перенапря-
жением перехода (фр — <рп);
₽zF .
» = 10е — -уу (фр —Фп).
где »0 — плотность тока обмена; р —
коэффициент переноса; г — валент-
ность; F — число Фарадея; 7? — газо-
вая постоянная; Т — абсолютная тем-
пература (для Т = 298 К имеем
RT/F = 59,2 мВ).
Вместе с тем плотность тока i и
перенапряжение (фр — <рп) связаны
уравнением Тафеля:
(фр — фп) = о + b 1g I.
Перенапряжение диффузии
(ФР—Фп) =
где »д—предельный ток диффузии.
Кинетика электрохимических про-
цессов, при условии, если их скорость
определяется скоростью разряда, выра-
жается уравнением Фрумкина. В тех
случаях, когда можно пренебречь по-
тенциалом на расстоянии эффективного
ионного радиуса от поверхности элек-
40
Общие сведения об электрохимии
трода ф, уравнение вамедленного раз-
ряда приобретает следующий вид:
<р = а — 5'lg 1Ме+] + Ь 1g I.
Уравнение Тафеля л = а + b 1g I
является частным случаем при постоян-
ной концентрации разряжающего иона.
Когда перенапряжение равно нулю,
протекающий во внешней цепи ток
ja — <к равен нулю и истинный катод-
ный iK и анодный <а токи равны между
собой. Истинный ток, текущий в обе
стороны при равновесном потенциа-
ле, — ток обмена io — связан с кон-
стантами уравнения Тафеля следую-
щим образом: i0 = 10~“/fc.
Скорость перехода разряжающихся
ионов (в г-ион/л) через каждый санти-
метр сечения раствора под действием
электрического поля и градиента ак-
тивности ионов (миграция + диффу-
зия) выражается уравнением
где D — коэффициент диффузии ионов;
6д — толщина диффузионного слоя,
см; а и ае — активность ионов в массе
раствора и в контакте металла с элек-
тролитом.
Когда другие ступени электродной
реакции проходят быстро, переход
разряжающихся ионов через диффу-
зионный слой может тормозить общую
электрохимическую реакцию. Такое
торможение называют диффузионным
перенапряжением и вычисляют по
формуле
RT . 1П — i
фд zF g iu ’
где i — плотность тока, применяемого
при электролизе; — предельный ток,
при котором скорость разряда ионов
равна скорости их притока к поверх-
ности катода путем диффузии и мигра-
ции.
Среднюю толщину диффузионного
слоя принимают равной 0,5 мм. Тогда
предельный ток в неперемешиваемых
электролитах (при 20 °C) определяют
по приближенной формуле in —
= 0,025 zalt где аг — активность раз-
ряжающихся ионов в растворе, которая
для приближенных расчетов может
быть заменена их концентрацией С.
КАТОДНОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ
ПРОСТЫХ И КОМПЛЕКСНЫХ
ИОНОВ
Ионы в электролите окружены оболоч-
кой, которая состоит из сблокирован-
ной сферы дипольных молекул Н2О.
Первый слой гидратной оболочки,
например катионов, в большинстве
случаев составляет четыре или шесть
молекул воды. В массе раствора М
(рис. 28) ионы мигрируют под дейст-
вием относительно слабых электриче-
ских полей, деформация их гидратных
оболочек А сравнительно небольшая.
От катионов отстают или деформиру-
ются те молекулы воды, которые состав-
ляют основную часть гидратной обо-
лочки. При входе катиона в диффузион-
ный слой Д, градиент потенциалов
в котором выше, чем в массе раствора,
деформация гидратной оболочки дохо-
дит до первого слоя Б. Приближаясь
к двойному электродному слою Э,
градиент потенциала возрастает на-
столько, чго от иона отрываются почти
все молекулы воды В и дегидратация
ионов от последних молекул воды
требует значительных затрат энергии.
В процессе катодного восстановления
металла из простых ионов их разряд
происходит по схеме
Ag+ +е = Ag.
Одновременно с металлом на катоде
может восстанавливаться и водород:
Н++ ё= Н.
В случае применения растворимых
анодов анодный процесс в это же время
Катод
Рис. 28. Схема движения гидратированного
иона и его разряда на катоде К
Электрокристаллизация и ее закономерности
41
протекает согласно реакции Ag =
= Ag+ + е.
На нерастворимых анодах происхо-
дит чаще всего разряд анионов, напри-
мер: С1” — С1 + е.
Катодное восстановление металлов
из комплексных ионов, например
Ag (NHg)J +_ё те Ag +_2NH3 или
Ag (CN)7 + ё те Ag + 2CN, сводится
к непосредственному разряду на катоде
комплексных ионов. При разряде ионов
с отрывом от них аддентов на катоде
создаются совершенно другие условия
по сравнению с разрядом обычных
гидратированных ионов. Во-первых,
комплексные соединения с небольшим
числом аддентов часто бывают мало-
растворимыми. Поэтому при постоян-
ном отрыве аддентов от центральных
ионов создаются условия для образова-
ния в прикатодном слое коллоидов,
которые оседают на поверхности катода
и затрудняют диффузию адсорбируемых
атомов разряжающегося металла на
поверхности катода. Во-вторых, ком-
плексные электролиты являются в
своем большинстве сильнощелочными
и содержат значительно больший избы-
ток ионов. Поэтому в прикатодном
слое могут конденсироваться гидро-
ксиды с образованием мелкодисперсных
частиц, затрудняющих процесс эле-
ктрокристаллизации металла на по-
верхности катода.
ЭЛЕКТРО КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ
И ЕЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ
Последней стадией катодной реакции
при электроосаждении любого металла
является адсорбция его атомов на
поверхности катода с последующим
внедрением их в кристаллическую ре-
шетку гальванического осадка. Эту
стадию принято называть электро-
кристаллизацией. Ее следует разделять
на два этапа: образование на опреде-
ленных местах катодной поверхности
кристаллических зародышей или цент-
ров кристаллизации; их рост до кри-
сталлитов. размеры которых в гальва-
ноосадках в основном определяются
условиями катодной реакции.
Первоначально активными местами
образования зародышей являются вер-
шины углов и ребер кристаллов, а
Рис. 28. Схема образования кристалличе-
ских зародышей на катоде
также места с различными дефектами
поверхности катода.
Допустим, что наиболее активным
местом на поверхности катода явилась
грань ABCD (рис. 29). На этой грани
образовались два зародыша Ki и Kt-
Для сохранения этих зародышей и их
дальнейшего спонтанного роста необ-
ходима определенная энергия. При
свободной кристаллизации новые ад-
сорбирующиеся атомы металла могут
с одинаковой степенью вероятности
диффундировать в двухмерном про-
странстве как к зародышу Ki, так
и к зародышу Кг- Но разряжаются
атомы прежде всего там, где имеются
недостроенные места кристаллической
решетки, являющиеся более выгодными
для продолжения роста грани.
Рост тонких слоев кристаллов про-
исходит при последовательном образо-
вании слоев металла толщиной 10~4 —
10~ь мм. Однако электрокристалли-
зация и кристаллизация металлопо-
крытий зависят от вида (природы)
осаждаемого металла, условий элек-
тролиза (состав электролита, плот-
ность тока, температура и др.), а
также шероховатости подложки. Так,
серебро осаждается слоями со ско-
ростью 0,4 мкм/мин, медь — со ско-
ростью 0,2 мкм/мин и олово —
0,3 мкм/мин. При этом рост кристаллов
происходит на определенных активных
участках с последующим распростра-
нением по всей поверхности катода.
По степени трудности восстановления
ионов на катоде металлы можно услов-
но разделить на три группы. К первой
группе относятся металлы, восстанав-
ливающиеся с низким перенапряже-
42
Общие сведения об влектрохимии
нием (олово, кадмий, цинк, серебро,
медь и др.). Выделение таких металлов
происходит в основном на катоде без
заметной химической поляризации. Ме-
таллы, восстанавливающиеся с высоким
перенапряжением (железо, кобальт,
никель, хром, марганец и др.), склонны
к пассивированию. Существование на
катоде такой пленки вследствие адсорб-
ции чужеродных частиц повышает
перенапряжение и позволяет осаждать
такие металлы из их простых солей.
При этом покрытия не отличаются
высокой чистотой, в них содержатся
примеси в виде оксида, гидрооксида,
водорода и др. К третьей группе отно-
сятся металлы, которые не удается
получать из водных электролитов (мо-
либден, вольфрам, ниобий, титан, маг-
ний, алюминий и др.). Для этих метал-
лов характерна повышенная реакцион-
ная способность по отношению к среде.
Они на катоде выделяются в виде тон-
кого слоя оксида или гидрооксида.
В процессе кристаллизации металло-
покрытий на катоде могут образовы-
ваться пассивные участки. Так, нор-
мальное развитие граней монокристал-
ла серебра в азотнокислом растворе
возможно лишь в том случае, если плот-
ность тока на этих гранях не будет
ниже какого-то предела. Если по мере
увеличения поверхности кристалла
сила тока в цепи не возрастает и плот-
ность тока уменьшается, то процесс
выделения металла на грани кристалла
замедляется. В результате эта грань
теряет свою активность, ее поверх-
ность как бы пассивируется, и металл
в этом месте не осаждается.
Пассивное состояние поверхности
катода может быть преодолено увели-
чением напряжения на электродах, так
как при этом число образующихся
кристаллов на катоде возрастает. Чем
больше относительная скорость обра-
зования зародышей, т. е. чем больше
образуется новых кристаллов в еди-
ницу времени, тем более мелкокристал-
лическими должны быть осадки, и
наоборот. При некоторых условиях
микроструктура электролитических
осадков может воспроизводить струк-
туру основного металла. При малой
скорости осаждения металла на моно-
кристалле ориентирующее влияние
структуры его поверхности может про-
должаться до толщины ~ 4 мкм. На
поликристаллической поверхности с
определенной ориентацией кристаллов
воспроизведение структуры наблю-
дается лишь в очень тонких слоях
(^ 0,2 мкм) при условии, когда покры-
тие и основной металл имеют приблизи-
тельно одинаковые размеры кристалли-
ческой решетки.
Свинец, олово, висмут, кадмий и
другие металлы восстанавливаются на
катоде из растворов их простых солей
при сравнительно малой катодной поля-
ризации. Поэтому осадки этих металлов
имеют крупнозернистую структуру.
Только в присутствии определенных
поверхностно-активных веществ (ПАВ),
вызывающих сильное торможение про-
цесса электрокристаллизации, обра-
зуется мелкозернистая структура (то
же самое происходит при осаждении
металлопокрытий из растворов ком-
плексных солей).
При электролизе растворов простых
солей электроотрицательных металлов
совместно с осаждением металлопокры-
тий происходит и восстановление водо-
рода. Нередко, внедряясь в катодный
осадок, водород повышает внутренние
напряжения, вызывая хрупкость, рас-
трескивание, пузырьчатые вздутия и
другие дефекты. В некоторых случаях,
например при осаждении никеля при
пониженных значениях pH, происходит
повышение перенапряжения восстанов-
ления ионов металла с образованием
более мелкокристаллических осадков.
Водород в таком случае адсорбируется
на поверхности катода, создавая за-
труднение для роста кристаллов нике-
ля. В растворах комплексных солей
металлов концентрация водородных
ионов влияет как на состав самих ионов,
так и на устойчивость комплексных
соединений, что в конечном итоге
отражается на катодной поляризации
и структуре осадков (равновесный по-
тенциал катода смещается в сторону
электроотрицательных значений и
уменьшается размер кристаллов в
осадках).
Повышение плотности тока в боль-
шинстве случаев приводит к образова-
нию на катоде мелкозернистых осад-
ков. Но беспредельно повышать плот-
ность тока нельзя, так как при этом
происходит осаждение на катоде рых-
Восстановление ионов водорода при осаждении металлопокрытий
43
лых покрытий в виде дендритов на
краях и выступах деталей (возможно
образование и сплошной губчатой мас-
сы по всей поверхности катода).
К повышению температуры электро-
лита во многих случаях прибегают
с целью увеличения растворимости
применяемых солей, повышения анод-
ного выхода по току (для уменьшения
или полного устранения пассивирова-
ния анодов), увеличения электропро-
водимости. Одновременно с этим тем-
пература также влияет и на ориента-
цию кристаллов в осадке. Считают, что
повышение температуры выше опти-
мальной может снижать совершенство
структуры.
Главными преимуществами процесса
получения блестящих осадков явля-
ются: экономия цветного или драгоцен-
ного металла, улучшение условий труда
и экономия вспомогательных материа-
лов (электроэнергия, сжатый воздух
и Др.).
Наибольшим блеском обладают по-
крытия, имеющие на поверхности лишь
субмикронеровности, т. е. такие гео-
метрические дефекты, размер которых
-е превышает0,2 мкм. Влияние тех или
иных блескообразующих добавок на
качество и строение металлопокрытий
рассматривается далее конкретно для
каждого случая при осаждении тех
или иных металлопокрытий.
В противоположность формированию
блестящих покрытий общими для боль-
шинства металлов условиями образо-
вания губчатых или порошкообразных
осадков на катоде являются низкая
концентрация соли металла в растворе
и высокая плотность тока. Чем ниже
концентрация соли выделяемого метал-
ла в растворе, тем при меньшей плот-
ности тока на катоде образуется губка
и, наоборот. С повышением плотности
тока и понижением температуры (до
известного предела) губчатый осадок
на катоде становится мелкозернистым
(объемным и рыхлым). Однако губча-
тые осадки на катоде могут образовы-
ваться также при низкой плотности
тока независимо от концентрации ос-
новного металла и значения pH в
оастворе.
Другим примером может служить
образование цинковой губки на катоде
в результате действия локальных галь-
ванопар при контакте цинка с приме-
сями кобальта, германия или кадмия.
Введение в электролиты цинкования
добавок свинца, олова или ртути
предотвращает образование губки. По-
следнее объясняется тем, что цинк в
виде мельчайших частиц, попадая в
раствор с небольшим содержанием
ионов более благородного металла,
вытесняет последний и сам переходит
в раствор.
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ИОНОВ
ВОДОРОДА ПРИ ОСАЖДЕНИИ
МЕТАЛЛОПОКРЫТИЙ
При катодном восстановлении боть-
шинства металлов и сплавов из водных
растворов происходит выделение водо-
рода (от небольших долей до десятков
процентов общей катодной реакции).
Катодные брутто-реакции выделения
водорода из кислых и щелочных раство-
ров могут быть представлены в следую-
щем виде:
Н8О+ + ё — 0,бН. + Н,О;
Н2О+ ё-* 0,6H,+ ОН".
Если бы эти реакции протекали
обратимо на любых катодах, то из
водных растворов не могли бы восста-
навливаться многие металлы, стандарт-
ный потенциал которых отрицательнее
потенциала восстановления водорода.
Разряд ионов водорода зависит от
металла катода, плотности тока, тем-
пературы и состава электролита, значе-
ния pH и других условий электролиза
и обусловливается трудностями вос-
хождения следующих стадий катодной
реакции:
1) транспортирования водородных
ионов или их доноров к поверхности
катода (к двойному электродному
слою);
2) разряда ионов водорода на катоде
и присоединения их к поверхности
металла с одновременной их электро-
нейтрализацией: Н+ + е -► Над, где
Над — адсорбированный атом водо-
рода; в случае электроосаждения ме-
таллов эта стадия называется реакцией
перехода;
44
Общие сведения об электрохимии
Рис. 30. Зависимость перенапряжения от
порядкового номера металла
3) образования молекул Hs на по-
верхности металла без разрыва адсор-
бированных связей;
4) десорбции адсорбированных моле-
кул с поверхности металла и перехода
их в ближайший слой электролита;
5) десорбции молекулярного водо-
рода из прикатодного слоя в глубь
раствора путем диффузии.
Перенапряжение для разряда ионов
водорода аналогично переходному пере-
напряжению для разряда ионов метал-
ла, описываемому уравнением Тафеля:
п = a + b log [i],
где а и ft — константы.
Константа 6 обычно имеет значение,
близкое к 0,116. В случае небольших
и средних перенапряжений можно при-
менять уравнение электрохимической
кинетики
2,303ЯТ , tK
л =-----=— log -А,
aF to ’
где a — коэффициент переноса; iK —
плотность катодного тока; io — ток
обмена ионов водорода на данном
металле.
Для практических целей (подсчетов)
можно принять а = 0,5 и перенапряже-
ние для выделения водорода на разных
металлах выразить через ток обмена,
который может изменяться от —1,25
до 12,9 А/смя. Логарифмы тока обмена
являются периодической функцией по-
рядкового номера элемента (металла)
в таблице Д. И. Менделеева. Как видно
на рис. 30, между перенапряжением
16. Растворимость водорода
в некоторых металлах при 20 °C
Металл 11 и xs* ££? Металл Раство- римость, см’/г
Ниобий 55 Никель 0,05
Тантал 125 Железо 0,50
Титан 403 Кобальт 0,05
Ванадий 150
водорода и порядковым номером ме-
талла имеется определенная связь.
В случае катодного восстановления
металлов при комнатной температуре
последнее уравнение имеет вид:
п = 0,116 log iK — 0,116 log io.
Из него следует, что при малой плот-
ности тока катодной поляризации пере-
напряжение для разряда ионов Н+
на всех металлах является относитель-
но малой величиной. Например, если
ток катодной поляризации даже на
целый порядок выше тока обмена
(iK = 10 i0), то перенапряжение для
всех металлов достигает одинакового
значения (~0,1163). Поэтому в кислых
растворах ионы водорода могут начать
разряжаться раньше, чем ионы тех
металлов, стандартные потенциалы ко-
торых по своим значениям отрицатель-
нее, чем потенциал водорода.
Независимо от значения pH в кислых
растворах, имеющих значительную
концентрацию солей металлов, ионы
водорода быстро исчерпываются в бли-
жайшем прикатодном слое, и для раз-
ряда их достигается предельный ток,
имеющий относительно низкое значе-
ние. Поскольку в условиях предель-
ного тока для выделения водорода
pH среды в ближайшем прикатодном
слое лимитируется концентрацией гйд-
рооксидов осаждаемых металлов, то
разряд их ионов происходит в сильно-
щелочной среде.
Наводороживание покрытий и ме-
талла подложек в процессе нанесения
их на детали в основном происходит
путем адсорбции, а не объемного по-
глощения. Помимо наводороживания
в металлопокрытиях может происхо-
Катодное восстановление сплавов
45
17. Перенапряжение выделения водорода
'к' А/см* Re Pd Au W Mo Ni Co Ag Cr Fe Ge Ta
В HsSO4 (2 н. раствор)
IO"3 10,12 I 0,14 I 0,24 I 0,26 | 0,35 10,30 I 0,32 I 0,35 I — 10,37 I 0,39 I 0,46
10"» I — I — 10,39 10,37 I 0,50 I 0,50 I 0,39 I 0,43 I — 10,47 1 0,62 | 0,58
В НС1 (2 и. раствор)
10~s 0,48 0,51 0,57 0,58 0,63 0,65 0,69 0,80 0,83 1,04 1,05 1,12
io-* 0,60 0,71 0,71 0,68 — — 0,83 — 1,01 1,15 — 1,24
10-1 0,74 0,93 0,83 0,76 — — 0,91 — 1,17 1,21 — 1,26
дить и растворение водорода с образо-
ванием твердых растворов или хими-
ческих соединений (табл. 16).
Степень наводороживания зависит
от природы металла покрытия и его
структуры. Так, содержание водорода
в углеродистой стали зависит от ее
структуры: мартенсит — 0,907 см8/г,
троостит — 0,016 см8/г, соорбит —
0,046 см3/г. С увеличением катодной
плотности тока перенапряжение водо-
рода, а следовательно, и скорость его
восстановления возрастают (табл. 17).
На практике применяют различные
способы снижения наводороживания и
улучшения качества металлопокрытий:
в электролит вводят посторонние орга-
нические и неорганические добавки;
используют блескообразователи и уль-
тразвук; механическое перемешивание
электролита; используют после нане-
сения металлопокрытий термостатиро-
ванне деталей и т. д.
ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ
КАТОДНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ
СПЛАВОВ
Разряд ионов и электрокристаллизация
сплавов на катоде аналогичны процессу
осаждения металлов. Однако наблю-
даются и отличительные черты, связан-
ные с разрядом отдельных ионов, поля-
ризацией и их электрокристаллиза-
цией. Основным условием катодного
восстановления нескольких металлов
является равенство их потенциалов
разряда:
Ч’ме, + «Ме, = Ч’ме, + пМе, = ’ ’'
В растворах простых солей лишь
некоторые металлы имеют близкие
значения равновесных потенциалов.
Так, потенциалы никеля и кобальта в
сернокислых растворах столь близки,
что совместное их выделение на катоде
и регулирование состава сплава воз-
можны при самой низкой катодной
плотности тока. В то же время равно-
весные потенциалы меди и цинка в
растворах простых солей отличаются
более чем на 1 В. Отсюда вытекает
необходимость максимального сближе-
ния равновесных потенциалов соосаж-
дающихся металлов.
Известно, что увеличение концентра-
ции даже в 10 раз может изменить
потенциал одновалентных ионов только
на 0,057 В, а потенциал двухвалентных
ионов — на 0,029 В, что, естественно,
не может послужить фактором для
сближения потенциалов. Практически
этого можно достичь за счет связывания
разряжающихся ионов в комплексы.
Так, при связывании ионов меди и
цинка в цианистые комплексы актив-
ность ионов цинка (при одинаковых
значениях потенциалов меди и цинка,
равных —1,0 В) в Ю18 раз больше
активности ионов меди.
Различные органические добавки так-
же могут быть применены в качестве
средства сближения равновесных по-
тенциалов при сплавообразовании.
Клей, желатину,пептон и другие веще-
ства рекомендуется применять в каче-
стве добавок при осаждении свинцово-
оловянных покрытий, тимол и желати-
ну — при осаждении бронзовых по-
крытий, а гуммиарабик — при осажде-
46
Общие сведения об влектрохимии
нпи л чту ней. Применение ПАВ аффек-
тивно в том случае, если на поверхно-
сти катода создаются условия, в доста-
точной мере тормозящие реакции вос-
становления катионов металлов. К
средствам (помимо указанных), позво-
ляющим значительно сблизить равно-
весные потенциалы при катодном вос-
становлении сплавов, следует o'-нести:
деполяризацию; осаждение электро-
положительной составляющей на пре-
дельном токе; соосаждение металлов
при периодических изменениях потен-
циалов и др.
В ряде случаев гальванические
сплавы по своей фазовой структуре
находятся в полном соответствии с
диаграммами состояния металлурги-
ческих сплавов (цинк — кадмий, оло-
во — цинк, медь — цинк, золото —
серебро, никель — кобальт и др.).
Однако многие сплавы, полученные
гальваническим способом, по своей
структуре и фазовому составу значи-
тельно отличаются от металлургиче-
ских сплавов.
Нередко электроосажденные сплавы
под микроскопом обнаруживают сло-
истое строение, которое затем исчезает
при соответствующей термообработке
(выравнивание структуры). Толщина
таких слоев может колебаться от ми-
крометра до нескольких сотен микро-
метров. Удельное электросопротивле-
ние сплавов сильно возрастает при об-
разовании твердых растворов и умень-
шается при распаде их.Твердость галь-
ванических сплавов в несколько раз вы-
ше твердости литейных сплавов. Так,
верхний предел микротвердости сплава
меди с золотом составляет 300, а спла-
вов на основе никеля 700 и т. д.
АНОДНЫЙ ПРОЦЕСС
РАСТВОРЕНИЯ МЕТАЛЛОВ
И СПЛАВОВ
В гальванических процессах (осажде-
ние металлопокрытий, электрохимиче-
ское обезжиривание, электрополирова-
ние, анодирование алюминиевых и
титановых сплавов и т. д.) нашли при-
менение как растворимые, так и не-
растворимые аноды. Процессы электро-
осаждения большинства ме-аллов
(сплавов) ведутся с использованием
растворимых анодов. Уменьшение кон-
центрации ионов металла в электролите
в процессе катодного восстановления
или унос электролита деталями и при-
способлениями (барабанами, колоко-
лами, корзинами и т. д.) должно воз-
мещаться поступлением металла из
растворимых анодов. Чтобы это обес-
печивалось равномерно и постоянно
во времени, необходимо соответствие
между катодным и анодным выходом
по току. Даже при нормальном раство-
рении анодов возможно пассивирование
их поверхности, нередко приводящее
к нарушению баланса в рабочей ванне,
а также к переходу в электролит ионов
более высокой валентности или приме-
сей, находящихся в анодном металле
(сплаве). Образование нерастворимых
пленок на аноде или адсорбция некото-
рых веществ обеспечивает устойчивость
нерастворимых анодов (используемых,
например при хромировании, золоче-
нии в кислых растворах), которые изго-
товляют из свинца, платинированного
титана, платины, графита и т д.
Образующиеся на аноде пленки мо-
гут обладать электронной проводи-
мостью или изолирующими свойствами,
быть проницаемыми для ионов металла
или непроницаемыми, хорошо раство-
ряться в электролите или практически
не растворяться в нем.
Растворимый анодный металл, как
правило, переходит в раствор согласно
реакции
Me -* Ме+ + е или
Me — Ме’+ + 2ё.
Для растворения анода необходимо,
чтобы его потенциал был положитель-
нее, чем соответствующий равновесный
потенциал <рр. Величина поляризации
в этом случае определяется разностью
потенциалов
Дф = Ф/ — <рр,
где ф/ — потенциал при данной плот-
ности тока i. В случае анодного раство-
рения таких металлов, как железо,
никель или кобальт, скорость электро-
химического процесса анодного раство-
рения становится определяющим факто-
ром.
Для образования мономолекуляр-
ного слоя — нерастворимого продукта
Технологические характеристики электролитов
47
на аноде — необходимо пропустить ток
в количестве ~0,2 z К л/см2 (г — ва-
лентность ионов металла), которого
достаточно, чтобы платина и кобальт
запассивировались в щелочном раство-
ре, а золото — в кислых и щелочных
растворах. Уже при образовании моно-
слоев РЮ, AusO3, Со2О8 происходит
пассивация указанных металлов. Но
иногда для пассивирования раствори-
мых анодов требуется образование
трех или четырех молекулярных слоев,
например СиО или Ag2O при меднении
или серебрении в щелочных цианистых
электролитах.
В некоторых случаях процесс анод-
ного растворения металлов может со-
провождаться параллельно протекаю-
щим саморастворением металла (напри-
мер, цинковых анодов в кислом суль-
фатном электролите). В этом случае
анодный выход по току становится более
100%. В результате происходит заще-
лачивание прианодной зоны. Для пре-
дотвращения этого необходимо наряду
с растворимыми, применять нераство-
римые аноды, что способствует обеспе-
чению сохранения материального ба-
ланса в электролите.
Пассивирование анодов может оыть
связано с вытеснением пассивирую-
щими частицами с поверхности анода
тех ионов, которые способствуют ак-
тивному растворению анодного метал-
ла. Из неорганических анионов наибо-
лее быстро и прочно адсорбируются
на аноде ионы железа, брома, иода,
вытесняя адсорбированные диполи во-
ды. Это стимулирует активацию анодов.
Чтобы предотвратить анодную пассива-
цию, создают условия, ускоряющие
отвод продуктов растворения (переме-
шивание, повышение температуры,
ультразвук и др.) Повышение темпе-
ратуры способствует также десорбции
пассиваторов с поверхности анода.
В том случае, когда аноды представ-
ляют сэбой не однородные чистые
металлы, а сплавы, процесс их раство-
рения более или менее усложняется
вследствие различия их физико-хими
ческих свойств и электродвижущих
сил отдельных составных частей анода.
Если металлическая примесь к основ-
ному металлу находится с ним в различ-
ной фазе и не образует ни твердого
раствора, ни соединения, то потенциал
определяется главным образом наибо-
лее отрицательным металлом. Если
такой сплав служит анодом, то в раст-
вор переходит сначала более электро-
отрицательный металл. Потенциал
сплава из двух металлов, образующих
твердый раствор, изменяется в зависи-
мости от состава и лежит между потен-
циалами обоих чистых металлов.
Основным требованием, предъявляе-
мым к металлу анода, при осаждении
покрытия из одного металла является
его чистота. Наличие примесей в анод-
ном металле, накопление которых в
электролите сопровождается нежела-
тельным течением процесса на катоде
или снижением качества покрытия,
недопустимо. В процессах гальваниче-
ского осаждения покрытий сплавами
электролит должен пополняться катио-
нами двух или более металлов. Это до-
стигается либо применением анодов из
сплава металлов, не отличающегося по
составу от катодного осадка, либо
использованием раздельных анодов,
изготовленных из отдельных металлов,
входящих в состав катодных покрытий.
В отдельных случаях при осаждении
сплавов применяют нерастворимые ано-
ды. При этом убыль катионов металлов
в электролите восполняется введением
в рабочую ванну солей соответствую-
щих металлов. Иногда в ванну завеши-
вают нерастворимые аноды и аноды,
изготовленные из металла одного из
компонентов сплава. Естественно, что
применение раздельных анодов требует
применения специальной схемы регули-
рования растворением каждого из ви-
дов анодного металла.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ
ЭЛЕКТРОЛИТОВ
Рассеивающая способность. Распреде-
ление тока на поверхности электрода и
связанная с этим толщина осадка зави-
сят от многих факторов: формы и раз-
мера электролизера; электродов и вза-
имного их расположения; поляризуе-
мости и электропроводности электро-
литов; природы покрываемого металла
и состояния его поверхности (пассивное
или активное); структурной неоднород-
ности поверхности электрода и др.
48
Общие сведения об электрохимии
Рис. S1. Ячейка Кудрявцева для измерения
распределения металла на катоде:
1 — ячейка; 2 — угловой катод; 3 — вводы
Неравномерное покрытие обусловле-
но неодинаковым распределением элек-
трического тока по профилю катода.
Распределение толщины покрытия со-
ответственно распределению тока на-
зывают первичным, а фактическое рас-
пределение толщины металла по по-
верхности катода называют вторичным.
Свойство электролита улучшать рас-
пределение металлов по поверхности
катода по сравнению с первичным рас-
пределением называется рассеивающей
способностью (PC). Такая оценка имеет
относительный характер. Поэтому для
получения сопоставляемых результа-
тов форма и размеры электролитиче-
ской ячейки и электродов при экспери-
ментальном определении или аналити-
ческом расчете PC различных электро-
литов должны быть одинаковыми.
Для экспериментального определе-
ния PC применяют ячейку Фильда,
в которой оценка PC производится по
распределению металла на двух элек-
тродах:
PC — % м юо
К+М-2 100,
т-ггл ЛЛ М Ь . IZ
где М = ; К = -А.
Мп’
Здесь М$ и Л4д — масса осадка,
выделившегося на ближнем и дальнем
катодах; и Zg — расстояния между
анодом и катодом (соответственно даль-
ним и ближним). Оценку PC можно
проводить и по формуле
»и
К — - >в - — I — х
* ~ di/dl ~~ 1 К di
где iK — плотность тока, А/дм8; <рк —
потенциал катода, В; х — удельная
электропроводность электролита.
См-см-1; Z — расстояние между като-
Zw
дом и анодом, см; —отношение
di/dl
плотности тока к приращению плот-
ности тока с изменением расстояния,
характеризующей PC электролита по
току.
Реальное представление о распреде-
лении тока металла на сложнопрофи-
лированных деталях можно получить
и при работе с ячейкой Кудрявцева
(рис. 31), которая представляет собой
прямоугольный сосуд-ванну с катодом
из тонкой ленты, согнутой в двух
местах под углом 60°, по обеим сторо-
нам которой на одинаковом расстоянии
расположены два плоских анода. Для
определения PC электролитов приме-
няются также угловая ячейка Халла,
щелевая ячейка Молера, а также метод
разборного катода (метод Гюйса).
В большинстве случаев PC дается
в процентах (по Херрингу и Блюму)
или в относительных единицах. Наи-
большей PC обладают цианистые элек-
тролиты (кадмирования, серебрения,
меднения, цинкования и золочения).
Их PC находится в пределах 30—70%.
Наименьшая PC у электролитов оло-
вянирования (0—30%), никелиро-
вания (0—20%) и хромирования (10—
50%).
Электропроводность электролитов,
температура и концентрация веществ
в них оказывают значительное влияние
на PC. Так, с повышением электропро-
водности увеличивается PC электро-
лита. Температура оказывает двойное
влияние на рассеивающую способность.
В электролитах, в которых выход по
току возрастает с ZK, повышение темпе-
ратуры способствует более равномер-
ному распределению металла. Если же
выход по току уменьшается с ростом
iK (например, в цианистых комплексных
электролитах) повышение температу-
ры ухудшает равномерность распреде-
ления металла.
Аналогично сказывается влияние пе-
ремешивания и наложения ультразву-
кового поля, уменьшающих поляризуе-
мость и скорость изменения выхода по
току с изменением катодной плотности
тока (ZK).
Технологические характеристики электролитов
49
С целью улучшения PC в простых
электролитах рекомендуется добавлять
ПАВ, способствующие увеличению по-
ляризации на катоде, а также добавоч-
ные (дополнительные) аноды (при по-
крытии внутренних поверхностей) или
катоды в форме, соответствующей по-
крываемым изделиям (рис. 32).
Микрорассеивающая и выравниваю-
щая способность. Расчетная толщина
покрытия прямо пропорциональна при-
меняемой 1К, электрохимическому эк-
виваленту, выходу по току и продол-
жительности электролиза и обратно
пропорциональна плотности осаждае-
мого металла. Однако такой расчет
дает представление только о средней
толщине на всей покрываемой поверх-
ности, т. е. даже на плоских катодах
iK толщина осадка распределяется
неравномерно, на краях больше, а в
середине катода меньше. При покрытии
глубоко профилированных деталей та-
кое явление еще больше усугубляется.
Поэтому в технических условиях на
изделие обычно указывается не сред-
няя, а местная (минимальная) толщина
покрытия.
Микрорассеивающая способность
(МРС) определяет разность толщин
покрытия на двух выделенных участках
микропрофиля (обычно в углублении
и на пике микропрофиля). Поскольку
переход от макро- к микропрофилю
непрерывен, то для понижения PC и
МРС следует знать основные факторы,
влияющие на эти величины. Основой
макрорассеивания является первичное
распределение тока. Напротив, в об-
ласти микрорассеивания вследствие не-
достаточной конвекции появляется
иногда значительная разность в тол-
щине катодного диффузионного слоя,
что приводит к изменению скорости
осаждения покрытия на том или ином
участке катода.
Увеличение катодной поляризации и
электропроводности электролитов
улучшает МРС и способствует выравни-
ванию поверхности Мерилом МРС
на одном определенном профиле может
служить процентное соотношение меж-
ду толщиной покрытия в углублении
(а) и на пике (6) микропрофиля
(рис. 33), т. е. МРС= -^-.Наформиро-
Рис. 32. Дополнительный анод, применяе-
мый при хромировании деталей:
1 — деталь; 2 — дополнительный анод
(сталь, покрытая свинцом)
вание микропрофиля поверхности ме-
таллопокрытия влияет и процесс элек-
трокристаллизации осадка на катоде.
На поверхности осадка можно обнару-
жить микронеровности, образовавшие-
ся в результате ноли кристаллического
характера роста осадка и появления
в нем различного рода структурных
несовершенств.
Выравнивание обозначает уменьше-
ние первоначальной неровности поверх-
ности детали в процессе электрохими-
ческого процесса. Оно не идентично
МРС, но при определенных условиях
находится в области микровыравни-
вающей способности (МВС). Выравни-
вающая способность не зависит от
мик рогеометри чески х х а р а ктеристи к
поверхности и от толщины покрытия.
Это безразмерная производная ско-
рости электроосаждения при эффектив-
ной толщине прикатодного диффузион-
ного слоя, она непосредственно связы-
вает микрораспределение скорости
электроосаждения с первичным распре-
делением тока, которое определяется
только формой профиля, а не его мас-
штабом:
In (Но/Н) = 2,3hCpMBC/a,
Рис. 33. Схема микровыравнивания элект-
ролитического покрытия металлами:
/ — основной металл; 2 — металлопокры-
тие
50
Общие сведения об электрохимии
Рис. 34. Дополнительный катод, применя-
емый при анодировании алюминиевых труб:
/ — труба; 2 — изолятор; 3 — дополни-
тельный катод (свинцовая или алюмин! е-
вая проволока)
где а — период; Нв и Н — амплитуда
полого синусоидального микропрофиля
соответственно до и после осаждения
металлопокрытия средней толщины hcp.
Взаимосвязь между микрорассеиваю-
щей и микровыравнивающей способ-
ностью выражается формулой
МРС= МВС+ 1.
Для определения МВС пользуются
также формулой
МВС = 100,
«1
где hT и /г2 — глубина впадины соответ-
ственно до и после гальванопокрытия.
Эта формула приемлема для простых
поверхностей профиля. При плохой
МРС микровыравнивающая способ-
ность имеет отрицательное значение,
т. е. на ровных участках больше, чем
в микроуглублениях
Действительное выравнивание про-
исходит тогда, когда скорость осажде-
ния в глубине профиля (впадина,
углубление, риски и др.) больше, чем
на их краях, что объясняется разницей
поляризации на выступах и углубле-
ниях профиля, в результате которой
в углублениях больше откладывается
металла, чем на выступах. Для этой
цели применяют выравниватели в виде
добавки органических веществ или
ионов некоторых металлов. Обычно
выравниватели в электролиты вводят
в малом количестве. В результате
адсорбции их на катоде происходит
обеднение этими веществами катодного
диффузионного слоя. Убыль их компен-
сируется конвекцией и диффузией. На
остриях профиля диффузионный слой
тоньше, и поэтому здесь происходят
меньшее истощение выравнивателя и
большая, чем в углублениях профиля,
адсорбция В углублениях в резуль-
тате значительного замедления постав-
ки выравнивающей добавки наступает
сильное ее истощение, следовательно,
поляризация уменьшается, а скорость
осаждения металла увеличивается.
Выравнивание увеличивается с рос-
том толщины слоя покрытия. Так, при
толщине покрытия блестящим никелем
40 мкм из электролита с выравниваю-
щими добавками глубина насечки вы-
равнивается практически полностью.
В большинстве случаев с повышением
плотности гока МВС электролита
уменьшается.
Электролиты с ограниченной кон-
центрацией разрядоспособных комплек-
сов имеют плохую МРС, а электролиты
с высокой концентрацией таких ком-
плексов— хорошую. Так, в медно-
цианистых электролитах медь сильно
связана в комплексы, и поэтому кон-
центрационная поляризация высока
Если при этом появляются сильные
различия в диффузионном слое, то на
местах с высокой толщиной диффузион-
ного слоя поляризация сильно возрас-
тает, а осаждение металла по отноше-
нию к частям поверхности с более сла-
бым диффузионным слоем соответст-
венно снижается. Поэтому медноциа-
нистый электролит по отношению к
сернокислому имеет хорошую МРС и
плохую МВС.
По-разному ведут себя цианистые
электролиты серебрения с различным
содержанием свободного цианида при
различной температуре. Так, при
24 г/л KCN имеет место хорошая МРС
(особенно при >60 °C). При комнатной
температуре наблюдается некоторое
падение МРС, которое еще больше уси-
ливается при увеличении iH от 0,5 до
1,5 А/дма. С повышением содержания
свободного цианида до 60 г/л улуч-
шается распределение металлопокры-
тия при более низких iH и обеспечи-
вается одинаковая толщина осадков
в углублениях и на краях катода.
Пути улучшения распределения ка-
тодного тока. При размещении деталей
на подвеске расстояние между ними
должно быть достаточным для свобод-
ного прохождения электрического тока
к глубоким участкам покрываемых
изделий. Обычно глубокие полости и
выемки, сквозные или глухие отвер-
стия, впадины оказываются трудно-
доступными для линий тока. Поэтому
Технологические характеристики електролитов
51
в случае необходимости для создания
равномерного слоя покрытия по всей
поверхности применяют дополнитель-
ные аноды соответствующей формы.
Они с успехом используются при раз-
мерном хромировании, железнении и
никелировании, а также при анодиро-
вании различных деталей (труб, пусто-
телых штоков и др.) из алюминия и его
сплавов (рис. 34).
Длч локальной защиты части детали
и равномерного распределения тока
на ней применяют плоские непроводя-
щие экраны с отверстиями и щелями,
расположенными против центральной
части покрываемых деталей.
На равномерное распределение тока
и толщины покрытия на катоде немалое
влияние оказывают длина подвески и
анодов. Для определения оптимальной
длины подвески при заданной длине
анода на последнюю завешивают по-
крываемые детали и после нанесения
металлопокрытия на каждой опреде-
ляют массу покрытия А41, М2, и
т. д. По полученным данным рассчиты-
вают критерий равномерности:
пМ min
р~ м1 + Л1п_1 + Л1п ’
где М ш1п — минимальная масса покры-
тия детали; п — количество деталей.
Затем последовательно изменяют дли-
ну подвески, определяют каждый раз
соответствующее значение Kj>- Далее
строят график зависимости /Ср от дли-
ны анода и находят оптимальную дли-
ну подвески, при которой прини-
мает максимальное значение. Анало-
гичным образом при заданной длине
подвески можно определить оптималь-
ную длину анода.
Неравномерность распределения то-
ка в теле электрода при нанесении
покрытия на длинные тонкостенные
детали и на параллельно расположен-
ных анодах может быть вызвана омиче-
ским падением потенциалов в теле пок-
рываемого предмета или анода Омиче-
ское падение потенциалов может быть
скомпенсировано путем разносторонне-
го подвода тока с соответствующим се-
чением анода, которое легко рассчитать
по формулам в случае отсутствия или
малого газонаполнения электролитов:
с ______________ с ₽а
°а — лв — t
Рк
где Sa и SK — площади сечения соот-
ветственно анода и катода; ра и рк —
удельное сопротивление материала ано-
да и катода.
Радиус компенсирующего цилиндри-
ческого катода
где гн и гв — соответственно наружный
и внутренний радиусы полного катода.
Неравномерность распределения то-
ка может быть вызвана и газонаполие-
нием электролита. Величина газона-
полнения возрастает от нижней зоны
электролита к верхней. Соответственно
уменьшается электропроводность элек-
тролита, вызывая неравномерность рас-
пределения тока и металла по высоте.
Чем больше высота электродов, чем
меньше межэлектродное пространство
(расстояние) и больше выход газовой
фазы по току и чем выше iK, тем больше
неравномерность. Для плоских парал-
лельных электродов относительное за-
полнение объема газовой фазы на высо-
те от верхнего края электрода
2_ (fe — х) (Экт]к + Эат]а) iTp
2,736а (р +98, Ix-y)
где h — высота электродов, см; Эн и
Эа — электрохимические эквиваленты
соответственно катодной и айодной
реакции в пересчете на объем газа,
приведенного к нормальным условиям,
см3; т)к и т)а — выходы по току газовой
фазы соответственно на катоде и аноде,
%; и — скорость подъема газовых
пузырьков, см/с; i — катодная или
анодная плотность тока, А/см2; Т —
температура электролита, К; р —
измеренное атмосферное давление, Па;
у — плотность электролита, г/см8; 6 —
расстояние между электродами, см;
х — расстояние от точки выхода тока,
см.
Скорость подъема газовых пузырьков
тем выше, чем больше их радиус г.
При диаметре пузырьков менее 0,01 см
их скорость (см/с)
2 г2
—Я,
где g = 980 см/с — нормальное уско-
рение свободного падения; г — радиус
пузырьков, см; v — кинематическая
вязкость электролита.
ГЛАВА 4
ТРЕБОВАНИЯ,
ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ
К покрытиям
КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ
ДЕТАЛЕЙ ПЕРЕД НАНЕСЕНИЕМ
ПОКРЫТИЯ
Шероховатость поверхности деталей
(изделия), на которую наносят защит-
ное покрытие, должна быть не ниже
Rz = 40 мкм, а при нанесении защит-
но-декоративного покрытия Rz =
= 2,5 мкм (при нанесении твердого и
электроизоляционного покрытия Rz =
== 1,25 мкм).
Поверхность деталей, изготовленных
из горячекатаного металла, должна
быть чистой, без травильного шлама,
окалины, ржавчины и других загряз-
нений. Неоднородность проката, зака-
танная окалина, раковина, трещины,
поры, расслоения, выявляющиеся пос-
ле травления, полирования или шлифо-
вания, являются основанием для брако-
вания детали, если после контрольной
зачистки размеры детали выходят за
предельные вследствие дефектов. На
поверхности литых и кованых деталей
не должно быть пор, газовых и усадоч-
ных раковин, шлаковых включений,
спаев, недоливов, трещин, за исключе-
нием допустимых технической докумен-
тацией на отливки и поковки. Детали
после гидрообработки не должны иметь
травильного шлама, шлака, окалины,
ржавчины и заусенцев. Шлифованные
и полированные детали должны посту-
пать без забоин, вмятин, раковин,
расслоений, прижогов, рисок, трещин,
заусенцев, пор и дефектов от рихтовоч-
ного инструмента.
Независимо от вида механической
обработки и подготовки деталей острые
углы и кромки деталей должны быть
скруглены или иметь фаски, за исклю-
чением технически обоснованных слу-
чаев. На изделиях, выполненных газо-
вой и дуговой сваркой, угловые, фасон-
ные, радиусные швы стыковых и нах-
лесточных соединений делают непре-
рывными и без непроваров. Сварные
и паяные швы должны быть зачищены
и не иметь дефектов, кроме допустимых
технической документацией на сварку
и пайку. Детали, изготовленные из
магниевых сплавов, не должны иметь
пор, точечных включений, глубоких
царапин, рисок, вмятин и расслоений,
а сварные швы должны быть двусторон-
ними, без зазоров, раковин и непрова-
ров.
На отливках из цветных металлов и
стали нельзя исправлять дефекты
литья методом заварки. На рабочей
поверхности литых деталей допуска-
ются следы швов по разъему форм,
следы от питателей, зачищенные за-
подлицо с поверхностью детали, следы
от выталкивателя. Детали из титановых
сплавов сваривают аргонно-дуговой
сваркой, а из алюминиевых сплавов
соединяют припоем марки 34А (перед
гальванопокрытием их следует изоли-
ровать). Поры, раковины, трещины,
непропаи и другие дефекты, появив-
шиеся при зачистке швов, паянных
твердыми припоями, следует устранять
путем пайки припоями ПСрЗ, ПСр2,5
(если невозможна подпайка твердыми
припоями). Для выявления пор на
паяном шве рекомендуется произво-
дить предварительное серебрение или
меднение.
Наносить покрытия на сборочные
единицы, состоящие из разнородных
металлов, а также нескольких покры-
тий на одну деталь допускается только
в исключительных случаях по согласо-
ванию с конструктором (по специально
разработанной технологии). Детали из
различных металлов и сплавов разре-
шается подвергать гальванопокрытиям
в отдельных, технически обоснованных
случаях и при условии, что они будут
Требования к деталям после нанесения гальванопокрытия
63
эксплуатироваться в легких и средних
условиях.
Детали из различных металлов и
сплавов перед нанесением гальвано-
покрытий подвергают механической
обработке: штамповке, литью, кранце-
ванию, галтовке, шлифованию и поли-
рованию, вибронакатыванию, алмазной
обработке, нанесению волосовидных
или дугообразных линий, уплотнению
поверхности стальными шариками и
т. д. При этом на поверхности деталей
возникают различные дефекты, о до-
пустимости или недопустимости кото-
рых должно быть изложено соответ-
ственно в стандартах или технических
условиях на данный вид изделия.
ТРЕБОВАНИЯ К ДЕТАЛЯМ
ПОСЛЕ НАНЕСЕНИЯ
ГАЛЬВАНОПОКРЫТИЯ
Требования к металлическим и неме-
таллическим покрытиям оговариваются
в технической документации в зависи-
мости от условий эксплуатации изде-
лия. При выборе покрытий следует
помнить, что шероховатость поверх-
ности деталей после нанесения защит-
но-декоративных покрытий (никелевое,
хромовое) остается без изменения,
а после нанесения защитных и специ-
альных покрытий (цинк, кадмий, се-
ребро и др.) ухудшается в зависимости
от толщины покрытия и технологии его
нанесения.
Крепежные детали с толщиной по-
крытия менее 9 мкм применяют с
обязательной дополнительной защитой
в сборке от воздействия внешней среды
лакокрасочными покрытиями, стойки-
ми в данных условиях. В неразъемных
соединениях такие детали следует уста-
навливать с использованием сырого
грунта, например АГ-10С, а в разъем-
ных — смазки ЦИАТИМ-221, ОКБ-
122-7 и др..
При предъявлении к покрытиям тре-
бований по блеску в обозначении по-
крытий указывается степень блеска:
матовое, блестящее, зеркальное. Зер-
кальное покрытие получается непосред-
ственно при электролизе или с помощью
механических средств до и после нане-
сения покрытия.
В отверстиях, каналах, пазах, на
вогнутых участках профилированных
деталей и на внутренних поверхностях
допускается уменьшение толщины по-
крытия до 50% по сравнению с требуе-
мой по чертежу. В глухих узких, глад-
ких и резьбовых отверстиях, каналах
и пазах размером менее 12 мм на глу-
бине одной ширины или одного диа-
метра толщина покрытия не нормиру-
ется. Это относится и к сквозным отвер-
стиям (гладким и резьбовым) диаметром
менее 6 мм при глубине более одной
ширины или диаметра.
На полированной поверхности по-
крытий, кроме зеркальной, допус-
каются единичные (не более 5 шт.
на 100 см2) царапины или точки от
полировочных паст и рихтовочного
инструмента. На неполированной по-
верхности покрытия могут быть следы
от механической обработки (штампов-
ки, вытяжки и т. д.) в соответствии
с требованиями стандарта на металл.
В местах соприкосновения покрытых
деталей с контактным приспособлением
и на рабочей поверхности могут быть
участки без покрытия, также возможны
пятна вокруг раковин или пор, темные
полосы или пятна в труднодоступных
для зачистки углублениях. Отсутствие
покрытия допустимо: в сварных или
паяных швах и около них, в порах,
свищах, раковинах и местах шлаковых
и оксидных включений и других местах
с дефектами поверхности, допустимыми
стандартами или техническими усло-
виями на литье или материал, на свар-
ные и паяные соединения, на прокат.
При нанесении покрытия на деталь,
часть поверхности которой изолиро-
вана, или нескольких покрытий на одну
деталь допускаются местное смещение
границы покрытия шириной менее
2 мм в обе стороны от границы покры-
ваемого участка; местное смещение
границы покрытия шириной менее 2 мм
при осаждении одного покрытия на
поверхность другого, если при этом
не нарушаются условия сопряжения
деталей в узле; отдельные точечные
включения одного покрытия на поверх-
ности другого; потемнение и незначи-
тельная шероховатость в зоне перехода
покрытия; цвета побежалости на изоли-
руемых поверхностях. На поверхности
покрытия не допускаются пригары,
вздутия, следы неотмытых солей, пузы-
ри, отслаивание, шелушение, сколы,
54
Требования, предъявляемые к покрытиям
18. Наименование металлопокрытий и их обозначение
Наименование Обозначение | Наименование Обозначение
Алюминий Алюминий — цинк Висмут Вольфрам Железо Золото Золото — сурьма Золото — никель Золото — цинк — никель Золото — медь Золото — медь — кадмий Золото — кобальт Золото — никель — ко- бальт Золото — платина Золото — индий Олово — цинк Индий Иридий Кадмий Кобальт Марганец Медь Медь — олово (бронза) Медь — олово — цинк Медь — цинк (латунь) Медь — сурьма Молибден Молибден — марганец — кремний А А Ц Ви В Ж Зл Зл — Су Зл Н Зл — Il- li Зл М Зл — М — Кд Зл Ко Зл — Н — Ко Зл — Пл Зл — Ин о —ц Ин Ир Кд Ко Мц М М — О м —О —ц м — ц М — Су Мо Мо — Мц т- Кр Никель Никель — бор Никель — вольфрам Никель — кадмий Серебро Серебро — медь Серебро — сурьма Серебро — палладий Палладий Палладий — никель Рений Родий Рутений Олово Олово — висмут Олово — кадмий Олово — кобальт Олово — никель Олово — свинец Никель — кобальт Никель — фосфор . Никель — кобальт — вольфрам Никель — кобальт — фосфор Свинец Сурьма Титан Хром Цинк Цинк — никель Цинк — кадмий Цинк — олово Н Н — Б Н — В Н- Кд Ср Ср — м Ср — Су Ср — Пд Пд Пд-Н Ре Рд Ру О О —Ви О- Кд О — Ко О— Н О —С Н — Ко Н — Ф Н — Ko- fi Н — Ко - Ф С су Ти X Ц Ц-Н Ц- Кд Ц-О
рыхлость, растрескивание, видимые
следы от захвата руками.
Виды покрытий металлами и спла-
вами и их обозначения сведены в
табл. 18.
Материал покрытия, состоящий из
сплава, обозначают символами компо-
нентов, входящих в состав сплава,
разделяя их знаком тире, и в скобках
указывают максимальную долю пер-
вого или первого и второго (в случае
трехкомпонентного сплава) компонен-
тов в сплаве, отделяя точкой с запятой.
Например, покрытие сплавом медь —
цинк с массовой долей меди 50 — 60%
и цинка 40—50% обозначают М—Ц
(60); покрытие сплавом медь — олово—
свинец с массовой долей меди 70—78%
олова 10—18% и свинца 4—20% обо-
значают М—О—С (78; 18).
В обозначении материала покрытия
сплавом при необходимости указывают
минимальную и максимальную массо-
вые доли компонентов, например, по-
крытие сплавом золото — серебро —
медь с массовой долей золота 98—
99,6%, серебра 0,2—1% и меди 0,2—
1% обозначают Зл—Ср—М (98—99,6;
0,2—1). В обозначении покрытий спла-
вами на основе драгоценных металлов
деталей часов и ювелирных изделий
допускается указывать среднюю массо-
вую долю компонентов.
Выбор вида и толщины металлопокрытия
55
ВЫБОР ВИДА И ТОЛЩИНЫ
МЕТАЛ ЛО ПО КРЫТИЯ
Вид и толщину покрытия выбирают в
соответствии с требованиями конст-
рукторско-технологической докумен-
тации, определяемыми при разработке
того или иного изделия, в зависимости
от условий его эксплуатации или хра-
нения (табл. 19). Исключение состав-
ляют детали, для которых толщину
покрытия устанавливают независимо
от условий эксплуатации; детали, вы-
полненные по 8-му и 9-му квалитетам;
резьбовые детали; пружины.
Приведем некоторые данные по усло-
виям эксплуатации и хранения изде-
лий. Легкие условия характеризуются
содержанием в атмосфере сернистого
газа не более 0,02 мг/м®, хлористых
солей не более 0,03 мг/(м2-сут); атмос-
фера не загрязнена газами промышлен-
ных объектов. Климат в помещении
для хранения изделий должен быть
регулируемым.
Для средних условий эксплуатации
характерна та же атмосфера, но воз-
можно хранение изделий при холодном
и умеренном климате под навесом
или на открытом воздухе (в том
числе и для сухого тропического
климата).
Жесткие условия характеризуются
следующими параметрами: темпера-
тура максимальная +85 °C и минималь-
ная —60 °C; относительная влажность
98% при температуре 25 °C (возможно
повышение относительной влажности
до 100% при температуре 25 °C);
содержание коррозионно-активных
агентов (сернистый газ — до 2 мг/м®
и хлориды — до 2 мг/(м2-сут); наличие
воздействия солнечного излучения, ат-
мосферных осадков, ветра, песка, пыли
и конденсации влаги.
Особо жесткая группа эксплуатации
характеризуется следующими пара-
метрами: максимальная температура
85 °C; минимальная температура
— 60 °C; относительная влажность
98% при температуре 35 °C (возможно
повышение относительной влажности
до 100% при температуре 35 °C); содер-
жание коррозионно-активных агентов
(сернистый газ — до 2 мг/м® и хлори-
ды — 30 мг/(м2-сут); наличие воздей-
ствия солнечного излучения, атмосфер-
ных осадков, ветра, песка, пыли,
плесневых грибков и конденсации вла-
ги.
Для деталей, на которые по их форме
и виду сопряжения невозможно на-
нести покрытие толщиной, указанной
в табл. 19, допускается уменьшение
толщины покрытия при условии допол-
нительной защиты. Для резьбовых
крепежных деталей вид и толщину
покрытия выбирают согласно табл. 20,
а для деталей с тугой резьбой толщина
покрытия должна быть 3—6 мкм неза-
висимо от натяга и диаметра резьбы.
Калибровка резьбы после нанесения
покрытия не допускается.
Для деталей, выполненных по 8-му
и 9-му квалитетам точности, толщина
покрытий выбирается согласно табл. 21.
При нанесении покрытий на детали,
имеющие резьбовые элементы, не защи-
щаемые металлическими покрытиями,
резьбу фосфатируют, и при сборке
детали устанавливают с использова-
нием грунта или смазки. Для пружин
вид и толщину покрытий выбирают по
табл. 22.
При диаметре или толщине материала
менее 3 мм такие детали изготовляют
из коррозионно-стойких сталей и спла-
вов. Вид дополнительной защиты дета-
лей всегда оговаривается в конструк-
торской документации.
Для внутренних деталей изделий,
работающих в жестких и особо жестких
условиях эксплуатации при затрудни-
тельном обмене воздуха между внут-
ренним пространством и внешней сре-
дой и наличии в указанном замкнутом
пространстве органических материалов,
способных при старении выделять лету-
чие коррозионно-агрессивные вещест-
ва, не допускается применять цинковые
или кадмиевые покрытия без дополни-
тельной защиты лакокрасочными по-
крытиями .
Существует способ нанесения кар-
бида вольфрама на медную основу по
шифру «Газовая фаза Карбид воль-
фрама 1—100» с целью повышения
термостойкости. На молибден можно
наносить хром диффузионным способом
для повышения качества спая со стек-
лом. В этом случае детали могут рабо-
тать в вакууме.
66
Требования, предъявляемые к покрытиям
19. Минимальная толщина подслоя и основного покрытия
в зависимости от условий аксплуатации
Вид покрытия Назначение покрытия Толщина покрытия, мкм, при условиях эксплуатации
лег- ких сред- них жестких особо жестких
Сталь углеродистая низко- и среднелегированная
Цинковое с любым наполнением Защитное 6 15 15 15 •»
Кадмиевое с любым наполнением Защитное 6 15 24 30
Никелевое Защитное, защитно- декоративное 15 27 — —
Химическое никели- рование Защитное, защитно- декоративное, для работы на трение 15 25 24 24
Никелевое по под- слою меди Защитное, защитно- 9; 6 24/9 30/12 36/15
Хромовое по подслою никеля декоративное 15/1 27/1 — —
Хромовое, твер- дое ♦*; Для работы на тре- ние 18 36 48 60
Хромовое молоч- ное **; *8 Защитно-декоратив- ное 12 36 48 60
Хромовое по медно- никелевому подслою 9/6 24/9 30/12 36/15
Олово-висмутовое по никелевому подслою** Под пайку, защит- ное 9/6 18/9 — —
Олово-висмутовое по подслою меди 9/6 24/9 30/12 —
Оловянное по нике- левому подслою Под пайку, защит- ное, для устранения иглообразования 9/3 18/3 — —
Олово-свинцовое по никелевому подслою Под пайку, защят- 1 ное, для устранения иглообразования 9/6 18/6 — —
Выбор вида и толщины металлопокрытия
67
Продолжение табл 19
Вид покрытия Наэначеиие покрытия Толщина покрытия, мкм, при условиях эксплуатации
лег- ких сред- них жестких особо жестких
Олово-свинцовое по медному подслою Под пайку, защит- ное 9/6 24/9 30/9 36/9 «
Олово-никелевое по медному подслою 9/6 24/9 30/12 36/15
Олово-цинковое по медному подслою Под пайку 9/6 24/9 30/12 36/15
Серебряное по мед- ному подслою Для снижения пере- ходного сопротивле- ния 9/3 24/9 30/9 —
Сталь коррозионно-стойкая
Хромовое, твердое *® Для работы на тре- ние 9 18 24 36
Хромовое молочное Для работы на тре- 9 18 18 24
ние, защитное
Химическое никели- Для работы на тре- 9 18 18 24
рование ние
11икелевое Защитное при тем- пературе 700 °C 6 9 12 15
Медь и ее сплавы
Оловянное, по нике- левому подслою Под пайку, защит- 3/6 3/9 3/9 3/12
Олово-свинцовое оп- лавленное по нике- левому подслою ное, для устранения иглообразования 3/3 6/3»’ 9/3 •» 12/3 *»
Олово-никелевое Под пайку, защитно- декоративное 6 9 12 15
Серебряное Для повышения электропроводности, для снижения пере- ходного сопротивле- ния, защитное 3 6 9 12
58
Требования, предъявляемые к покрытиям
Продолжение табл. 19
Вид покрытия Назначение покрытия Толщина покрытия, мкм, при условиях эксплуатации
лег- ких сред- них жестких особо жестких
Серебряное по нике- левому подслою Серебро-сурьмянистое Палладиевое Серебро-палладиевое Палладиевое по ни- келевому подслою Серебро-палладиевое по серебряному под- слою Палладиевое или ро- диевое по серебряно- му подслою То же, защитное при температуре <400 °C Для снижения пере- ходного сопротивле- ния, повышения из- носостойкости Для сохранения по- стоянства электри- ческих параметров, повышения износо- стойкости То же, защитное То же, защитное при температуре 200 °C Защитное при тем- пературе <300 °C Для снижения пере- ходного сопротив- ления, повышения износостойкости, от- ражательной способ- ности, сохранения постоянства электри- ческих параметров 3/3 3 3 3 6/2 3/2 6/1 3/6 6 3 6 9/2 6/2 9/1 3/9 9 3 6 12/2 6/3 9/1 3/9 9 3 9 12/2 9/3 12/1
Золотое по серебря- ному подслою Для снижения пере- ходного сопротив- ления, сохранения постоянства электри- ческих параметров, повышения корро- зионной стойкости и отражательной спо- собности 6/3 6/3 9/3 9/3
Золотое по никеле- вому подслою 3/3 3/3 6/3 6/3
Хромовое твердое Для работы на тре- ние 9 18 24 36
Хромовое молочное Для работы на тре- ние при малых на- грузках, защитное 9 18 18 24
Выбор вида и толщины металлопокрытие
59
Продолжение табл. 19
Вид покрытия Назначение Толщина покрытия, мкм, при условиях эксплуатации
п-»к рытия лег сред- особо
ких них жестких жестких
Алюминий и его сплавы
Хромовое твердое Химическое никели- рование Для работы на тре- ние при малых на- грузках То же, под пайку 18 18 36 36 — —
Хромовое по подслою меди и никеля Защитно-декоратив- ное 18/1 — — —
Кадмиевое хромати- рованное по подслою никеля Защитное 12/6 18/18 — —
Оловянное по нике- левому подслою Под пайку, для сни- жения переходного сопротивления 9/9 — — —
Олово-висмутовое по никелевому подслою Под пайку 12/6 18/8 — —
Серебряное по под- слою меди и никеля Для повышения электропроводности, под пайку 6/9 — — —
Цинковые сплавы
Хромовое по подслою никеля *ь I Защитпо-декоратив- | ное 6/1 9/1 12/1 15/1
Титан и его сплавы
Хромовое твердое Для работы на тре- ние 9 9 9 9
Химическое никели- рование То же, при малых нагрузках 9 9 9 9
Серебряное Для повышения электропроводности 3 3 3 3
Серебряное по мед- ному подслою *• 3/6 3/6 3/6 3/6
Серебро
Палладиевое
Защитное
2
60
Требования, предъявляемые к покрытиям
Продолжение табл. 19
Вид покрытия Назначение покрытия Толщина покрытия, мкм, при условиях эксплуатации
лег- ких сред- них жестких особо жестких
Родиевое Хромовое черное Для сохранения по- стоянства электри- ческих параметров, отражательной спо- собности Никель и его cnj Для получения све- топоглощающей спо- собности 0,5 авы 1 0,5 6 0,5 0,5
Олово-висмутовое Под пайку 3 6 9 9
Олово-свинцовое 3 6 9 9
Золотое Для снижения тер- мотоков, обеспече- ния постоянства электрических пара- метров 1 3 3 3
Палладиевое, родие- вое или рениевое Медное Для увеличения по- верхностной твердо- сти Молибден и его с Для обеспечения сварки 1 плавы 1 1 3 3 6 3 9
Медное по никелево- му подслою 1/1 1/3 3/3 6/3
Никелевое Хромовое Кобальтовое по под- слою никеля Серебряное по под- слою меди Защита от корро- зии, обеспечение пайки, сварки Защита от корро- зии, обеспечение герметичности спая со стеклом, увели- чение твердости Для придания маг- нитных свойств Для обеспечения эл ектропроводности 6 6 9/2 9 9 9/2 15 12 30 18 18 35
Выбор вида и толщины металлопокрытия
61
Продолжение табл 19
Вид покрытия Назначение покрытия Толщина покрытия, мкм, при условиях эксплуатации
лег- ких сред- них жестких особо жестких
Платиновое Для обеспечения а нтиэмисс ионных свойств 1 1 3 3
Палладиевое 1—2 1—2 — —
Золотое Вольфрам и его с 1—3 плавы 1—3 — —
Медное Обеспечение пайки и сварки 3 6 — —
Никелевое Обеспечение анти- эмиссионных свойств 3 6 — —
Золотое по под- слою никеля То же; для посто- янства электриче- ских параметров 1/1 2/2 3/3 —
* * Допускается при дополнительной защите покрытия.
* ’ Толщина покрытия зависит от характера деталей, технологии нанесе-
ния и определяется конструкторской документацией.
* ® Толщина хромового покрытия для работы на трение указывается в тех-
нических условиях на изделие.
* 4 При нанесении защитно-декоративных покрытий никелевое покрытие
может быть заменено комбинированным никелевым покрытием.
* 6 Допускается частичная замена медного подслоя никелевым при сохране-
нии суммарной толщины покрытия; для многослойных покрытий, толщина
каждого слоя указана в порядке их нанесения.
* • Толщина покрытий, подвергающихся оплавлению, должна быть не бо-
лее 6 мкм.
Примечание. В числителе дана толщина подслоя, в знаменателе —
толщина условного покрытия.
20. Вид и толщина покрытия для резьбовых деталей
Шаг резьбы, мм Назначение покрытия Покрытие
Вид Толщина, мкм
Сталь углеродистая, низко- и среднелегированная
До 0,45 Защитное Цинковое: х роматированное фосфатированное 3—6 3—6
62
Требования, предъявляемые к покрытиям
Продолжение табл. 20
Шаг резьбы, мм Назначение покрытия Покрытие
Вид Толщина, мкм
0,5—0,75 Защитно-декоративное Кадмированное, хрома- тированное или фосфа- тированное 3—6
Защитное X ромовое по подслою никеля 1(3)*
0,8 и более Защитное при темпера- туре 500 °C Цинкое (кадмиевое) хро- матированное или фос- фатированное 6
Защитное Кадмиевое хроматиро- ванное по никелевому подслою Цинковое (кадмиевое) хроматированное или фосфатированное 6(1)* 9
Сталь коррозионно-стойкая
До 0,45 Для улучшения свинчи- ваемости Серебряное по подслою меди 3(3)*
То же, защитное при температуре <500 °C Кадмиевое хроматиро- ванное по подслою ни- келя 3(1)*
Оби более Для улучшения свинчи- ваемости Серебряное по подслою меди 3(3)*
То же, защитное при температуре <500 °C Кадмиевое хроматиро- ванное по подслою меди 6(1)*
Медь и ее сплавы
Защитное Никелевое 3
До 0.45 Защитно-декоративное Хромовое по подслою никеля 1 (3)*
Оловянное 3
Защитное под пайку Олово — свинец 3
Олово — висмут 3
Выбор вида и толщины металлопокрытия
63
Продолжение табл. 20
Шаг резьбы, мм Назначение покрытия Покрытие
Вид Толщина, МКМ
0,8 и более 3 ащитно-декоративное под пайку Олово — никель 3
Под пайку Олово — цинк 3
Защитное Никелевое 9
Защитно-декоративное под пайку Оловянное Олово — свинец Олово — висмут 9 9 9
0,45 и более Под пайку Олово — цинк 9
Для повышения электро- проводности, снижения переходного сопротивле- ния Серебряное Серебро — сурьма Золото 9 9 3
Титан и его сплавы Медное 3
Для улучшения свинчи- ваемости Серебряное 3
* В скобках указана толщина, мкм, подслоя.
21. Вид и толщина покрытий для деталей, выполненных по 8-му
и 9-му квалитетам
Диаметр или размер детали Назначение покрытия Покрытие
Вид Толщина, мкм
До 5,0 Стали (кроме корр Защитное озионно-стойких) Цинковое (кадмиевое) хро- матированное или фосфа- тированное 6
2^5,0 Защитное Цинковое (кадмиевое) хро- матированное или фосфа- тированное 9
Защитное при температуре <500 °C Кадмиевое хроматирован- ное по подслою никеля 6(1)*
64
Требования, предъявляемые к покрытиям
Продолжение табл. 21
Диаметр или размер детали Назначение покрытия Покрытие
Вид Толщина, мкм
>5,0 Защитно-декоративное Хромовое по подслою ни- келя 1 (6) •
Сталь коррозионно-стойкая
>5,0 Для улучшения свинчивае- мости при температуре <500 °C Медь и ее Кадмиевое хроматирован- ное по подслою никеля сплавы Никелевое 9(1)* 9
Защитное Хромовое по подслою ни- келя 1 (9)*
До 5,0 Защи тио-декоративное Оловянное 6
Защитное под пайку Олово — висмут Олово — свинец 9 9
>5,0 Защитно-декоративное, под пайку Олово — никель Олово — цинк 9 9
До 5,0 Для повышения электро- проводности, снижения пе- реходного сопротивления Серебряное Серебро — сурьма Золотое 6 6 3
>5,0 То же 1
В скобках указана толщина, мкм, подслоя.
Примечание. Минимальная и максимальная толщина покрытия
указана в случае, когда необходимо ограничение поля допуска при толщине
покрытия, предусмотренного государственным стандартом.
Выбор вада а толщины неметаллических покрытий
66
22. Вид и толщина покрытия для пружин
Толщина металла, мм Назначение покрытия Покрытие
Вид Тол- щина, мкм
Стали, кроме коррозионно-стойкой
0,3—0,5 Защитное Кадмиевое фосфатированное 3
0,5-1,0 6
>1,0 9
До 0,5 Медь и et сплавы Никелевое Серебряное Серебро — сурьма Золотое Никелевое 3 3 3 3 6
0,5—1,0 Защитное под пайку, для повышения электропро- водности, снижения пе- реходного сопротивления С еребряное Серебро — сурьма Палладиевое по подслою се- ребра 6 6 2
>1,0 Оловянное Серебряное Золотое Серебро — сурьма 9 9 9 3
Примечание. Химическое фосфатирование допускается применять
при дополнительной защите.
ВЫБОР ВИДА И ТОЛЩИНЫ
НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ
При анодировании алюминия и его
сплавов размеры деталей увеличива-
ются примерно на 0,5 толщины покры-
тия на сторону. Качество анодно-оксид-
ного покрытия повышается с увеличе-
нием качества обработки поверхности
деталей. Анодно-оксидные покрытия,
применяющиеся для защиты от корро-
зии, подвергаются наполнению в раст-
воре бихромата калия (натрия) или
в воде (в зависимости от их назначе-
ния). Эти покрытия являются хорошей
основой для нанесения лакокрасочных
покрытий, клеев, герметиков и т. п.
Для придания деталям декоративного
3 Мельвяког П. С.
вида анодно-оксидные покрытия перед
нанесением окрашивают адсорбцион-
ным способом в растворах различных
красителей или электрохимическим
способом в растворах солей металлов.
Для получения на анодированных
деталях из алюминиевых сплавов зер-
кального блеска рекомендуется предва-
рительно полировать поверхность. От-
ражательная способность анодирован-
ного алюминия и его сплавов умень-
шается в следующем порядке: А99,
А97, А7, А6, АД1, АМг1, АМгЗ, АД 31,
АД 33.
Твердые анодно-оксидные покрытия
толщиной 20—100 мкм являются изно-
состойкими, особенно при использова-
нии смазок, а также обладают тепло-
66
Требования, предъявляемые к покрытиям
и электроизоляционными свойствами.
При сернокислом анодировании ше-
роховатость поверхности увеличива-
ется: хромовокислое анодирование в
меньшей степени отражается на шеро-
ховатости поверхности. При назначе-
нии анодно-оксидных покрытий следует
учитывать их влияние на механические
свойства основного металла. Влияние
анодно-оксидных покрытий возрастает
с увеличением их толщины и зависит от
состава сплава.
Анодирование в хромовой кислоте
обычно применяется для защиты от
коррозии деталей из алюминиевых
сплавов, содержащих не более 5%
меди, главным образом для деталей
5-го и 6-го квалитетов. Электроизоля-
ционные анодно-оксидные покрытия
наносят для придания поверхности
деталей из алюминия и его сплавов
электроизоляционных свойств. Для по-
лучения таких покрытий рекоменду-
ется применять щавелевокислый элек-
тролит. Покрытия обеспечивают ста-
бильные электроизоляционные свой-
ства после пропитки или нанесения
соответствующих лакокрасочных мате-
риалов; при пропитке толщина покры-
тия увеличивается на 3—7 мкм. Сопро-
тивление покрытия пробою возрастает
с увеличением его толщины, уменьше-
нием пористости и повышением каче-
ства исходной поверхности. Царапины,
риски, вмятины, острые кромки сни-
жают электроизоляционные свойства
покрытия.
Эматалиевые анодно-оксидные по-
крытия рекомендуются для деталей из
низколегированных деформируемых
алюминиевых сплавов с целью прида-
ния им декоративного вида. Для дета-
лей, изготовленных из сплавов, содер-
жащих более 5% меди, не следует
применять твердые анодно-оксидные
покрытия, а при содержании в сплаве
более 3% меди нельзя применять
электроизоляционные и эматалевые
анодно-оксидные покрытия.
Анодно-огсидное покрытие обладает
прочным сцеплением с основным метал-
лом и более низкой теплопроводностью,
чем основной металл. Оно стойко к
механическому изнашиванию. Микро-
твердость покрытий на сплавах, содер-
жащих кремний и медь, равна 200—
250, на сплавах, содержащих магний
и марганец, 300—500; микротвердость
эматалевого покрытия составляет 500.
Удельное сопротивление анодно-оксид-
ных покрытий 107—Ю12Ом-м.
Для защиты деталей, изготовленных
из магниевых сплавов, неметалличе-
ские покрытия рекомендуется приме-
нять в сочетании с лакокрасочными
покрытиями.
Покрытие «Аноцвет» обеспечивает
хорошую адгезию пропиточного лака,
хорошо полируется после пропитки
лаком. Оно обладает высокой износо-
стойкостью и имеет пробивное напря-
жение не менее 200 В. Однако оно хруп-
кое, легко скалывается с острых кро-
мок, а также снижает усталостную про-
чность металла. Поверхностная плот-
ность покрытия 0,03—0,04 кг/м2, после
пропитки — 0,035—0,050 кг/м2. Микро-
твердость покрытия 170—200. Его
применяют для деталей, имеющих по-
садочные поверхности, обработанные
по 6-, 7- и 8-му квалитетам.
Химическое оксидное покрытие по
углеродистым сталям применяется для
защиты от коррозии в легких условиях
эксплуатации, а также для повышения
адгезии лакокрасочных материалов,
клеев и т. п. Оно имеет высокую порис-
тость, низкие защитные свойства, улуч-
шающиеся до определенной степени
при пропитке нейтральными маслами.
Такое покрытие подвержено быстрому
истиранию и не поддается пайке и
сварке.
Химическое оксидирование по алю-
минию и алюминиевым сплавам обес-
печивает невысокие защитные свойства,
низкую механическую прочность, хо-
рошую прочность сцепления с основ-
ным металлом, неэлектропроводность
и термостойкость до температуры 80 °C.
Бесцветные токопроводные химическо-
оксидные пленки могут быть токопро-
водными и термостойкими до темпера-
туры 160 °C. Такие покрытия не влияют
на затухание высокочастотной энер-
гии.
Химическое оксидное покрытие по
магниевым сплавам предохраняет де-
тали от коррозии только при межопера-
ционном хранении и внутризаводском
транспортировании. Оно в некоторой
степени повышает адгезию лакокрасоч-
ных материалов. Такие покрытия не-
стойки к истиранию, легко нарушаются
Выбор вида и толщины неметаллических покрытий
67
при механическом воздействии, хотя
и имеют термостойкость до 150 °C.
Химическое фосфатное покрытие при -
меняют для защиты стальных деталей
от коррозии, повышения адгезии лако-
красочных материалов, клеев, а также
как электроизоляционное покрытие.
Обработка в растворах хроматов улуч-
шает защитные свойства. Фосфатные
покрытия обладают высокими электро-
изоляционными свойствами при темпе-
ратуре до 500 °C. Их пробивное напря-
жение 300—1000 В. Однако их механи-
ческая прочность низка (легко истира-
ются). Такие покрытия имеют значи-
тельную хрупкость, не выдерживают
ударов, при изгибе основного металла
на 180° дают трещины и осыпаются по
линии изгиба, но не отслаиваются.
Они не смачиваются расплавленными
металлами, не поддаются пайке и
сварке. Фосфатные покрытия не влияют
на твердость, прочность и магнитные
характеристики сталей, обладают высо-
кой стойкостью к воздействию горячих
масел, бензола, толуола, различных
газов, за исключением сероводорода.
Их поверхностная плотность 0,001—
0,010 кг/ма.
3»
ГЛАВА
ПОДГОТОВКА МЕТАЛЛОВ
И НЕМЕТАЛЛОВ
ПОД ГАЛЬВАНОПОКРЫТИЕ
МЕХАНИЧЕСКИЙ СПОСОБ
ПОДГОТОВКИ ДЕТАЛЕЙ
В различных отраслях промышленности
на очистку поверхности под гальвани-
ческие покрытия приходится примерно
10% общей трудоемкости изготовле-
ния деталей или до 25% трудоемкости
нанесения гальванопокрытия. Подго-
товка поверхности состоит в удалении
с нее жиров, окалины, оксидов, зау-
сенцев, облоя, рисок и других поверх-
ностных дефектов. Для этих целей
применяют механические, химические
и электрохимические методы.
Механическую подготовку поверх-
ности деталей применяют перед нане-
сением защитно-декоративных по-
крытий. Это объясняется тем, что
в процессе нанесения таких покрытий,
особенно металлопокрытий, дефекты
поверхности не только сохраняются,
но и становятся более рельефными,
тем более на микровыступах.
Механическое шлифование и поли-
рование являются одним из способов
Рис. 85. Самоохлаждающийся полироваль-
ный круг
подготовки деталей перед нанесением
гальванопокрытий. При шлифовании
и полировании используют универ-
сальные станки или полуавтоматиче-
ские агрегаты.
Частота вращения полировальных
кругов 1500 мин-1'. Увеличение ча-
стоты вращения приводит к потерям
пасты. *М фективными являются само-
охлаждающиеся круги. Они удержи-
вают пасту, самоохлаждаются и поз-
воляют работать при больших частотах
вращения (рис. 35).
Составы паст, применяемых при
полировании различных металлов,
приведены в табл. 23.
Для полирования деталей точных
инструментов применяют алмазные
пасты. Их готовят из природных или
синтетических алмазов. Для доводки
и полирования деталей из черных и
цветных металлов используют пасту
ПХВ. Ее состав (масс, доля, %):
оксид хрома 65—75, органическая ос-
нова 25—35. В качестве органической
основы можно использовать стеарино-
вую кислоту. Полирующая способ-
ность такой пасты 0,07—0,40 мг/(минх
Хсм2). Иногда в состав полироваль-
ных паст вводят селикагель, олеино-
вую кислоту, керосин или другие до-
бавки.
Детали сложной конфигурации под-
вергают обработке специальными дис-
ковыми щетками-кругами, изготовлен-
ными из морской травы (фибар, си-
заль) или полимерных материалов
(перлон, капрон, нейлон и др.). Де-
тали из серебра, золота и их сплавов
полируют вручную полировальниками
из стали, а затем полировальником из
кровавика (природный минерал —
оксид железа). На поверхности таких
полировальников не должно быть даже
самых незначительных штрихов и ца-
рапин. Поэтому время от времени
Мгхсчич'гкий способ подготовки деталей
69
23 Составы паст, применяемых при полировании
Компоненты состава пасты Масс, доля, % Область применения
Парафин Солидол Т Петролатум окисленный 43,4 43,4 13,2 Для матирования черных и цвет- ных металлов
Маршал ит Парафин Церезин Солидол Т 80,8 10,0 0,2 9,0
Наждак № 3 Трепел Стеарин Солидол Т 22,4 55.5 7,0 15,1
Оксид железа Стеарин Парафин Олеиновая кислота 73,1 18,5 5,4 1,0 Для полирования стали, меди и ее сплавов, серебра и других металлов
Церезин Оксид железа Каолин препарированный 2,0 36,8 36,8
Стеарин Петролатум окисленный 13,2 13,2
Оксид железа Стеарин Церезин Солидол Т 76,7 18,8 3,0 1,5 Для полирования различных металлов
Оксид хрома Микропорошок, М10 Мыло хозяйственное 60%-ное 29,5 29,5 16,0 Для полирования различных металлов и сплавов
Глицерин дистиллированный Вещество ОП-7 Смазка УН Карбамид А Вода 5,0 1,0 4,0 1,0 14,0
Венская известь Стеарин Церезин Сало говяжье Скипидар 71,8 23,0 1,5 1,5 2.2 Для полирования латуни, цин- ковых сплавов, серебра и дру- гих металлов
VO
Подготовка металлов и неметаллов под гальванопокрытие
Продолжение табл. 23
Компоненты состава пасты Масс, доля, % Область применения
Оксид хрома Стеарин Олеиновая кислота 73,0 23,4 3,6 Для полирования хрома и кор- розионно-стойкой стали
Оксид хрома Стеарин Олеиновая кислота Солидол Т 80,3 17,0 1,0 1,7
Трепел Стеарин Олеиновая кислота Трепел Парафин Олеиновая кислота Пчелиный воск 70,0 25,0 5,0 68,0 18,0 4,0 10,0 Для полирования алюминия и пластмасс
их поверхность зачищают шкуркой
и полируют, применяя кожу, посы-
панную крокусом (оксид железа),
или оксида хрома.
Для декоративной отделки поверх-
ности деталей применяют алмазное
точение и фрезерование, используя
для этого широколезвийные однокро-
мочные резцы, изготовленные из моно-
кристаллов природного алмаза. Ре-
жущие кромки алмазных резцов тща-
тельно доводятся.
Существует также метод алмазного
выглаживания металлических покры-
тий. При этом покрытия уплотняются,
поверхностная их твердость повы-
шается, пористость уменьшается, а
шероховатость снижается.
Известен также способ вибрацион-
ного обкатывания поверхности де-
тали, состоящий в том, что вследствие
сложного относительного перемеще-
ния детали и инструмента (или алмаз-
ного наконечника) выдавливаются раз-
личной формы канавки. Благодаря
этому способу на деталях можно на-
нести любой рисунок (рис. 36). Его
применяют при подготовке поверх-
ности перед нанесением гальванопо-
крытий, а также последующей обра-
ботке их (с целью декоративной от-
делки деталей). При этом способе
упрочняется обработанная поверх-
ность и повышается ее коррозионная
стойкость. Для очистки стальных де-
талей от остатков ржавчины, окалины,
Рис. S6. Виды поверхностей металла, образованные посредством вибрационного обка*
тывания
Механический способ подготовки деталей
И
травильного шлама, а также снятия
ваусенцев применяют крацевание. Эту
операцию осуществляют с помощью
металлических щеток. Для чистовой
обработки рекомендуются щетки из
проволоки диаметром 0,05—0,10 мм,
а для грубой обработки диаметром
0,3—0,6 мм.
Механическая галтовка (сухая и
мокрая) ведется в барабанах (приме-
няют главным образом для обработки
мелких деталей). Галтовку можно осу-
ществлять на виброустановках, цен-
тробежных установках, вращающихся
шпинделях и т. д.
Вибрационная галтовка (виброгал-
товка) основана на использовании
вибрации и абразивной среды. Для
этой цели применяют различные уста-
новки с колебательными движениями
(частота 25—33 Гц, амплитуда 1—
4 мм), в том числе и установки типа
ПР-376А и ПР-355А (с оптимальной
частотой в пределах 1000—1500 коле-
баний в минуту). Обработка металли-
ческой поверхности происходит за
счет нанесения многочисленных микро-
ударов абразивными частицами.
Применяют также магнитно-гидро-
абразивную галтовку, сущность ко-
торой заключается в том, что детали
под действием вращающегося электро-
магнитного поля движутся навстречу
гидроабразивной жидкости, непре-
рывно перемещаемой многолопастной
мешалкой. В результате происходит
абразивное воздействие гидроабра-
зивной среды на обрабатываемую по-
верхность. Этим методом обрабаты-
вают различные малогабаритные де-
тали (например, часовых механизмов),
снимают окалину режущего инстру-
мента, прошедшего термообработку.
Установка для такой галтовки при
зачистке заусенцев и притуплении
острых кромок имеет следующие ха-
рактеристики: максимальная масса
деталей в одной загрузке 500 г (в ма-
лую камеру) и 5 кг (в большую ка-
меру); объемное отношение наполни-
теля и деталей от 1 : 1 до 1 : 2, абра-
зивный материал — фарфоровые ша-
рики диаметром 6 мм; технологиче-
ский ток 20—24 В; вместимость бака
0,3 м3; температура электролита в баке
15—35 °C; высота снимаемых заусен-
цев 0,1—-0,6 мм; время обработки
15—35 мин (для черных металлов)
и 5—20 мин (для меди и ее сплавов).
Габаритные размеры 1450Х1200Х
X1050 мм.
Гидропескоструйную (дробеструй-
ную) обработку применяют для очистки
поверхности деталей от ржавчины и
окалины. В этом случае струя абра-
зивной суспензии с большой скоростью
под давлением воды или сжатого воз-
духа подается на поверхность обраба-
тываемых деталей.
Гидропескоструйные камеры (типа
Г881-011 или ОУ-6), в которых про-
водится очистка крупных деталей, от-
крытого типа. В этом случае.рабочий
находится внутри камеры. Камеры
полузакрытого типа служат для очи-
стки деталей среднего размера.
Состав используемой рабочей смеси
для гидропескоструйной очистки (г/л):
сода кальцинированная 4—6, натрий
азотнокислый 18—22, песок кварце-
вый 390—410. Давление сжатого воз-
духа 0,15 МПа при толщине стенки
деталей до 1 мм и 0,5 МПа при тол-
щине более 3 мм. Допускается давле-
ние регулировать в зависимости от
толщины или сложности обрабатывае-
мых деталей. Вместо кварцевого песка
можно использовать электрокорунд в
том же количестве. Смену абразивной
суспензии проводят 2 раза в неделю.
Размер зерен кварцевого песка 0,15—
0,50 мм, а порошка электрокорунда
0,08—0,12 мм.
Площадь поперечного сечения от-
верстия наконечника сопла берут при-
мерно в 3 раза больше площади по-
перечного сечения воздуховода. Рас-
стояние между наконечником и обра-
батываемой поверхностью должно быть
70—100 мм. Наибольшая производи-
тельность наблюдается при угле на-
клона струи суспензии к обрабаты-
ваемой детали, равном 35—60е.
После гидропескоструйной очистки
детали необходимо обработать в ан-
тикоррозионном составе (г/л): натрий
азотнокислый 100—150 и сода каль-
цинированная 8—12. Температура рас-
твора 60—80 °C, время выдержки 1,5—
2,0 мин. После этого стальные детали
следует промыть сначала в содовом
растворе, а затем в воде и просушить
в термошкафу или сжатым воздухом
при 80—100 °C в течение 3—5 мин
72
Подготовка металлов а неметаллов под гальванопокрытие
24. Зависимость размера зерен
металлического песка и давления
воздуха от толщины стенки деталей
Толщина стенки, мы Давление воздуха, МПа Размер верен, мм
До 1,0 0,2—0,5 0,15—0,3
» 2,5 0,4-0,5 0,3—0,5
» 5,0 0,4—0,6 0,5—0,8
Св. 5,0 0,4—0,6 0,8—1,0
Не допускается обработка метал-
лическим песком деталей из алюми-
ния и его сплавов. Для обработки
мелких деталей следует применять
обкатанный металлический песок.
Размер зерен и давление воздуха
устанавливают в зависимости от тол-
щины стенки детали (табл. 24).
Детали из алюминия или магния
рекомендуется очищать дробью алю-
миниевой фракции 0,3—1,5 мм при
давлении воздуха 0,2—0,5МПа. Тонко-
стенные алюминиевые и магниевые
детали вместо алюминиевой дроби не-
редко обрабатывают дробленой фрук-
товой косточкой. Детали из меди
и ее сплавов обрабатывают латунной
или медной дробью.
Обезжиривание металлов и сплавов
подразделяют на обезжиривание ор-
ганическими растворителями, хими-
ческое и электрохимическое. Рабочие
и консервационные масла и смазки
со всех металлов, кроме титана и его
сплавов, удаляют в тетрахлорэти-
лене при температуре 120—122 °C в те-
чение 0,5 мин (при погружении) или
0,5—5,0 мин (при выдержке в парах
растворителя). Удаление полиро-
вальных и шлифовальных паст также
ведут с применением тетрахлорэтилена
как с использованием ультразвука,
так и без него. В этом случае можно
вводить добавку катионита-10 в коли-
честве 1—3 г/л, а температуру ра-
створителя поддерживать не выше
50 °C.
Рабочие и консервационные масла
и смазки, полировальные и шлифо-
вальные пасты удаляют также в тех-
ническом трихлорэтилене (со всех ме-
татлов, кроме серебра и его сплавов).
При этом pH водной вытяжки три-
клорэтилена должен быть не ниже
6,8. Для стабилизации трихлорэти-
лена применяют триэтиламин 0,01 г/л,
монобутиламин 0,01 г/л, уротропин
0,01 г/л. Обезжиривание деталей из
алюминия, меди и их сплавов, медных
покрытий проводят при температуре
не выше 70 °C.
При химическом обезжиривании для
удаления полировальных и шлифо-
вальных паст со всех металлов и ме-
таллопокрытий применяют раствор,
содержащий моющие средства («По-
линка», «Ветролин-74> или ТМС-31)
в количестве 60—80 г/л, при темпера-
туре 70—80 °C в течение 5—10 мин.
Рабочие и консервационные масла и
смазки и другие жировые загрязне-
ния со стальных деталей удаляют в рас-
творе, содержащем (г/л): натр едкий
5—15, тринатрийфосфат 15—35, соду
кальцинированную 15—35, синтанол
ДС-10 3—5, при температуре 60—80 °C
в течение 3—20 мин.
Рабочие и консервационные масла
и смазки, а также другие жировые
загрязнения с алюминия и его сплавов
снимают в растворе, содержащем (г/л):
NaOH 8—12, Na3PO4 20—50, стекло
натриевое жидкое 25—30, при тем-
пературе 40—70 °C в течение 3—10 мин.
Смазочно-охлаждающие жидкости со
всех металлов и сплавов рекомендуется
удалять в растворе, содержащем (г/л):
соду кальцинированную 10—15, син-
танол ДС-10 1—3, при температуре
60—80 °C в течение 1—5 мин.
Цинковые сплавы типа ЦАМ4-1,
ЦАМ9-1.5 и ЦАУ обезжиривают в рас-
творе, содержащем 25—30 (г/л) три-
натрийфосфата, при температуре 50—
60 °C в течение 1—2 мин. Раствор
корректируют добавлением NaOH до
pH = 9,54-11,0.
При электрохимическом обезжири-
вании сталей всех марок и ковара
используют раствор, содержащий (г/л):
натр едкий 20—40, тринатрийфосфат
5—15, обезжириватель ДВ-301 1,4—
1,9 и силикат натрия (растворимый)
10—30. Обезжиривание ведут при тем-
пературе 50—70 °C, плотности тока
2—8 А/дма в течение 0,5—5,0 мин
(на катоде) и 0,5—3,0 мин (на аноде).
Детали, изготовленные из любых ме
таллов (с любым металлопокрытием
Подготовка металлов
ТВ
можно обезжиривать в растворе, со-
держащем (г/л): тринатрийфосфат 20—
40 и соду кальцинированную 20—40,
при температуре раствора 30—80 °C,
плотности тока i — 24-10 А/дм2 в те-
чение 2—10 мин на катоде и 1—5 мин
на аноде.
При обработке меди и ее сплавов и
медных покрытий перед нанесением
их из цианистых электролитов разре-
шается вводить 5—15 г/л NaCN; обра-
ботку проводят только на катоде при
температуре 30—40 °C и iK = 3-4-
5 А/дм2. Цинковые сплавы, в том
числе ЦАМ, следует обезжиривать
в растворе, содержащем (г/л): натр
едкий 8—12, тринатрийфосфат 4—6,
соду кальцинированную 8—12, стекло
натриевое жидкое 25—30, средство
моющее сульфанол НП-3 0,1—0,3,
при температуре обезжиривания 60—
70 °C, 1„= 1,2 А/дм2 в течение 0,5 мин.
Жидкое стекло можно заменять соот-
ветствующим количеством метасили-
ката натрия. В качестве анодов при-
меняют никель, никелированную
сталь и углеродистые обычные стали.
Для обезжиривания сталей (устра-
нение индустриального масла И-50
и солидола — вместе или по отдель-
ности) применяют раствор, содержа-
щий (г/л): натр едкий 15—45, силикат
натрия 15—25, ортофосфат натрия
10—20, пирофосфат натрия 10—20,
трилон Б 2—6, авироль ОГ 0,1—0,5.
Режим обезжиривания: температура
70—80°С, продолжительность 2—Змин,
/и = 34-10 А/дм2.
За рубежом известны следующие
моющие средства с моющей способ-
ностью (%): ТА-33 (Франция) 85,
амбрин-163 (Италия) 90, SSC-2 (США)
85. По сравнению с ними отечественное
средство ДВ-301 имеет моющую спо-
собность 95%, а ТМС-31 только 60%.
В состав обезжиривателя ДВ-301 вхо-
дят: диспергатор НФ, неионогенное
ПАОВ, синтанол ДС-10 или его ана-
логи.
ПОДГОТОВКА МЕТАЛЛОВ
Подготовка сталей. Снятие травиль-
ного шлама (после соответствующего
обезжиривания) с углеродистых ста-
лей ведут в растворе, содержащем
(г/л): HNO* 70—80, HjSO* 80—100,
при температуре 15—30 °C в течение
2—5 с. Травильный шлам со сталей
средне-, низколегированных и кор-
розионно-стойких удаляют в растворе,
содержащем (г/ л): NaOH 400—600
и NaNO2 200—250, при температуре
135—145°C в течение 30—150 мин.
Со сталей марок 12Х18Н9Т, 12Х21Н5Т
окалину удаляют в растворе, содержа-
щем (г/л): серную кислоту 80—110,
фтористо-водородную кислоту 15—50,
азотную кислоту 70—200, сульфо-
уголь 1,0—1,6, при температуре 15—
30 °C в течение ^60 мин.
Для удаления окалины применяют
также раствор (г/л): H2SO4 80—100,
NaCl 150—200, ингибитор КИ-1 3—5.
Температура 60—70 °C, время вы-
держки устанавливают в зависимости
от толщины слоя окалины. Далее де-
тали последовательно промывают в про-
точной горячей и холодной воде, ак-
тивируют в растворе серной кислоты
(50—100 г/л) при комнатной темпера-
туре в течение 15—60 с и снова про-
мывают в холодной проточной воде.
Детали-полуфабрикаты, требующие
через определенный срок хранения
дальнейшей механической обработки,
следует пассивировать в растворе,
содержащем 50—150 г/л натрия азотно-
кислого, при температуре 15—30 °C
в течение 2 мин с последующей сушкой
сжатым воздухом.
Для бесшламового травления с мень-
шим наводороживанием основного ме-
талла (сталь, ковар) применяют со-
став (г/л): кислота соляная 150—300,
уротропин 40—50, при температуре
15—45 °C. Для деталей, имеющих тол-
стую и плотную окалину, после термо-
обработки количество НС1 можно уве-
личить до 450 г/л.
Стальные детали, имеющие точные
размеры, следует травить в растворе,
содержащем (г/л): H2SO4 100—200,
калий иодистый 0,8—1,0, ингибитор
КИ-1 8—10, при температуре 60—
70 °C (время выдержки устанавливается
опытным путем для каждого конкрет-
ного случая). Детали типа пружин,
а также имеющие цементированную
поверхность, следует травить в составе,
содержащем (г/л): НС1 120—200, ин-
гибитор БА-6 40—50, при темпера-
туре 18—25 °C; время травления до
60 мин.
74
Подготовка металлов а неметаллов под гальванопокрытие
Стальные детали, имеющие весьма
точные размеры, после обезжирива-
ния не травят, но активируют в рас-
творе серной кислоты. Детали из кор-
розионно-стойких сталей перед галь-
ванопокрытием обрабатывают (с целью
удаления цветов побежалости) щет-
ками из коррозионно-стойкой стали
или абразивом, не содержащим железа.
Если такая обработка неприемлема,
то используют электрохимическое трав-
ление в 55—85%-ном растворе H2SO4
на аноде (катод—медь, ta = 14-2 А/дм2)
при температуре 50—60 °C в течение
15—30 мин.
Для хорошо полируемых деталей
лучше применять 15—20%-ный рас-
твор HNO3, содержащий 4—6% би-
хромата натрия, при температуре 40—
50 °C в течение 10—30 мин. Электро-
полирование углеродистых сталей, а
также низко- и среднелегированных
ведут в растворе, содержащем (г/л):
Н3РО4 500—1110, Сг2О3 30—80 и H2SO4
250—550, при температуре 60—80 °C,
ia = 15—80 А/дм2, плотности раствора
1,63—1,72 г/см3 в течение 1—10 мин.
Для коррозионно-стойких сталей воз-
можно снижение концентрации Н3РО4
до 600 г/л. Катоды — из стали
12Х18Н9Т.
Известен также для электрополи-
рования сталей типа 12Х18Н9Т и
15Х25Т состав (объемные доли, %):
ледяная уксусная кислота 0,55, сер-
ная кислота 0,30, вода 0,15. Темпера-
тура 75—85 °C, ta = 8—60 А/дм2.
В процессе полирования происходит
съем металла примерно до 20 мкм.
С целью увеличения скорости полиро-
вания и уменьшения съема металла
в растворы добавляют сульфонол (до
10 г/л), пеногаситель ПМС-200 и дру-
гие ПАВ до 0,5 г/л.
Пассивирование поверхности имеет
место у коррозионно-стойких сталей.
Последние необходимо активировать
путем погружения в разбавленные
кислоты, а затем детали быстро про-
мыть в воде. Для этой цели применяют
активирование с одновременным осаж-
дением никеля в электролите: NiCl2X
Х6Н2О 200—250 г/л и НС1 (1,19)
70—85 мл/л, при температуре 15—25 °C
в течение 3—5 мин; 1К = 24-3 А/дм2.
Аноды—никель. Далее следует обыч-
ное никелирование без промывки.
Подготовка алюминия и его сплавов.
Алюминий и его сплавы посте соответ-
ствующего обезжиривания в органиче-
ских растворителях или химического
в щелочных растворах с малой кон-
центрацией NaOH перед нанесением
гальванопокрытий подвергают трав-
лению. Детали, изготовленные из де-
формируемых сплавов, рекомендуется
травить в составе, содержащем 50—
100 г/л NaOH, при температуре 60—
80 °C в течение 30—60 с. Детали из
литейных сплавов типа Ал2 и Ал9
травят в растворе гидроокиси каль-
ция (4—5 г/л) при 60—80 °C в течение
10—15 мин.
Детали с точечной контактной свар-
кой и негерметизированными швами
перед анодированием обрабатывают
в растворе, содержащем (г/л): кислоту
ортофосфорную 80—100, калий крем-
нефтористый 4—6, при температуре
15—25 °C в течение 5—10 мин. До-
пускается вместо калия кремнефтори-
стого применять кремнефтористый на-
трий. Детали с точными размерами
травят в растворе H2SO4 (240—280 г/л)
при 60—70 °C в течение 2—3 мин.
Для декоративного матирования
алюминия марок АД1, АД, АДО,
АД00 («снежное травление») исполь-
вуют состав, содержащий соляную
кислоту 10—20 г/л, при температуре
13—18 °C в течение 2—60 мин. Обра-
ботку ведут с применением перемен-
ного тока с номинальным напряжением
источника питания 36 В.
Детали из алюминиевых литейных
сплавов перед анодированием травят
в растворе, состоящем из кислоты азот-
ной (1,41 г/см3) и кислоты фтористо-
водородной (1,1—1,15 г/см3) в соотно-
шении 3:1, при температуре 15—25 °C
в течение 0,1—0,5 мин. Алюминиевые
сплавы, содержащие медь и кремний,
после травления следует осветлять
в смеси азотной и плавиковой кислот
(50%-ной) в соотношении 1 : 1 при
температуре 15—25 °C в течение 5—
10 с. Для этих сплавов перед нанесе-
нием металлопокрытий необходима
двойная обработка в цинкатном рас-
творе.
Электрохимическое полирование
алюминия и его сплавов ведут в рас-
творе (г/л): кислота ортофосфорная
500—1110, ангидрид хромовый 30—80,
75
Подготовка металлов
-------\ . -..
\
кислота верная 250—550. Температура
60—80 °C, ia = 2,54-5,0 AJjsjt3, про-
должительность 1—10 мин, плотность
раствора 1 63—1,72. Через каждые
Б с необходимо прерывать ток на 30 с.
Алюминий и его сплавы можно
электрополир^вать в щелочном рас-
творе, содержащем (масс, доля, %):
Na2CO3 16—20, Na3PO4 20—25, сор-
бит 6—8 (остальное — вода). Темпера-
тура 70—90 °C, ia = 44-6 А/дм2,
время 10—15 мин. Детали, изготов-
ленные из алюминия высокой чистоты,
рекомендуется полировать в растворе
(г/л): тринатрийфосфат 125—150 и
кальцинированная сода 40—50. Тем-
пература 90—95 °C, анодная плотность
тока 2—5 А/дм3, катод — сталь
12Х18Н9Т или ВТ-1. Соотношение
Sa : SK = 1 : 1, время выдержки
10—15 мин. Единовременная загрузка
деталей 1 м2 на 1000 л раствора. Пе-
ред электрополированием детали сле-
дует осветлять в концентрирован-
ной HNO8.
Перед цинкованием детали из алю-
миния и его сплавов подвергают об-
работке в растворе, содержащем (г/л):
оксид цинка 55—80 и едкий натр
250—420 г/л, при температуре 18—
25 °C в течение 0,5—4 мин. Наряду
с этим составом применяют цинкат-
ный раствор, содержащий (г/л): ок-
сид цинка 70—100, едкий натр 500—
550, железо треххлористое 2—3, ка-
лий—натрий виннокислый 4-водный
8—10, натрий азотнокислый 1—2. Тем-
пература 15—30 °C, выдержка 0,3—
0,7 мин.
Перед никелированием алюминий
и его сплавы рекомендуется обрабаты-
вать в растворе (г/л): никель дву-
хлористый 6-водный 20—45, кислота
ортофосфор ная 1420—1450. Температу-
ра 50—60 °C, выдержка 0,2 —0,5 мин.
Перед нанесением на алюминий и его
сплавы хромовых покрытий применяют
раствор, содержащий (г/л): никель
двухлористый 6-водный 450—500, кис-
лота фтористоводородная 9—10, кис-
лота борная 28—40. Температура 15—
30 °C, выдержка 1,0 мин.
Перед оловянированием алюми-
ний и его сплавы обрабатывают в рас-
творе (г/л): натрий оловяннокислый
мета 3-водный 30—60, натрий хлори-
стый 15—30, натр едкий до 10. Тем-
пература 60—70 °C, выдержка 0,5—
3,0 мин. Перед нанесением покрытия
сплавом Zn—Ni алюминий и его сплавы
обрабатывают в растворе состава (г/л):
цинк борфтористый 6-водный 40—90,
никель борфтористый 6-водный 150—
300, алюминий тетраборфторат 30—
60. Температура 20—25 °C, выдержка
0,5—3,0 мин. Для увеличения проч-
ности сцепления покрытия с основным
металлом применяют катодный им-
пульс тока 1 А/дм2 в течение 0,5 мин;
pH раствора 3,5—4,5.
К подготовительным операциям
следует отнести анодирование алю-
миниевых деталей в электролите, со-
держащем (в объемных долях) по 0,15—
0,20 Н3РО4 и H2SO4. Температура 35—
40 °C, ia = 2,54-3,5 А/дм2, выдержка
5—10 мин. После чего детали меднят
в пирофосфатном электролите, а за-
тем никелируют, хромируют или се-
ребрят.
Цементация поверхности алюминия
и его сплавов цинком, кадмием, оло-
вом или ртутью является одним из
эффективных методов подготовки де-
талей перед металлопокрытием. Од-
нако более эффективным является оса-
ждение химического никеля на алю-
миниевую поверхность из кислых рас-
творов.
На некоторых предприятиях приме-
няют и такую обработку алюминиевых
деталей перед нанесением металлопо-
крытий. Детали из литейных сплавов
(типа Ал2, Ал11) сначала анодируют
в растворе ‘H2SO4 (180—200 г/л) при
/а = 1 А/дм2 и напряжении 6 В в те-
чение 5—10 мин (катод—свинец), со-
отношение Sa : SK = 1 : 1, Sa =
= 1 дм2/л. После этого детали, не
снимая с приспособлений, промывают
в холодной воде и загружают под
током в один из кислых электроли-
тов никелирования, лужения или кад-
мирования.
Подготовка бериллия и его сплавов.
Сначала детали обрабатывают абра-
вивом, затем погружают в 10—15%-
ный раствор H2SO4 на 5—10 с и на
2—3 мин в раствор NаОН (450—500 г/л)
и ZnO (100—150 г/л). После промывки
в холодной воде цинк стравливают
в 30—35%-ном растворе HNO3 и
опять промывают в холодной воде.
Затем детали снова подвергают цин-
76
Подготовка металлов и неметаллов под гальванопокрытие
катной обработке и ударному медне-
нию в электролите (г/л): NaCu (CN)2
35—40, NaCN (свободный) 3—5,
NaCOs 7—10. В первую минуту iK =
= 2,54-3,0 А/дм2 и в последующие
10 мин 1,0—1,5 А/дм2. Детали загру-
жают под током.
В большинстве случаев детали из
бериллия и его сплавов обезжиривают
в органических растворителях, а за-
тем в щелочи. Для травления берил-
лия используют щелочи или кислоты,
а для активирования — 1 % -ный (по
массе) раствор H2SO4 при температуре
15—25 °C и времени выдержки 15—
30 с. С целью улучшения адгезии необ-
ходим отжиг деталей из беррилия в ар-
гоне или термообработка в вакууме.
Подготовка меди и ее сплавов. Хи-
мическое обезжиривание деталей ве-
дут в растворе (г/л): NaOH 5—15,
Na3PO4 15—35, Na2CO3 15—35, син-
танол ДС-10 3—5. Температура 60—
80 °C, выдержка 3—20 мин. Вместо
синтанола можно применять 3—5 г/л
жидкого натриевого стекла.
Для травления меди и ее сплавов
с паяными швами применяю'1 раствор
(г/л): кислота уксусная 260- -265, кис-
лота ортофосфорная 830—850, пере-
кись водорода марки А 90—НО. Тем-
пература 15—25 4С, выдержка 0,5—
1,5 с. Для предварительного травления
после термообработки или длительного
хранения деталей используют состав
(г/л). H2SO4 140—250 или НС1 300—
450; температура 50—60 °C для обоих
растворов; время выдержки — до пол-
ного удаления окислов.
Для матового травления деталей
с точными размерами нашел приме-
нение раствор аммония азотнокислого
или натрия азотнокислого 600—800 г/л
при температуре 15—30 °C в течение
10—30 с. Пружины, тонкостенные и
резьбовые детали рекомендуется тра-
вить в растворе кислот (г/л): H2SO4
750—850, HNO3 50—70 и НС1 1—5,
температура 15—30 °C, выдержка 5—
10 с. После химического травления
детали промывают в холодной воде и
активируют в растворе, содержащем
(г/л): НС1 50—100 и H2SO4 50—100,
при температуре 20—25 °C в течение
15—30 с. Затем детали промывают
в холодной воде и наносят на них ме-
таллопокрытия .
Хорошие результаты получают при
травлении меди в растворе KNO3
(200—250 г/л) с небольшими добав-
ками уксусной кислоты ,’(до pH =
— 24-3) при 20—30 °C и iH = 104-
30 А/дм2. Для химического травле-
ния используют раствор (г/л): FeClj
200—250 и НС1 200—250. За 4 ч
в нем удаляется слой меди толщиной
до 70 мкм. Для предотвращения пере-
травливания поверхности в этот рас-
твор вводят тиомочевину, а для уско-
рения травления — буру или гекса-
мин.
Латунные детали, прошедшие ал-
мазное точение, перед никелирова-
нием и хромированием, особенно после
обезжиривания в органических рас-
творителях, подвергают катодной очи-
стке в растворе NaOH (50—100 г/л)
при температуре 15—25 °C, 1К = 14-
2 А/дм2, в течение 1—2 мин. Аноды —
коррозионно-стойкая сталь. Затем де-
тали активируют в 10%-ном (масс,
доля) растворе KCN при 20—30 °C
в течение 1—3 мин и далее никели-
руют.
Оловянные бронзы обрабатывают
аналогично меди. Однако их не сле-
дует травить или покрывать в циани-
стых щелочных электролитах, так как
при этом возникает опасность образо-
вания диоксида олова, который не
растворяется и препятствует сцепле-
нию металлопокрытий с бронзами. Для
блестящего травления термообработан-
ных бронз, в том числе бериллиевых
(кроме марки ОЦС и БрКМЦ) приме-
няют раствор, содержащий (г/л): ам-
моний азотнокислый или натрий азотно-
кислый 100—200, натр едкий 400—
650, при температуре 135—145 °C, в те-
чение 20—40 мин.
Детали, отлитые из меди и ее спла-
вов, имеют много пор, поэтому во
избежание пузырения и отслаивания
покрытий их следует после каждой
операции подвергать тщательной про-
мывке с нейтрализацией в кислотах
или в щелочах в зависимости от преды-
дущей операции.
Для электрохимического полиро-
вания меди и ее сплавов применяют
растворы (масс доля, %): для меди —
H2SO4 70 и Н2О 30, ПАВ 5—20 г/л
(ta = 204-80 А/дм2, температура 20—
60 °C,выдержка 2—20 мин); для ла-
77
Подготовка металлов
-----j———————
ту ней и 'бронз — Н3РО4 88—90, Сг2Оа
10—12 (L = 15-4-60 А/дм2; темпера-
тура 20А40 °C и время выдержки
5—10 мин\.
Подготовка никеля и его сплавов.
Пермаллой обезжиривают в трихлор-
этилене, затем электрохимически в рас-
творе (г/л): датр едкий 10—20, сода
кальцинированная 20—30, тринатрий-
фосфат 30—50, стекло натриевое жид-
кое 3—5. Температура 70—90 °C, i =
= 2-4-10 А/дм2, время выдержки на
катоде 2—3 мин и на аноде — 1—2 мин.
После соответствующей промывки де-
тали травят в концентрированном рас-
творе НС1 (1,19 г/см3) при темпера-
туре 50—60 °C в течение 1—3 мин.
Далее после тщательной промывки
детали никелируют в растворе: NiCl8
200—220 гкл и НС1 150—170, при тем-
пературе 50—60 °C и »к = 2—5 А/дм2
в течение 3—5 мин. Ток включают че-
рез 10 мин после загрузки деталей.
Никель и никелевые покрытия пе-
ред палладированием, золочением, ро-
дированием активируют в растворе
(г/л): соляная кислота 0,2, азотная
кислота 28—38, уксусная кислота 50—
58, при температуре 15—30 °C в те-
чение 15—30 с. Возможна актива-
ция никеля и его сплавов перед нане-
сением металлопокрытий в растворе
НС1 (300—350 г/л) при температуре
15—30 °C в течение 30—60 с.
Магнитно-прецизионные никелевые
сплавы (типа 29НК, 50Н, 45НП)
обезжиривают электрохимически
в растворе (г/л): сода кальцинирован-
ная 10—20, тринатрийфосфат 20—30,
стекло натриевое жидкое 3—5, при
температуре 70—90 °C в течение 3—
5 мин, ia = 2-4-5 А/дм2. После соответ-
ствующей промывки детали активи-
руют в растворе (г/л): НС1 50—100
или H2SO4 50—100, при 15—20 °C
в течение 15—30 с. Затем промытые
в проточной воде детали меднят.
Нейзильбер с малым содержанием
никеля активируют при 15—25 °C на
катоде (напряжение 6 В) в течение
15—30 с в растворе, содержащем 100—
150 г/л NaCN. При большем содержа-
нии никеля в сплаве вместо активиро-
вания проводят промежуточное лату-
нирование или серебрение. Для этой
цели применяют электролиты с низ-
ким содержанием металла и высоким
содержанием циана или кислоты. Ней-
зильбер перед серебрением в циани-
стом электролите рекомендуется амаль-
гамировать в растворе (г/л): хлористая
ртуть 5—7, хлористый аммоний 3—5
и NaCN 50—60. После амальгамиро-
вания детали быстро и тщательно
промывают в проточной воде и пере-
носят в ванну предварительного се-
ребрения. Вместо предварительного
серебрения такие детали можно об-
рабатывать на катоде в растворе, со-
держащем К2СО3 (20—25 г/л), в те-
чение 5—10 мин при 0,2—0,3 А/дма;
анод—сталь 12Х18Н9Т.
Подготовка магния и его сплавов.
Сначала детали очищают в растворе,
содержащем препарат МЛ-5 или МЛ-52
(30—50 г/л) или моющее средство
ТМС-31 (50—80 г/л), при температуре
70—80 °C в течение 5 мин. Затем их
промывают в горячей проточной воде
и обезжиривают при 70—80 °C в те-
чение 3—5 мин в растворе NaOH
(200—250 г/л). После этого детали
снова промывают в горячей и холод-
ной проточной воде и обрабатывают
в растворе хромового ангидрида (150—
250 г/л) при 15—25 °C в течение 0,5—
2 мин. Далее, после соответствующей
промывки детали снова травят в рас-
творе NaOH (200—250 г/л). После
этого промытые в горячей и холодной
проточной воде детали обезжиривают
в спирте этиловом (техническом) при
15—25 °C в течение 0,1—0,3 мин и
травят при 15—25 °C в течение 1,0 мин
в растворе, содержащем ортофосфор-
ную кислоту (1,7 г/см3) 300—375 мл
и спирт этиловый технический 350—
625 мл; плотность раствора при 20 °C
должна быть равна 1,25 г/см3.
Обработанные таким способом детали
травят при 60—70 °C в течение 1—2 мин
в следующем растворе (г/л): натрий
пирофосфорнокислый 25—30 и натрий
углекислый 1,5—2; затем подвергают
контактному цинкованию в электро-
лите следующего состава (г/л): цинк
сернокислый 40—50, натрий пирофос-
форнокислый 200—250, калий фтори-
стый 8—10, натрий углекислый 3—5.
Температура раствора 80—90 °C, »к=
= 0,4 А/дм2, выдержка 2—5 мин;
pH = 10,2-5-10,4. Пропускная способ-
ность раствора 40—60 дм2/л. Ток
следует включать через 10 с после
78
Подготовка металлов и неметаллов под еальвинспок^тие
загрузки деталей. После этого детали
медлят в цианистом электролите.
В электролит контактного цинкова-
ния рекомендуется вводить добавки
фтористого лития (3—5 г/л) и Na?CO3
(5—10 г/л). Они обеспечивают надеж-
ную адгезию цинкового покрытия
с магнием и его сплавами.
Сплавы магния, не содержащие алю-
миний, можно травить в более разбав-
ленном растворе (60 г/л СгО3 и 90 мл/л
HNO3). После травления детали про-
мывают в проточной воде и обрабаты-
вают в течение 10 мин в растворе 70% -
ной фтористоводородной кислоты
(220 мл/л). При этом поверхность по-
крывается защитной пленкой фторида
магния. Обе стадии травления прохо-
дят при температуре 15—25 °C.
Для травления магния с целью очи-
стки от окислов применяют фосфор-
ную кислоту или хроматно-нитратьый
раствор (г/л): хромовый ангидрид 150—
180, железо азотнокислое 30—40, ка-
лий фтористый 5—7. Температура 15—
25 °C, выдержка 15—20 с. Для этой
цели используют и раствор, содержа-
щий (г/л): ледяную уксусную кислоту
280—300 и азотно-кислый натрий 80—
100, при температуре 15—25 °C в те-
чение 1—2 мин.
Для химического никелирования де-
талей из магния и его сплавов исполь-
зуютраствор (г/л): 2NiCO3-3Ni(OH)sX
Х4НаО 10—15, NH4HF2 7—10,
NaH2PO2-H2O 20-30, NH4OH (30% -
ный) 25—30, кислота, фтористоводо-
родная (70%-ная) 5—10 мл/л, кислота
лимонная 5. Температура раствора
75—85 °C, pH — 4,5-4-6,8, скорость оса-
ждения 20 мкм/ч. Коррозионную стой-
кость никелевого покрытия можно
повыси гь за счет пассивирования в рас-
творе (г/л): СгО3 2—3 или Na2Cr2O7
120—150; температура 90—100 °C, про-
должительность 5—10 мин.
Жир и полировочные пасты с дета-
лей удаляют паром или в щелочных
растворах. Травление литых деталей
ведут в растворе, содержащем (мл):
хромовую кислоту 230—250, HNOS
(70%-ная) 20—25, HF (60%-ная) 7—10.
Воду доливают до 1 л. Температура
раствора 20—30 °C, время выдержки
1—5 мин; за 1 мин снимается слой тол-
щиной 10—15 мкм.
При удалении покрытий 4 магния
и его сплавов необходимо/ следить
за тем, чтобы поверхность основного
металла не была перетравлена. Медь
следует удалять в горячек растворе
полисулыЬида натрия с последующей
обработкой в растворе цианидов. Для
удаления никеля примеряют раствор,
содержащий (масс, доля, %): 15—25
плавиковой кислоты и' 2—5 NaNO>.
При этом детали завешивают на анод
(напряжение 4—6 В); -Катод — из гра-
фита или свинца.
Подготовка титана и его сплавов.
При наличии на поверхности деталей
жировых загрязнений, смазочно-ох-
лаждающих жидкостей, полировочных
паст их обезжиривают в трихлорэти-
лене или хладоне-113. Химическое
обезжиривание ведут в растворе (г/л):
натр едкий 10—20, сода кальциниро-
ванная 20—30, тринатрийфосфат 30—
50, стекло натриевое жидкое 3—5,
препарат ОС-20 0,5—1,0. Температура
70—90 °C, выдержка 15—30 с. После
промывки в проточной воде с деталей
снимают окалину в растворе, содержа-
щем (г/л): натр едкий 400—500 и
натрий азотнокислый 100—200, при
135—145 °C в течение 10—40 с. За-
тем их промывают и наносят на них
химическим способом гидридную плен-
ку в растворе НС1 (1,19 г/см3) в коли-
честве 420—450 г/л при температуре
15—20 °C в течение 1—1,5 ч. Гидрид-
ную обработку можно вести и в рас-
творе, содержащем (г/л): H2SO4 700—
1100 и NaCl 30—40, при температуре
70—80 °C в течение 1—5 мин. Этот со-
став рекомендуется для деталей с пая-
ными и сварными соединениями.
Затем детали промывают в проточ-
ной воде, травят в смеси плавиковой
(185—200 г/л) и азотной (10—15 г/л)
кислот при температуре 15—25 °C в те-
чение 15—20 с, промывают тщательно
и осветляют в растворе, содержащем
(г/л): HNO3 350—400 и HF 20—30,
при температуре 15—25 °C в течение
15—30 с. После чего детали промы-
вают в проточной воде, этиленгликоле
(при 15—25 °C в течение 5—10 с) и
подвергают последовательно двум об-
работкам при 15—25 °C в течение 1—
2 мин в растворе, содержащем
цинк металлический (50 г/л) и
HF (200 мл/л).
Подготовка металлов
79
\
Подооро алюминию титан обычно
покрыт пассивной пленкой, состоящей
из оксида, титана. Электрохимические
методы подготовки титана непригодны,
так как прц катодной обработке про-
исходит наврдороживание, а при анод-
ной — пассивирование его поверх-
ности. Иногда применяют обезжири-
вание титана и его сплавов в четырех-
хлористом углероде с последующей
протиркой порошком пемзы, смочен-
ным в растворе, содержащем (г/л):
NaOH 50 и Na2CO3 50. После этого
травление ведуЛ в НС1 (1,19 г/см3)
при температуре 20—30 °C в течение
2—3 ч. Уменьшение толщины деталей
при этом составляет около 12 мкм.
Добавка хлорпикриновой кислоты
(0,05 г/л) значительно улучшает трав-
ление и обеспечивает прочное сцепле-
ние металлопокрытий с титаном и его
сплавами.
Во избежание образования на по-
верхности деталей нерастворимых со-
единений травленый титан быстро пере-
носят в 5%-ный водный раствор сег-
нетовой соли. Для каждой партии
деталей следует готовить новый рас-
твор. Затем детали меднят в тартрат-
ном электролите (г/л): медь сернокис-
лая 60, калий—натрий виннокислый
160, едкий натр 50. Детали в раствор
загружают под током и выдерживают
при iK = 0,4-?0,5 А/дм2 и темпера-
туре 15—25 °C в течение 3—5 мин.
Для улучшения адгезии некоторые
детали рекомендуется термически об-
рабатывать при 900 °C в атмосфере
водорода. Титановые сплавы ОТ4,
ОТ4-1, ОТ4-0, ВТ5-1 перед гидрид-
ной обработкой следует травить в рас-
творе, содержащем (г/л): соляную кис-
лоту 20—25, фтористоводородную кис-
лоту 10—15, при температуре 15—
30 °C в течение 30—60 с.
Для электрополирования титана
и его сплавов применяют раствор,
содержащий (мл/л): ангидрид уксусно-
кислый 795,кислоту хлорную(1,6г/см3)
185 и воду 48. Температура 20—30 °C,
«а = 0,54-1,0 А/дм2, продолжитель-
ность 5 мин, катоды — из графита
или платинированного титана.
Подготовка молибдена и вольфрама.
Подготовка молибдена и его сплавов
к покрытию аналогична подготовке
других металлов. Однако детали из
этого металла, после нанесения галь-
ванических покрытий, рекомендуется
отжигать при температуре 700—800 °C
в вакууме. Отжиг необходим для уве-
личения степени адгезии и блеска.
Перед металлопокрытием детали тра-
вят в щелочном растворе (г/л):
K3Fe (CN)e250—300, КОН 100—150 и
Н2О 550—650; температура 15—25 °C;
время выдержки зависит от точности
изготовления деталей и их толщины.
Для травления также применяют рас-
твор (масс, доля, %): HNO3 (1,4 г/см3)
5—8, H2SO4 (1,84 г/см3) 5—7, вода
85—90. Температура 15—25 °C, вы-
держка не более 1 мин.
Для анодного травления или поли-
рования используют фосфорную кис-
лоту, серную кислоту или NaOH
(температура 25—45 °C, анодная плот-
ность тока до 150 А/дм2, выдержка
5—10 мин). После гргвления (полиро-
вания) детали отжигают в среде водо-
рода при температуре 1100—1400 °C,
повышая тем самым разрывное уси-
лие и снижая шероховатость поверх-
ности.
Для обеспечения надежной адгезии
на детали из вольфрама и его сплавов
перед нанесением покрытий осаждают
подслой палладия из раствора (г/л):
Pd (NH,)4C12 4—4,5, NH4OH 350—
400 мл/л, трилон Б 30—35, гидра-
зинсульфат 0,3—0,5. Сначала берут
хлористый палладий и переводят его
в аммиачный комплекс в 25%-ном рас-
творе аммиака. Полученное при этом
бледно-желтое растворимое соедине-
ние Pd (NHs)4C12 вводят в ванну, а
восстановитель в виде децимолярного
раствора гидразинсульфата добавляют
непосредственно перед погружением
деталей.
Продолжительность палладирова-
ния при 70 °C составляет 15 мин.
При этом минимальная толщина равна
0,8 мкм, а максимальная (за 6—8 цик-
лов) достигает 10—15 мкм. На палла-
диевый подслой можно осаждать медь,
никель, серебро или золото в зависи-
мости от условий эксплуатации. Перед
палладированием детали следует обез-
жирить в растворе (г/л): Na2CO3 30—
40 и Na3PO4 30—40; температура 60—
70 °C, /а = 34-5 А/дм2, аноды —
сталь 12Х18Н9Т, время обезжирива-
ния 5—10 мин. Затем детали подвер-
80
Подготовка металлов и неметаллов под еажваяогм’срытм
гают травлению в растворе (г/л):
KsFe (CN)„ 100—120 и КОН 100—120
при температуре 60—80 °C в течение
15—20 мин.
Палладиевое покрытие является
только подслоем и не может защитить
вольфрам от газовой коррозии. Про-
дукт окисления вольфрама — рыхлая
окись желто-зеленого цвета, которая
образуется при 700 °C и разрывает
палладиевое покрытие вследствие про-
никновения кислорода к основе. Поэ-
тому на палладиевый подслой наносят
слой никеля (70—100 мкм) из серно-
кислых электролитов. Такой слой ни-
келя способен защитить вольфрам при
температуре 850 °C в течение 30 ч.
Подготовка цинка и его сплавов. Хи-
мическое обезжиривание цинковых
сплавов ведут в растворе, содержащем
25—30 г/л тринатрийфосфата при тем-
пературе 50—60 °C в течение 1—2 мин.
Допускается заменять Na3PO« экви-
валентным количеством пирофосфорно-
кислого натрия. При этом pH раствора
9,5—И достигается за счет добавле-
ния NaOH. При электрохимическом
обезжиривании применяют раствор
(г/л): натр едкий 8—12, тринатрий-
фосфат 4—6, сода кальцинированная
8—12, стекло натриевое жидкое 25—
30, средство моющее сульфонол НП-3
0,1—0,3. Температура раствора 60—
70 °C, катодная плотность тока 1—
2 А/дм2, выдержка 0,5 мин. Допу-
скается стекло натриевое жидкое за-
менять соответствующим количеством
метилсиликата натрия. В качестве
анода применяют никель, никелиро-
ванную сталь или сталь 12Х18Н9Т.
Электрохимическое полирование
цинка и его сплавов ведут в растворе
NaOH (100—150 г/л) на аноде при тем-
пературе 20—30 °C в течение 3—5 мин,
/а = 204-30 А/дм2. В качестве катода
используют окисленную сталь. За
1 мин электролиза удаляется слой ме-
талла толщиной 5—7 мкм. После про-
мывки, активирования в 0,5%-ном
растворе H2SO< и соответствующей
промывки детали подвергают медне-
нию.
Отполированные детали подвер-
гают электролитическому обезжири-
ванию, активированию в кислых
растворах и меднению в две стадии.
Сначала их меднят в растворе, содер-
жащем (г/л): пирофосфат кал/я 200—
250, пирофосфат меди 25—30, цитрат
калия 20—25; pH == 8,0-5-8,5( темпера-
тура 20—30 °C, iK = 3-5-4 А/дм2, ско-
рость осаждения 1 мкм/мин. Затем
детали меднят в растворе/(г/л): суль-
фат меди 200—250 и rUSO* 50—70;
температура 15—25 °CjT iK = 4-5-
7 А/дм\ скорость/ осаждения
0,5 мкм/мин.
Наилучшая защита, от коррозии
деталей из цинка и его/сплавов обеспе-
чивается при нанесетрш двухслойного
никеля (полублестящий + блестящий).
Детали, изготовленные из литейных
цинковых сплавов, следует меднить,
никелировать и хромировать. При
этом поверхность отлитых деталей не
должна иметь пор и мелких раковин,
так как последние приводят к плохому
сцеплению металлопокрытий с осно-
вой. Отлитые детали перед нанесе-
нием покрытий сначала подвергают
электрохимическому обезжириванию
в растворе тринатрийфосфата (40—
50 г/л) при температуре 75—85 °C
и iK = 5-5-10 А/дм2; pH = 10. При
этом выдержка деталей на катоде долж-
на быть в 4—6 раз больше, чем на
аноде, а общее время обезжиривания
составляет 15—25 с.
Затем такие детали промывают в про-
точной воде и активируют в кислом
растворе. Меднение их осуществляют
сначала в электролите (г/л): медь
цианистая 15—20, натрий цианистый
(свободный) 7—10. Температура 45—
60 °C, i„ = 2-5-2,5 А/дм2, pH = 114-
12, выдержка 1—3 мин. После этого
детали без промывки под током загру-
жают в ванну основного цианистого
меднения. Никелирование омедненных
деталей из цинка и его сплавов ведут
затем в электролите (г/л): никель серно-
кислый 75—ПО, натрий сернокислый
75—ПО, аммоний хлористый 15—20,
борная кислота 15—20. Температура
20—25 °C, pH = 5,34-5,7, iK = 1,54-
2 А/дм2.
При хромировании деталей их сна-
чала обезжиривают в хлорированных
углеводородах, а затем в растворе,
содержащем (г/л): натр едкий 10—15,
соду кальцинированную 10—15, три-
натрийфосфат 10—15; стекло натрие-
вое жидкое 20—30. Температура 60—
70 °C, = 24-3 А/дм2, выдержка 15—
Подео)
аэоляцаоягшх материалов
81
сцеплению с ними\
Поэтому рекоменду
ным покрытием оса
ный слой металла,
30 с. После обезжиривания детали
промывают в проточной воде, активи-
руют в Ьастворе H^SO* (10—15 г/л)
при 20—ВО °C в течение 15—30 с,
меднят в \ цианистом электролите и
никелируют в сернокислых электро-
литах. Армирование ведут в растворе
следующего \состава (г/л): ангидрид
кромовый 200—300, кислота серная
2—3, препарат «Хромин» 1—3. Тем-
пература 45—об °C, iK = 154-35 А/дм’,
скорость осаждения 0,3 мкм/мин.
Подготовка свинца, олова и их спла-
вов. Свинцово-оловянистые сплавы
склонны к быстрому окислению на
воздухе, что препятствует хорошему
металлопокрыти й.
ется перед основ-
вдать промежуточ-
ц после операции
обезжиривания дегал,, активируют
в 10% -ной (масс, доля) серной кислоте
или в 10—12%-ной (масс, доля) бор-
фтористоводородной кислоте. При
электрохимической обработке (обез-
жиривание и травление) длительность
операции выбирается такой, чтобы
на поверхности деталей не образовался
темный налет.
ПОДГОТОВКА изоляционных
МАТЕРИАЛОВ
Пластмассы под металлопокрытия го-
товят следующим образом: обезжири-
вают водяными растворами; создают
шероховатую поверхность механиче-
ским путем или с помощью травиль-
ных растворов, содержащих окисли-
тели; проводят сенсибилизацию вод-
ными растворами SnCls; активируют
поверхность водными растворами
AgNOs или PdCl2; химически осаж-
дают медь.
У пластмасс, подвергающихся ме-
таллопокрытию, должны быть оп-
ределенный химический состав и спе-
циальные физико-механические свой-
ства. Основными параметрами яв-
ляются: пределы прочности при растя-
жении и изгибе, равные соответственно
40—50 МПа и 70—75 МПа; темпера-
турный предел деформации — 40 5-
+90 °C. За рубежом для металли-
зации применяют в большей мере поли-
пропилен и ABS.
Отечественные сополимеры принци-
пиально не отличаются от ABS, но
имеют иной предел термической де-
формации. Основной операцией в под-
готовительном цикле является трение
пластика. Шероховатость поверх-
ности деталей контролируют по сма-
чиванию пластмассы, микроструктуре
и прочности сцепления металла с пла-
стиком. Так, например, в растворе,
содержащем 80—200 мл НаО, 10—
И г/л бихромата калия, 150—180 мл
HaSO4 (1,7 г/см8), при температуре
80 °C в течение 20—25 мин дости-
гается шероховатость Rz = 0,1 мкм.
Иногда применяют трехступенчатое
травление. Однако основными компо-
нентами для составления травильных
растворов служат хромовый ангидрид
и серная кислота. После травления
поверхность деталей тщательно ней-
трализуют от солей хрома посредством
20%-него раствора гидросульфита на-
трия. Рекомендуется этот раствор го-
товить на деминерализованной или
дистиллированной воде. В отечествен-
ной промышленности в большей мере
для металлизации применяют сополи-
меры типа ABS, СТАН, СНК-
Сенсибилизируют детали в растворе
двухлористого олова (30—40 г/л) и
НС1 (30—40 г/л) при температуре 15—
25 °C в течение 2—7 мин. С целью по-
вышения производительности в не-
которых случаях концентрацию этих
компонентов увеличивают соответ-
ственно до 50—60 и 60—70 г/л. Рас-
твор готовят путем введения хлори-
стого олова в соляную кислоту; кор-
ректирование ведут 2—3 раза в неделю
в соответствии с анализом. После сен-
сибилизации детали тщательно промы-
вают в воде и активируют в растворе
двухлористого палладия.
Активацию можно вести и в раство-
рах, содержащих серебро. Однако
палладиевый раствор более стабилен
в работе, так как азотнокислое серебро
в растворах способно восстанавли-
ваться на воздухе. Кроме того, серебро
очень чувствительно к ионам хлора,
которые можно занести из ванны трав-
ления. В настоящее время широко
применяют для контактного осаждения
следующий раствор (г/л): хлористый
палладий 1, Двухлористое олово 44
соляная кислота 150, хлористый ка-
82
Подготовка металлов и неметаллов под гальванопокрытие
лий 150. Режим осаждения: pH =
=2,54-3,0, температура 18—22 °C, про-
должительность 2 мин.
После такой подготовки детали под-
вергают химическому меднению в рас-
творе (г/л): сернокислая медь 10—15,
сегнетова соль 25—30, едкий натр
10—15, формальдегид (40%-ный) 10—
15 мл/л. За 10—15 мин осаждается
около 10 мкм меди.
Скорость меднения в основном за-
висит от количества формальдегида
в растворе. Плотность загрузки должна
быть в пределах 1,5—2 дм2/л. При
уменьшении плотности загрузки значи-
тельно возрастает скорость меднения
(то же самое наблюдается при увели-
чении концентрации формальдегида
в растворе для меднения).
Следующей операцией является хи-
мическое никелирование. Для хими-
ческого никелирования пластмасс ре-
комендуется раствор, содержащий (г/л):
никель хлористый 24, гипофосфит на-
трия 42, хлористый аммоний 27, ги-
дроокись аммония 40; pH = 84-9;
температура 45—50 °C, плотность за-
грузки 1—1,5 дм2/л, продолжитель-
ность 5—10 мин. Допускается приме-
нение и кислых растворов химиче-
ского никелирования с pH = 5, но
такие растворы требуют более высо-
кой температуры (90—95 °C).
Адгезию химически осаждаемой меди
можно повысить за счет увеличения
времени и температуры прессования
(отливки) деталей в пределах 40—
80 °C. С увеличением толщины стенок
изделий в 3 раза, например от 1,25
до 3,75 мкм, адгезия меди с пластиком
повышается в 10 раз. В пресс-формах,
применяемых для отливки деталей,
должно быть как можно меньше острых
углов и переходов. Рекомендуется
также детали из акрилбутилстирола
перед меднением (или перед подготови-
тельными операциями) термостатиро-
вать при 80—95 °C в течение 2—4 ч.
В некоторых случаях на детали из
пластмасс, подлежащих металлизации,
сначала наносят токопроводящие плен-
ки (лак или мастика, содержащие гра-
фит, медь или серебро). Серебряные
краски (60—70% серебра) наносят
с помощью щеток, а при меньшем со-
держании серебра — методом распы-
ления. В качестве связующего исполь-
зуют эфиры целлюлозы или метакри-
ловую смолу. Золотые кратки готовят
из порошкообразного йолота на
эпоксидной смоле (связующее).
Нанесение тонких зеркальных по-
крытий на диэлектрики начинают
также с создания шероховатой поверх-
ности посредством их обработки сухим
или влажным абраэивбм, химическим
травлением и т. д. Для химического
травления используют раствор 40 г
бихромата натрия в смеси 750 мл
H2SO4 (1,84 г/см3) £ 250 мл воды при
температуре 85—9$ °C. Детали на 5 с
опускают в раствор, затем промывают
и погружают на® с в 15%-ный раст-
вор NaOH, нагретый до 90—100 °C.
Далее их сенсибилизируют в обычных
растворах хлоридов олова или палла-
дия, тщательно промывают в дистил-
лированной воде и далее серебрят по-
следовательно в двух растворах.
Первый раствор готовят растворе-
нием 20 г/л AgNO3 и 10 г КОН в 400 мл
дистиллированной воды. Образовав-
шийся осадок сразу растворяют в 50 мл
аммиака с целью предотвращения об-
разования взрывчатых веществ. Вто-
рой раствор, содержащий 90 г трост-
никового сахара и 4 мл HNO3 на 1 л
дистиллированной воды, кипятят и
охлаждают непосредственно перед ис-
пользованием. Одну часть этого рас-
твора смешивают непосредственно пе-
ред использованием с четырьмя ча-
стями первого.
Поверхность деталей из фторугле-
родных смол обрабатывают в растворе
NaOH, безводном аммиаке или в смеси
металлического натрия и нафталина,
растворенных втетрагидрофуране. Так,
в раствор, содержащий 120 г/л нафта-
лина в тетрагидрофуране, добавляют
23 г металлического натрия, разрезан-
ного на кусочки. Полученную смесь
перемешивают при 15—25 °C в тече-
ние 2 ч. В процессе приготовления,
использования и хранения не следует
допускать попадания воздуха в смесь,
так как при длительном хранении она
может разрушаться.
СПОСОБЫ НАНЕСЕНИЯ
ПОКРЫТИЙ МЕТАЛЛАМИ
(СПЛАВАМИ)
\
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
При катодном восстановлении метал-
лов и сплавов детали помещают в элек-
тролит, содержащей простые или ком-
плексные ионы осаждаемого металла
и соединяют с отрицательным полюсом
источника постоянного тока. Покры-
ваемые детали завешивают на катод-
ную штангу гальванической ванны,
а на анодную — пластины или прутки
из этого металла, которым следует
в данном случае покрыть эти детали.
Иногда применяют нерастворимые
аноды (графит, титан пластинирован-
ный, сталь 12Х18Н9Т, сплав Pb—Sb
и др.) или разделительные аноды (медь
и цинк при осаждении латуни).
По сравнению с другими способами
нанесения металлопокрытий этот спо-
соб является более совершенным. Ос-
новные его преимущества: возмож-
ность получения покрытий строго оп-
ределенного состава, свойств и тол-
щины; повышенные механические и
антикоррозионные свойства покрытий
(кроме вакуумного напыления); от-
сутствие промежуточного хрупкого
сплава, характерного для горячих
методов покрытия; возможность меха-
низации и автоматизации процесса;
меньшие потери материалов по сравне-
нию с химическим и другими способами;
большая экономическая целесообраз-
ность и т. д.
К основным недостаткам катодного
восстановления следует отнести: не-
обходимость применения внешнего
источника тока; значительный раз-
брос значений толщины покрытий на
наружной и внутренней поверхностях
профилированных деталей; необходи-
мость применения дополнительного
оборудования и химикатов для реге-
нерации и нейтрализации отработан-
ных электролитов и промывных сточ-
ных вод; более низкие санитарно-
гигиенические условия труда по сравне-
нию с конденсационным (вакуумным)
способом.
В большинстве случаев для катод-
ного восстановления металлопокрытий
используют водные электролиты, поз-
воляющие вести технологический про-
цесс при нормальных атмосферных
условиях. Только в редких случаях
(ввиду невозможности восстановления
таких металлов, как алюминий, маг-
ний, бериллий, и других электро-
отрицательных металлов) применяют
формальдегидные, спиртовоэфирные и
другие электролиты.
Химические и бестоковые способы
осаждения металлопокрытий имеют
следующие преимущества перед элек-
трохимическим: хорошие физические
и химические свойства покрытий;
равномерность распределения покры-
тий независимо от профиля деталей;
практическая беспористость осадков;
возможность осаждения металлопо-
крытий на неметаллические изделия
и др. Однако применение в качестве
восстановителей гипофосфита, гидра-
зина, боргидрида и других веществ,
являющихся дефицитными, делают этот
процесс дорогостоящим и не всегда
экономически оправданным.
Химическим способом можно нано-
сить такие металлы, как никель, ко-
бальт, палладий, олово, серебро, зо-
лото, медь, хром и др. Восстановление
ионов этих металлов происходит за
счет химической реакции и электро-
химических свойств покрываемого ме-
талла в данном растворе. Химический
способ осаждения покрытий можно
подразделить на контактный, контакт-
но-химический и собственно химиче-
ский.
При контактном способе покрывае-
мую деталь погружают в раствор, со-
84
Способы нанесения покрытий металлами (сп феами)
держащий ионы металла с ббльшим
значением потенциала, чем металл
детали, и восстановление металло-
покрытия происходит только за счет
разности потенциалов, возникающих
между металлом основы и ионами осаж-
даемого металла из раствора. При
контактно-химическом способе преду-
сматривается восстановление метал-
лопокрытия из раствора за счет раз-
ности потенциалов, возникающих при
контактировании покрываемых дета-
лей (металла основы) с металлом, по-
тенциал которого отрицательнее, чем
у металла детали. Химический способ
заключается в погружении деталей
в раствор, содержащий ионы другого
металла, буферирующие добавки и
восстановитель.
ХИМИЧЕСКИЙ СПОСОБ
ОСАЖДЕНИЯ
Никелирование. Восстановление ионов
никеля из водных растворов происхо-
дит за счет окисления гипофосфита.
Выделяющийся водород восстанавли-
вает наряду с никелем и фосфит до
фосфата. Поэтому никелевые покры-
тия содержат фосфор, который во
многом определяет специфические свой-
ства никелевых покрытий (табл 25).
Несмотря на то что никель, осажден-
ный химическим способом,обладает
значительной коррозионной стойко-
стью, он не может быть применен для
защиты от коррозии в среде азотной
и серной кислот. После термической
обработки такой никель имеет твер-
дость HV 1000—1025.
Для химического никеииро/ания (ко-
личество фосфора в покрытии 7—10%)
стальных, алюминиевых, /титановых
и медных деталей используют раствор,
содержащий (г/л): никем сернокис-
лый или двухлористый 20- -25, гипо-
фосфит натрия 25—30/ малеиновый
ангидрид 1,5—2,0, аммоний сернокис-
лый 45—50, кислоту уксусную 20—25.
Температура раствора ДО—95 °C, плот-
ность загрузки 1—2/дм2/л, скорость
осаждения 18—25 мжм/ч, pH = 5,04-
5,5. Раствор корректируют до на-
копления фосфитов Л 50—200 г/л, после
чего его заменяют лювым.
Детали в процессе никелирования
необходимо встряхивать. Допускается
замена малеинодого ангидрида тио-
мочевиной. Дл5? инициирования осаж-
дения никеля на деталях из меди и ее
сплавов следует обеспечить их контакт
со сталью или алюминием. Процесс
ведут в фарфоровых емкостях или сталь-
ных, футерованных полиэтиленом, а
также в емкостях из силикатного стек-
ла.
Для получения покрытий с меньшим
содержанием фосфора (4—8%) при-
меняют раствор состава (г/л): никель
сернокислый 20—25, гипофосфит на-
трия 20—25, натрий уксуснокислый
10—15, кислота аминоуксусная 7—20,
свинец сернистый 0,001—0,05. Тем-
пература раствора 90—95 °C, pH =
= 54-6, плотность загрузки 1—2 дм /л,
скорость осаждения 15—25 мкм/ч.
25. Свойства никелевого покрытия, осажденного химическим
и электрохимическим способом
Параметр Покрытие
химическое электрохи- мическое
Температура плавления, °C 890 1450
Удельное сопротивление, Ом-м 60- ю-ь 8,5-10-®
Магнитная восприимчивость, % 4 37
Твердость по Виккерсу HV 550 250
Продольная деформация, % 3—6 10—30
Прочность сцепления с основой, Ml 1а 350—500 350—450
Химический способ осаждения
\
85
\
Раствор' корректируют до накопления
фосфитов 350—400 г/л.
После .химического никелирования
детали промывают в ванне-уловителе,
затем в проточной холодной и горя-
чей воде, сушат при 80—100 °C в те-
чение 5—10\мин и термиобрабатывают
при 200—220 °C в течение 2 ч (для сня-
тия внутренних напряжений и повы-
шения прочности сцепления и твер-
дости покрытия). Далее, в зависимости
от условий эксплуатации детали по-
крывают лаком,, обрабатывают гидро-
фобной жидкостью или без обработки
подают на сборку.
Детали из кремния никелируют в
щелочном растворе состава (г/л): ни-
кель хлористый 30—40, гипофосфит
натрия 10—13, натрий лимоннокис-
лый 90—100, аммоний хлористый 35—
55. Температура 85—95 °C, pH — 8-j-
10 (за счет введения КН4ОН), ско-
рость осаждения 6—8 мкм/ч.
Основными причинами некачествен-
ного никелирования являются: само-
произвольное осаждение никеля в виде
черных точек из-за плохой очистки
ванн, наличия следов никеля или дру-
гих очагов кристаллизации на дне и
стенках ванны, а также вследствие
перегрева раствора; наличие непро-
крытых мест на деталях сложной
конфигурации из-за образования га-
зовых пузырей и неравномерного омы-
вания деталей раствором; частичное
отложение никеля на внутренней по-
верхности ванны, связанное с каса-
нием деталями стенок или дна ванны
в процессе никелирования; увеличе-
ние кислотности раствора, приводя-
щее к осаждению грубых и шерохова-
тых покрытий (снижение кислотности
ведет к образованию хрупких и ра-
стрескивающихся покрытий).
Толщина покрытия находится в за-
висимости от условий их эксплуата-
ции (табл. 26).
Помимо концентрации основных ком-
понентов, содержание фосфора в осад-
ках зависит от pH раствора и длитель-
ности процесса никелирования. С уве-
личением толщины покрытия содержа-
ние фосфора в них увеличивается.
Причиной тому является истощение
раствора и снижение pH в результате
образования НС1 или H2SO*. Так,
при pH = 5,5 в осадке содержится
26. Значение толщины покрытия
в зависимости от условий
эксплуатации
Условия эксплуатации Толщина покрытия, мкм
Внутри помещения 10—12
Вне помещения 20—25
В агрессивной среде 30—50
При повышенном износе 50—-75
7,5% Р, а при pH = 3,54-14,6% Р.
Повышение микротвердости покрытия
до 1200 при 200—300 °C связано с вы-
делением фазы Ni3P, которая кристал-
лизуется в тетрагональной системе
с постоянными параметрами а = b =
= 8,954-10~10 м и с = 4,384-Ю"10 м.
Максимум твердости никеля соответ-
ствует температуре 750 °C. Модуль уп-
ругости при этом равен 19-104 МПа.
Предел прочности при растяжении ра-
вен 45 МПа (при 20 °C). Коэффициент
трения покрытия после нанесения его
такой же, как и у блестящего хрома.
Удельный износ химического никеля
при 100 °C составляет 2-10~8 мм3/м.
Скорость осаждения металла тем
меньше, чем ниже pH раствора. Кроме
того, скорость является функцией от-
ношения Ni2+ : Н2РО2. Для нормаль-
ной работы кислой ванны оно должно
колебаться в пределах 0,25—0,60, для
буфирированной ацетатом — в преде-
лах 0,3—0,4.
При наличии солей аммония умень-
шается скорость осаждения. Во вновь
приготовленных растворах скорость
сначала высокая, а затем по мере их
старения падает. Так, в ацетатных
и цитратных растворах она умень-
шается с 25 до 2—5 мкм/ч. Наиболее
оптимальная скорость осаждения
10 мкм/ч.
Блеск покрытия определяется каче-
ством подготовки поверхности дета-
лей, которую желательно полировать.
В щелочных ваннах покрытия полу-
чаются более блестящими, чем в кис-
лых. Покрытия, содержащие менее
2% Р — матовые, 5% Р — полубле-
стящие и более 10% Р — очень бле-
стящие, но хрупкие и с желтоватым
86
Способы нанесения покрытий металлами (сплавами)
оттенком. Разброс значений толщине
покрытия в 30 мкм даже на деталях
сложной конфигурации составляет не
Солее 2 мкм.
На низкоуглеродистых сталях ад-
гезия никеля очень высокая, но она
понижается, если температура раствора
падает до 75 °C. На сталях, легирован-
ных алюминием, бериллием, титаном,
медью и сплавами на их основе, адге-
зия зависит от способа обработки по-
верхности и улучшается последующей
термообработкой при 150—210 °C.
Первым признаком нарушения ста-
бильности раствора служит образо-
вание белой пены вследствие чрезмер-
ного выделения водорода во всем объ-
еме ванны. Затем появляется очень
мелкая черная взвесь Ni—Р, которая
ускоряет реакцию разложения рас-
твора. Причинами преждевременного
разложения раствора могут быть:
очень быстрое введение щелочи и гипо-
фосфита (следует добавить немного
разбавленного раствора при интенсив-
ном перемешивании); локальный пере-
грев; слишком высокое содержание
гипофосфита (нужно понизить pH и
температуру); внесение палладия в рас-
твор с деталями, активированными
в растворе PdCl2; неправильное соотно-
шение суммарной площади деталей
к объему раствора.
В процессе покрытия деталей не
допускать отключения нагревателей
(пар, теплоэлектронагрев и др.). В от-
личие от гидразина гипофосфит на-
трия обладает важным преимущест-
вом, так как с применением послед-
него в никелевом покрытии содержится
газов в 8—10 раз меньше.
Ванны вместимостью 20 л изготов-
ляют из пирекса, а большего объема —
из полированной керамики. Внутрен-
нюю поверхность стальных рабо-
чих емкостей покрывают стекловид-
ной эмалью. Ванны из коррозионно-
стойкой стали необходимо пассивиро-
вать в концентрированной HNOS в те-
чение нескольких часов. Для предот-
вращения возникновения гальванопар
между стальной ванной и покрывае-
мыми деталями ее стенки рекомендуется
футеровать стеклом или резиной. В ка-
честве футеровки в ваннах малой ем-
кости используют полиэтиленовые
вкладыши.
/
Дефектные покрытия с деталей из
стали, алюминия и титана/удаляют
в концентрированной HNOg/npn тем-
пературе не выше 35 °C, с деталей из
коррозионно-стойких сталей — в 25% -
ном растворе HNO3, а с латунных и мед-
ных — анодным растворением в H2SOj.
Несмотря на кажущуюся простоту,
технологический процесс! химического
никелирования для обеспечения равно-
мерности покрытия ц стабильности
раствора требует более сложного обо-
рудования, чем гальванический про-
цесс. Должны жестко выдерживаться
температура, pH и концентрация всех
компонентов раствора. Все металличе-
ские части, соприкасающиеся с горя-
чим раствором, должны находиться
под защитным анодным потенциалом
для предотвращения выделения на
них никеля, попадания порошка его
в раствор и самопроизвольного раз-
ложения раствора. Все это требует
совершенного автоматического ре-
гулирования.
В гальваническом производстве име-
ется все необходимое для автоматиза-
ции процесса химического никелиро-
вания. Так, например, в производст-
венном объединении ЗИЛ действует
крупнейший агрегат химического ни-
келирования с автоматическим регу-
лированием температуры, pH, кон-
центрации компонентов раствора,
уровня и т. д. Он обеспечен непрерыв-
ной замкнутой циркуляцией и по-
стоянной фильтрацией раствора. Ем-
кости и коммуникации, изготовлен-
ные из коррозионно-стойкой стали,
находятся все время под анодной за-
щитой. Особое внимание при этом уде-
лено многократности использования
раствора химического никелирования
при его корректировании, постоянству,
скорости образования покрытия и
равномерности его толщины для всех
партий изделий.
Однако в процессе химического ни-
келирования (это следует отнести и
к другим металлопокрытиям, осаждае-
мым химическим способом) основными
параметрами являются эффективность
и экономическая целесообразность ис-
пользования вообще химических про-
цессов металлопокрытия.
Необходимо не только автоматизи-
ровать процесс химического никелиро-
Химический способ осаждения
87
вания, но и значительно снижать
стоимость растворов и повышать их
стабильность в работе. При высокой
стабильности растворов возможно не-
ограниченное количество периодов его
корректирования, а следовательно,
резкое снижение стоимости 1 ма
покрытия.
Кобальтирование. Для осаждения
кобальта на полиэтилентетрафталат-
ную пленку применяют раствор (г/л):
кобальт сернокислый 7-водный 35,
гипофосфит натрия 20, натрий лимон-
нокислый 35. Температура 85—90 °C,
pH = 8-ь 10, скорость осаждения 10—
15 мкм/ч, содержание фосфора в по-
крытии до 5%.
Подготовка пленки под кобальти-
рование заключается в следующем.
Ее обрабатывают в растворе (г/л):
H2SO4 250 и Na2Cr2O7 30 — при тем-
пературе 80—85 °C в течение 0,5 мин.
После промывки в дистиллированной
воде ее погружают на 0,5 мин в рас-
твор NaOH (3,3 н.) при 80—85 °C
и вновь промывают. Сенсибилизируют
и активируют обычным способом для
диэлектриков.
Известен также раствор, содержа-
щий (г/л): кобальт двухлористый 6-
водный 7,5, гипофосфит натрия 3,5,
аммоний хлористый 12,5, кислоту ли-
монную 17,9 и NaOH до pH = 8,2.
Температура раствора 80—85 °C (без
перемешивания). Добавка тиомоче-
вины способствует уменьшению микро-
напряжений в кобальтовых покрытиях.
Однако при этом скорость осаждения
кобальта падает с 10—12 до 7—9 мкм/ч
(при прочих равных условиях).
Для осаждения кобальт-фосфорных
покрытий используют раствор (г/л):
хлорид кобальта 30, гипофосфит на-
трия 20, цитрат натрия 100, хлорид
аммония 50. Температура раствора
90—92 °C и pH = 9-Ь 10. Соотношение
цитрат-анионов к ионам кобальта и
катионов аммония к цитрат-анионам
должно составлять соответственно 2,4
и 4,4 при содержании цитрата натрия
50 г/л; pH поддерживается в пределах
9,2 добавлением гидрата оксида ам-
мония (35 мл/л). С увеличением кон-
центрации хлорида аммония процесс
кобальтирования замедляется вслед-
ствие образования аммиакатных ком-
плексов кобальта, восстанавливаю-
щихся труднее цитратных. При сни-
жении температуры скорость кобаль-
тирования падает, и при 50 °C реакция
прекращается.
Для химического осаждения сплава
Со—Ni применяют раствор, содержа-
щий (моль/л): кобальт хлористый 0,01,
никель хлористый 0,02, гидразин 1,6,
сегнетову соль 11,6. Температура рас-
твора 92—95 °C, pH = 11,6, скорость
осаждения 10 мкм/ч. Скорость осажде-
ния сплава возрастает с увеличением
концентрации гидразина, pH и тем-
пературы раствора. При 70—75 °C
кобальт в сплав практически не со-
осаждается. Указанный раствор устой-
чив в пределах pH = 11,4-ь12,2.
Для осаждения сплава Со—W—Р
применяют раствор состава (г/л): хло-
рид кобальта 6—33, вольфрамат на-
трия 4,5—33, гипофосфит натрия 15—
20, цитрат натрия 80—90, хлорид
аммония 30—50. Температура раствора
90—96 °C, pH = 8,2-ьЮ (регулируется
добавлением аммиака или лимонной
кислоты). Скорость осаждения сплава
4—8 мкм/ч. По мере увеличения со-
держания вольфрама в сплаве от 6
до 12% микротвердость покрытий воз-
растает от 340 до 640. Термообработка
таких покрытий при 400 °C (1 ч) по-
вышает их микротвердость до 840
(при 12% W). При этом адгезия по-
крытия с основой значительно повы-
шается.
Для химического осаждения ко-
бальт-борных покрытий в США при-
меняют в качестве восстановителя
боргидрид натрия и ионы аммония
в качестве аддента и стабилизатора
процесса. В СССР в качестве аддента
применяют этилендиамин и цитрат-
ионы, а для стабилизации вводят хло-
рид аммония (1—5 г/л) и селенистую
кислоту (до 0,3 г/л), а pH поддержи-
вают добавкой NaOH.
Лужение. Для предотвращения окис-
ления поверхности деталей из меди
и ее сплавов, которое значительно
затрудняет пайку, применяют хими-
ческое лужение. Для этой цели ис-
пользуют раствор (г/л): олово дву-
хлористое 5—8, тиомочевина 35—45,
кислота серная 30—40. Температура
раствора 15—25 °C, плотность загруз-
ки 0,5—1 дма/л, скорость осаждения
менее 1 мкм/ч.
88
Способы нанесения покрытий металлами (сплавами)
В радиоэлектронной промышленно-
сти детали из меди и ее сплавов лудят
в растворе, содержащем (г/л): олово
двухлористое 10—20, тиомочевину 80—
90, кислоту соляную 15—20 мл/л,
натрий хлористый 75—80. Температура
раствора 55—65 °C, предельная тол-
щина покрытия около 1 мкм. Для при-
готовления такого раствора необхо-
димо в НС1 добавить расчетное коли-
чество SnCl2 и тщательно перемешать
до полного растворения. Затем надо
ввести необходимое количество хлори-
стого натрия и тиомочевины. Раствор
доводят до заданного объема дистил-
лированной водой и тщательно пере-
мешивают.
Для лужения алюминия и его спла-
вов применяют контактный способ.
Для этого используют станат натрия
или калия (45—70 г/л) при температуре
50—75 °C в течение 3—4 мин, после
чего следует холодная и горячая про-
мывка в воде. Максимальная толщина
покрытия не более 4—5 мкм. Осадки
имеют удовлетворительное сцепление
с основным металлом и мелкокристал-
лическую структуру.
Интересно химическое осаждение
сплава олово—никель. Раствор не со-
держит восстановителя. В его состав
входят (г/л): олово двухлористое 40—
50, никель хлористый 250—300,
аммоний фтористый 50—60. Процесс
ведут при pH = 4,0-i-4,5 и темпера-
туре 60 °C. Плотные светлые осадки
(30—35% никеля) имеют высокую
адгезию с титаном, оловом и медью.-
Покрытия, более богатые никелем,
можно осаждать из раствора (г/л):
никель сернокислый 28—42, олово
дву хлор истое 13—26, гипофосфит нат-
рия 35—70, молочная кислота 72—
90. Температура раствора 88—92 °C,
pH = 4,0 — 4,5. Содержание олова
в сплаве менее 5%. В 56%-ной HNOS
покрытия Ni—Sn—Р толщиной 10—
20 мкм не разрушается в течение 200 ч,
а покрытия Ni—Р растворяются за
5—10 мин. Такие покрытия не ток-
сичны, обладают хорошей паяемо-
стью, не склонны к аллотропическим
изменениям, имеют повышенные твер-
дость и износостойкость.
Покрытия сплавом Sn—Bi осажда-
ют из раствора (г/л): олово двухлори-
стое 5—8, тиомочевина 35—50, кис-
лота винная 30—40, висмут азотно-
кислый 2—3. Температура 15—70 °C,
плотность загрузки 0,3 дм2/л. При
таких условиях можно получать свет-
лые покрытия, содержащие до 1,5%
висмута, имеющие толщину 3 мкм
(за 25—30 мин).
Меднение. Детали из латуни, обез-
жиренные обычным для меди способом,
погружают в раствор (мл): вода 750,
фосфорная кислота 150, уксусная ки-
слота (концентрированная) 100, пере-
кись водорода (30%-ная) 100 и гли-
церин 10. Температура 85—90 °C, вы-
держка 5—10 мин. Меднение латуни
в таком растворе происходит вслед-
ствие преимущественного растворения
цинка из поверхностного слоя. Обра-
зующийся медный слой имеет прочное
сцепление с латунью.
Для химического меднения стекла
и гетинакса применяют состав (г/л):
медь сернокислая 7, никель двухлори-
стый 6-водный 2, сегнетова соль 22,
натр едкий 4,5, сода кальциниро-
ванная 2, формальдегид (40%-ный)
26 мл. Температура раствора 20—
25 °C, pH = 12,1-5-12,2, выдержка 10—
15 мин. Стекло или гетинакс предва-
рительно обезжиривают в спирте, сен-
сибилизируют в растворе, содержащем
50 г/л двухлористого олова и 10 мл/л
НС1; после чего детали промывают и
активируют 1—2 мин в растворе хло-
ристого палладия (0,25 г/л) и HCI
(10 мл/л). Плотность загрузки со-
ставляет 0,5 дма/л раствора меднения.
Для получения блестящих медных
покрытий в раствор рекомендуется
вводить добавку тиомочевины (0,03—
0,05 г/л), а раствор в процессе эксп-
луатации перемешивать и непрерывно
фильтровать. Более стабильным в ра-
боте является раствор, содержащий
(г/л): медь сернокислую 15—30, ед-
кий натр 100—120, формалин 75—
100 г/л. Температура 20—22°C. Ионы
меди удерживаются в растворе за счет
избытка ионов гидроксила, образую-
щих водорастворимый комплекс
NaaCu (ОН)4. В качестве стабили-
зирующих добавок в раствор вводят
диэтилдитиокарбонат натрия, тиомоче-
вину и тиосульфат натрия (0,5—
3,0 мл/л), которые 'увеличивают дли-
тельность эксплуатации раствора до
нескольких суток.
Химический способ осаждения
89
Для толстослойного меднения ре-
комендуется раствор (моль/л): суль-
фат меди 0,06—0,1, формальдегид 1—
2, трилон Б 0,1—0,2, этилендиамин
и хлорид никеля (по 0,01—
0,10 моль/л), едкий натр до рН=
= 12,5. Из такого раствора получают
покрытия толщиной до 50 мкм, име-
ющие прочное сцепление со стальной
поверхностью. Сульфид свинца и ди-
этилдитиокарбонат натрия (в малом
количестве) увеличивают стабильность
работы раствора до 2 мес. при соот-
ветствующей корректировке по ос-
новным компонентам. Скорость осаж-
дения меди составляет 4 мкм/ч.
Для химического меднения приме-
няют раствор, содержащий (г/л): су-
льфат меди 7—И, тартрат калия —
натрия 20—40, едкий натр 9—12,
борогидрид натрия 0,5—1,5, гидрид
оксида аммония 90—150. Температура
раствора 15—30 °C, скорость осаж-
дения 4—5 мкм/ч.
Для контактного осаждения меди
на титановые сплавы рекомендуется
раствор (г/л): сульфат или борфторид
меди 20—100, кислота плавиковая
0,3—1,5, ОП-7, ОП-Ю или синтанол
1—10. Температура раствора 20—
60 °C, продолжительность меднения
0,5—20 мин. Для упрочнения слоя
меди применяют термообработку при
250 °C в течение 30 мин.
Серебрение. Для изготовления стек-
лянных зеркал применяют следующий
раствор (г/л): серебро азотнокислое 12,
едкое кали 20, аммиак (20%-ный) 24—
26 мл, сахар 100, HaSO4 (1,84)—1,2 мл.
Серебрение ведут последовательно 3—
5 раз в свежих порциях раствора по
5—10 мин в каждой.
Раствор готовят следующим образом.
Для первого раствора взвешивают
12 г AgNO3, растворяют в 700 мл дис-
тиллированной воды, добавляют 24—
26 мл аммиака и перемешивают. За-
тем 20 мл 50%-ного раствора КОН
разбавляют водой до 300 мл и все это
при перемешивании вливают в раствор
азотнокислого серебра с аммиаком.
Для второго раствора взвешивают
100 г сахара, растворяют в 800 мл
теплой дистиллированной воды, фильт-
руют через бумажный фильтр и раз-
бавляют водой до объема 1 л. После
этого добавляют 1,2 мл HsSO4 (1,84),
кипятят 10 мин, охлаждают, доводят
объем до 1 л и перемешивают.
Первый и второй растворы хранят
отдельно, причем первый — в посуде
из темного стекла, смешивают их
непосредственно при серебрении.
Для химического серебрения стали,
медии ее сплавов применяют раствор,
содержащий (г/л): калия дицианоарген-
тат (в пересчете на металл) 1,2—
2,4, калий цианистый 6—12, гидразин-
боран 1—2; pH = 10,24-10,5. Тем-
пература раствора 40—50 °C, плот-
ность загрузки 0,25—1,0 дм2/л, ско-
рость осаждения 4,5—6 мкм/ч. Допу-
скается заменять KAg (CN)« на
NaAg (CN)2.
Для серебрения деталей из меди,
алюминия, никеля и их сплавов при-
меняют раствор, содержащий (г/л):
серебро азотнокислое 10—20, глико-
лят калия 40—60, гликокол и полиэти-
ленполиамин по 5—10. Температура
раствора 15—30 °C, pH = 7,0, ско-
рость осаждения 3 мкм/ч. В этом
растворе полиэтиленполиамин явля-
ется одновременно и восстановителем.
Плотность загрузки 2—3 дм2/л. Покры-
тия толщиной 2—3 мкм полублестящие,
практически беспористые, с удовлетво-
рительной адгезией.
Для получения серебряного подслоя
химическим способом используют раст-
вор (г/л): серебро азотнокислое 0,5—
10, сульфат натрия 150—200. Темпе-
ратура 15—25 °C, время серебрения
1—5 мин. Для осаждения серебра на
мельхиор применяют раствор (г/л):
цианистое серебро 2—10, цианид нат-
рия 2—10, гипофосфит натрия 10.
Температура 50—90 °C, pH = 7,04-
13,5, контакт с алюминием.
Палладирование. Осаждение палла-
диевых покрытий ведут из раствора
(моль/л): палладий двухлористый 0,02,
аммиак (25%-ный) 0,7, гипофосфит
натрия 0,1—0,2. Его готовят растворе-
нием навески хлорида палладия в 25%-
ном растворе аммиака при нагрева-
нии, после чего добавляют (при ох-
лаждении) гипофосфит. Значение pH
поддерживают равным 8—10; темпе-
ратура раствора 40—60 °C, скорость
осаждения при 40 °C составляет 2—
3 мкм/ч, а при 60 °C 6—8 мкм/ч. Нике-
лированные детали перед палладиро-
во
Способы нанесения покрытий металлами (сплавами)
ванием обезжиривают венской изве-
стью и активируют в растворе HCI
(1 : 1).
Известен также раствор для хими-
ческого палладирования, содержащий
(моль/л): хлорид палладия 0,05—0,06,
пирофосфат натрия 0,11—0,12, аммиак
(25%-ный) 8, фторид аммония 0,3—
0,4, гипофосфит натрия 0,05. Темпе-
ратура 45—50 °C, pH = 10; покрытие
содержит до 2,5% фосфора. Из ука-
занного раствора получают гладкие и
светлые осадки толщиной 10 мкм на
никеле, меди, серебре, кобальте, пла-
тине, латуни, бронзе, коваре, графите
и стеклотекстолите.
При 20 °C скорость соосаждения пал-
ладия незначительная (0,4 мкм/ч), но
стабильность раствора составляет не
менее 80 ч. С уменьшением pH и уве-
личением концентрации фторида аммо-
ния стабильность раствора падает, а
скорость палладирования растет. С уве-
личением концентрации палладия и
гипофосфита натрия скорость осаж-
дения растет, а стабильность снижа-
ется . Максимальное соотношение
PdCl2-NaH3PO3 равно единице. Ионы
цинка, железа, никеля и меди в раст-
воре приводят к снижению стабиль-
ности раствора в 3—7 раз.
Термообработка палладиевых покры-
тий увеличивает их твердость, но ухуд-
шает электропроводность. Так, на-
пример, осадки Pd—Р, полученные при
pH = 7, содержат ~7% Р, имеют
до термообработки микротвердость 212
и электросопротивление 0,014 Ом; пос-
ле термообработки их микротвердость
составляет 623.
Золочение. Для химического золо-
чения стали, никеля, титана, меди и ее
сплавов применяют раствор, содержа-
щий (г/л): калия цианистый 6,5—13,
калия дицианоаурат (в пересчете на
металл) 1,4—5,5, калия гидрат окиси
6—16, боргидрид натрия 3,5—17. Тем-
пература раствора 55—90 °C, pH =
= 12-j-IS, плотность загрузки 1—
2 дм2/л и скорость осаждения 1—
2 мкм/ч. Допускается заменять бор-
гидрид натрия 5—20 г/л боргидрида
калия. Осаждение золота ведут при
перемешивании раствора движением
штанг со скоростью 10—20 кача-
ний/мин.
Применяют раствор цитратно-циа-
нидного золочения, содержащий (г/л):
калия дицианоаурат 2—4, кислота ли-
монная 45—55, хлористый аммоний
65—75, гипофосфит натрия 10—12.
Температура раствора 92—96 °C, pH =
— 4,5-5-5,0, скорость осаждения
2 мкм/ч (зависит от соотношения объе-
ма ванны к поверхности золочения).
Блеск осадков определяется блеском
основы. Однако при толщине более
5 мкм покрытия становятся матовыми.
За рубежом применяют для химиче-
ского золочения различных металлов
и сплавов раствор (моль/л): калия ди-
цианоаурат 0,02—0,03, калий циани-
стый 0,02, едкое кали 0,8, диметилбо-
ран 0,05—1,00. Температура раствора
80—85 °C. При таких условиях покры-
тия имеют среднюю пористость и прак-
тически не содержат бора. С увеличе-
нием концентрации КОН скорость
осаждения золота снижается, а с уве-
личением концентрации диметилбора-
на она повышается. С увеличением
концентрации KCN в обоих случаях
скорость осаждения уменьшается. С
увеличением восстанавливающих доба-
вок скорость золочения увеличивается
линейно. Детали из меди и никеля сле-
дует предварительно золотить галь-
ванически (на 0,2—0,3 мин), чтобы
избежать растворения этих метал-
лов в данном растворе.
Иногда для химического золочения
используют раствор (r/л): калия дициа-
ноаурат (в пересчете на металл) 1—
1,2, бикарбонат натрия 120—160, гид-
разин сернокислый 2—3, аммоний ли-
моннокислый 5—8. Раствор готовят
следующим образом. Бикарбонат нат-
рия растворяют в горячей воде (80—
100 °C) при перемешивании и выдер-
живают при 85 °C в течение 10—
15 мин, затем фильтруют. Днцианоау-
рат калия растворяют в воде и вли-
вают в раствор бикарбоната. Отдель-
но в горячей воде растворяют серно-
кислый гидразин и лимоннокислый
аммоний. Растворы фильтруют (сна-
чала сернокислый гидразин, затем
лимоннокислый аммоний) и вливают
в раствор дицианоаурата и бикарбо-
ната. Наиболее ответственным фак-
тором при золочении в таком растворе
является температура (90—95 °C), так
как она способствует установлению
Химический способ осаждения
91
равновесия между ионами НСОд и
СО|_. Раствор используют до 6 раз,
корректируя его перед каждой за-
грузкой деталей раствором бикарбо-
ната натрия и дицианоаурата калия.
Платинирование. Сталь, никель, ти-
тан, медь и ее сплавы платинируют
в растворе (г/л): кислота платино-
клористоводородная 6-водная (в пере-
счете на металл) 1,0—1,1, натрия гид-
рооксид 40—50, роданин 0,10—0,11,
этилендиамин (в пересчете на 100%-
ный) 20—25, борогидрид натрия 0,45—
0,55. Температура раствора 70—80 °C,
pH = 13-4-14, плотность загрузки
0,5—3,0 дм2/л, скорость осаждения
0,8—1,0 мкм/ч.
Рутенирование деталей из различ-
ных металлов ведут в растворе (г/л):
нитрозо-гидроксид рутения (в пере-
счете на металл) 0,5—4,0, натрия гидро-
оксид 20—60, борогидрид натрия 1—
2, кадмий-натриевый хелатон 1—2.
Температура раствора 40—50 °C,
pH = 13-4-14, плотность загрузки
0,5—4 дм2/л, скорость осаждения 3,5—
5,0 мкм/ч.
Хромирование. Осаждение хрома на
медь, никель и их сплавы основано
на восстановлении этого металла из
водных растворов его фтористых и
хлористых солей в присутствии лимон-
нокислого натрия или пирофосфата
натрия в качестве комплексообразова-
телей. Для этой цели применяют раст-
вор (г/л): фторид хрома 5—10, хло-
рид хрома 5—18, пирофосфат натрия
75—100, цитрат натрия 25—30. Тем-
пература раствора 98—100 °C, pH =
= 8-4-11, скорость осаждения 0,10—
0,15 мкм/ч. Обычно процесс химиче-
ского хромирования занимает 30 мин
и прекращается, когда вся поверх-
ность деталей покроется хромом. По-
крытие имеет мелкокристаллическую
структуру и малую пористость (1—
2 поры/см2). Такое хромирование при-
меняют по предварительно осажден-
ному никелю.
Индирование. Стальные детали по-
крывают контактным методом в раст-
воре, содержащем (г/л): индий хлори-
стый 10—40, аммоний хлористый 25—
35. Температура раствора 15—30 °C.
За 10 мин осаждается около 5 мкм
индия. В случае гидролиза хлористого
индия раствор подкисляют соляной
кислотой до растворения осадка. По-
крытие рекомендуется под пайку эле-
ментов различной аппаратуры.
Покрытия галлием. Их осаждают
из раствора (г/л): гипофосфит аммония
45—60, трилон Б 23—48, хлорид
галлия 11—24, желатина 0,3—1,0.
Температура раствора 24—50 °C. Кон-
тактным методом таллиевые покрытия
можно осаждать из раствора, содер-
жащего (г/л): хлорид галлия 200—
300, цитрат натрия 5—15, едкий натр
250—400. Температура раствора 18—
30 °C, pH = 13-5-14. Покрытия нано-
сят на изделия из меди и ее сплавов
при контакте с алюминием.
Железнение. Осаждение покрытий
Fe—Р перспективно в полиграфиче-
ской промышленности и при ремонте
деталей машин с одновременным упроч-
нением их поверхности. Для этой
цели применяют раствор (г/л): соль
железа 25—30, гипофосфат натрия
10—12, тартрат калия — натрия 25—
30. Для повышения стабильности раст-
вора вводят лимонную кислоту или
ее натриевую соль. Процесс ведут при
температуре 50—60 “С в щелочной
среде.
Свинцевание. Его осуществляют в
растворе, содержащем (г/л): борфторид
свинца 180—200, кислота борфтористо-
водородная 40—45, клей столярный
1—2. При температуре 15—25 °C за
1 ч осаждаются плотные, светлые бес-
пористые покрытия толщиной до
5 мкм.
Менее агрессивным для свинцевания
является раствор (г/л): свинец угле-
кислый 10—50, тиомочевина 40—90,
кислота винная 70—300, кислота бор-
ная 40—60. Процесс ведут при тем-
пературе 15—50 °C. В первые 5 мин
осаждается 1 мкм, а в последующие
30 мин около 30 мкм покрытия.
Цинкование. Магний и его сплавы
цинкуют химическим способом в раст-
воре, содержащем (г/л): цинк серно-
кислый 100—115, пирофосфат калия
360—390, фторид калия 15—30. При
pH = 10,2-4-10,8 и температуре 20—
60 °C за 20 мин осаждается мелкокри-
сталлическое покрытие толщиной до
0,5 мкм.
Для цинкования алюминия и его
деформируемых сплавов используют
раствор (г/л): оксид цинка 80—100,
92
Способы нанесения покрытий металлами (сплавами)
натр едкий 460—500; для литейных
алюминиевых сплавов применяют тот
же раствор, но разбавленный вдвое.
Процесс ведут при температуре 15—
30 °C в течение 1 мин.
Цинкование бериллия ведут в раст-
воре, содержащем (г/л): цинк серно-
кислый 70—90, аммоний хлористый
260—280, натрий фтористый 5—7, клей
столярный 1—2. Температура раст-
вора 15—30 °C, pH = 5,94-6,2. По-
крытия используют в качестве под-
слоя с последующим осаждением цинка
электрохимическим способом в том
же растворе.
Кадмирование. Изделия из медных
сплавов подвергают химическому кад-
мированию в растворе (г/л): кадмий
хлористый 25—30, этилендиамин 50—
60, аммоний хлористый 40—45, натр
едкий 40—45, триэтиленгликоль 50—
55, борогидрид натрия 2,0—2,5, ве-
щество «Прогресс» 0,2—0,25. Темпе-
ратура раствора 80—90 °C, pH = 14,0,
имеется контакт с алюминием или маг-
нием. Скорость осаждения достигает
14—15 мкм/ч.
Для осаждения кадмиевых покрытий
с широкой гаммой цветовой окраски
применяют раствор (г/л): кадмий сер-
нокислый 10—50, гипофосфит натрия
10—25, кислота лимонная 20—30.
Никель-борные покрытия. В про-
мышленности применяют покрытия ни-
кель — бор, осажденные химическим
способом. Такие покрытия обладают
незначительной пористостью, высокой
твердостью и износостойкостью.
Для получения покрытий Ni—В
рекомендуется раствор, содержащий
(г/л): никель двухлористый 6-водный
25—35, натрия гидроокись 35—45,
борогидрид натрия 1,0—1,5, этилен-
диамин (в пересчете на 100%-ный)
53—65, свинец хлористый 0,02—0,04,
2-меркаптобензтиазол 0,005—0,010.
Температура раствора 85—95 °C, pH =
= 13-5-14, плотность загрузки 1—
2 дм2/л, скорость осаждения 12—
18 мкм/ч.
Для получения блестящих покрытий
взамен хлористого свинца и 2-меркап-
тобензтиазола вводят 0,07—0,10 г/л
однохлористого таллия и 0,5—1,2 г/л
азотнокислого натрия. В покрытии
количество бора составляет 6,0—6,5% ,
таллия 1—4% (в случае применения
солей таллия). Чем выше температура
раствора, тем больше скорость осаж-
дения Ni—В. С увеличением кон-
центрации борогидрида натрия содер-
жание бора в покрытии повышается.
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПОКРЫТИЙ
ИЗ ГАЗОВОЙ СРЕДЫ
Для защиты стальных деталей от
коррозии при повышенных температу-
рах применяют способ восстановления
вольфрама из смеси газообразного
фторида вольфрама и водорода при
температуре 450—500 °C. При этом
скорость осаждения составляет около
0,2 мкм/ч. Этим способом можно вос-
станавливать никелевые и хромовые
покрытия посредством разложения кар-
бонила никеля или хлористого хрома.
Можно также нанести германий, ин-
дий и другие металлы на различные ма-
териалы путем испарения их гидри-
дов. Хром, вольфрам, титан можно
наносить термическим восстановле-
нием их иодистых, бромистых или
хлористых соединений при высоких
температурах. Осаждение танталовых
покрытий возможно из расплава, со-
держащего КС1 -4- ТаСГ4 при 800 °C
и 1К = 0,05 А/дм2 в атмосфере гелия.
ДИФФУЗИОННЫЕ ПОКРЫТИЯ
При диффузионном золочении тонкое
листовое золото наносят на такие ме-
таллы, как серебро, медь, никель, и
выдерживают под определенным дав-
лением при температуре, близкой к
температуре плавления золотт или
меди.
Диффузионные покрытия получают
и методом вжигания. В этом случае
на деталь из керамики или фарфора
наносят пасту, состоящую, например,
из 10% серебряного (золотого) по-
рошка и 90% органического связую-
щего (фенолформальдегидная смола,
клей БФ и др.). Деталь с нанесенным
на нее слоем пасты выдерживают на
воздухе и затем в термошкафу при
700—750 °C в течение 1—2 ч. В этом
случае органические соединения вы-
горают, а чистое серебро (золото) ос-
тается на поверхности детали.
Применяют диффузионный способ
хромирования, в котором сочетаются
Конденсационный (вакуумный) способ
93
твердое и газовое хромирование. Об-
рабатываемые детали упаковывают в
контейнер из листовой стали 15Х25Т
или 10Х23Н18, заполненный порошко-
образной смесью из феррохрома, ок-
сида алюминия и хлористого аммония.
Оксид алюминия предотвращает спе-
кание и приваривание хрома к дета-
лям, а хлористый аммоний необходим
для создания газовой среды, служащей
дополнительным источником активных
ионов хрома. Контейнер герметично
закрывают и помещаю” в печь с тем-
пературой 1000—1100 °C. Процесс про-
должается 5—8 ч. Состав рабочей
смеси для углеродистых сталей (масс,
доля, %): FeCr 25, А12О3 72 и NH4C1 3.
К недостаткам этого способа следует
отнести: получение недостаточно чи-
стой поверхности деталей: невозмож-
ность использования смеси более 4—
5 раз, вследствие накопления в ней
гигроскопических хлоридов, затрудня-
ющих хромирование.
КОНДЕНСАЦИОННЫЙ
(ВАКУУМНЫЙ) СПОСОБ
Металлы, испаряющиеся при темпера-
туре ниже точки их плавления, можно
нагреть прямым прохождением тока
(серебро или золото испаряют в чел-
ноках из тантала или вольфрама). На-
пыление проводят в камере при ва-
кууме. При конденсационном напыле-
нии из камеры откачивают воздух,
затем разогревают тигель до темпера-
туры испарения наносимого металла.
Для получения равномерного по тол-
щине покрытия на деталях сложной
конфигурации последние необходимо
вращать. Поверхность деталей перед
вакуумным напылением предвари-
тельно обрабатывают паром.
Скорость напыления, например для
кадмия, составляет 15 мкм/ч (на стали);
для алюминия — 20 мкм/ч, для ти-
тана — 70 мкм/ч и т. д.
Основными преимуществами ваку-
умного способа являются: отсутствие
водородной хрупкости; возможность
нанесения алюминия, титана и других
металлов, которые не удается полу-
чать гальваническим способом из вод-
ных электролитов; улучшение сани-
тарно-гигиенических условий труда.
К недостаткам этого способа следует
Рис. 37. Установка для вакуумного напы-
ления:
/ — стеклянный колпак; 2 — электрод;
3 — оправка для основания; 4 — стойка
для оправки; 5 — металл для покрытия;
6 — нагреватель; 7 — электрод нагревате-
ля; 8 — клапан; 9 — плита установителя;
10 — сильфон; 11 — кран; 12 — насос ти-
па РВН-20; 13 — насос типа ВН-2; 14 —
кран; 15 — диффузионный насос; 16 — вы-
вод к лампе; 17 — лампа типа МИ-2
отнести сложность оборудования и
процессов подготовки и нанесения по-
крытий, особенно на детали сложной
конфигурации.
Для вакуумного напыления, на-
пример, золотых покрытий применяют
установки типа УВ'Н-4 (рис. 37), со-
стоящие из двух комплектов насосов.
Первый комплект работает во время
испарения и напыления металла, вто-
рой комплект используют для пред-
варительного вакуумирования (после
впуска воздуха) до момента, когда
давление станет настолько малым, что
можно подключить диффузионный на-
сос.
Переключение с диффузионного на-
соса на вспомогательный и наоборот
ведут с помощью клапанного затвора
сильфонного типа. Удаление воздуха
из-под стеклянного колпака ведут
94
Способы нанесения покрытий металлами (сплавами)
форвакуумным насосом. Диффузион-
ный насос, подключенный к колпа-
ку, работает непрерывно. Диаметр
колпака 250 мм, высота 400 мм. Для
катодного распыления, удаления газов
и очистки с помощью газового разряда
предусмотрен высоковольтный выпря-
митель (5 кВ).
ПОКРЫТИЯ НИТРИДОМ
ТИТАНА МЕТОДОМ КИБ
Метод конденсации с ионной бомбарди-
ровкой (КИБ) основан на электроду-
говом распылении материала катода
в вакууме в среде реакционного газа
(азота). Этот метод позволяет наносить
покрытия на детали, изготовленные из
твердых сплавов, быстрорежущих ста-
лей и других материалов с температу-
рой отпуска не ниже 400 °C. Поверх-
ность, подлежащая покрытию, дол-
жна иметь твердость HRC не менее 52,
а шероховатость не более 2 мкм. Де-
тали перед нанесением нитрида титана
должны быть очищены от гпязи, ржав-
чины, масляных пятен и других заг-
рязнений.
Для напыления покрытия нитридом
титана применяют установку типа
УРМЗ.
Перед напылением покрытия необ-
ходимо промыть бензином Б-70 ка-
меру, экраны, приспособления, испари-
тель и высушить. Затем их повторно
протирают хлопчатобумажной бязью,
смоченной этиловым спиртом. Далее
детали устанавливают в специальную
оправу и загружают рабочие кару-
сели. В установке создают вакуум
и включают нагреватель. Далее вклю-
чают дуговые испарители, проводят
ионную очистку и нагрев деталей.
Затем в рабочую камеру подают газо-
образный азот. В качестве материала
для нанесения покрытия нитридом ти-
тана применяют титан марки ВТ 1-00.
В процессе работы камера должна
быть герметизирована, а карусели
должны вращаться. После напыления
.покрытия отключают дугу в испарителе
и подачу азота. Затем камера разгер-
метизируется, детали охлаждаются вме-
сте с камерой до комнатной темпера-
туры.
После напыления на рабочих по-
верхностях деталей не допускается ше-
лушение и стсло,'вание пскрнтиг.
Цвет покрытия — от золотистого до
темно-желтого. Сцепление покрытия
с основным металлом проверяют путем
нанесения се.ки царапин твердоспла-
вной иглой. Отслаивание ячеек сетки
не допускается. Толщина покрытия
должна быть в пределах 4—7 мкм
(проверяется методом металлографи-
ческого шлифа). Микротвердость нит-
рида титана должна быть не менее
2000 кгс/мма (проверяю/ на приборе
ПМТ-3).* Процесс напыления длится
35—40 мин при расочем напряжении
100 В.
НАНЕСЕНИЕ МЕТАЛЛОПОКРЫТИЙ
МЕТОДОМ НАТИРАНИЯ
Установка для нанесения покрытий
методом натирания содержит источник
постоянного тока, отрицательный по-
люс которого соединен с покрываемой
деталью, а положительный — с кон-
тактной щеткой (материал щетки вы-
бирают в зависимости от вида наноси-
мого покрытия). Щетку обматывают
пластмассовой или резиновой лентой, а
ее рабочий наконечник — марлей. Для
нанесения покрытия на мелкие детали
применяют заостренные наконечники,
а на крупные детали — наконечники
чашеобразной формы.
Медь и ее сплавы активируют 10% -
ным (по объему) раствором HBF<
(перед покрытием во фторборатны"
электролитах) или 3%-ным (по объему)
раствором HjSOi (перед покрытием
в щелочных или цианистых электро-
литах). Углеродистые и низколеги-
рованные стали активируют протира-
нием 5%-ным раствором соляной кис-
лоты с последующей промывкой в воде
н повторным протиранием 10%-ным
раствором NaOH. Хромистые и нике-
левые стали активируют путем нати-
рания тонкого слоя (покрытия) в
электролите, содержащем хлорид ни-
келя и соляную кислоту (по 30—
60 г/л каждого) при напряжении 6 В.
с помощью угольного анода.
Металлопокрытия натиранием нано-
сят следующим образом. Вначале из-
делие 'деталь) подключают к отрица-
тельному полюсу; причем напряжение
определяется материалом и формой на-
конечника. В случае применения уголь-
Нанесение металлопокрытий методом натирания
95
27. Составы электролитов для нанесения покрытий натиранием
Покрытие Компоненты Содержание, г/л Плотность катодного тока, А/дм* Материал анода Коэффи- циент покрытия, К
Cd CdO NaCN NaOH NaaCOg 22—37 90—150 7,5—22 70—75 1,5—2,5; 2,0—2,5 Cd, 12Х18Н9Т, уголь 1,25; 0,63
Zn Zn(CN)s NaCN NaOH 60—75 38—45 75—110 1,5—2,5; 2,0—2,5 Zn, 12Х18Н9Т, уголь 1,25; 0,63
Zn(BF4)s hbf4 NH4CI 48—50 30—45 15—37 2,0—2,5 Уголь 0,63
Sn Sn(BF4)j HBF4 Желатина P-нафтол HsBOa 48—50 105—135 3,0—4,5 0,6—0,75 До насы- щения 0,2—0,25 Sn и уголь 0,63
Си NaCu(CN)j NaCN NaaCO3 Сегнетова соль 22—60 30—75 30—75 45—75 0,2—0,25 Си, 12Х18Н9Т, уголь 0,9
K4P8O7 CuP2O7 NH4OH (до pH=8,6-=-8,9) 337—375 90—105 1,5—2,5 Си и уголь 2,1
Ni Сульфамат никеля Кислота бор- ная Блескообразо- ватели 525-600 До насы- щения Произ- вольно 2,0—2,5 Ni и уголь 0,75
Ni(BF4), HSBO8 48—50 До насы- щения 0,1—0,3 Ni и уголь 1,0
Au KCN KAu(CN)j K2HPO4 KjCO, 15—22 15—22 15—22 30—37 0,1—0,3 Аи, уголь н 12Х18Н9Т 1,0
В6
Способы нанесения покрытий металлами (сплавами)
Продолжение табл. 27
Покрытие Компоненты Содержание, г/л Плотность катодного тока, А/дм1 Материал анода Коэффи- циент покрытия, К
Ag KCN KAg(CN), КОН 90—105 75—90 4—7,5 0,5-0,7 Ag, уголь и 12Х18Н9Т 0,33
ного анода (наконечника) требуется
напряжение 6 В, а при растворимы»
анодах — на 25% выше, чем при
обычном катодном восстановлении (ес-
ли аноды из стали 12Х18Н9Т, то на-
пряжение должно быть 5—7 В). При
изменении площади сечения наконеч-
ника от 20 до 1,5 см® напряжение из-
меняется от 3 до 20 В. Плотность ка-
тодного тока при использовании на-
конечника с площадью сечения ~ 5 см®
указана в табл. 27. Подключенный
к положительному полюсу выпрями-
теля наконечник погружают в емкость
с электролитом и медленно (возвратно-
поступательными или круговыми дви-
жениями) перемещают по поверхности
детали. Через каждые 25 с наконеч-
ник увлажняют электролитом; эта опе-
рация занимает не более 5 с. В за-
ключение детали обильно промывают
водой и сушат, протирая тканью.
КОМПОЗИЦИОННЫЕ
ХИМИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ
При введении инертных порошкооб-
разных веществ в растворы химиче-
ского восстановления становится воз-
можным совместное осаждение металла
и находившихся в растворе частиц,
т. е. формирование композиционных
покрытий с улучшенными свойствами
(твердость, износостойкость, термо-
стойкость и т. д.).
Веществами, которые могут приме-
няться для получения композиционных
химических покрытий (КХП)являются:
каолин, измельченное силикатное сте-
кло, тальк, графит, пластмассы, ал-
маз, оксиды, карбиды, нитриды, бо-
риды, силициды, сульфиды, силикаты,
сульфаты, карбонаты, фосфаты и мно-
гие другие соединения металлов.
Некоторые металлы также удовле-
творяют необходимым требованиям и
могут быть использованы в качестве
второй фазы композиционных покры-
тий. К ним относятся: хром, молиб-
ден, вольфрам, титан, ванадий, цир-
коний, тантал и их сплавы. Размер
дисперсных частиц, вводимых в раст-
воры химической металлизации, 0,01—
100 мкм. Чаще всего выбирают порош-
ки со средним диаметром частиц 1—
3 мкм. При равномерном распределении
в матрице частиц такого размера обе-
спечиваются достаточное упрочнение
и изотропность физико-механических
свойств композиционных покрытий.
Концентрация суспензии, образую-
щейся в результате введения в раст-
воры дисперсных частиц, обычно вы-
ражается в граммах на литр и меня-
ется в широких пределах (от 1 до
100 г/л) в зависимости от плотности
и размера частиц. Для поддержания
частиц во взвешенном состоянии при-
меняется механическое перемешивание.
В процессе образования КХП мо-
жно выделить три фазы (стадии):
встреча частиц с катодной поверхно-
стью; адгезия частиц на этой поверх-
ности; зарастание частиц, оказавших-
ся на поверхности катода (покрывае-
мой детали). Первая стадия осущест-
вляется вследствие перемешивания,
электрофоретического переноса, диф-
фузии, броуновского движения, есте-
ственной или искусственной седимен-
тации частиц. На второй стадии про-
цесса удержание частицы на поверх-
ности происходит под действием элект-
ростатических, адсорбционных или
гравитационных сил. При эарастанни
Композиционные химические покрытия
97
частицы металлом матрицы определя-
ющую роль играют скорость роста и
структура поверхности растущего осад-
ка.
Количество дисперсных частиц,
включающихся в покрытие, сложным
образом зависит от совокупного дей-
ствия нескольких факторов, обуслов-
ливающих ход процесса осаждения
КХП, а также от природы самих ча-
стиц. Например, введение окислов
редкоземельных элементов в кислые
растворы химического никелирования
в количестве более 2—3 г/л практи-
чески останавливает процесс осажде-
ния никеля, тогда как в условиях
щелочной среды образование КХП,
содержащих оксиды редкоземельных
элементов, происходит со скоростью,
близкой к скорости восстановления
металлического никеля.
По своей структуре КХП отлича-
ется равномерным распределением ча-
стиц дисперсной фазы в металлической
матрице. Размер частиц, включенных
р покрытие, зачастую меньше размера
частиц твердой фазы в суспензии.Так,
при осаждении покрытий Ni—СеОа и
Ni—ZrOa из щелочных растворов хи-
мического никелирования, содержа-
щих дисперсную фазу с частицами раз-
мером 1,7—3,9 (СеОа) и 2,7—3,7 мкм
(ZrO3), средний размер частиц в по-
крытиях составляет 1,2—1,9 и 1,2—
1,7 мкм соответственно.
С введением дисперсной фазы изме-
няется внешний вид покрытий —
снижается металлический блеск, по-
верхность приобретает матовый отте-
нок, уменьшается отражательная спо-
собность, изменяется цвет покрытий.
Так, серая окраска никелевых компо-
зиционных покрытий, содержащих син-
тетические алмазы, пропорциональна
концентрации алмаза в покрытии.
Плотность (пикнометрическая) КХП
несколько ниже плотности материала
матрицы. Так, плотность химически
осаждаемого никеля с содержанием
9,1—9,8% (масс, доля) фосфора со-
ставляет 7,8—8,1 г/см®; плотность
Ni—AlsOj при 7,5% (масс, доля)
А1аОа — 7,7 г/см*; Ni—TiOa при 12%
(масс, доля) TiOa — (7,8 ± 0,3) г/см®;
Ni—ZrOa при 4% (масс, доля)
ZrOa — (7,5 ± 0,2) г/см®.
4 Мельников П. С.
Как и для металлопокрытий, основ-
ным фактором, определяющим силу
сцепления композиционного покрытия
с подложкой, являются природа ос-
новного металла (подслоя) и состояние
поверхности образца, обусловленное
предварительной подготовкой ее перед
нанесением покрытия (обезжиривание,
травление, декапирование и т. д.).
Термическая обработка деталей с
КХП увеличивает качество сцепления
покрытия с основным металлом (1,5 ч
при 400°C).
Композиционные покрытия на ос-
нове никеля с различной микротвер-
достью при одном и том же наполни-
теле можно получать путем изменения
условий осаждения: концентрации сус-
пензии, состава pH и температуры раст-
вора, размера частиц твердой фазы.
Более низкая микротвердость покры-
тий (никелевых и композиционных),
получаемых из щелочных растворов,
связана с меньшим содержанием фос-
фора в никелевой матрице таких пок-
рытий по сравнению с покрытиями,
осажденными в кислой среде.
Значительное повышение износо-
стойкости за счет введения дисперс-
ной фазы наблюдается для никелевых
покрытий как в исходном состоянии,
так и после термообработки. Потери
материала покрытия при истирании
для Ni—SiC в 3—4 раза, а для Ni—
В4С в 4—5 раз меньше, чем для покры-
тий из чистого никеля, осаждаемого
химическим способом.
Композиционные химические по-
крытия на основе никеля, осаждаемые
из кислых растворов, обладают до-
статочной стойкостью к окислению
при нагревании до 500 °C (КХП из
щелочных растворов никелирования
устойчивы к окислению только до
400 °C). С введением дисперсных до-
бавок любого вида (оксиды, карбиды,
нитриды, тугоплавкие металлы) об-
разующиеся КХП приобретают по-
вышенную коррозионную стойкость к
воздействию влажного воздуха и со-
левых растворов. Однако КХП отли-
чаются повышенным электросопро-
тивлением по сравнению с никелевыми
покрытиями, получаемыми химиче-
ским способом. Для практического
использования нашли применение сле-
дующие КХП: никель—алмаз, содер-
В8 Способы нанесения покрытий металлами (сплавами)
жащие до 30% (масс, доля) алмазного
порошка, — для замены алмазного
инструмента; Ni—ZrOs — для замены
двухслойных хромовых покрытий на
наконечниках вубоврачебных инстру-
ментов и др.
Графит, дисульфид молибдена, ди-
селенид ниобия увеличивают само-
смазывающие свойства медных покры-
тий, а наличие частиц сернокислого
бария в медных покрытиях способ-
ствует сохранению их гладкости, пре-
дупреждает сваривание и налипание
движущихся контактов и облегчает
скольжение.
Для осаждения КХП на основе меди
рекомендуется следующий основной
состав раствора (г/л): сернокислая
медь 7, калий—натрий виннокислый
22,5, натрий углекислый 2, едкий натр
4,5, хлористый никель 2, формалин
(40%-ный) 26 мл/л (pH = 12,1-4-12,5).
Присутствие хлористого никеля в раст-
воре улучшает сцепление медного по-
крытия с поверхностью полированных
образцов. Температура раствора мед-
нения 23—25 °C; перемешивание по-
стоянное. В такой состав раствора мо-
жно вводить добавки (г/л): А12О3 80,
SisN4 10—40, графит 10—20 и др.
ГЛАВА 7
ПОКРЫТИЯ редкими
МЕТАЛЛАМИ И СПЛАВАМИ
Покрытия бериллием. На медь, сталь
и другие металлы бериллий осаждают
из расплавленных солей или неводных
электролитов. Покрытия бериллием об-
ладают значительной коррозионной
стойкостью при повышенных темпера-
турах. Для осаждения бериллия на
медь применяют расплав, состоящий
из смеси фторида и фторокиси берил-
лия с хлоридами щелочных металлов.
Электролиз из расплава ведут при
700—800 °C и плотности катодного
тока 100 А/дм2. С увеличением времени
электролиза покрытия бериллием при
толщине более 10 мкм становятся круп-
нокристаллическими .
Из неводных электролитов для осаж-
дения покрытий бериллием широко
применяют раствор, содержащий
(моль/л): (СН3)2ВеЗ, ВеС12 0,9—1,5,
диэтиловый эфир до 1 л. Температура
электролита 15—25 °C, плотность ка-
тодного тока 0,1—0,2 А/дм2, напряже-
ние на ванне 12—24 В. Покрытие
имеет светло-серый цвет.
Для осаждения бериллия на сталь
используют расплав смеси фторида
бериллия и хлорида бария при 900 °C.
Покрытия, содержащие 70% берил-
лия и 30% бора, получают из раствора
боргидрида бериллия в этиловом
спирте или в диэтиловом эфире при
температуре 15—25 °C и = 0,34-
0,5 А/дм2.
Сплав бериллий—алюминий, содер-
жащий до 57% бериллия, осаждают
на медь в эфирном растворе, содержа-
щем Ве(А1Н4)2 и ВеС12. Электролиз
ведут с применением бериллиевых и
алюминиевых анодов при температуре
15—25 °C и = 0,44-0,5 А/дм2.
Детали, изготовленные из стали, ко-
вара и никеля, перед осаждением
бериллиевых покрытий подвергают за-
ключительной обработке в бензойной
кислоте, растворенной в диэтиловом
4*
эфире. Медные детали перед нанесе-
нием бериллия обрабатывают на ка-
тоде при 65—75 °C в растворе, содер-
жащем (г/л): углекислый натрий 25
и Na4SiO4 25, при плотности тока 0,7—
1,0 А/дм2; аноды из стали 12Х18Н9Т.
Покрытия алюминием. Алюминий не
входит в группу редких металлов, но
имеет отрицательный потенциал. Поэ-
тому осадить алюминиевые покрытия
из водных растворов не представляется
возможным (аналогично бериллиевым,
магниевым и титановым покрытиям).
Для осаждения алюминиевых покры-
тий применяют электролит, содержа-
щий (масс, доля,%): хлорид алюминия
0,1—0,11, формамид 0,81—0,82, нит-
робензол 0,5—0,6, бензолхлорид 0,2—
0,3. Температура электролита 45—
50 °C, iK= 84-IO А/дм2, аноды —
алюминиевые.
Для приготовления электролита к
чистому сублимированному А1С13 мед-
ленно добавляют формамид. После
окончания выделения газов формамид
можно вводить быстрее. Затем добав-
ляют остальные компоненты. Присут-
ствие влаги не допускается. Формамид
предварительно очищают от муравьи-
ной кислоты и формиата аммония.
Корректирование электролита и элект-
ролиз проводят в атмосфере сухого
азота или аргона. Алюминиевые аноды
не должны содержать примесей меди,
кремния и железа более чем по 0,002%
каждого.
Наряду с таким электролитом ис-
пользуют и аминоэфирный электролит,
содержащий (масс, доли, %): хлорид
алюминия 0,36—0,38, н-бутиламин
0, >2—0,87, диэтиловнй эфир 0,5—
0,52. Режим электролиза: температура
15—25 °C, /к = 64-10 А/дм2. При этом
алюминиевые покрытия получаются
светлыми и эластичными, повторяю-
щими рельеф подложки. При низких
100
Покрытия редкими металлами и сплавами
значениях ?к (менее 2 А/дм2) и тол-
щине покрытия более 25 мкм струк-
тура осадков грубокристаллическая.
При введении неочищенного A1C1S по-
лучаются покрытия неметаллического
характера. При растворении А1С13 в
эфире часть его остается нераствори-
мой и ее отфильтровывают. Фильтрат
ватем добавляют в раствор бутиламина
в эфире.
При изготовлении рефлекторов алю-
миниевые покрытия осаждают из эфир-
ного электролита, содержащего (в мо-
лях): А1С1а 3,4hS1A1H4 0,4. Присут-
ствие влаги не допускается. К А1С13
медленно и осторожно добавляют эфир
(опасен местный перегрев даже при
охлаждении). Затем вводят гидрид.
Электролиз ведут в атмосфере сухого
азота. Электролит хранят в герметич-
ном сосуде. При непрерывном электро-
лизе через месяц работы пластичность
покрытий резко понижается и они
становятся хрупкими. Наиболее ка-
чественными покрытия получаются при
fK = 12-4-17 А/дм2 и температуре 15—
25 °C. В этом случае выход по току
составляет ~100%.
Известен также ксилольный элект-
ролит (г/л): А1Вгд (безводный) 70—
80, НВг (газообразный) 10—15, пара-
фин 15—20, ксилол 1 л. Режим элект-
ролиза: температура 15—25 °C, iK =
= 1-4-2 А/дм2, анод из алюминия или
стали 12Х18Н9Т. За 1 ч осаждается
около 10 мкм алюминия.
При составлении электролита в кси-
лол, являющийся растворителем всех
компонентов, входящих в электролит,
вводят порошок железа и пропускают
через него пары броыа, которые, взаи-
модействуя с ксилолом и железом1,
образуют НВг, растворяющийся в кси-
лоле.
Парафин способствует получению
мелкокристаллических покрытий. При-
готовленный таким способом электро-
лит требуется проработать с алюми-
ниевыми < нодами в течение 2 ч при
4К = 1 А/дм2. После такой проработки
непосредственно перед загрузкой в
ванну покрываемые детали следует
промыть в 1 —2%-ном растворе олеи-
новой кисеты в метиловом спирте.
В результате этого существенно по-
вышается прочность сцепления алю-
миния с основным металлом.
По своим физико-химическим свой-
ствам алюминиевые покрытия, полу-
чаемые из неводных электролитов,
близки к алюминию типа АО, А00.
Микропористость таких покрытий сни-
жается с увеличением их толщины
(при толщине более 15 мкм они прак-
тически становятся блестящими).
Удельное сопротивление алюминиевых
осадков находится в пределах 0,040—
0,042 Ом-мм2/м.
При использовании свежеприго-
товленного ксилольного электролита
на катоде независимо от iK и металла
катода выделяются лишь отдельные
кристаллы алюминия. После соответ-
ствующей проработки электролита на
деталях из меди, латуни, никеля и
цинка осаждаются светлые и мелко-
кристаллические покрытия, а на же-
лезе и кадмии — крупнокристалличе-
ские. С увеличением iK структура осад-
ков становится более мелкозернистой,
однако при этом усиливается рост денд-
ридов на углах и гранях катода.
Положительное влияние на струк-
туру алюминиевых покрытий оказывает
и повышение температуры до 40—
50 °C. Но с увеличением температуры
электролит заметно испаряется. Пере-
мешивание в атмосфере азота (но не
воздуха!) благоприятно влияет на ка-
чество катодного осадка и увеличивает
рассеивающую способность электро-
лита. В 1 л ксилольного электролита
можно заалюмчнировать не более
180 дм2 поверхности деталей.
Наряду с указанными электроли-
тами для алюминирования широко
применяются эфирно-гидридный элект-
ролит, содержащий (моль/л): гидрид
лития 0,7—0,8, хлорид алюминия 2,
диэтиловый эфир 1. Из такого элект-
ролита алюминий осаждают на про-
кладки ядерных реакторов, зеркала—
конденсаторы лучистой энергии, детали
микроэлектроники и др.
Асимметричный реверсивный ре-
жим (различная сила тока катодного
и анодного импульсов: iK = 3-4-5 и
/а = 10-4-20 А/дм2, тк : та = 3:6,
ти + та = 18-4-480 с) позволяет полу-
чать высокую степень выравнивания
поверхности. Максимальная степень
выравнивания имеет место при следу-
ющем режиме: iK = 5 А/дм2 и »8 =
= 20 klpft2, тв : та = 6; тк + та =
Покрытия редкими металлами и сплавами
101
= 105 с. При таких условиях элект-
ролиза получаются полублестящие
алюминиевые покрытия.
Проблема электролитического алю-
минирования из неводных электроли-
тов, работающих при нормальных тем-
пературах, становится все более акту-
альной. В этой связи представляют
практический интерес электролиты на
основе ароматических углеводородов
(в качестве растворителей). Такие элек-
тролиты устойчивы, невзрывоопасны,
менее чувствительны к воздействию
влаги и атмосферы, чем эфирногидрид-
ные или этилпиридинбромидные. Из-
вестен электролит следующего состава
(г/л): бромид алюминия 2—3, бромид
лития 0,2—1,35, кремнийорганиче-
ская добавка 0,01—0,015, толуол 1 л.
Режим электролиза: температура
электролита 15--20 °C, = 1,5-5-
2,5 А/дм2; аноды — из алюминия вы-
сокой чистоты.
На величину катодной поляризации
и качество осадков значительное влия-
ние оказывает соотношение концен-
трации бромида лития и бромида алю-
миния. Возрастание этого отношения
от 0,16 до 0,69 сопровождается значи-
тельной деполяризацией (приращение
потенциала Д<р снижается с 0,23 до
0,1 В) и ухудшением качества осадков
и их адгезии с основным металлом.
Осаждение алюминиевых покрытий
также ведут и из газовой фазы. Де-
тали из низкоуглеродистой стали перед
покрытием зачищают шлифовальной
шкуркой, промывают в ацетоне и от-
жигают в среде водорода при 500 °C
в течение 10—15 мин. В качестве
алюминийорганического соединения
используют триизобутилалюминий,
представляющий собой бесцветную
жидкость, кипящую при 200 °C. При
повышенных температурах он раз-
лагается на олефин и гидрид диалкил-
алюминия.
Скорость осаждения алюминия со-
ставляет 25—28 мкм/ч. Диффузион-
ный отжиг повышает термостойкость
покрытий и обеспечивает прочное сцеп-
ление алюминия со сталью. Покрытия
осаждают в среде очищенного водорода,
который пропускают через селикагель
и фтористый ангидрид, находящийся
в трубчатой печи с магниевой струж-
кой.
Применяется также способ насыще-
ния алюминием поверхности стали
и медных сплавов с целью защиты от
окисления при повышенной темпера-
туре. Глубина проникновения алюми-
ния составляет 0,25—1,00 мм. При
этом железоалюминиевый сплав содер-
жит 25—35% алюминия. Покрывае-
мые детали загружают в барабан со
смесью, состоящей из порошкообраз-
ного алюминия, оксида алюминия и
небольшогр количества А1С13; обра-
ботку ведут при 850—950 °C (для
стальных деталей) и 700—800°C (для
деталей из меди и ее сплавов).
Назначение оксида алюминия —
предупредить слипание алюминиевых
частиц, так как температура алюмини-
рования выше, чем температура плав-
ления алюминия. Расход металличе-
ского и хлористого алюминия необ-
ходимо со временем пополнять. Осаж-
даемый таким способом алюминий
сплавляется с основным металлом.
Установлено, что до температуры 900 °C
стальные изделия, подвергнутые алю-
минированию, могут неограниченно
долго сохранять свою стойкость к окис-
лению.
Покрытия титаном. Применяют их
для защиты от коррозии различных
металлов и сплавов, особенно при
эксплуатации в морских условиях.
Выделение титана электролизом из
водных растворов затруднено из-за
большой склонности его к пассивиро-
ванию и высокого отрицательного по-
тенциала восстановления ионов ти-
тана.
Для получения титановых покры-
тий можно применять хлористые,
борфтористоводородные, сернокислые,
фторидные и щелочные электролиты.
Однако целесообразнее использовать
щелочные электролиты, например,
электролит, содержащий (г/л): ме-
татитанат натрия 70—75, уксуснокис-
лый натрий 25—30, натр едкий (сво-
бодный) 30—35. Электролит позволяет
получать тонкие блестящие осадки
при температуре 30—70 °C и iK = 1-5-
5 А/дм2. Однако катодный выход
титана через 1,5 ч электролиза сни-
жается с 15 до 1,5%. Поэтому тита-
новые покрытия из водных электроли-
тов можно получать толщиной не более
4 мкм.
102
Покрытия редкими металлами и сглаеами
Осаждение титана можно вести на
медь, железо, никель, свинец и пла-
тину. При этом наблюдается диффузия
тонкого титанового покрытия в металл
основы при нагревании до 700 °C
или при длительной выдержке покры-
тых изделий (1,5—2 года) при нор-
мальной температуре. Так, на поверх-
ности меди было обнаружено наличие
сплава, содержащего 20—25% титана
и 75—80% меди.
Значительный интерес представляют
сплавы, содержащие титан. Так, сплав
Ni—Ti, содержащий до 6% Ti, по-
лучают из электролита (г/л): никель
хлористый 100, титан (в виде металла)
1—5, кислота борная 450—500, гли-
коль 60—70, лаурилсульфат 45—
50 мл/л, этиловый спирт 50 мл/л.
Температура электролита 15—25 °C,
= 5-4-10 А/дм2, аноды — никелевые.
Выход по току составляет 40—50%.
Покрытия Ni—Ti в соляном тумане
более коррозионно-стойкие, чем нике-
левые.
Сплав, содержащий 10% Ti и 90%Со,
осаждают из электролита состава (г/л):
титан (в виде металла) 10—15, аммоний
(бикарбонат) 100—110, кобальт (в виде
металла) 28—30, кислота плавиковая
250—270, кислота борная 100—120,
клей столярный 1—2. Температура
электролита 30—40 °C, iK — 2,5-4-
3,5 А/дм2, аноды — из кобальта.
Катодный выход по току 10—30%.
Содержание титана в сплавах Ti—
Со и Ti—Ni падает с увеличением кон-
центрации никеля и кобальта в элект-
ролитах, а также с повышением и
температуры раствора.
Для катодного восстановления спла-
ва Fe—Ti применяют электролит, со-
держащий (г/л): железо сернокислое
(закисное) 50—60, железо хлористое
50—60, титан щавелевокислый 15—
20, аммоний сернокислый 10—120.
Температура электролита 20—30 СС,
= 5-4-30 А/дм2, аноды — из армко-
железа.
Сплав Fe—Ti (2% Ti) представляет
собой смесь титана и химического со-
единения титана с железом. С повы-
шением температуры электролита (от
20 до 50 °C) и 1К (от 5 до 30 А/дм2)
уменьшается содержание титана в спла-
ве Fe—Ti. В интервале температур
20—30 °C покрытия получаются бле-
стящими, а при температуре более
30 °C — светло-серыми и матовыми.
При > 30 А/дм2 они становятся тем-
ными и шероховатыми, что связано
с быстрым защелачиванием прика-
тодного слоя. Поэтому pH электролита
следует поддерживать в пределах 1—
2 и в случае необходимости добавлять
серную кислоту. Микротвердость по-
крытий составляет 570—850, она уве-
личивается с повышением температуры
электролита, особенно при = 20-4-
30 А/дм2.
Покрытия галлием. Низкая темпе-
ратура плавления и широкий интервал
температур, при которых гальваниче-
ские покрытия галлием могут нахо-
диться в виде смазки, сделали их неза-
менимыми в подшипниках качения,
работающих в глубоком вакууме, при
повышенных температуре и нагрузках.
Для покрытия галлием деталей из
различных сталей применяют электро-
лит, содержащий (г/л): галлий хлори-
стый 50—75, кислота сульфаминовая
100—150, аммиак (25%-ный) 70—80.
Режим электролиза: температура 20—
30°С, iK= 40-4-120 А/дм2, pH = 1,0-4-
1,5; аноды — из платиновой фольги,
Чк = 154-30%.
Коэффициент трения таких покры-
тий в атмосферных условиях при тем-
пературе 18 °C ниже, чем у сталей,
а момент трения подшипников с этим
покрытием при повышенной темпера-
туре в 3—5 раз ниже, чем в холодном
состоянии. Вместе с тем покрытие
галлием в 2—3 раза долговечнее покры-
тий из дисульфида молибдена, никеля
или серебра.
Покрытия галлием применяют и
при изготовлении оптических зеркал.
Для этой цели электролит готовят
следующим образом. Металлический
галлий или Ga (OH)S растворяют в
едком натре из расчета 50 г/л металли-
ческого галлия на 1 л NaOH. Электро-
лиз ведут при температуре 40—50 °C
и 1К = 0,5 А/дм2; аноды — из графита.
При этом катодный выход по току
составляет 30—35%. Получаемые по-
крытия при таких условиях электро-
лиза легко полируются до зеркального
блеска.
В последнее время таллиевые по-
крытия нашли применение и в полу-
проводниковой технике.
Покрытия редкими металлами и сплавами ЮЗ
Для покрытия галлием деталей из
меди и стали применяют и сульфамат-
ный электролит (г/л): галлий серно-
кислый 20—40, кислота сульфамино-
вая 80—100. Режим электролиза:
температура 18—25 °C, lK = 504-
80 А/дм2, pH = 2,04-2,5 (поддер-
живают, добавляя аммиак); аноды —
из платины. Сульфаматный электро-
лит готовят путем растворения серно-
кислого галлия в сульфаминовой ки-
слоте. Растворимость сернокислого
галлия в воде незначительная, поэтому
сначала растворяют сульфаминовую
кислоту, а затем в раствор кислоты,
нагретой до 70—80 °C, добавляют соль
галлия при тщательном перемешива-
нии до полного растворения с последу-
ющей фильтрацией.
С увеличением содержания серно-
кислого галлия в сульфаматных элект-
ролитах от 10 до 50 г/л выход галлия
по току увеличивается и достигает
максимума при 1К — 80 А/дм2
(1 мкм/мин). С увеличением значения
pH электролита более 2,5 катодный
выход повышается, но уже при pH =
= 3,5 на катоде выделяется только
водород. В процессе работы сульфа-
матные электролиты рекомендуется ох-
лаждать, так как происходит местный
перегрев и т)к при этом падает.
Покрытия германием. Гальваниче-
ские покрытия германием являются
полупроводниками и широко приме-
няются в радио- и электронной промы-
шленности. Осаждение германия ведут
из электролита, содержащего 5%-ный
раствор четыреххлористого германия
в этиленгликоле. Режим электролиза:
температура 50—60 °C, tK = 104-
20 А/дм2, аноды — из графита, т]к =
= 24-3%. При таких условиях на ка-
тоде осаждаются темно-серые покры-
тия. Для увеличения отражательной
способности германиевых покрытии
(до 40—43%) их следует отжигать
при температуре 200—250 °C в течение
1- -1,5 ч.
Тонкие блестящие покрытия герма-
нием медных деталей получают из
щелочного электролита (г/л): GeO2 3—
4 и КОН 150—170. Режим электролиза:
температура 20—30 °C, iK= 1,54-
4-2,0 А/дм2, аноды — из графита. По-
крытия имеют светло-серый цвет и
незначительную крупность. Они на-
дежно сцеплены с медной основой.
Для осаждения германиевых покры-
тий значительной толщины рекомен-
дуются неводные электролиты, пред-
ставляющие собой растворы четырех-
иодистого или четыреххлористого гер-
мания в этиленгликоле или пропилен-
гликоле. Так, из неводных электроли-
тов нашел применение 5—7%-ный раст-
вор четыреххлористого германия в
этиленгликоле. Режим электролиза:
температура 60—100 °C, iK = IO4-
20 А/дм2, Г)к = 2%, аноды — из
графита. Увеличение продолжитель-
ности электролиза и применение пере-
мешивания приводят к некоторому
уменьшению т)к. Покрытия толщиной
20 мкм с хорошим качеством можно
получить только за 7—9 ч электролиза.
Для повышения стабильности не-
водных электролитов рекомендуется
также анодное пространство отделить
от катодного пористой диафрагмой.
Германиевые покрытия в своем боль-
шинстве имеют аморфную структуру,
которая после термообработки при
200 °C переходит в поликристалличе-
скую. При этом в определенной степени
повышается и отражательная способ-
ность осадков германия, достигая зна-
чений, соответствующих полирован-
ным монокристаллам германия (до
48%). Германиевые покрытия по под-
слою палладия (по меди или латуни)
имеют выпрямляющие свойства.
Выделение германия из водных
электролитов значительно облегча-
ется в присутствии ионов других ме-
таллов. Благодаря этому возможно
осаждение таких сплавов как олово—
германий, германий—медь, германий—
сурьма и др. Для осаждения покры-
тий германий—олово (до 50% герма-
ния) применяют электролит, содер-
жащий (г/л): GeOg (в пересчете на
металл) 0,5—4,5, SnCl (в пересчете
на металл) 40 —45, NaOH 80—90.
Режим электролиза: температура 60—
70 °C, iH = 0,5-i-l ,5 А/дм2, аноды —
из олова, t]K — 154-17%. С увеличе-
нием iK и концентрации GeOs в элект-
ролите содержание германия в сплаве
возрастает.
Для осаждения покрытий Ge—Sb
с малым содержанием германия (до
20%) применяют электролит (г/л):
GeOj 2—10, SbaO, 7—10, NaOH 150—
104
Покрытия редкими металлами и сплавами
180. Режим электролиза: температура
50—60 °C, i„ - 14-2 А/дм2, аноды —
из стали 12Х18Н9Т или платиниро-
ванного титана.
Покрытия сплавами германий —
олово и германий — сурьма более стой-
ки к коррозии в соляной кислоте, ще-
лочи и морской воде, чем покрытия
оловом и сурьмой, а также обладают
лучшей паяемостью, чем германиевые
покрытия.
Покрытия вольфрамом и молибде-
ном. Электролитическое выделение
вольфрама и молибдена из водных раст-
воров связано с большими трудностями,
так как после осаждения на катоде
тонкого слоя металла дальнейшее их
выделение прекращается и процесс
сводится только к разряду ионов водо-
рода.
Для осаждения вольфрамовых пок-
рытий приемлемым является электро-
лит состава (г/л): WO8 120—125,
NaaCO8 300—330. Режим электролиза:
температура 100 °C, »к = 5-4-10 А/дм2,
аноды — из платины, pH = 13,0-j-
13,2, скорость осаждения 0,1 мкм/ч.
Для осаждения вольфрамовых пок-
рытий толщиной до 0,5 мкм на нике-
левом подслое применяют расплав, со-
держащий: WO8 250, NaCl 500,
NaLiPaO4 700. Электролиз ведут при
температуре 850—900 °C, = 14-
3 к/щл1 с растворимыми анодами;
защитная среда — аргон.
Катодное восстановление вольфрама
(это относится и к молибдену) стало
возможным при соосаждении его с ни-
келем, кобальтом или железом. Элект-
ролитический сплав вольфрама с ни-
келем обладает высокой жаропроч-
ностью и износостойкостью. Перспек-
тивным для этого является электролит,
содержащий (г/л): NiSO4-7HaO 20,
NaaWO4-2HaO 50, СоН407-НаО 66,
NH4OH до pH = 64-9. Режим элект-
ролиза: температура 65—75 °C, 1К =
= 14-5 А/дм2, аноды — из платини-
рованного титана или никеля. При этом
на катоде получаются качественные по
внешнему виду осадки с хорошим сцеп-
лением с основой, содержащие 40—
50% никеля.
Для осаждения покрытий воль-
фрам — железо применяют электро-
лит (г/л): NasWO4 (в пересчете на
металл) 45—50, FeSO4-7HaO (в пере-
счете на металл) 5—7, NH4C1 300—
320, KNaC4H4Oe-4HaO 140—160. Ре-
жим электролиза: температура 65—
70 °C, iK = 54-10 А/дм2, аноды — из
платинированного титана или железа.
Микротвердость сплава W—Fe воз-
растает с повышением содержания в нем
вольфрама. Если количество его до-
стигает 55%, микротвердость равна
480, а при 88% вольфрама — 830—
870.
Сплав вольфрам—кобальт харак-
теризуется высокой твердостью и жа-
ростойкостью, а также большей кор-
розионной стойкостью, чем сплавы
W—Fe и W—Ni. В зарубежной прак-
тике такие сплавы используют для
покрытия деталей летательных аппа-
ратов и форм для прессования пласт-
масс, изготовления магнитопроводов
(обладают высокой коэрцитивной си-
лой 500—600 Э). Для таких целей на-
шел применение электролит, содержа-
щий (г/л): CoSO4-7HaO 110-115,
NasWO4 20—25, кислота лимонная
190-220, NH4OH (до pH = 9,44-9,8).
Режим электролиза: температура 60—
65 °C, iK = 10 А/дм2, аноды — из пла-
тинированного титана или кобальта.
Молибденовые покрытия на сталь
и другие металлы осаждаются из
расплава состава (масс, доли в %):
хлормолибдат калия 0,2—0,25, хло-
ристый калий 0,35—0,40, хлористый
натрий 0,35—0,40. Режим электро-
лиза: температура расплава 600 £С,
i’K = 24-3 А/дм2.
Детали из меди покрывают молибде-
ном в формиатном электролите,
содержащем молибдат натрия 10—
50 г и формамид 1 л. Режим электро-
лита: температура 20—25 °C, iK =
= 0,044-0,08 А/дм2, аноды — из гра-
фита. Над поверхностью электролита
в ванне постоянно должен поддержи-
ваться поток сухого азота. Добавка
SOJ" из расчета МоО3 : SOJ_= 100
улучшает эластичность и внешний
вид осадков.
Сплавы молибдена с металлами
группы железа осаждают из водных
растворов. Так, сплав молибден—
железо наносят на стальные изделия
из электролита, содержащего (г/л):
(NH4)a МоО4 (в пересчете на металл)
27—30, FeSO4-7HaO (в пересчете на
металл) 1—1,5, кислота лимонная 20—
Покрытия редкими металлами и сплавами
105
22, NH«OH (до pH = 4=4,5). Режим
электролиза: температура 50—60 °C,
tK = 0,7=1,0 А/дм2, аноды — из пла-
тинированного титана или армко-же-
леза. Осадки содержат 95—97% мо-
либдена.
Покрытия индием. Такие покрытия
обладают рядом положительных
свойств: хорошая способность к пайке;
значительная коррозионная стойкость;
низкий коэффициент трения; стойкость
в смазочных маслах и продуктах окис-
ления. Осажденный на поверхности
трущихся деталей индий, будучи мяг-
ким покрытием, способствует прира-
ботке и повышает способность по-
верхности детали к удержанию сма-
зочных материалов. На поверхности
полупроводников н-типа индиевые по-
крытия образуют pH-переходы, кото-
рые используются в различных радио-
технических конструкциях. Однако
низкая температура плавления индия,
равная 150 °C, ограничивает приме-
нение индиевых покрытий.
Поэтому на смену чистым индиевым
покрытиям приходят сплавы на ос-
нове индия: индий — никель, индий —
свинец, индий — таллий, индий —
кадмий и др. При этом покрытия ин-
дий — никель обладают повышенной
термостойкостью, индий — таллий —
устойчивой сверхпроводимостью, ин-
дий —свинец — лучшими антифрик-
ционными свойствами и т. д.
Для осаждения индиевых покрытий
применяют электролит (г/л); индий
сернокислый (в пересчете на металл)
15—20, натрий битартрат 200—250,
аммоний сернокислый 30—40, натрий
хлористый 30—40, натрий хлористый
60—80, аммиак (25%-ный) 200—
250 мл/л. Режим электролиза: тем-
пература 15—25 °C, iK =0,5-7-
2 А/дм2, pH = 9,0-7-10,5, аноды —
из индия или платинированного ти-
тана; т]к = 85=95% и т]а = 100%
(при растворимых анодах), скорость
осаждения 15 мкм/ч.
С увеличением концентрации битар-
трата натрия (рис. 38) значение пре-
дельного тока увеличивается, а потен-
циал восстановления индия на катоде
становится более отрицательным, что
связано с наличием комплексов, име-
ющих различные константы нестой-
кости. Для ионизации ицдия требуется
Рис. 88. Кривые катодной поляризации
индия при различной концентрации (г/л)
битартрата натрия:
1 — 150; 3 — 200; 3 — 250
значительное количество депассива-
тора, которым служит NaCl.
Применяют трилонатный электро-
лит состава (г/л): индий сернокислый
(в пересчете на металл) 15—20, ам-
моний сернокислый 80—100, трилон Б
80—100. Режим электролиза: темпе-
ратура 15—25 °C, i'K = 0,5=1,5 А/дм2,
аноды — из индия, скорость осаждения
0,1—0,3 мкм/мин, pH = 9=10. Пок-
рытия, полученные из этого электро-
лита, наносят на медь и коррозионно-
стойкие стали.
Сульфат аммония в этом электроли-
те, являющийся стабилизатором и бу-
фером, обеспечивает требуемую элект-
ропроводность и кроющую способность
электролита. Адсорбируясь на катоде,
он облегчает ориентацию и разряд
отрицательно заряженного трилонат-
ного комплексного иона индия. Кис-
лотность электролита не оказывает
существенного влияния на электро-
осаждение индия. С увеличением ZK
рассеивающая способность раствора
несколько снижается (при оптималь-
ном составе электролита она равна
60%). С повышением содержания суль-
фата аммония катодный выход по току
значительно возрастает.
Индиевые покрытия осаждают также
из щелочных цианистых электролитов,
например из электролита состава (г/л)':
In (ОН)з (в пересчете на металл) 15—
30, KCN 140—160, КОН 20—30. Ре-
жим электролиза: температура 15—
35 °C, iK = 10=15 А/дм2, рН =
= 11,0=11,2, аноды — из стали
106
Покрытия редкими металлами и сплавами
28. Факторы, влияющие на качество
покрытий
Концентра- ция в элек- тролите, г/л Содержание индия в сплаве Катодный выход по току пк Качество осадков
ИНДИЯ свин- ца %
20 15 65 78 Светлые, плотные
15 15 40 75
10 15 17 64
7,5 15 10 56 Темные, губчатые
12Х18Н9Т или из платины. Индиевые
аноды в этом электролите склонны
к пассивированию. Катодный выход
индия при указанных условиях элект-
ролиза равен 60%.
Покрытия сплавом In—Ni, содержа-
щие 18—35% никеля, получают из
электролита (г/л): индий сернокислый
(в пересчете на металл) 4—5, никель
сернокислый (в пересчете на металл)
40—50, натрий виннокислый 60—70,
натрий сернокислый 40—50, ам-
моний сернокислый 20—30, аммиак
(25%-ный) 200—250 мл/л. Режим
электролиза: температура 18—25 °C,
lK = 0,54-2 А/дм®, pH = 9,04-10,5,
аноды — из индия; скорость осажде-
ния 0,15 мкм/мин (при iK = 0,5 А/дм2)..
Покрытия сплавом In—Cd обладают
высокими антикоррозионными свой-
ствами, особенно в средах, содержа-
щих смазочные масла и продукты окис-
ления, а также имеют хорошие анти-
фрикционные свойства. Для осаждения
покрытий индий—кадмий, содержа-
щих 10—60% индия, применяют элект-
ролит (г/л): индий сернокислый 20—
22, кадмий сернокислый 3—11, ам-
моний сернокислый 18—22, желатина
0,05—0,1. Режим электролиза: тем-
пература 40—50 °C, = 0,5-ь
1 А/дм®, рН= 1,94-2,4, т)к = 50-ь
60%, аноды — из сплава индия с кад-
мием (по 50% каждого). Покрытия
имеют надежное сцепление со сталью,
медью и ее сплавами.
По своей коррозионной стойкости
эти покрытия превосходят кадмиевые.
Так, при испытании образцов из угле-
родистой стали, покрытых на толщину
10—12 мм, в камере при относительной
влажности 100% и температуре 50 °C
(в течение 15 сут.) они не имели следов
коррозии.
Добавка желатины вызывает сни-
жение т]и и уменьшает содержание
индия в сплаве, но способствует полу-
чению светло-серых, плотных и прочно
сцепленных покрытий с основой. При
концентрации желатины, равной
0,1 г/л (при прочих равных условиях
электролиза), покрытия содержат 52—
54% индия. Катодная плотность тока
не оказывает существенного влияния
на т]к и состав сплава, но при iK >
> 1 А/дм2 осадки на катоде получа-
ются некачественными.
Покрытия сплавом In—Cd можно
осаждать и из электролита, содержа-
щего (г/л): индий сернокислый 30—
45, кадмий сернокислый 9—17, ам-
моний сернокислый, полиэтилен-по-
лиамин 140—150. Режим электролиза:
температура 20—30 °C, »к = 0,74-
1,0 А/дм®, ph = 9,84-10,0, Пн =
= 704-75%, аноды — из платины
или платинированного титана. При
таких условиях на катоде осаждаются
покрытия, содержащие 50—78% ин-
дия, имеющие микротвердость 20—
30 кгс/мм® и серебристо-белый цвет.
Рассеивающая способность указанного
электролита составляет 35—40%.
Кристаллы индия имеют тетраго-
нальную конфигурацию с парамет-
рами решетки а = 4,637- 10~w м и
с — 4,980- 10-Х0 м, а кристаллы кад-
мия — гексагональную структуру с
параметрами а — 2,982-10~10 м и
с = 5,608- 10-и м. В морских и тропи-
ческих условиях эксплуатации пок-
рытия In—Cd в 2 раза устойчивее кад-
миевых.
Антифрикционные покрытия индий—
свинец (50% индия) осаждают из
электролита, содержащего (г/л): ин-
дий хлористый 13—15, свинец хлори-
стый 10—30, натрия бикарбонат 250—
300, натрий хлористый 80—100, пеп-
тон 7—10. Режим электролиза: тем-
Покрытия редкими металлами а сплавами
107
пература 60—70 °C, pH = 10,14-10,3,
iK = 0,54-1,6 AJpm2, аноды — из ин-
дия.
Увеличение содержания индия в
сплаве достигается за счет повышения
iH и снижения температуры электро-
лита. Помимо тартратно-хлоридного
для осаждения покрытий In—Pb при-
меняют и полиэтиленполиаминовый
электролит (г/л): индий хлористый
12—14, свинец азотнокислый 12—13,
аммоний сернокислый 200—220, по-
лиэтиленполиамин 200—220. Режим
электролиза: температура электролита
15—25 °C, iK= 0,84-1 А/дм2, т)к =
= 75-е-78%, аноды — из платины или
платинированного титана; pH =
= 8,04-9,8.
Факторы, влияющие на состав спла-
ва, т)к и качество осадков приведены
в табл. 28.
С увеличением концентрации индия
в растворе содержание его в сплаве
возрастает и т]к увеличивается. Наи-
более качественные покрытия In—Pb,
содержащие 25—60% индия, полу-
чают при концентрации индия в раст-
воре 12—14 г/л. Уменьшение pH элект-
ролита от 9,8 до 8,0 мало влияет на
состав сплава, но т]к при этом снижа-
ется. Поэтому рекомендуется поддер-
живать pH = 8,04-8,5. При iK более
2 А/дм2 качество осадков ухудшается.
Покрытия теллуром. Для осаждения
покрытий теллуром применяют аце-
татный электролит, содержащий 200—
250 г/л ТеС14 в 1 л уксусной кислоты.
Уксусную кислоту следует тщательно
обезвоживать. Катодное пространство
от анодного необходимо отделять стек-
лянной диафрагмой. В качестве ано-
дов применяют платину или теллур.
Режим электролиза: температура 20—
25 °C, »к = 14-2 А/дм2, т]к = 754-90%.
При таких условиях покрытия полу-
чаются темно-серыми, блестящими и
с надежной адгезией со сталью, медью
и никелем.
Теллуровые покрытия можно осаж-
дать и из сульфидно-щелочного элект-
ролита, содержащего (г/л): Na2TeSa
50—100, NaOH 20—30, NaaS 3—5.
Режим электролиза: температура 20—
60 °C, iK = 24-4 А/дм2, т]к = 754-90%,
аноды — из стали 12Х18Н9Т.
Электролит готовят следующим об-
разом. Теллур марки Т-Al растворяют
Рис. 80. Кривые катодной поляризации
теллура:
1—3 — NaOH 120 г/л при 20, 40 и 60 °C
соответственно; 4 — NaOH 30 г/л при 20 °C
в тиосульфиде натрия. Для приготов-
ления раствора тиосульфида натрия
в растворе моносульфида растворяют
элементарную серу.
Катодная поляризация теллура из
щелочного электролита указывает на
то (рис. 39), что с увеличением кон-
центрации NaOH в электролите пре-
дельный ток осаждения теллура умень-
шается, а с повышением температуры
электролита резко возрастает. С уве-
личением температуры или уменьше-
нием концентрации NaOH равновес-
ный потенциал теллура сдвигается
в область положительных значений.
Покрытия рением. Их используют
в электронной промышленности. Ок-
сиды, образующиеся на поверхности
рения, обладают высокой проводимо-
стью, что и определяет применение этих
покрытий для изготовления электри-
ческих контактов, нитей накаливания,
термопар и т. Д. Осадки рения, нане-
сенные на молибден и вольфрам, пред-
отвращают вторичную эмиссию этих
металлов, что существенно для ряда
изделий электронной техники. Однако
осаждение рениевых покрытий огра-
ничено высокой стоимостью рения.
Для осаждения рениевых покрытий
используют электролит, содержащий
(г/л): KReO4 10—15, HaSO4 10—15,
MgSO4-7HaO 25-30, (NH4) SO4 25—
30. Режим электролиза: температура
60—85 °C, pH = 1,04-1,5, iK= 104-
15 А/дм2, перемешивание умеренное,
аноды — из платины. С увеличением
103
Покрытия редкими металлами и сплавами
Рис. 40. Зависимость выхода по току от
плотности тока в электролите ренирова-
ния
pH электролита блеск и пластичность
покрытий сильно снижаются, осадки
становятся темными. При понижении
температуры и /к ухудшается внешний
вид покрытий и их механические свой-
ства. Сульфат аммония увеличивает
проводимость электролита и катодный
выход по току, особенно при низких
вначениях iK (рис. 40 и 41). Серная
кислота способствует снижению pH
электролита и получению блестящих
и светлых покрытий, а сульфат магния
снижает внутренние напряжения в них.
На рис. 42 и 43 показаны кривые ка-
тодной поляризации восстановления во-
дорода и рения.
Рениевые покрытия наносят также
на титан, тантал, сталь, медь и гра-
фит. Микротвердость свежеосажденных
рениевых покрытий составляет 800—
900, а отожженных при 700 °C—250—
300.
Для получения рениевых покрытий
толщиной более 25 мкм проводится
Рис. 41. Зависимость выхода по току от
температуры електролита ренирования
Рис. 42. Кривые катодного выделения во-
дорода в электролите (г/л):
1 — H,SO425; 2 — HjSO.100; 3 —
(NH4)«SO450; 4 — (NH<), SO.100
несколько циклов осаждения. При этом
толщина каждого слоя составляет 1—
4 мкм (в зависимости от вида применяе-
мого электролита). После нанесения
каждого слоя покрытие подвергается
термообработке.
Нанесение рениевых покрытий ведут
также из аммиакатного электролита
(г/л): перренат калия (в пересчете на
металл) 1—2, кислота лимонная 50—
60, аммиак (25% -ный) до pH = 9,5.
Рис. 43. Кривые катодной поляризации ре-
ния в электролите (г/л) (KsReO4 SO):
1 — без добавок; 2 — H,SO.50; 3 —
HjSO.100; 4 — (NHJjSOJOO; 5 — 200
(NHJ.SO. в H,SO4 до pH = 1,0
Покрытия редкими металлами и сплавами
109
Режим электролиза: температура 60—
70 °C, iK = 7-5-8 А/дм2, аноды — из
платины, т]к = 2-5-3%.
Под действием ультразвуковых ко-
лебаний существенно изменяются
структура и свойства рениевых пок-
рытий. Так, количество включенного
в покрытие водорода в ультразвуковом
поле снижается в 2 раза, а отрыв пу-
зырьков водорода от катода значи-
тельно ускоряется, и, следовательно,
уменьшается экранизация катода.
С целью значительного уменьшения
напряжений, снижения пористости ре-
ниевых покрытий и придания им спе-
циальных свойств в радиоэлектрон-
ной, электровакуумной и других
отраслях промышленности применяют
покрытия следующими сплавами: ре-
ний—хром, рений—медь, рений—
никель, рений—кобальт, рений-
серебро, рений—молибден, рений—
вольфрам и др.
По сравнению с рениевым, покрытие
сплавом рений—хром имеет более бле-
стящую поверхность, его можно нано-
сить без чередования процессов элект-
роосаждения и отжига; оно обладает
большей микротвердостью. Вместе с тем
сплав Re—Сг коррозионно-стойкий в
атмосферных условиях, а после тер-
мической обработки в вакууме при
температуре 150—200 °C коррозион-
но-стойкий и в тропических условиях.
Такие покрытия обладают хорошими
электрическими и фрикционными ха-
рактеристиками.
Для осаждения покрытий рений —
хром, содержащих 1—2% Сг, приме-
няют электролит (г/л): перренат ам-
мония 30—50, ангидрид хромовый 15—
20, аммоний сернокислый 40—45, ки-
слота серная 70—75. Режим электро-
лиза: температура 50—70 °C, iK =
= 50-5-100 А/дм2, аноды — из пла-
тины.
Покрытия сплавом рений — никель
рекомендуются осаждать из электро-
лита, содержащего (г/л): KRe7O4 15—
20, NiSO4-7H2O 5—8, (NH4)2-SO4
50—60. Режим электролиза: темпера-
тура 60—70 °C, iK = 2-5-4 А/дм2, pH =
= 2,5-5-3,0; аноды — из платины или
платинированного титана, т)к = 88-5-
92%. При этом осадки содержат
10—15% никеля, практически не имеют
внутренних напряжений.
Покрытия сплавом рений—кобальт
осаждают из электролита (г/л): пер-
ренат аммония 3—6, кобальт сульфа-
миновый 40—80, кислота борная 35—
45. Режим электролиза: температура
60—65 °C, f„ = 0,5-5-4 А/дм2, рН =
= 1,5-5-3,0; аноды — из платины.
Для осаждения покрытий Re—-Ni—•
Со применяют электролит (г/л): пер-
ренат аммония 30—35, никель серно-
кислый 30—35, кобальт сернокислый
1—40, аммоний сернокислый 50—55.
Режим электролиза: температура 50—
60 °C, 7К = 3,О-5-3,2; аноды — из пла-
тины, г)к = 95-5-100%. В этих случаях
осадки получаются светлыми и на-
дежно сцепленными с основным ме-
таллом. Такие покрытия содержат
40—50% рения, 40—45% кобальта и
5—20% никеля. Их микротвердость
составляет 530—600. Они коррозион-
но-устойчивы в обычной атмосфере и
тропических условиях.
При длительном использовании ам-
монийно-сульфатного электролита
имеет место гидролиз раствора из-за
подщелачивания его: величина pH
вблизи катода изменяется от 3 до 9.
Введение в электролит лимонной ки-
слоты позволяет устранить гидролиз,
но при этом затрудняется разряд ио-
нов кобальта и содержание его в сплаве
уменьшается. В таких случаях необ-
ходимо увеличивать концентрацию ко-
бальта или уменьшать концентрацию
рения в электролите.
За рубежом применяют электролити-
ческое осаждение сплава Re—Ag. Так,
в США для этой цели служит элект-
ролит, содержащий (г/л): NaReO4 1—
2, AgCN 4—6, KCN 65-75, K2COS 15—
20. Покрытия таким сплавом приме-
няют в электротехнике.
Рениевые покрытия имеют неиска-
женную ячейку с параметрами а =
= 2,760- IO"10 м и с = 4,458-10"« м.
Размер зерен у блестящих рениевых
покрытий составляет 0,01—0,05 мкм,
а у матовых 0,1—0,5 мкм. Размер
кристаллов гексагональной огранки
зависит от материала основы. Так,
на молибденовой подложке их раз-
мер 0,3 мкм, на пермаллое 10 мкм, а
на меди — 300 мкм.
Покрытия черным рением обладают
удовлетворительной электропровод-
ностью и высоким коэффициентом све-
110 Покрытия редкими металлами и сплавами
топоглощения (92—95%). Такие по-
крытия можно наносить непосред-
ственно на медь и ее сплавы, молиб-
ден и вольфрам. Черный рений, как
и черный хром, являясь продуктом
промежуточного восстановления пер-
ренат-ионов, представляет собой ге-
терогенную фазу, содержащую на-
ряду с металлом оксидно-гидрооксид-
ное соединение рения низких валент-
ностей. При этом в электролитическом
покрытии рений имеет параметры ре-
шетки а = 2,760- 10-1° м и с —
— 4,458- 10-и м, а валентность рения
в продуктах промежуточного восста-
новления равна трем.
Для осаждения покрытий черным ре-
нием используют электролит, содер-
жащий (г/л): перренат аммония 2—
10, кислоту плавиковую 5—50, натр
едкий 20—50, тиомочевину 0,01—0,1.
Режим электролиза: температура элек-
тролита 40—50 °C, tR = 3-5-5 А/дм*,
аноды — из платины, скорость осаж-
дения 0,2—0,4 мкм/мин, pH = 3-5-11.
ПОКРЫТИЯ ХРОМОМ
ГЛАВА О и Его СПЛАВАМИ
ВИДЫ, СВОЙСТВА И
ПРИМЕНЕНИЕ ХРОМОВЫХ
ПОКРЫТИЙ
Основные виды хромовых покрытий:
молочное, блестящее, матовое и чер-
ное. Покрытия хромом характери-
зуются высокой химической стой-
костью, термостойкостью, склон-
ностью к пассивированию на воздухе,
устойчивостью в условиях тропиче-
ского климата, способностью к рас-
трескиванию в виде сетки и неравно-
мерностью распределения по поверх-
ности.
Защитно-декоративные хромовые
покрытия характеризуются стабиль-
ной отражательной способностью (68—
70%), высокой коррозионной стой-
костью в среде, содержащей сернистые
соединения, устойчивостью к неоргани-
ческим кислотам (за исключением со-
ляной кислоты). Цвет защитно-декора-
тивных покрытий (без полирования)
серебристо-стальной, а с полирова-
нием — серебристый с синеватым от-
ливом.
В зависимости от режима электро-
осаждения хромовое покрытие может
быть блестящим, матовым или по-
ристым. Блестящее покрытие имеет
твердость HV = 700-5-800. Поры у
такого покрытия отсутствуют. По-
ристое покрытие имеет такую же твер-
дость, как и блестящее, и обладает
способностью задерживать смазку в
слое покрытия. Электротвердость мо-
лочного покрытия 400—500. Такое
покрытие полируется легче, чем осад-
ки блестящего хрома. Черное хромо-
вое покрытие характеризуется высо-
кой светопоглощающей способностью.
Износостойкость его такая же, как и
блестящего, а коррозионная стойкость
в 2 раза выше. Такое покрытие содер-
жит 56% Сг, 0,4% Ni, 0,1% С,
1,25% Н и более 26% кислорода.
Коэффициент отражения черных хро-
мовых покрытий 3,0—3,5.
Для получения твердого покрытия
(матового или блестящего) хром нано-
сят послойно и на растрескивающийся
слой при этом накладывается новый
слой, закрывающий трещины в пре-
дыдущем слое. Напряжение сжатия
в покрытии возникает при толщине
более 50 мкм. При переменных на-
грузках такие покрытия уменьшают
(иногда до 70%) прочность стальных
(особенно углеродистых) деталей. При-
чинами этого могут служить хруп-
кость основного металла в результате
диффузии атомарного водорода, соб-
ственное напряжение покрытий и др.
В отличие от других металлопокрытий
для хромовых существует определен-
ная зависимость между снижением
предела выносливости и толщиной
покрытия. С увеличением толщины
покрытия предел выносливости сни-
жается, например при 30—150 мкм —
от 28 до 15%. С увеличением катодной
плотности тока от 25 до 100 А/дм2 он
резко снижается.
Хромовые покрытия жароустойчи-
вы, они начинают изменять свой цвет
при температуре выше 500 °C. Сопро-
тивление механическому изнашиванию
хромированных деталей увеличивается
в 5—10 раз. В отличие от других
металлопокрытий, хромовые полу-
чаются блестящими в слоях значи-
тельной толщины даже без введения
в электролит блескообразователей. При
нагревании гальванического хрома
твердость его падает при 370—400 °C
только в течение первого часа нагрева.
Часть водорода внедряется в кристал-
лическую решетку хромовых покры-
тий и удаляется из нее только при
температуре рекристаллизации 900 °C.
пя
Покрытия хромом ч его сплавами
Рис. 44. Схемы кристаллических решеток
металлов:
I — ромбическая; II — тетрагональная;
III — кубическая; IV — гексагональная;
V — ромбоэдрическая; VI — кубическая
объемно-центрированная; VII — кубиче-
ская гранецентрированная; VIII •— ком-
пактная гексагональная
Поэтому считают, что очень высокая
твердость электролитического хрома
связана с искажением решетки и вну-
тренними напряжениями, вызванны-
ми внедрением водородных атомов.
Параметры решетки у хромовых по-
крытий, полученных электрохими-
ческим способом, на 0,15—0,20% боль-
ше параметров металлургического хро-
ма (2,870- IO"10 м).
Появление сетки трещин у хромовых
покрытий, а также падение твердости
в процессе их термостатирования свя-
зывают и с тем. что помимо устойчи-
вой пространственно-центрированной
кубической решетки (рис. 44) электро-
литический кром может иметь неус-
тойчивую плотноупакованную (ком-
пактную) гексагональную решетку и
решетку типа а—Мп (пространственно-
центрированная решетка с 58 атомами
в элементарной ячейке). Такие неус-
тойчгвь'е модификации в металлурги-
ческом хроме не обнаружены.
С повышением температуры хроми-
рования количество трещин в покры-
тии уменьшается, но глубина их за-
метно возрастает (трещины доходят
до основного металла). При темпера-
туре выше 75 °C хромовые осадки по-
лучаются без трещин. Их истирание
протекает по обычному механизму
окислительного изнашивания и ха-
рактеризуется пропорциональностью
между показателями твердости и из-
носостойкости. Такие покрытия можно
получать из универсальных и разбав-
ленных электролитов при 75 °C и
fK = 90 А/дм2.
МЕХАНИЗМ КАТОДНОГО
ВОССТАНОВЛЕНИЯ ХРОМА
При восстановлении хромовой кислоты
до металла на катоде могут образовы-
ваться пленки двух видов: первичная и
вторичная. Первичная пленка состоит
из продуктов взаимодействия металла
катода с хромовой кислотой, которая
образуется на его поверхности еще до
включения тока. При разряде ионов
водорода она разрушается, а в ре-
зультате подщелачивания прикатод-
ного слоя выпадает коллоидный гидро-
оксид трехвалентного хрома, который,
взаимодействуя с хромовой кислотой,
образует вторичную пленку. В про-
цессе электролиза вторичная пленка
находится в состоянии непрерывного
разрушения и становления.
Каталитическое действие посторон-
них анионов на скорость общего про-
цесса электролитического восстановле-
ния хромовой кислоты до Crs+ и
металла объясняется проникновением
анлонсв во внутреннюю сферу трех-
валентных аквокомплексов хрома
Сг (Н2О)|+ и замещением в них моле-
кул воды. К посторонним анионам,
способствующим возникновению актив-
ных центров осаждения хрома на ка-
Составы электролитов и режимы хромирования
ИЗ
Рис. 45. Кривые прямой (I) и обратной (2)
катодной поляризации из алектролиа, со-
держащего 250 г/л СгОа, 2,5 г/л SO2- (тем-
пература 00 °C)
тоде, могут быть отнесены анионы
SO|“, Cl", F- и другие, входящие в
состав электролитов хромирования.
При наличии серной кислоты в
электролите скорость реакции вос-
становления хромовой кислоты для
разных металлов различна, что объ-
ясняется физико-химическими свой-
ствами оксидной пленки, возникаю-
щей на катоде. На поверхности титана
она менее пориста, чем на стали, что
вызывает сдвиг потенциала реакции
неполного восстановления хромовой
кислоты в сторону отрицательных зна-
чений. На титане водород выделяется
при ф = —0,626 В, а на стали при
ф = —0,78 В.
При снижении поляризации кине-
тика этой реакции изменяется (обрат-
ный ход). Значение предельного тока
оказывается меньшим, чем при пря-
мом снятии катодной поляризации
(рис. 45), так как хром покрывается
оксидной пленкой в результате взаимо-
действия с хромовой кислотой. Зна-
чит, оксидная пленка на свежеосаж-
денном хроме регулирует кинетику
катодных реакций. При inp (пре-
дельный ток) эта пленка разрушается.
При погружении катода или деталей
в раствор хромирования на их по-
верхности моментально образуется пер-
вичная пассивирующаяся пленка, спо-
собная адсорбировать анионы хро-
мовой кислоты.
У катода зарождаются мелкодис-
персные положительно заряженные ча-
стицы Сг(ОН)>, адсорбирующиеся на
поверхности катода. Поэтому на пер-
вичную пленку начинает наклады-
ваться вторичная катодная пленка,
вызывающая быстрое повышение по-
тенциала до разряда ионов Н+. С обра-
зованием вторичной катодной пленки
и повышением скорости разряда
ионов Н+, а также выделением метал-
лического хрома, устанавливается по-
тенциал катода, почти одинаковый
для всех металлов (—0,75 4 0,85 В).
На втором этапе катодного процесса
наряду с непосредственным разрядом
ионов водорода происходит электро-
химическое восстановление хрома из
компонентов пленки, соприкасаю-
щейся с металлом катода, например
Сг(ОН)8.
СОСТАВЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ
И РЕЖИМЫ ХРОМИРОВАНИЯ
Для осаждения блестящего хрома на
различные стали, медь, никель и дру-
гие металлы с подслоем меди или ни-
келя рекомендуется использовать
электролит, содержащий (г/л): ангид-
рид хромовый 200—400, добавку Ли-
меда Х80 10—20, температура элек-
тролита 18—50 °C, »к= 24-70 А/дм2,
скорость осаждения 0,1—0,7 мкм/мин;
аноды — из сплава свинец—олово
(93 г/см8). Покрытие обладает значи-
тельной микротрещиноватостью.
Для получения покрытий блестяще-
го и беспористого хрома применяют
электролит (г/л): СгОа 230—250, SrSO<
1,5—2,0, KaSiFe 3—5. Температура
60—65 °C, iK = 204-25 А/дм2, ско-
рость осаждения 0,1 мкм/мин, аноды
из сплава Pb—Sh (90 г/см8) или свин-
ца марки СО. Такой электролит на-
зывается саморегулирующимся. Кон-
центрация ионов (SO4)2- регулируется
автоматически посредством ограниче-
ний растворимости сульфата строн-
ция, вводимого в электролит в виде
твердой фазы. В таком электролите
соотношение концентрации CrOj и
катализатора (SOj- + SiFj) должно
находиться в пределах 92 : 1—140 : 1.
С увеличением температуры электро-
лита от 50 до 65 °C осадки получаются
менее пористыми, но полублестящими
или матовыми, а при содержании
KsSiFe, равном 4,5 г/л, — с трещи-
114
Покрытия хромом и его сплавами
Рис. 4в. Зависимость выхода по току от
концентрации ионов SO2- (/) и SlF|-(2)
(содержание СгО, 240 г/л, температура
алектролита 70 °C и („ = 1 А/дм!)
нами. С увеличением содержания суль-
фат-ионов (в обычном электролите
хромирования) структура осадков из-
меняется от волокнисто-столбчатой до
слоистой.
При понижении температуры или
повышении /к осаждающийся металл
растрескивается. Как видно на рис. 46,
с увеличением концентрации SO|_
значительно интенсивнее повышается
Т]к> чем при увеличении концентрации
SiFfj-, и ухудшается процесс кристал-
лизации. Внешний вид хромовых по-
крытий зависит от природы металла
основы и метода обработки его по-
верхности. На стали и цинковых спла-
вах осаждаются более матовые по-
крытия (даже на полированной по-
верхности), чем на меди или никеле
при равных условиях электролиза и
шероховатости исходной поверхности
деталей.
Для получения защитно-декоратив-
ных и износостойких покрытий приме-
няют электролит состава (г/л): ангид-
рид хромовый 270—350, добавка
ДХТИ — хром 11 (или ДХТИ-11)
8—10. Температура электролита 40—
60 °C, iK = 5-5-80 А/дм2, скорость оса-
ждения хрома 0,1—0,8 мкм/мин, ано-
ды — из сплава РЬ—Sn (93 г/см3) или
свинца марки СО. При этом получают-
ся качественные хромовые покрытия
на стали, меди, никеле, алюминии и
других металлах с подслоем меди
или никеля.
Для получения покрытий твердым
хромом (при обработке деталей на-
сыпью) применяют электролит, со-
держащий (г/л): ангидрид хромовый
140—170, стронций сернокислый 6—
8. Температура электролита 50—70 °C,
Кк = 304-60 А/дм2, скорость осажде-
ния 0,7—1,0 мкм/мин. Обработку ве-
дут при перемешивании электролита
сжатым воздухом. Аноды — из спла-
ва РЬ—Sn (90 г/см3) или свинца мар-
ки СО.
Для осаждения микротрещиновато-
го хрома по обычному хрому исполь-
зуют электролит (г/л): хромовая кис-
лота 250—270, кремнефтористоводо-
родная кислота 0,5—0,7, серная кис-
лота 1,5—2,0, селенат натрия 0,015,
трехвалентный хром 0,5—1,0. Темпе-
ратура электролита 50—55 °C, iK —
= 254-50 А/дм2, скорость осаждения
0,1—0,25 мкм/мин. Аноды — из спла-
ва Pb—Sn (93 г/см3). На 1 см2 поверх-
ности покрытия образуется не ме-
нее 500—700 пересекающихся трещин.
Покрытия черным хромом на сталь,
титан, медные сплавы (с подслоем
меди или никеля) осаждают из элек-
тролита (г/л): СгО8 250—300,
Fe2(C2O4)6- 5Н2О 50—60 и Na3AlFe 0,2—
0,3. Температура электролита 15—
20 °C, выдержка 15—30 мин, iK =
= 5ч-15 А/дм2. В начале электролиза
повышение силы тока 35—40 А/дм2
(в течение 1—2 мин).
Для этой же цели применяют и
электролит состава (г/л): ангидрид
хромовый 150—400, хром (3) азотно-
кислый 9-водный 3—7, алюминий фто-
ристый 2—5, кислота борная 8—20.
Температура электролита 10—30 °C,
iK = 154-30 А/дм2, время выдержки —
в зависимости от толщины покрытия.
При iK = 20 А/дм2 осаждается 5 мкм/ч.
Аноды — из свинца марки СО. Хро-
мирование ведут при перемешивании
электролита и с применением «толчка»
в течение 1—2 мин при iK — 40 А/дм2.
Детали, не работающие в вакууме
и при повышенных температурах, после
черного хромирования пропитывают
индустриальным маслом. Черные хро-
мовые покрытия можно осаждать так-
же на такие металлы (покрытия), как
хром, серебро, олово, цинк и их спла-
вы. Электролиты для черного хроми-
рования должны быть тщательно очи-
Особые случаи хромирования
ПВ
щены от сульфатов. Содержание Сга+
ионов следует поддерживать в них
за счет изменения соотношения Sa : SK
в пределах 1—1,5. С увеличением этого
соотношения содержание Ст8* умень-
шается. Выход хрома по току (в
электролите, содержащем NasAlFe) при
изменении in несколько повышается
(до i„ = 70 А/дм2) и составляет при-
мерно 0,35 мкм/мин.
Токсичность и большие потери элек-
троэнергии в электролитах на основе
шестивалентного хрома делают их
малоперспективными для современной
технологии гальванотехники. Пер-
спективны для электролитического хро-
мирования нетоксичные растворы, со-
держащие соли трехвалентного хрома.
Основными компонентами таких элек-
тролитов являются: хлористый хром,
сульфосалициловая или аминоуксус-
ная кислота, поверхностно-активное
моющее средство. Для хромирования
серийных деталей разработан и внед-
рен на некоторых предприятиях элек-
тролит состава (г/л): хлорид хрома
10-водный 140—220, глицин 30—60,
мочевина 30—50, сульфасалициловая
кислота 80—110, сульфат железа (3)
6-водный 2—3, М-цетилпиридиний хло-
ристый 0,01—0,05. Режим электро-
лиза: температура 20—35 °C, pH =
= 1,84-2,4, iK = 34-18 А/дм2. Рас-
сеивающая способность электролита
30—50%, выход хрома по току 10—
25%. Осадки серые блестящие и полу-
блестящие. Аноды — из графита.
Для приготовления такого электро-
лита к насыщенному раствору хло-
ристого хрома небольшими порциями
при тщательном перемешивании при-
бавляют раствор всех остальных ком-
понентов, затем корректируют pH на-
сыщенным раствором КОН. Приго-
товленный электролит выдерживают
до нанесения покрытий в течение двух
суток, дополнительно корректируя его
pH (1—2 раза).
ОСОБЫЕ СЛУЧАИ
ХРОМИРОВАНИЯ
Высокоскоростное хромирование. Для
наращивания покрытий значительной
толщины применяют электролит (г/л):
ангидрид хромовый 350—400, натр
едкий 40—60, кислота серная 2,0—
29. Режим анодно-струйного
хромирования
20
50
60
100
Плотность
тока, А/дм*
50; 75; 100; 125; 150
44; 77; 108; 164
60; 85; ПО; 136
50 39; 70; 100; 160
60 50 31; 53; 75; 100; 122
2,5. Режим электролиза: температура
18—25 °C, 1К= 50=100 А/дм2. Ано-
ды — из сплава РЬ—Sn (77 г/см8).
Хром из такого электролита оса-
ждается с т]к = 304-33%. Покрытия
обладают меньшими внутренними на-
пряжениями, высокой микротвер-
достью и износостойкостью.
Для высокоскоростного хромирова-
ния применяют также электролит,
содержащий (г/л): ангидрид хромо-
вый 400—450, кальций углекислый
10—12, оксид магния 0,8—1,0. Темпе-
ратура электролита 20—25 °C, iK =
= 1004-140 А/дм2, скорость осажде-
ния 0,18—0,25 мм/ч. Микротвердость
покрытий достигает 1100 (при iK =
= 100 А/дм2). При введении в элек-
тролит MoSa (5—10 г/л) износостой-
кость покрытий при трении скольже-
ния (в паре с бронзами) увеличивается
до значений, характеризующих изно-
состойкость хрома в паре с чугуном.
При анодно-струйном хромировании
(осуществляют при катодной плот-
ности тока около 300 А/дм2; скорость
осаждения 0,3 мм/ч) используют элек-
тролит, содержащий (г/л): ангидрид
хромовый 220—250, кислоту серную
5—6. Режим электролиза указан в
табл. 29.
В большинстве случаев этот метод
кромирования применяют с целью
местного восстановления нарушенных
покрытий на крупногабаритных дета-
лях со сложным профилем. При повы-
шении 1„ необходимо увеличивать тем-
пературу и скорость протока. С уве-
личением скорости протока и повыше-
нием температуры улучшается равно-
116
Покрытия хромом и его сплавами
мерность осаждения хрома. С увеличе-
нием iK от 50 до 150 А/дм2 зернистость
осадков растет, а с повышением тем-
пературы от 50 до 65 °C и скорости
протока от 50 до 100 см/с — умень-
шается.
Наиболее оптимальное расстояние
между анодом и катодом при анодно-
струйном способе хромирования берут
равным 15—30 мм, а диаметр отвер-
стий в анодах 4—5 мм. Поверхность
отверстий должна составлять 20%
рабочей поверхности анода.
Хромирование с использованием ре-
верса. Осаждение покрытий ведут из
тетрахроматного электролита (г/л):
оксид хрома 350—380, натр едкий
50—60, кислота серная 2—2,5. Ре-
жим электролиза: температура 15—
25 °C, плотность тока прямого и обрат-
ного направления 60—120 А/дм2, ка-
тодный период 3—9 мин, анодный пе-
риод 3—9 с. С увеличением отноше-
ния времени выдержки на катоде к
времени выдержки на аноде (/,, : /а)
выход по току достигает максималь-
ного значения при tK : ta > 60. При
увеличении выдержки /к и /а возрастает
газонасыщение осадка. Максимальная
микротвердость хромовых покрытий
с применением реверса составляет 1100.
При этом осадки практически не
имеют трещин.
Ультразвуковое хромирование. Ос-
новным преимуществом такого про-
цесса является равномерная шерохо-
ватость поверхности покрытия (при
стационарном хромировании). Для
ультразвукового хромирования ис-
пользуют электролит (г/л): ангидрид
хромовый 360—400, кислота серная
1,5—2,5, натр едкий 40—60, сахар
1,5--2,0. Режим электролиза: темпе-
ратура 18—20 °C, интенсивность уль-
тразвука 1,25—1,50 Вт/см2, частота
ультразвука 18—25 кГц.
Ультразвук позволяет повысить ка-
тодную плотность тока до 200 А/дм2
(при обычных условиях iv 70 А/дм2),
что в свою очередь способствует уве-
личению производительности процес-
са хромирования. Кроме того, исполь-
зование ультразвука обеспечивает
осаждение более эластичных покры-
тий, обладающих лучшей адгезией
(в 2—4 раза) с основным металлом,
снижение внутренних напряжений в
1,5 раза, повышение износо- и корро-
зионной стойкости осадков и позво-
ляет отказаться от применения под-
слоя металлов перед хромированием.
Многослойные покрытия Си— NI—Сг.
Система хром—блестящий никель
имеет низкую коррозионную стой-
кость. Основная причина этого со-
стоит в том, что блестящий никель,
осаждаемый из электролита в присут-
ствии добавок, содержащих серу, яв-
ляется электрохимически более актив-
ным, чем матовый никель. Поэтому
между блестящим никелем и пассив-
ным пористым хромом в агрессивной
среде возникают короткозамкнутые ло-
кальные элементы, ускоряющие кор-
розию никелевого подслоя.
При наличии двух слоев никеля с
неодинаковой электрохимической
активностью в верхнем слое возникает
коррозия. Обычно коррозия начи-
нается с пор хрома и проникает в
глубь осадка до второго слоя никеля.
Наиболее коррозионно-стойкие по-
крытия получают при нанесении двой-
ного слоя никеля с соотношением по
толщине 90% полублестящего (мато-
вого) и 10% блестящего (на практике
применяется в большей мере соотно-
шение, равное 60 : 40). Для нанесения
нижнего слоя никеля используют элек-
тролит (г/л): никель сернокислый 240—
280, никель хлористый 40—50, кисло-
та борная 30—40, бутандиол—1,4
(35%-ный раствор) 0,5 мл/л, сульфоса-
лициловая кислота 0,5—1,0, форма-
лин (40%-ный раствор) 0,3—0,8 мл/л.
Режим электролиза: температура 50—
60 °C, pH = 44-5, /к = 24-7 А/дм2,
аноды — из никеля.
ПОКРЫТИЯ СПЛАВАМИ
НА ОСНОВЕ ХРОМА
Покрытия сплавом хром—молибден
осаждают из электролита (г/л): хро-
мовый ангидрид 250—260, кислота
серная 20—25, кислота молибдено-
вая 20—30. Режим электролиза: тем-
пература 40—45 °C, iK = 404-50 А/дм2,
скорость осаждения 0,8—1 мкм/мин,
аноды — из свинца . СО. При этом
получают качественные осадки, со-
держащие до 1% молибдена. Выход
по току таких покрытий в 2 раза
выше, чем при обычном кромирова-
Неполадки при хромировании
Ш
нии. Влияние молибденовой кислоты
и значений in на состав сплава и вы-
вод по току показано на рис. 47 и 48.
Покрытия сплавом хром—молибден
по коррозионным свойствам и внеш-
нему виду не уступают хромовым по-
крытиям, а по жаропрочности пре-
восходят их.
Покрытия сплавом Сг—Ni—Fe
обладают повышенной жаростойкостью
к окислению. Для получения таких
сплавов применяют электролит (г/л)3
ангидрид хромовый 200—250, каль-
ций углекислый 40—60, кальций сер-
нокислый 30—40, железо сернокислое
40—50, никель сернокислый 150—
200. Режим электролиза: температу-
ра 20—25 °C, iK = 84-12 А/дм2, pH =
= 0,24-0,5, аноды — из свинца, СО
или никеля. При этом на катоде
осаждаются качественные покрытия,
содержащие 93—94% Сг, 5—5,5% Fe
и 0,5—1% Ni. При толщине 20 мкм
(на стали) сплав выдерживает 300 ч
в среде соляного тумана без появления
очагов коррозии основы и изменения
внешнего вида.
Покрытия сплавом хром—ванадий.
Ванадий, соосаждаемый в хромовые
покрытия, способствует повышению
твердости и блеска покрытий, а также
увеличивает жаропрочность и корро-
вионную стойкость хромовых покры-
тий. Такие сплавы осаждают из элек-
тролита (г/л): хромовый ангидрид 250—
270, кислота ванадиевая 10—30, кис-
лота серная 3—5, органическая до-
бавка 3,5—4,0. Режим электролиза:
температура 50—70 °C, iK = 20-i-
30 А/дм2, аноды — из свинца СО,
скорость осаждения ~0,2 мкм/мин.
Покрытия осаждаются мелкокристал-
лическими, текстурированными. Вну-
тренние напряжения сплава хром—
ванадий при данных условиях элек-
тролиза составляют 1000—1300 МПа,
а их микротвердость 1150—1250. Такие
покрытия при толщине 5 мкм обеспе-
чивают антикоррозионную защиту
стальной подложки.
Композиционные покрытия на основе
хрома. Такие покрытия получают из
стандартных электролитов, содержа-
щих добавки порошков SiO2 (корунд
КО-7) или TiB2, ZrB2 и др. Так, на-
пример, для осаждения хрома непо-
средственно на алюминий применяют
Рис. 47. Влияние концентрации молибден
новой кислоты на содержание молибдена
в сплаве Сг—Мо
Рис. 48. Влияние концентрации молибде*
новой кислоты на выход по току
электролит (г/л): СгО3 150—200, H2SO4
0,5—1,5, SiO2 (аморфный или порошко-
образный субмикрометровых разме-
ров) 5—45. Режим электролиза: тем-
пература 40—75 °C, iK = 54-50 А/дм2,
продолжительность процесса 1—3 ч.
Вместо SiO2 можно добавлять борид
циркония или другое труднораствори-
мое вещество, например оксид титана
(размер частиц 0,1—0,5 мкм). Покры-
тия содержат 1,0—1,5% (объем, доля)
второй фазы. Они имеют повышенную
микротвердость по Кнуппу (1550—
2300).
НЕПОЛАДКИ ПРИ
ХРОМИРОВАНИИ
При отсутствии у деталей контакта
с подвеской или катодной штангой,
при малой плотности тока и наличии
на анодах оксидных хроматных пле-
нок, при окислении подслоя никеля
118
Покрытия хромом и его сплавами
во время полирования получают не-
равномерное хромовое покрытие; воз-
можно его полное отсутствие. Мато-
вость и пригары на покрытии возни-
кают при высокой плотности тока, не-
достаточной рассеивающей способности
электролита (следует применять за-
щитные катоды), при снижении или
повышении концентрации хромового
ангидрида или при недостатке кремне-
фтористого калия.
Причинами плохого осаждения или
полного отсутствия хрома в углубле-
ниях могут быть: недостаточная плот-
ность тока, плохой контакт или неудач-
ная конструкция подвески, а также
избыток серной кислоты или наличие
газовых пузырей. Темные полосы и
точки на покрытии имеют место при
наличии в металле пор и раковин;
при недостатке серной кислоты и боль-
шом выделении на катоде водорода,
а также при недостатке сернокислого
стронция.
Шелушение я шероховатость покры-
тия обусловлены плохой подготовкой
поверхности деталей перед хромиро-
ванием, при загрязнении электролита
твердыми частицами или органиче-
скими соединениями, при снижении
температуры электролита. Образова-
ние трещин в покрытии связано с на-
личием в стальных деталях темпера-
турных напряжений, возникающих в
результате закалки.
Помимо указанных недостатков и
неполадок, возникающих при хроми-
ровании, следует отметить влияние
некоторых металлов и веществ на
процесс хромирования или состав по-
лучаемых осадков. Так, сернокислый
аммоний ухудшает рассеивающую спо-
собность электролита, но повышает
стойкость покрытий к изнашиванию,
блеск и эластичность хромовых осад-
ков. Углекислый кобальт несколько
улучшает рассеивающую способность,
но ухудшает внешний вид покрытий.
Соли ртути улучшают рассеивающую
способность электролита и повышают
твердость хромовых покрытий. Фто-
ристый стронций повышает твердость
осадков, но уменьшает их блеск.
Сульфаминовая кислота повышает ме-
ханические свойства хромовых покры-
тий . Пиридин и диметиламин улучшают
рассеивающую способность электро-
лита и увеличивают твердость и со-
противление изнашиванию хромовых
осадков.
При длительной работе свинцовых
анодов в электролите постепенно на-
капливается хромат свинца, выпадаю-
щий на дно ванны в виде шлама.
Поэтому для повышения механической
прочности и коррозионной стойкости
анодов в свинец добавляют 6% сурь-
мы или олова. Известны свинцовые
аноды, содержащие в качестве леги-
рующей добавки 2% Sb -|- 2% Ag.
Новые аноды следует вводить в
электролит под током. Для обеспече-
ния контакта анодов со штангой ванны
целесообразно использовать медную
пластину, покрытую свинцом (тол-
щина слоя 50—100 мкм). Для улучше-
ния рассеивающей способности серно-
кислых электролитов одновременно с
анодами из сплава РЬ—Sb—Ag реко-
мендуется завешивать аноды из армко-
железа. В случае применения сталь-
ных анодов содержание железа в
хромовом электролите не должно быть
более 10 г/л при декоративном и ме-
нее 30 г/л при твердом хромировании,
так как примеси железа ухудшают
свойства и внешний вид хромовых по-
крытий.
Помимо свинца и его сплавов с оло-
вом, сурьмой или серебром в качестве
нерастворимых анодов при хромиро-
вании в технически обоснованных слу-
чаях может быть применена и пла-
тина (в полном смысле нерастворимой
в хромовых электролитах является
только платина).
На свинцовых анодах, особенно при
частых и продолжительных переры-
вах в работе, образуется твердая кор-
ка хромовокислого свинца, которая
оказывает при электролизе значи-
тельное сопротивление прохождению
тока, а следовательно, повышает ра-
бочее напряжение. Во избежание обра-
зования такой корки рекомендуется на
ночь оставлять аноды в воде, а для
снятия уже образовавшейся корки
применять чистку стальной щеткой
или травлением в растворе слабой со-
ляной кислоты. Для хромирования
больших поверхностей применяют ано-
ды в виде свинцовых листов, просвер-
ленных в нескольких местах для сво-
бодной циркуляции электролита.
Неполадки при хромировании
119
На свинцовых анодах происходит
выделение кислорода и окисление Сг8+.
В процессе электролиза их поверх-
ность покрывается слоем перекиси
свинца РЬО2, которая является ката-
лизатором процесса окисления трех-
валентного хрома, а также защищает
свинец от дальнейшего разрушения.
При определенном соотношении Sa : SK
можно достичь равновесия, при ко-
тором на аноде будет окисляться та-
кое количество трехвалентного хрома,
какое попадает в электролит из ка-
тодной зоны. Чем больше Sa, тем с
большим выходом по току окисляется
трехвалентный хром. В нормально
работающих ваннах рекомендуется под-
держивать соотношение Sa : SK (анод-
ной поверхности к катодной) в пре-
делах 1 : 2—2 : 3.
Некачественные хромовые покрытия
удаляют погружением в соляную кис-
лоту или ее раствор, либо в щелочной
электролит. Однако растворы соляной
кислоты вызывают растрескивание ста-
ли (особенно легированной и высоко-
углеродистой), поэтому хромовые по-
крытия большой толщины следует уда-
лять анодным растворением.
Для снятия хрома со стали, меди,
латуни и никеля применяют 5—20%-
ный раствор соляной кислоты при 20—
70 °C в зависимости от толщины по-
крытия и вида подложки. При этом
скорость растворения хрома состав-
ляет около 100—200 мкм/ч. С никеле-
вого подслоя и легированных сталей
хром снимают в растворе NaOH (150—
200 г/л) на аноде при температуре 20—
30°C и напряжении 4 В; катодами
служит обычная сталь.
Для удаления хрома с цинкового
литья применяют раствор, содержа-
щий (г/л): Na2S (20—30) и NaOH (20—
30) при температуре 20—25 °C и
анодной плотности тока 1—2 А/дм2.
Для ускорения растворения хромо-
вого покрытия его активируют путем
контактирования с более отрицатель-
ным металлом, например алюминием,
или изделие присоединяют к отри-
цательному полюсу (катоду) источни-
ка постоянного тока на 15—30 с при
напряжении -~3 В; анодами служит
свинец или уголь.
Q ПОКРЫТИЯ МАРГАНЦЕМ,
ГЛАВА СГ ЖЕЛЕЗОМ, КОБАЛЬТОМ
И ИХ СПЛАВАМИ
ПОКРЫТИЯ МАРГАНЦЕМ
По своим физико-химическим свой-
ствам марганец близок к железу.
Марганцевые покрытия имеют серый
цвет с красноватым оттенком и темпе-
ратуру плавления 1260 °C. Качествен-
ные полублестящие покрытия марган-
цем можно получать толщиной до
1,5 мм. В основном их применяют для
специальных целей.
Для осаждения марганца исполь-
зуют сульфатный электролит, кото-
рый готовят из электролитического
марганца посредством обезвоженной
серной кислоты и газообразного аммиа-
ка. Состав электролита (г/л): марга-
нец 50—75, сульфат аммония 150—
200. Режим электролиза: температура
15—25 °C, pH = 9,7-4-10,5, iK = 5-4-
10 А/дм2, аноды — из платины или
графита. Ионы аммония превращают-
ся при выделении водорода в гидрат
аммиака и подавляют диссоциацию
аммиачных комплексов марганца, спо-
собных разряжаться на катоде.
Без сульфата аммония осаждение
марганца невозможно, так как проис-
ходит загрязнение катодного осадка
гидратом или оксидом марганца.
Максимум марганца, переходящего
в осадок, наблюдается при pH = 9,5 и
содержании в электролите 1 н. суль-
фата марганца и 1 н. сульфата аммо-
ния. Чем выше концентрация аммиака
в электролите, тем больше значение
отрицательного потенциала восста-
новления марганца. Такая же зави-
симость имеет место и при увеличении
времени электролиза. ЭтилеНдиамин,
как и аммиак, является слабым осно-
ванием и способен обеспечивать элек-
тролиз марганца в приведенном со-
ставе электролита. Для предотвраще-
ния окисления марганца в момент
введения втилендиамина (10 н.) в
электролит следует вводить соляно-
кислый или сернокислый гидрокси-
ламин (0,5 г/л).
Покрытия изэтилендиаминовых элек-
тролитов представляют у-модифи на-
цию марганца, не содержат гидраты и
имеют правильную кристаллическую
структуру. При введении в такие
электролиты сульфитной серы (0,1—
0,2 г/л SO2) выделяется у-марганец
(как и в аммонийных электролитах).
Применяют также и электролит, со-
держащий (г/л): сернокислый марга-
нец 180—250, сернокислый аммоний
140—150, кислоту щавелевую 15—20,
кислоту селенистую 0,1—0,2, моющее
средство «Прогресс» 0,3—0,5. Режим
электролиза: температура электроли-
та 15—25 °C, pH = 64-7, tK= 10 4-
15 AJpfi9, т)к = 90-4-95%, аноды —
из платины или графита. Для под-
держания pH и состава электролита
на дно ванны помещают металличе-
ский марганец (мелкоизмельченный).
Если вместо селенистой кислоты вво-
дить селенат аммония (NH<)2SeO4 (0,5—
5 г/л), то можно получить блестящее
покрытие толщиной до 1 мм. При фос-
фатировании марганцевых покрытий
значительно повышается их корро-
зионная стойкость.
Марганцевые покрытия можно оса-
ждать и из формиатного электролита
(г/л): Мп(НСОО)2 33—35, HCOONH4
50, HjjSeOj 0,1. Режим электролиза:
температура 15—25 °C, tK = 2-4-
5 А/дм2, pH = 7,5. При iK более
2 А/дм2 содержание селена в осадках
уменьшается до 0,5%. В покрытии
селен находится в виде MnSe и только
незначительное его количество — в ви-
де элементарного селена. Уменьшение
селена в осадках с увеличением ZH
объясняется малой концентрацией
HjSeOs и достижением предельной
температуры электролита (50 °C). По-
Железнение
121
вышение iK (от 2 до 5 А/дм3) способ-
ствует резкому увеличению т;к (от 10
до 40%). При введении HaSeO3 наблю-
дается падение т]к от 80 до 40%. Сред-
ний выход по току составляет 60%
при iK — 24-4 А/дм1, pH = 7,5, тем-
пературе 20 °C и содержании HsSeOa,
равном 0,1 г/л.
В серийном производстве применяют
влектролит-коллоид, содержащий (г/л):
сульфат марганца 5-водный 100—250,
сульфат аммония 30—50, при темпе-
ратуре 15—25 °C, «и = 104-30 А/дм1.
Дисперсные частицы в таком электро-
лите заряжаются положительно за
счет преимущественной адсорбции
ионов водорода, притягиваются к ка-
тоду и, участвуя в процессе разряда,
приводят к интенсификации процесса
осаждения марганца. Аноды — из пла-
тины или графита. Катодный выход
по току 70—80%.
Покрытия сплавом Мп—Со с со-
держанием до 50% марганца осаждают
из электролита (г/л): марганец серно-
кислый 250—300, кобальт сернокис-
лый 15—20, аммоний сернокислый
75—85. Режим электролиза: темпера-
тура 20—25 °C; /и = 44-5 А/дм1, pH =
= 44-5, анод — из платины или свин-
ца. Электролиз ведут с разделением
катодного и анодного пространства диа-
фрагмой.
Сплав марганец—никель, содер-
жащий до 50% марганца, осаждают
из электролита (г/л): марганец серно-
кислый 200—250, аммоний сернокис-
лый 75—90, никель сернокислый 20—
25, кислота селенистая 0,1. Режим
электролиза: температура 18—20 °C,
iK — 34-5 А/дм1, pH = 6,04-6,5, ано-
ды из свинца. Добавка селенистой
кислоты способствует увеличению ка-
тодного выхода по току.
ЖЕЛЕЗНЕНИЕ
Железнение (осталивание) в большин-
стве случаев применяют для восста-
новления размеров дорогостоящих де-
талей или изделий, а также для по-
лучения коррозионно-стойких покры-
тий. Защитно-декоративными свой-
ствами железные покрытия практи-
чески не обладают. По своей твердости
электролитический покрытия железом
уступают хромовым покрытиям, но
вначительно тверже, чем металлурги-
ческое железо. Их твердость при тол-
щине слоя до 3 мкм может достигать
700 кгс/мм1.
Вследствие низкой стоимости же-
лезные покрытия применяют для по-
вышения износостойкости типограф-
ских медных клише; для покрытия
пластинок из твердого сплава перед
креплением их к державкам резцов
или фрез; для нанесения промежуточ-
ных слоев на чугун перед цинкованием
или лужением (толщина слоя 5—
15 мкм) и т. д.
Решающим фактором при железне-
нии стальных деталей является проч-
ное сцепление покрытия с основой.
При подготовке стальных деталей под
железнение следует учитывать, что
перлит растворяется медленнее, чем
мартенсит или троостит, которые, вы-
тесняя водород из электролита, всту-
пают во взаимодействие с кислородом.
Прочность железных покрытий опре-
деляется структурой, которая зави-
сит от условий и режимов электролиза.
Так, осаждение твердого железа со-
провождается формированием растя-
гивающих напряжений в осадке с
образованием трещин. Сквозные тре-
щины образуются при микротвердости
свыше 300. При HV более 320 в струк-
туре таких покрытий появляются раз-
ветвленные трещины, более энерго-
емкие, чем сквозные. Повышение мик-
ротвердости (более 400) приводит к
образованию равномерно распределен-
ных трещин длиной 40—60 мм (корот-
кие трещины). Дальнейшее увеличе-
ние микротвердости (до 600) вызывает
уменьшение длины трещин и увели-
чение их количества.
Водород — один из факторов, влия-
ющих на формирование железных по-
крытий; он препятствует росту кри-
сталлов, измельчая субмикрострукту-
ру. Электролитические осадки железа
из сернокислых и хлоридных электро-
литов имеют ориентацию кристаллов
по осям (111) и (001). В отдельных
случаях у них появляется дополни-
тельная ось ориентации (112). Для
каждого электролита существует опти-
мальная плотность тока, позволяющая
получать наиболее выраженную ориен-
тацию.
122
Покрытия марганцем, железом, кобальтом а их сплавами
Рис. 49. Зависимость катодной поляриза-
ции (НС1 = 2,56 г/л) от скорости протека-*
ния электролита (см/с):
1 — 0; 2 — б; 3 — 16: 4 — 25; 5 ~ 35
Для износостойкого железнения де-
талей применяют электролит (г/л):
железо хлористое 350—450, кислота
соляная 2—3. Режим электролиза: тем-
пература 60—70 °C, iK = 54-20 А/дм2,
напряжение 12 В, аноды — стальные
полосы в чехлах из стеклоткани мар-
ки ТСФ-9л. Перед железнением ре-
комендуется проводить активизацию
на аноде в растворах серной кислоты
(350—370 г/л) при температуре 15—
30 °C, la = 404-60 А/дм2 в течение
1 мин — для стальных деталей, или
/а — 154-20 А/дм2 — для чугунных.
Рекомендуется также в ванне же-
лезнения детали выдерживать без тока
в течение 10—30 с с целью прогрева
и разрушения пассивной пленки (осо-
бенно на закаленных сталях); затем
подвеску с деталями установить на
катодной штанге при iK = 34-5 А/дм2
и в течение 10 мин значение iK до-
вести до 10—20 А/дм2.
Такие условия электролиза позво-
ляют получать покрытия с микро-
твердостью 600—650. В случае необхо-
димости получения более мягких же-
лезных покрытий (микротвердость
180—200) концентрацию хлористого
железа следует увеличить до 600—
650 г/л. С повышением температуры
уменьшается наводороживание и уве-
личивается выход по току газообраз-
ного водорода, выделяющегося в виде
пузырьков на катоде.
С повышением температуры блоки-
рующее влияние водорода умень-
шается, следовательно, облегчаются
условия формирования железных по-
крытий. Увеличение iK способствует
уменьшению наводороживания. С уве-
личением pH уменьшается катодный
выход по току для газообразного во-
дорода, что связано с уменьшением
концентрации ионов гидроксила у
поверхности катода. Таким образом,
водород является одним из основных
факторов, влияющих на формирование
железных покрытий (препятствует ро-
сту кристаллов и измельчает субмикро-
структуру).
Перспективным является проточное
осталивание деталей в электролите,
содержащем 650 г/л хлористого желе-
за, при температуре 80 °C- Скорость
протекания электролита в простран
стве между анодом и катодом 15 см/с;
концентрация соляной кислоты в элек-
тролите 2,0—2,5 г/л, катодная плот-
ность тока поддерживается в преде-
лах 40—60 А/дм2, расстояние между
анодом и катодом 2,5 мм. На катод-
ную поляризацию существенное влия-
ние оказывает скорость протекания
электролита (рис. 49).
Из проточного электролита осажде-
ние железа происходит при больших
положительных значениях потенциала,
чем в непроточном. Причиной этого
является уменьшение защелачивания
прикатодного слоя, что приводит к
снижению количества образующегося
гидрооксида железа и созданию усло-
вий для более интенсивного разряда
ионов железа и применения более вы-
соких плотностей тока. С возраста-
нием скорости движения электролита
от 0 до 5 см/с средний выход по току
увеличивается до 97,5% против 88%
в стационарных условиях (рис. 50).
С изменением скорости движения элек-
тролита от 5 до 25 см/с микротвер-
дость покрытия возрастает от 440
до 500 (при стационарном режиме
и 1К = 20 А/дм2 твердость равна 300—
400).
Мягкие и блестящие железные по-
крытия в качестве подслоя под ко-
бальт или никель получают из элек-
тролита (моль/л): FeSO4-7H!O 0,5,
кислота серная 0,037, кислота борная
0,5, (СгН6)МН-НС1 2. Режим электро-
лиза: температура 18—30 °C, iK —
= 14-3 А/дм?, аноды — из железа.
Железнение
123
Рис. 50. Зависимость катодного
выхода по току и твердости
осадков железа от скорости про*
текания электролита ==
с» 20 А/дм1, температура 80 °C»
НС1 = 2 г/л):
1 — катодный выход по току;
2 — твердость осадков; 3 —
скорость осаждения железа
Микротвердость таких осадков 280—
320. Катодный выход железа 93—
98%, а анодный ~100%; pH электро-
лита должно поддерживаться в пре-
делах 2,7—2,9. В процессе электро-
лиза на аноде возможно окисление
Fe2+ до Ре®+,что приводит к пятнисто-
сти или почернению катодных осад-
ков и появлению на аноде легко сни-
маемого шлама; поэтому аноды сле-
дует помещать в чехлы из хлорина
или стеклоткани. При использовании
анодов из армко-железа и стали, со-
держащей не более 1% углерода,
получаются лучшие результаты.
Так как соли Fe2+ легко окисляются
на воздухе, а оксидные соли подвер-
жены гидролизу при меньших зна-
чениях pH, чем закисные, то в элек-
тролите необходимо поддерживать
определенную кислотность, которая
зависит, в свою очередь, от темпера-
туры и iK. Чем выше температура и
больше tK, тем выше должна быть кис-
лотность. Недостаток свободной кис-
лоты в растворе приводит к образова-
нию хрупких осадков вследствие за-
грязнения их гидрооксидом железа.
Большой избыток кислоты вызывает
снижение т]к.
В горячих электролитах, работаю-
щих при 80—100 °C, значение pH
должно быть 1—2. Для поддержания
такого pH необходимо периодически
добавлять соответствующую кислоту.
В холодных и теплых растворах (не
выше 50 °C), работающих при pH 2,0,
можно применять добавки, придаю-
щие буферные свойства: соли аммония,
алюминия, калия, марганца, а также
органические кислоты — аминоуксус-
ную, аскорбиновую и другие.
Хорошими буферными свойствами
обладает борфтористоводородный
электролит, позволяющий применять
более высокую плотность тока, чем
в сернокислых или хлоридных рас-
творах при одинаковой температуре.
Такой электролит имеет состав (г/л):
железо борфтористоводородное 90—
ПО, кислота борфтористоводородная
3—4, железо сернокислое (закисное)
400—420. Режим электролиза: тем-
пература 20—70 °C, pH = 2,54-3,0,
«к = 3-5-10 А/дм2, т]к = 704-90%. Же-
лезные покрытия, осаждаемые при
таких условиях, имеют твердость 220—
330 кгс/мм2.
Осадки железа как из холодных,
так и из горячих электролитов полу-
чаются плотными и мелкозернистыми.
В зависимости от температуры и iK
они могут быть твердыми и мягкими.
Чем больше <и, тем (при прочих рав-
ных условиях электролиза) выше твер-
дость покрытия. При увеличении тем-
пературы твердость осадков умень-
шается; зато увеличивается их пла-
стичность. С увеличением содержания
кислоты в растворе осадки железа ста-
новятся более мягкими и гибкими;
твердость осадков снижается, а число
перегибов увеличивается. Вместе с
этим удлинение (%) при испытании
на разрыв повышается, а сопротивле-
ние разрыву уменьшается.
Интенсифицируется процесс желез-
нения в последнее время с помощью
ультразвука. Для осаждения желез-
ных покрытий с прямым использова-
124
Покрытия марганцем, железом, кобальтом а ах сплавами
нием ультразвука известен состав (г/л):
FeCl2-4H2O 200—600, НС1 (1,19 г/см4)
до pH = 0,54-1,2. Режим электро-
лиза: температура электролита 30—
50 °C, iK = 504-80 А/дм2, аноды —
из армко-железа; интенсивность коле-
баний ультразвука 1,0—1,2 Вт/см2;
скорость осаждения 1,2—1,3 мм/ч.
Отслаивание покрытий может про-
исходить из-за плохой подготовки де-
талей под железнение или перерыва
тока при электролизе. Темные осадки
на отдельных участках образуются
вследствие повышения кислотности
электролита или присутствия солей
меди, хрома или трехвалентного же-
леза (электролит необходимо прора-
ботать при iK = 0,84-1,0 А/дм2). Тем-
ные полосы на поверхности покрытия
или хрупкие осадки возникают вслед-
ствие попадания в электролит орга-
нических примесей (электролит сле-
дует отфильтровать через активиро-
ванный уголь и проработать при
iK = 1,54-2 А/дм2). Точечная пори-
стость (питтинг) образуется при за-
держке пузырьков водорода на по-
верхности деталей или повышенной
плотности электролита (необходимо из-
менить расположение деталей на под-
весках и псдщелачить электролит)
Шероховатость покрытия связана с
загрязнением электролита механиче-
скими примесями (электролит сле-
дует отфильтровать через стеклоткань).
Для удаления дефектных покрытий
применяют химический и электрохи-
мический способы В первом случае
железные покрытия растворяют по-
гружением деталей в соляную кис-
лоту, разбавленную водой (1 : 1) при
температуре 25—40 °C. При электро-
химическом способе покрытия уда-
ляют анодным растворением в элек-
тролите, содержащем 150—200 г/л
NaOH при температуре 180—300 °C и
анодной плотности тока, равной 10—
15 А/дм2.
ПОКРЫТИЯ СПЛАВАМИ
НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА
Покрытия железо—хром (10—30% Сг)
обладают высоким сопротивлением
окислению и коррозии. Для осажде-
ния таких покрытий применяют элек-
тролит (г/л): Cra(SO<)8-5H2O 150—160,
FeSO4-7H2O 30—50, NH2CH2COOH
140—150, Н2СгО< 0,5. Режим электро-
лиза: температура электролита 15—
25 °C, pH = 23, /„ = 74-12 А/дм2,
t]K = 204-25%, анод— из стали 12X17.
Свежеприготовленный электролит сле-
дует прокипятить и проработать в те-
чение 3—5 дней, так как образование
комплекса хрома с гликоколем тре-
бует определенного времени.
Для приготовления электролита в
дистиллированной воде растворяют
сульфат хрома зеленой модификации,
добавляют глико холь и полученный
раствор кипятят, в течение 30 мин,
затем охлаждают и добавляют серно-
кислое железо. Буферные свойства
электролита в процессе работы не
ухудшаются, так как гликоколь обе-
спечивает сохранение нужной кон-
центрации (кислотности). С увеличе-
нием содержания Cr2(SO4)8 количество
хрома в сплаве увеличивается с 4
до 22%, а т]к падает от 65 до 35%.
С увеличением концентрации сульфата
железа при тех же условиях электро-
лиза содержание железа в сплаве
увеличивается до 90% (от 60%), т]к
возрастает до 44%, но качество по-
крытия ухудшается. При содержании
железа в сплаве, равном 85—90%,
покрытие темнеет на воздухе и при
толщинах 15—20 мкм отслаивается
от подложки. Наилучший состав спла-
ва Fe—Сг обеспечивается при содержа-
нии в нем 25—35% хрома.
Для предотвращения гидролиза трех-
валентных солей железа, образующих-
ся при окислении Fe2+ кислородом
воздуха, в электролит добавляют ща-
велевую кислоту. Микротвердость по-
крытий Fe—Сг составляет 550—600.
Испытания таких покрытий в ту-
мане 3%-ного раствора NaCl при
30 °C указывают на то, что они имеют
более высокую стойкость к коррозии,
чем электролитическое железо. При
совместном осаждении железа и хро-
ма (рис. 51) скорость восстановления
ионов хрома несколько повышается,
а железа — резко уменьшается.
Для изготовления анодов вместо
стали 12X17 допускается применять
магнетит. Свинец не рекомендуется
использовать, так как он окисляется,
что приводит к резкому ухудшению
качества осадков и снижению qH.
Покрытия сплавами на основе железа
125
Анодные потенциалы стали 12X17 и
магнетита даже при малых «а сдви-
гаются в область положительных зна-
чений. С повышением ia скорость
растворения анодов уменьшается и
достигает минимума при 7 А/дм2.
Скорость растворения анода из стали
12X17 значительно выше, чем анода
из магнетита, при прочих равных усло-
виях электролиза (рис. 52). С увели-
чением »а количество хрома в элек-
тролите практически остается без из-
менения, а концентрация ионов же-
леза имеет минимальное значение при
»а = 8 А/дм2.
Для осаждения покрытий Fe—Сг
с меньшим содержанием хрома, ис-
пользуют электролит (моль/л): хло-
ристое железо 0,1—0,7, борная кис-
лота 0,15, хлористый натрий 0,4,
хлористый хром 0,1—0,7, гидрооксид
аммония 0,4, диметилформамид
400 мл/л. Режим электролиза: темпе-
ратура 20—40 °C, «к = 0,54-5,0 А/дм2,
pH = 1,04-2,5. Сплав содержит около
10% хрома. Такие покрытия толщи-
ной 50 мкм применяют для наращива-
ния валов, подшипников и других
изделий, подвергающихся трению в
процессе работы. Цвет покрытий свет-
ло-пепельный с блеском. При катод-
ной плотности тока более 7 А/дм2 по-
крытия становятся неравномерными
по толщине и структуре.
Покрытия сплавом Fe—Сг—Ni, со-
держащие 7—20% хрома, 5—30% ни-
келя (остальное — железо) осаждают
из электролита (г/л): хлорид железа
20—40, хлорид хрома 160—180, хло-
рид никеля 25—70, хлорид аммония
180—220. Режим электролиза: тем-
пература 20—30 °C, pH =1,94-2,1,
iK — 104-30 А/дм2, т]к — 304-40%, ано-
ды — из платины.
Для осаждения сплава Fe—Сг—N1
(с малым содержанием железа) за
рубежом применяют электролит (г/л):
никель сернокислый 150—200, анги-
дрид хромовый 200—250, железо сер-
нокислое 50—70, кальций углекис-
лый 50—60, кальций сернокислый 10—
15. Ретим электролиза: температура
18—25 °C, iK = 104-40 А/дм2, ано-
ды — из платинированного титана или
свинца. Состав покрытия: 6—10% же-
леза, 0,5—1% никеля, остальное —
хром.
Рис. 51. Катодная поляризация (совмест-
но с водородом):
1 — хрома при концентрации (г/л):
Сг, (SO,), 130 и NH,CH,COOH 150: 2 —
железа при концентрации (г/л): FeSO, 27
и NH,CH,COOH 150; 3 — сплава Fe—Сг
при концентрации (г/л): (Ст, (SO,), 130
FeSO, 27 и NH.CH.COOH 150
Сульфат кальция повышает рассеи-
вающую способность электролита и
предотвращает растрескивание покры-
тий, a CaCOs способствует увеличению
электропроводимости раствора. С по-
вышением iK и температуры электро-
литов (кроме сульфатного) увеличи-
вается Т)к. На никеле или хроме адге-
зия покрытий Fe—Ni—Сг лучше, чем
на стали. Отжиг покрытий при 1100 °C
в атмосфере аргона снижает их по-
ристость. В качестве добавок, умень-
шающих водородную хрупкость, при-
меняют сахарин (0,2—0,3 г/л) и Н-
толуолсульфонамин (0,25 г/л).
Рис. 62. Зависимость скорости растворения
анода (/, 2) и концентрации металлов (3, 4)
в электролите от анодной плотности тока:
/ — для стали Х17; 2 — для магнетита;
3 — концентрация железа; 4 — концен-
трация хрома
126
Покрытия марганцем, железом, кобальтом и их сплавами
Покрытия железо—фосфор перспек-
тивны для восстановления деталей ма-
шин и повышения их твердости. Оса-
ждение таких покрытий ведут в элек-
тролите (г/л): хлорид железа 150—
180, гипофосфат натрия 10—15, кис-
лота соляная до pH = 0,8. Режим
электролиза: температура 50—60 °C,
(к = 304-50 А/дц*, аноды — из стали
или платины, скорость осаждения 0,2—
0,3 мм/ч. Электролит позволяет полу-
чать качественные покрытия толщи-
ной до 1 мм. Содержание фосфора в
сплаве 8—10%, а микротвердость по-
крытий составляет 600—800. Увели-
чение iK приводит к получению осад-
ков с большим количеством трещин,
особенно при низкой концентрации
хлорида железа, высокой кислотности
и повышенной температуре электроли-
та. С увеличением iK микро твердости
покрытий повышается до 900. Гипо-
фосфит натрия существенно влияет на
качество покрытий. Лучшие резуль-
таты имеют место при содержании
гипофосфита натрия, равном 10—
20 г/л. Если его концентрация ме-
нее 7 г/л, то осадки имеют низкую
микротвердость и плохой внешний
вид. Кроме того, гипофосфит натрия
способствует восстановлению Fe3+ до
Fe®+.
Покрытия железо—углерод с незна-
чительными добавками легирующих
элементов по своему составу прибли-
жаются к углеродистым сталям. Для
восстановительного ремонта деталей
применяют электролит (г/л): железо
хлористое 450—500, натрий хлорис-
тый 80—100, кислота соляная 1,5—
3,5, глицерин 60—100, сахар 30—50.
Режим электролиза: температура 75—
85 °C, iK = 104-20 А/дм®, аноды —
из стали. Сплав содержит до 0,5%
углерода.
Добавка глицерина и сахара повы-
шает износостойкость покрытий Fe—С,
но отрицательно влияет на качество
сцепления покрытий с чугуном и
сталью. Поэтому покрытия следует
отпускать при 300—750 °C. При нагре-
ве до 700 °C полностью исчезает слои-
стость осадков Fe—С, а при 900 °C
происходит срастание покрытия с
основным металлом. После термообра-
ботки в масле покрытия (~0,7% Q
имеют микротвердость ~470.
Покрытия железо—никель по
сравнению с электролитическим желе-
зом имеют лучшую износостойкость
в равных условиях трения (при со-
держании 2,5—3% Ni их микротвер-
дость 450—470). Увеличение содержа-
ния никеля в сплаве и снижение мик-
ротвердости покрытий повышает
склонность к схватыванию. Для оса-
ждения покрытий Fe—Ni применяют
электролит, содержащий (г/л): хло-
рид железа 200—220, хлорид нике-
ля 15—35, кислоту соляную 0,8—1,0.
Режим электролиза: температура 7&—
85 °C, Гк = 354-40 А/дм®.
В условиях ремонтного производства
применяют электролит (г/л): хлорид
железа 300—350, хлорид никеля 20—
30, кислота соляная 1,5—2,0. Режим
электролиза: температура 70—80 °C,
lv = 54-100 А/дм®, выход по току 89—
95%. Содержание никеля в сплаве
10—20%. Такие покрытия имеют мик-
ротвердос-.ь 500—520, обладают повы-
шенной износо- и коррозионной стой-
костью в атмосферных условиях, а
также красивым внешним видом.
Покрытия железо—вольфрам оса-
дадают из электролита, содержащего
(г/л): хлористое железо ПО—120, Сор-
ную кислоту 16—18, фторборат же-
леза (в пересчете на металл) 100—ПО,
кремневольфрамовую кислоту 5—20.
Режим электролиза: температура 30—
40 °C, tK — 1,04-1,5 А/дм®. Содержа-
ние вольфрама в сплаве Fe—W со-
ставляет 4—5%. Покрытия исполь-
зуют для защиты от коррозии изде-
лий электронной техники.
КОБАЛЬТИРОВАННЕ
Кобальтовые покрытия по корро-
зионной стойкости практически не
отличаются от никелевых, но их стой-
кость к истиранию значительно боль-
ше, чем у последних. В виду высокой
стоимости кобальтовые покрытия для
антикоррозионных целей не приме-
няют, а используют при изготовлении
рефлекторов, зеркал, ювелирных изде-
лий, а также для специальных целей
(магнитная запись и др.).
В промышленности применяют
электролит (г/л): сульфат кобальта
450—500, натрий хлористый 15—20,
кислота борная 40—55. Режим влек-
Кобальтирование
127
тролиза: температура электролита 20—
40 °C, iK = 44-10 А/дм2, t]K = 954-
100%, аноды — из кобальта.
Для ускоренного кобальтирования
применяют сульфатный электролит,
содержащий (г/л): сернокислый ко-
бальт 280—330, кислоту муравьиную
64—66, натрий муравьинокислый 39—
42, натрий сернокислый 70—75, аммо-
ний сернокислый 3—4. Режим элек-
тролиза: те ипература 90—95 ’С, iK =
= 104-15 А/дм2, pH = 2,04-2,5, ско-
рость осаждения 2,5 мкм/мин, ано-
ды — из свинца. Микротвердость ко-
бальтовых покрытий при этом со-
ставляет 600—700.
С повышением температуры (бо-
лее 70 °C) облегчается катодный про-
цесс, так как происходит активирова-
ние поверхности из-за увеличения
скорости растворения или разруше-
ния адсорбционных оксидных слоев,
обусловливающих самопассивирование
кобальта. Чем выше iK, тем больше
сплошность покрытия. Но при низких
температурах (20—30 °C) с увеличе-
нием /к происходит рост кристаллов.
Это объясняется уменьшением ингиби-
рующего действия водорода, о чем сви-
детельствуют как увеличение т]к, так
и резкое уменьшение содержания во-
дорода в осадках. Микротвердость
покрытий с повышением температуры
значительно снижается (от 450 при
25 °C до 200 при 40 °C), но зато по-
вышается их пластичность (в серно-
кислом электролите).
Покрытия кобальт—вольфрам при-
меняют в качестве жаростойких, кор-
розионно-стойких и магнитно-жестких.
До осаждения сплава, содержащего
менее 50% W, используют электролит
(г/л): CoSO4-7H2O (в пересчете на ме-
талл) 12—17, Na2WO4 90—ПО, аммо-
ний лимоннокислый 35—50; темпера-
тура электролита 20—40 °C, (к =
= 0,54-1,0 А/дм2, аноды — раздель-
ные (W и Со) или из платины. При
совместном осаждении кобальта и воль-
фрама происходит деполяризация для
обоих металлов. С повышением темпе-
ратуры катодная поляризация резко
уменьшается. С увеличением /к выход
по току падает в результате возраста-
ния скорости выделения водорода на
катоде, а повышение температуры при-
водит к росту т]в. Содержание воль-
Рис. 53. Катодная поляризация меди (/),
сплава Со—Си (2) и кобальта (3). (Основ-
ной состав электролита (г/л): цитрат ам-
мония 40, пирофосфат натрия 25):
/ — для меди с концентрацией 0,5 г/л; 2 —
для меди с концентрацией 0,5 г/л и кобаль-
та с концентрацией 4,5 г/л; 3 — для ко-
бальта с концентрацией 4,5 г/л
фрама в сплаве мало зависит от ка-
тодной плотности тока.
Внешний вид и структура покрытий
Со—W в первую очередь зависят от
температуры электролита. Так, при
40—60 °C они плотные и блестящие,
а при 20 °C — серого цвета и без
блеска. Сплав Со—W имеет гетеро-
генную структуру, состоящую из е-
твердого раствора вольфрама в ко-
бальте и химического соединения CogW.
Последняя фаза имеет гексагональную
решетку с параметрами а = 5,130-10-10
и с = 4,130-10~10 м, что согласуется
с диаграммой состояния системы ко-
бальт—вольфрам.
Покрытия кобальт—медь применяют
в качестве защитных и защитно-деко-
ративных, а также специальных. Оса-
ждение их ведут из электролита (г/л):
кобальт 3,0—3,5, медь 1,0—1,5, пи-
рофосфат натрия 20—25, цитрат аммо-
ния 35—40. Режим электролиза: тем-
пература 15—25 °C, pH = 8,04-8,2,
iK — 0,34-0,4 А/дм2, аноды — из ста-
ли 12Х18Н9Т или графита. Покрытия
сплавами Со- -Си содержат 20—
40% Си. При увеличении суммарной
концентрации металлов в электролите
повышается содержание меди в спла-
ве, так как константа нестойкости
комплекса меди изменяется при этом
больше, чем у кобальтового.
128
Покрытия марганцем, железом, кобальтом и ах сплавами
При увеличении pH в покрытии
уменьшается содержание меди в силу
того, что при этом образуются более
прочные пирофосфатно-аммиачные
комплексы меди.
Потенциал восстановления сплава
Со—Си располагается между потен-
циалами чистых металлов (при »к =
= 0,2 А/дм2), причем потенциал меди
сдвигается в сторону отрицательных
значений, что свидетельствует о вос-
становлении меди с деполяризацией,
а кобальта — со сверхполяризацией
(рис. 53).
Покрытия сплавом кобальт—руте-
ний обладают хорошей контактной
проводимостью и высокой коррозион-
ной стойкостью. Осаждение сплава
с использованием металлов платино-
вой группы позволяет снизить рас-
ход последних. Для нанесения покры-
тий Со—Ru применяют электролит
(г/л): кобальт хлористый 10—15, ру-
тений 1,0—1,5, хлористый аммоний
75—85, хлористый калий 3,8. Режим
электролиза: температура электроли-
та 15—25 °C, »и = 4-i-7 А/дм2, pH =
= 1,54-1,8, аноды — из платины.
Электролиз ведут при перемешивании
и разделенным анодным и катодным
пространством. Анодное пространство
заполняют раствором соляной кисло-
ты. Покрытия содержат 19—21% ру-
тения.
Сплав кобальт—рутений отличается
большой химической стойкостью по
сравнению с кобальтовыми покрытия-
ми. Микротвердостъ таких покрытий
900—1500 (микротвердость кобальто-
вых 450—500). В покрытиях Со—Ru
возникают напряжения сжатия. С уве-
личением такие напряжения умень-
шаются. При 1К = 4 А/дм* они равны
1200, а при iK = 7 А/дм2 соответствен-
но 670. Покрытия сплавом кобальт—
рутений обладают значительно боль-
шей износостойкостью при истирании,
чем чистые кобальтовые; износ покры-
тия Со—Ru за 1 ч равен 0,022 мкм,
а у кобальтовых 0,450 мкм.
Покрытия сплавом кобальт—рений
(до 40% рения) обладают повышенной
коррозионной стойкостью при высо-
ких температурах. Их можно осаждать
из электролита, содержащего (г/л):
кобальт сернокислый 35—90, перренат
аммония 2,5—10, сернокислый аммо-
ний 45—55. Режим электролиза: тем-
пература 50—70 °C, iK = 1,04-
1,5 А/дм2, pH = 3,94-4,1; аноды —
из платины.
С изменением 1К от 0,25 до 1,0 А/дм*
содержание кобальта в сплаве растет,
а выход по току повышается, проходя
через максимум (100%) при 3 А/дм2.
При возрастании значений pH от
2,5 до 7,0 содержание рения в осадке
уменьшается и соответственно рас-
тет суммарный выход по току. Изме-
нение температуры ' от 25 до 80 °C
способствует увеличению содержания
рения в сплаве с 25 до 40% массовых
долей, а выход сплава по току дости-
гает максимума (100%) при 60 °C (при
прочих равных условиях электролиза).
Осадки кобальт—рений, содержащие
30—40% рения, имеют полублестя-
щую поверхность серого цвета. По
мере уменьшения рения в сплаве на-
блюдается тенденция к образованию
крупных, ориентированных в разных
плоскостях кристаллических струк-
тур. Микротвердость покрытий Со—Re
600—1200.
1(\ ПОКРЫТИЯ НИКЕЛЕМ
ГЛАВА IV и ЕГ0 СПЛАВАМИ
НИКЕЛИРОВАНИЕ
Никелевые покрытия нашли широкое
применение в разных отраслях про-
мышленности в качестве подслоя и
самостоятельных защитно-декоратив-
ных и специальных покрытий. Они
характеризуются микротвердостью бо-
лее 150, значительной коррозионной
стойкостью, хорошей отражательной
способностью (о8—62%) и удельным
электросопротивлением 8,3-10-1 Ом-м.
Покрытия никелем на воздухе пасси-
вируются, вследствие чего покры-
ваются тонкой пленкой, почти не из-
меняющей блеска и предохраняющей
их от воздействия окружающей среды.
Потенциал никеля почти во всех сре-
дах положительнее потенциала желе-
за, поэтому никелевое покрытие по-
следнему обеспечивает только меха-
ническую защиту. Следовательно, ни-
келевые покрытия, предохраняющие
стальные изделия от коррозии, должны
быть беспористыми.
Стальные изделия обычно (в целях
экономии) покрывают сначала отно-
сительно толстым (25—35 мкм) слоем
меди, а затем слоем никеля 10—15 мкм
(стоимость никеля значительно выше
стоимости меди). Для улучшения за-
щитных свойств никелевого покрытия
рекомендуется также способ никели-
рования в два—три слоя, которые
имеют различные физико-химические
свойства. При трехслойном никелиро-
вании нижний матовый или полу-
блестящий слой никеля получают из
электролита с выравнивающей добав-
кой, не содержащей серы. Толщина
этого слоя должна составлять 50—
70% толщины всего осадка. Затем
наносят тонкий, очень активный про-
межуточный слой никеля (1—2 мкм),
содержащий 0,1—0,2% серы Третий
верхний (зеркально-блестящий) слой
5 п с.
никеля толщиной 30—50% общей тол-
щины покрытия содержит 0,05% серы.
Вследствие повышенного содержа-
ния серы средний слой никеля в кон-
такте с агрессивной средой (в порах
покрытия) приобретает отрицательный
потенциал по отношению к нижнему и
верхнему слоям, сильно замедляя кор-
розионное разрушение обоих. При
этом коррозия в порах промежуточ-
ного слоя, служащего активным ано-
дом в системе, распространяется го-
ризонтально вдоль границы блестя-
щего и полублестящего слоев.
Обычные никелевые покрытия имеют
серебристо-белый цвет, удельный вес
(плотность) 8,9 г/см* и температуру
плавления 1452 °C. Такие покрытия
хорошо полируются до зеркального
блеска и приобретают красивый деко-
ративный вид, не изменяющийся от
времени при эксплуатации их в лег-
ких условиях. Высокая твердость и
износостойкость никелевых покрытий
позволили применять их в полигра-
фической промышленности для клише
и стереотипов, для покрытия медных
матриц при изготовлении патефонных
пластинок, для измерительного инстру-
мента (скоб, калибров, пробок и др-),
а также для контактов, работающих
в условиях без смазочного матери-
ала и определенной токовой нагруз-
ки.
Черные никелевые покрытия при-
меняют в оптической и приборострои-
тельной промышленности. Они обла-
дают значительной светопоглощающей
способностью. Покрытия черным ни-
келем (в их состав входят никель,
цинк, роданистый натрий, двойная
никель-аммонийная соль, т. е. до
75% неметаллической фазы) для ра-
боты в условиях умеренного климата
наносят на подслой обычного никеля
и дополнительно обрабатывают в го-
130
Покрытия никелем и его сплавами
Рис. 64. Анодная поляризация никеля к
электролите Уоттса при концентрации
хлористого никеля (г/л):
1 — 25: 2 — 60
рячем растворе двухромовокислого ка-
лия.
Легирование никелевых покрытий
другими металлами (железом, кобаль-
том, цинком, рутением, хромом, мо-
либденом и др.) позволяет улучшить
их механические или получить особые
физические свойства (магнитные, кон-
тактная проводимость и др.).
Гальванический сплав Ni—Sn, со-
держащий 35% никеля и 65% олова,
представляет собой самостоятельную
фазу, соответствующую интерметалли-
ческому соединению NiSn, которая
при 300 °C распадается на две интер-
металлические фазы: Ni8Sn2 и NiBSn4.
При осаждении покрытий никель—
молибден введение атомов молибдена
в кристаллическую решетку никеля
увеличивает дисперсность получаемых
покрытий, сглаживает их поверхность
рельефа и ваметно снижает качество
их текстуры.
Никелевые покрытия наносят (поми-
мо стали) на медь, титан, алюминий,
вольфрам и их сплавы. На стальные
детали перед никелированием нано-
сят подслой меди. Покрытия никелем
могут быть блестящими или матовы-
ми, мягкими или твердыми, черными.
Наиболее известным для осаждения
никелевых покрытий является элек-
тролит Уоттса, содержащий (г/л): ни-
кель сернокислый 240—340, никель
хлористый 30—60, кислоту борную
30—40. Анодная поляризация никеля
в электролите Уоттса представлена
на рис. 54.
Для нанесения мягких никелевых
покрытий на сталь и медные сплавы
применяют электролит состава (г/л):
никель сернокислый 140—200, ни-
кель хлористый 30—40, кислота бор-
ная 25—40, натрий сернокислый 60—
80. Режим электролиза: температу-
ра 20—55 °C, pH =5,04-2,2, i„ =
= 0,54-2,0 А/дм\ аноды — из никеля.
Эластичные покрытия на сталь, медь
н ее сплавы наносят из электролита
(г/л): никель сульфамнновокислый
300—400, никель двухлористый 6-
водный 12—15, кислота борная 25—
40, сахарин 0,5—1,5. Режим электро-
лиза: температура 20—60 °C, pH =
= 3,04-4,2, iK = 1,54-12 А/дм*, ско-
рость осаждения 0,6—1,6 мкм/мин;
обработку ведут при перемешивании
электролита сжатым воздухом.
Для покрытия алюминия и его спла-
вов используют электролит, содержа-
щий (г/л): никель сернокислый 180—
220, никель хлористый 1,5—2,5, кис-
лота борная 25—40, калий фтористый
1—3, натрий сернокислый 40—60.
Режим электролиза: температура 20—
45 °C, pH = 4,04-5,5, = 14-2 А/дм»,
скорость осаждения 0,2—0,4 мкм/мин.
Для покрытия коррозионно-стойких
сталей применяют электролит (г/л):
никель двухлористый 200—250, кисло-
та соляная 50—100. Режим электро-
лиза: температура 15—30 °C, (к =
= 1,54-5,0 А/дм2, скорость осажде-
ния 0,3—1,0 мкм/мин. В первые 30 с
обработку ведут при резком скачке
тока, в 1,5 раза превышающем рабо-
чий ток.
Блестящие никелевые покрытия на
детали сложной конфигурации оса-
ждают из электролита (г/л): никель
сернокислый 120—180, аммоний хло-
ристый 20—25, кислота борная 30—
40, кислота барбитуровая 0,03—0,09,
сахарин 0,8—1,2, водный раствор 1,4—
бутиндиола (в пересчете на 100%-ный)
0,3—0,5. Режим электролиза: pH =
= 3,54-5,8, температура 20—60 °C,
iK = 0,54-1,0 А/дм2, скорость осажде-
ния 0,10—0,25 мкм/мин, аноды—из
никеля.
При катодной поляризации никеля
(рис. 55) из электролита Уоттса пре-
дельный ток равен 2 А/дм». При этом
Никелирование
131
потенциал осаждения никеля состав-
ляет 0,07—0,10 В. Достигнув пре-
дельного тока, катодная поляризация
резко смещается в сторону отри-
цательный значений, и на катоде на-
блюдается обильное выделение водо-
рода. Бутиндиол-1,4 в количестве
0,5 г/л сильно влияет на код катодной
поляризации, изменяя равновесный
потенциал, а также увеличивает пре-
дельней ток. Это объясняется тем,
что бутиндиол-1,4 блокирует опреде-
ленные участки катодной поверхности
и тормозит процесс осаждения никеля.
В сернокислом влектролите пасси-
вирование никелевого анода наступает
при небольших значениях ia. Смеще-
ние анодного потенциала в сторону
положительных значений увеличивает
скорость растворения никелевого ано-
да (активное состояние).
На рис. 56 показана зависимость со-
стояния никелевого анода от pH
электролита. При малых значениях pH
на катоде большая доля тока расхо-
дуется на выделение водорода и про-
цесс никелирования может прекра-
титься вообще. При больших значе-
ниях pH осаждаются хрупкие и ше-
роховатые покрытия, так как происхо-
дит защелачивание прикатодного слоя
и соосаждение гидратированных со-
лей никеля.
Для образования микропор в за-
вершающем слое хромового покры-
тия на деталях сложной конфигура-
ции (все металлы с подслоем полу-
блестящего или блестящего никелевого
покрытия) применяют электролит (г/л):
никель сернокислый 280—320, никель
двухлористый 40—60, кислоту бор-
ную 30—40, водный раствор бутин-
д иол а-1,4 (в пересчете на 100%-ный)
0,02—0,03, сахарин 1,5—2,5, каолин
сухого обогащения 1—20, аэромил
А-380 0,1—2,0, блескообразователь
НИБ-3 (20%-ный) 6—10, блескообра-
зующую добавку для никелирования
0,04—0,06. Режим электролиза: pH =
= 2,84-3,4, температура 55—65 °C,
<к = 24-7 А/дм’, скорость осаждения
0,4—1,4 мкм/мин. Для получения двух-
слойного никелевого покрытия с за-
полнителем допускается исключать
аэросил А-380. При этом количество
каолина 0,1—1,0 г/л. Никелирование
ведут при перемещении очищенным
5*
Рис. 66. Кривые катодной поляризации
никеля в электролите Уоттса (Г) и с до-
бавкой 0,6 г/л бутин диола-1,4 (21
сжатым воздухом со скоростью 0,05—
0,02 м’/мин на 1 дм длины катодной
штанги.
Для получения второго слоя в трех-
слойном никелевом покрытии приме-
няют электролит, содержащий (г/л):
никель сернокислый 230—320, никель
двух лор истый 40—60, кислоту бор-
ную 25—40, сахарин 0,8—2,0, п-амино-
бензолсульфамид 0,18—0,25. Режим
электролиза: pH = 44-5, температу-
ра 50—60 °C; »к= 24-7 А/дм2, ско-
рость осаждения 0,4—1,4 мкм/мин.
В случае больших значений iH ре-
комендуется аноды помещать в чехлы
из пропиленовой или хлориновой тка-
Рис. 56. Зависимость состояния никелевом
го анода от pH среды:
1 — пассивность; 2 — коррозия; 3 — стой-
кость; а, Ъ — границы зоны, в которой ме-
талл анода не изменен
132
Покрытия никелем и его сплавами
ни. При ниакик чехлы допускается
не применять.
Для улучшения растворимости ни-
келевых анодов в электролиты вводят
NaCl или КС1. Никелевые аноды
рекомендуется термообрабатывать с
целью получения верен металла раз-
мером 40—50 мкм. На скорость рас-
творения никеля, а также на качество
покрытий не малое влияние оказывает
форма анодов. Эллиптические и ром-
бовидные аноды обеспечивают ббль-
шую равномерность катодных осад-
ков, чем простые (пластины), кроме
того, они более вкономичны. По мере
растворения ромбовидных анидоь по-
верхность их при электролизе уве-
личивается.
Никелевые аноды склонны к обра-
зованию нь.ама, оседающего на по-
верхности покрываемых деталей и
обусловливающего шероховатость по-
крытий и повышенную пористость.
Устранение этого явления достигается
легированием никелевых анодов се-
рой (0,002—0,010%). Такие аноды не
склонны к пассивированию даже при
pH = 6,3.
За рубежом широко применяют де-
пассивированные аноды, содержащие
0,05—0,20% кислорода, что соответ-
ствует 0,23—0,90% оксида никеля.
Содержание кислорода в никеле не
должно превышать 0,24% во избежа-
ние неравномерного его растворения
на аноде. Эти аноды содержат 0,1—
0,3% углерода и изготовляются литьем
или вальцовкой. Углерод образует
тонкий нерастворимый слой на по-
верхности анода, который удерживает
слабо связанные частицы металла от
выпадения до полного их растворения.
За рубежом применяют также нике-
левые аноды, содержащие (помимо
углерода) и кремний (0,25—0,35%).
В СССР никелевые аноды, содержащие
0,002—0,010% серы, выпускают в виде
брусьев овального сечения и пластин
марок НПА1 и НПА2. В табл. 30
приведены твердость и внутренние на-
пряжения никелевых покрытий (тем-
пература 50 РС, толщина покрытия
100 мкм в зависимости от состава
электролитов и значений pH).
Покрытия, осаждаемые из сульфат-
ного электролита, имеют мелкокри-
сталлическую структуру (100); ив
сульфатно-клоридного — крупнокри-
сталлическую столбчатую (100); из
сульфаминовых — мелкозернистую
структуру (100).
Основные дефекты и неполадки при
никелировании. При малых значе-
ниях 1„, низкой температуре, непра-
вильном включении полюсов тока и
наличии солей HNOS в электролите
никель на деталях не осаждается или
они покрываются мажущим налетом.
Недостаточное обезжиривание дета-
лей, взаимная их экранировка на ка-
тоде, неправильное расположение ано-
дов или нарушение контакта отдель-
ных анодов приводят к частичному
покрытию деталей.
При больших значениях pH и 1К
покрытия имеют желтоватый оттенок,
а на кромках деталей образуется зеле-
ный осадок гидратов оксида никеля
При больших значениях iv и малой
концентрации NaCl аноды покрываются
коричневой или черной пленкой. Губ-
чатые крупнокристаллические покры-
тия получают при недостатке H2SO4,
избытке сернокислой меди или оолыпих
значениях iK, а темные полосы на пок-
рытии возникают при наличии мышья-
ка.
Хрупкие покрытия с темными пят-
нами осаждаются при недостатке сер-
ной кислоты в электролите и высоких
значениях 1к. Высокая пористость
покрытий обусловлена пониженной тем-
пературой, повышенным значением iK,
загрязнением электролита органиче-
скими примесями и солями железа.
Пассивность покрываемого металла
возникает при никелировании корро-
зионно-стойких сталей или никелевых
сплавов. Для разрушения пассивной
пленки следует вести предварительную
катодную обработку в обычной ванне
химического обезжиривания с дальней-
шей активацией в растворах (70—80 г/л
NaCN) непосредственно перед никели-
рованием.
Перерывы в работе ванны никелиро-
вания приводят к образованию рас-
слаивающихся покрытий с низкой
адгезией. Основными причинами обра-
зования шероховатых покрытий яв-
ляются загрязнение электролита шла-
мом, пылью, полировочной пастой и
накопление солей кальция и магния
(применение артезианской воды) и т. д.
Никелирование
133
30. Твердость и внутреннее напряжение никелевых покрытий в зависимости
от состава электролита
Состав электролита pH А/дм’ Микротвер- дость Внутреннее напряжение МПа
Компоненты Концен- трация, г/л
NiSO4-7H8O н8во8 NaCl NaF 200 20 5 3 5,4 2,0 200 104,1
NiSO4-7H2O NiCl,-6H2O Ni(CH3COO)-4H2O Лаурилсульфат Na 245 30 44 0,1 3,5 5 170 168,1
NiSO4-7H2O NiCl2-6H2O Аминоуксусная кислота 245 30 20 2,2 5 — —
NiSO4-7H2O H8BO8 NaCl 350 30 10 3,0 5 190 225,8
Сульфаминат Ni NiCl8-6HaO H8BO8 Лаурилсульфат Na 350 14 30 0,1 3,6 5 420 75,1
Сульфаминат Ni NiSO4-7H8O NaCl H8BO8 Лаурилсульфат Na 350 40 8 30 0,1 3,5 5 150 34,9
При чепрерывной фильтрации электро-
лит очищается от загрязнений, а соли
следует отфильтровывать из исполь-
зуемых вод при высоких значениях pH.
Загрязнение никелевых ванн орга-
ническими веществами (вследствие по-
падания масла с деталями, загрязнений
от облицовочных материалов ванны,
разложения блескообразователей и др.)
приводит к получению ряда дефектов
на покрытии. Очистку электролитов
от таких загрязнений необходимо вести
с помощью активированного угля.
Примеси хрома (Сг®+) из электролита
удаляют, добавляя 1,2 г/л пермангана-
та калия (до исчезновения розовой
окраски) и 2,4 г основного карбоната
свинца и доводя pH до 5,5 с помощью
углекислого никеля. От примесей же-
леза электролит очищают путем окис-
ления его (при pH = 3,5-i-4,0) и
осаждения в виде Fe(OH)8, подщелачи-
ванием до pH = 6,0. Медь удаляют
осаждением на гофрированный катод
при 1к=0,1А/дм’ или посредством
фильтрации через слой порошкообраз-
ного металлического никеля.
Цинк удаляют из электролитов нике-
лирования добавлением взмученного
мела или гашенной извести до получе-
134
Покрытия никелем и его сплавами
ния pH = 6.14-6,3 с дальнейшей филь-
трацией электролита. Недопустимыми
примесями в раствора® никелирования
также являются (г/л) калий > 0,4;
магний >0,1, олово > 0,02, свинец
>0,01, сера >0,005. Чем сложнее
конфигурация изделий, тем больше
разброс толщины никелевого покры-
тия. Так, при длительном катодном
восстановлении никеля (в течение 1 ч)
iK — 1 А/дм2 и средней толщине осадка
11 мкм локальное изменение толщины
составляет 8—18 мкм. Более равномер-
ное покрытие получают при перемеши-
вании электролита. Непостоянство зна-
чений pH электролита может значи-
тельно ухудшать блеск и внешний вид
покрытий (особенно на малогабаритных
деталях). При повышении pH следует
вводить разбавленную HjSO4, а при
понижении — карбонат никеля (или
едкий натр).
Слабая адгезия блестящих никелевых
покрытий связана с низкой их пластич-
ностью, вызываемой примесями в элек-
тролите таких веществ, как гидрооксид
металлов (допускается Fe< 0,2, Си
< 0,01, Zn< 0,01, Сг< 0,04 г/л). Пит-
тинг на поверхности никелевых покры-
тий образуется вследствие низкого
значения pH, жировых загрязнений,
слабого перемешивания или занижения
температуры электролита. В таком
случае необходимо подщелачить ванну,
химически очистить электролит, уси-
лить перемешивание и поднять темпе-
ратуру раствора. Шелушение никеле-
вых покрытий может возникать из-за
присутствия в электролите окислите-
лей или солей хрома. Следует обрабо-
тать раствор активированным углем и
прокипятить. Если этого недостаточно,
то электролит нужно заменить.
В тех случаях, когда к никелевым
покрытиям предъявляются повышен-
ные требования, необходимо исключить
возможность какого-либо контакта
электролита с органическими соедине-
ниями (обкладок ванны, анодных чех-
лов, фильтрующего материала и т. д.).
Контакт электролитов с древесиной
приводит к повышению твердости осад-
ков. Цеховая пыль содержит клей,
текстолитовый материал и другие за-
грязнения. Попадая в раствор, они
могут адсорбироваться окисленной по-
верхностью деталей, в результате чего
она становится гидрофобной и газо-
вые пузырьки на ней прочно удержи-
ваются.
ОСОБЫЕ СЛУЧАИ
НИКЕЛИРОВАНИЯ
Покрытия черным никелем осаждают из
электролита, содержащего (г/л): ни-
кель сернокислый 50—60, аммоний
сернокислый 15—20, цинк сернокис-
лый 20—25, кислоту лимонную 2—3,
аммоний роданистый 15—20. Режим
электролиза: температура 15—25 °C,
= 0,14-0,15 А/дм1, pH = 5,04-5,5,
аноды — из никеля. Черный никель
осаждают на обычный никель с целью
теплопоглощения и придания декора-
тивного вида, а также для повышения
блеска и коррозионной стойкости.
Никелирование в барабанах и коло-
колах. Покрытие деталей в колоколах
не находит широкого применения, так
как из-за недостаточного объема и
малой анодной поверхности раствор
обедняется ионами никеля, вследствие
чего повышаются твердость и хруп-
кость покрытия. Целесообразнее ис-
пользовать барабаны, погруженные в
электролит полностью или частично
(при условии постоянного нахождения
всех деталей в электролите). Загрузку
в горизонтально расположенный бара-
бан лучше производить из расчета
10 дм2 на 1 см длины барабана (при
диаметре 30—35 см). При слишком
малой площади загрузки получают
некачественные покрытия, имеющие
подгары, шероховатость и налет.
Толщина стенок и площадь отвер-
стий (перфорация) оказывают значи-
тельное влияние на величину потен-
циала. Падение напряжения при про-
хождении тока через стенку из пласт-
массы рассчитывают по формуле
,, 0,00168/р/
1/п =-----— ,
где / — общая сила тока, А; р — удель-
ное сопротивление электролита, Ом/см;
t — толщина стенки барабана, см; р —
перфорация каждой панели, %.
Несмотря на то что в барабанах на
малогабаритных деталях получают ка-
чественные никелевые покрытия, такой
способ имеет ряд недостатков: невоэ-
Особые случаи никелирования
135
можность автоматизации загрузки и
выгрузки деталей; в одном барабане
невозможно одновременно покрывать
детали различной формы и размеров
и т. д. Смешивание нескольких видов
деталей в одном барабане приводит к
получению неравномерной толщины
покрытия, а также требует дополни-
тельной их сортировки.
Поэтому созданы качающиеся бара-
баны, имеющие секционированные обе-
чайки (две или три секции), что позво-
ляет никелировать сразу несколько
различных по размерам деталей. Вме-
сте с этим замена вращения на качание
позволяет упростить (механизировать)
загрузку и выгрузку деталей. В серий-
ном производстве используют качаю-
щийся барабан с тремя съемными сек-
циями из винипласта (диаметр вписан-
ной окружности 250 мм и ширина
150 мм). Барабан загружается дета-
лями на 15% объема, что составляет
около 80 дм® для каждой секции. При-
вод механического качания такого
барабана обеспечивает три полных
цикла в минуту при угле поворота
120°. Осаждение покрытий в барабанах
вращения или качания ведут в электро-
лите, содержащем (г/л): никель серно-
кислый 140—200, никель двухлорис-
тый 30—40, кислоту борную 25—40,
натрий сернокислый 60—80. Режим
электролиза: температура 20—25 °C,
pH = 5,24-5,8, tH = 0,44-0,6 А/дм2,
скорость никелирования 3—4 мкм/ч.
Никелирование с применением шаб-
лон-гильзы. Шаблон-гильзу изготов-
ляют из винипласта или другой пласт-
массы, химически устойчивой в усло-
виях многократного использования в
электролите никелирования. Эта гиль-
за помещается на изношенный участок
детали без предварительного шлифова-
ния (в целях выравнивания). Для полу-
чения заданного размера необходимо,
чтобы внутренний диаметр гильзы
был на 15—20 мкм больше диаметра
детали. Кроме того, гильза должна
иметь вертикальный паз шириной 1—
2 мм и высотой на всю длину восстанав-
ливаемого участка.
Деталь с гильзой монтируют в жест-
кую конструкцию, укрепленную на
бортах ванны и снабженную редукто-
ром для вращения детали с частотой
10—12 мин-1, после чего включают
редуктор и постоянный ток. При этом
на участках, имеющих большой износ,
образуется зазор и, следовательно,
происходит быстрое наращивание ни-
келя. При доведении зазора до 8 мкм
просачивание электролита между де-
талью и гильзой прекращается и
процесс автоматически заканчивает-
ся.
Термооксидирование никелевых по-
крытий. Для улучшения коррозион-
ной стойкости никелевых покрытий
применяют термооксидирование, кото-
рое ведут в муфельных печах при воз-
действии атмосферного воздуха. Опти-
мальными являются температура 700—
1000 °C и время выдержки 1 ч. При
800 РС пористость снижается до 1—2 шт.
на 10 см2 поверхности детали; при
900 °C покрытие становится непорис-
тым. При термооксидировании в порах
никелевого покрытия образуется поро-
шок NiO сине-зеленого цвета. Он запол-
няет сквозные и несквозные поры и де-
лает покрытие <беспор истым». При
высокой температуре происходит также
процесс взаимной диффузии стали и
никелевого покрытия. Так при 900 °C
через 1 ч глубина взаимной диффузии
достигает 8—10 мкм.
Никелирование в электролитах-кол-
лоидах. Одной из возможностей повы-
шения производительности при никели-
ровании является применение электро-
литов-коллоидов, в которых находятся
тонкие взвеси соединений осаждаемого
металла, способных разряжаться на
катоде.
Этот способ не ухудшает качества
покрытий или технологических свойств
электролитов. Наоборот, покрытие из
таких электролитов обладает повышен-
ной твердостью и износостойкостью,
блеском, меньшей пористостью и боль-
шей мелкокристалличностью. Рассеи-
вающая способность электролитов-кол-
лоидов зачастую улучшается из-за
повышения поляризуемости. В про-
мышленности для этой цели применяют
электролит, содержащий (г/л): никель
сернокислый 200- -300, никель дву-
хлористый 30—40, натрий сернокислый
60—80, борную кислоту 25—40, мою-
щее средство «Прогресс» 1,5—3,0. Та-
кой состав электролита позволяет
вести никелирование при = 5-4-
20 А/дм*.
136
Покрытия никелем и его сплавами
ПОКРЫТИЯ СПЛАВАМИ
НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ
Сплав никель—кобальт. Он обладает
более высокой иимичесной стойкостью,
чем никель или кобальт в отдельности.
Покрытия обладают специальными маг-
нитными свойствами, позволяющими
использовать их для магнитной записи
звука. Кроме того, они имеют красивый
внешний вид и применяются в ювелир-
ной промышленности. Для осаждения
магнитных покрытий Ni—Со исполь-
зуют электролит, содержащий (г/л):
никель сернокислый 130—140, кобальт
сернокислый НО—120, кислоту борную
20—30, калий хлористый 10—15. Ре-
жим электролиза: температура 50—
60 °C, iH= 1,0-е-1,5 А/дм®, pH = 4,04-
5,0, аноды — из сплава Ni—Со. При
таких условиях покрытия содержат
40—50% Со. При pH > 5,0 коэрцитив-
ная сила сплава падает, а магнитные
свойства достигают максимума при
50—60 °C.
Для защитно-декоративных покры-
тий применяют электролит (г/л): ни-
кель сернокислый 20—25, кобальт
сернокислый 10—15, натрий муравьи-
нокислый 30—35, кислота борная 30—
40, аммоний сернокислый 2,0—2,5,
формальдегид (40%-ный) 1. Режим
электролиза: температура 60—70 °C,
pH = 4,54-5,0, tK = 4-е-6 А/дм1 2, ано-
ды — из сплава Ni—Со, перемешива-
ние умеренное. Муравьинокислый нат-
Рнс. 37. Кривые катодной поляризации
черного никеля:
1 — выделение никеля; 1 — выделение
цинка
рий является сильным буфером при
pH < 4,5, а борная кислота при pH >
> 4,5. Добавка сернокислого аммония
повышает блеск покрытия.
Сплав никель—цинк. Цинковые по-
крытия, легированные никелем (50%
Ni и 50% Zn), имеют более высокую
коррозионную стойкость, чем цинко-
вые, и способны обеспечить анодную
защиту стальным деталям от коррозии.
Для получения таких покрытий исполь-
зуют электролит (г/л): никель хлорис-
тый 25—40, оксид цинка 15—17, аммо-
ний хлористый 200—250, кислота бор-
ная 20—25, декстрин 5—10. Режим
электролиза: температура 15—20 °C,
pH =6,34-6,7, 1в= 1,04-2,0 А/дм®,
аноды — раздельные (Ni : Zn = 1 : 1).
Покрытия получаются блестящими и
хорошо сцепленными с основой.
Декоративные и светопоглощающие
покрытия черным никелем (для оптиче-
ской промышленности) или серые полу-
блестящие покрытия можно осаждать
из одного и того же электролита состава
(г/л): никель сернокислый 65—75,
цинк сернокислый 30—40, никель—ам-
моний сернокислый 45—50, натрий
роданистый 15, кислота борная 20—30.
Режим электролиза: температура 45—
55 °C; tH= 1,04-1,5 А/дм^, аноды —
раздельные (Ni : Zn = 1 : 1) или из
сплава, который осаждается на катоде.
В покрытия, получаемые из роданис-
того электролита, помимо никеля и
цинка входят роданистый натрий и
двойная никель-аммонийная соль. Пе-
реход от серого никеля к черному про-
исходит скачкообразно. На рис. 57
участок 1 кривой соответствует выделе-
нию никеля, а участок 2— выделению
цинка. На переходном участке происхо-
дит восстановление сплава Ni—Zn на
катоде. При 50 °C этот момент соответ-
ствует 1К = 0,354-0,40 А/дм*. В составе
серых покрытий содержатся следы
цинка. Микротвердость покрытий Ni—
Zn 400—500, она возрастает с увеличе-
нием содержания никеля в сплаве.
Сплав никель—рутений. Его осаж-
дают из электролита, содержащего
(г/л): никель хлористый 10—15, руте-
ний 1,0—1,5, аммоний хлористый 75—
85, калий хлористый 3—4. Режим
электролиза: температура 15—25₽С,
pH = 1,54-1,8, |'к= 44-7 А/дм®, сплав
содержит 15—20% рутения.
Покоытия сплавами на основе никеля
137
Износостойкость такая покрытий в
15—20 раз выше, чем у никелевых
покрытий. С увеличением 1К внутрен-
ние напряжения уменьшаются; при
tK = 4 А/дм* они составляют 150 МПа,
а при 1К — 7 А/дм* — 80—85 МПа. При
повышении концентрации рутения в
электролите от 0,5 до 2 г/л увеличива-
ется твердость покрытий. То же самое
наблюдается и при увеличении концен-
трации хлористого аммония. Опти-
мальный диапазон концентрации аммо-
ния хлористого составляет 75—85 г/л.
Сплав никель—хром. Его осаждают
из электролита (г/л): НаСгО<350—400,
NiSO4-7HaO 60—100, HjBOj 20-25.
Режим электролиза: температура 55—
70 °C, 1К = 50ч-60 А/дм4, аноды — на
сплава РЬ—Sn. При низких значениях
/к осаждается преимущественно ни-
кель, а с увеличением возрастает
скорость осаждения хрома и резко
ухудшается качество покрытий. Повы-
шение температуры приводит к обога-
щению сплава никелем, а при низкой
температуре (25 °C) покрытия полу-
чаются губчатыми. При iK = 50 А/дм’
осадки становятся полублестящими и
содержат 15—20% никеля. Такие по-
крытия имеют микротвердость 700—
800.
Сплав никель—молибден. Покрытия
этим сплавом обладают высокой корро-
зионной стойкостью в кислых средах
и успешно используются для защиты
изделий от коррозии в растворах
H-SOt и НС1. Для осаждения таких
покрытий применяют электролит (г/л):
никель сернокислый 35—45, молибдат
натрия 2—5, пирофосфат натрия 150 —
170, аммоний хлористый 15—25. Режим
электролиза: температура 55—65 °C,
pH = 8,5, iK = 2-?3 А/дм’, аноды —
из никеля. Содержание молибдена в
сплаве 15—25%.
При осаждении никель-молибдено-
вых покрытий, содержащих 28% Мо,
на катоде формируются полублестящие
высокодисперсные покрытия, состоя-
щие из кристаллитов, размер которым
не превышает 0,05 мкм.
Сплав никель—железо. Ферромагнит-
ные покрытия по составу, магнит-
ным характеристикам и области приме-
нения подразделяются на магнитомяг-
кие и магнитотвердые. К первым (с
коэрцитивной силой до 100 А/м) отно-
сятся бинарные железоникелевые спла-
вы и сплавы пермаллоевого класса с
небольшими добавками Со, Р, Мо,
Си, Pd, Zn и других металлов. Маг-
нитомягкие покрытия применяют для
защиты от внешних магнитных полей
в магнитных головках устройств видео-
и звукозаписи, в вычислительной
технике в качестве различного типа
заполняющих устройств, аппликаций
и магнитно-резисторных датчиков.
К магнитотвердым (коэрцитивная си-
ла более 1009 А/м) относятся сплавы
Со—Ni, Со—Р, Со—Fe—Ni, Со—Ni-
Р. Со—Мо, Со—W и др. Их исполь-
зуют в качестве носителей информации
в магнитных барабанах, дисках, лен-
тах.
Получение тонкого ферромагнитного
покрытия, осажденного на проволоку,
с отклонением вектора намагничен-
ности на данном участке от сечения
цилиндра менее 1° и локальных колеба-
ний ориентации кристаллов менее 2°
сложно. Покрытия сплавом Ni—Fe
обладают следующим комплексом
свойств. Первые слои этого сплава,
осажденные на подложке, повторяют
контуры и дефекты последней, поэтому
для получения таких покрытий жела-
тельно использовать относительно
гладкие подложки со случайным рас-
положением осей кристаллитов. Кроме
того, материал подложки должен вы-
держивать нагрев до 400 °C и иметь
достаточную жесткость. При этом коэф-
фициенты линейного расширения мате-
риала подложки и магнитной пленки
(покрытия) должны быть достаточно
близкими. В ряде случаев в качестве
проволочных подложек применяют
вольфрам и молибден.
Способы предварительной обработки
проволоки включают волочение ее
через фильеры с промежуточной термо-
^бработк >й и конечной терморихтов-
кой, которую обычно проводят для
выпрямления проволоки и частичного
снятия внутренних напряжений. Тер-
морихтовку проволоки из бериллиевой
бронзы ведут в инертной или восстано-
вительной среде при температуре 500—
520 °C. Чтобы исключить значительное
образование рисок, обработку прово-
локи ведут на вращающихся фильерах
или посредством электрополировки.
138
Покрытия никелем и его сплавами
Рис. 58. Микроструктура (X 10 000) никеля из электролита Уоттса (а) и с добавкой
сахарина 1 г/л и барбитуровой кислоты 0,00 г/л (в) при температуре 50 °C и iR = 2,5 А/дм>
Перед осаждением магнитной пленки
проводят электрохимическую очистку
поверхности из бериллиевой бронзы в
растворе (г/л): натрий хлористый 100—
200, спирт этиловый 50—100, ПАВ
(анионные, катионное или нейтраль-
ное) 1—5. Режим обработки: темпера-
тура 20—45 ₽С, pH =5,54-8,5, iK =
=0,034-0,05 А/дм1, продолжительность
2—15 мин.
Электролитическое полирование бе-
риллиевой бронзы ведут в растворе
ортофосфорной кислоты (85%-ной) при
температуре 65 РС и /а = 1,54-
2,5 А/дм» в течение 30—40 с. Элек-
трополирование снижает степень шеро-
ховатости подложки и устраняет на ее
поверхности некоторые микродефекты.
После электрополировки наносят под-
слой меди, который служит своеобраз-
ным демпфером между подложкой и
магнитной пленкой (медь наносят из
сернокислого или пирофосфатного элек-
тролита).
Толщина медного подслоя состав-
ляет 1,5—2,0 мкм.
Магнитный сплав Ni—Fe. Его осаж-
дают из сульфаматного или пирофос-
фатного электролита (г/л): никель
сульфаминовый 90—290, сульфат же-
лезо-аммониевый 5—20, кислота борная
10—30, натрия лаурилсульфат до 1,5,
сахарин 0,1—1,5. Режим электролиза:
температура 15—60 °C, pH = 34-4,
iK = 104-30 А/дм».
К пирофосфатным электролитам от-
носится электролит состава (г/л): ни-
кель хлористый 70—140, железо хло-
ристое 25—45, пирофосфат калия 175—
350. Режим электролиза: температура
55—60 °C, 1„ = 25 А/дм», pH = 8,0.
Важным фактором, влияющим на
процесс электроосаждения сплава
Ni—Fe является скорость циркуляции
электролита. С ростом скорости движе-
ния проволочной подложки через ванну
или с увеличением циркуляции раство-
ра толщина диффузионного слоя падает
и наблюдаются диффузионные ограни-
чения для разряда ионов железа на
катоде.
С течением времени в пленках может
происходить недопустимое изменение
анизотропии, коэрцитивной силы, дис-
персии, что соответственно приводит
к снижению их эксплуатационных ха-
рактеристик. Для предупреждения
этого явления проводят отжиг в магнит-
ном поле при 320 ®С в течение 1,0—
1,5 мин.
Удаление дефектных покрытий.
В зависимости от требований растворы
для снятия никеля могут иметь такой
состав, который удаляет никель без
воздействия на медь или сталь или
быстро удаляет никелевые покрытия
вместе с медными, не затрагивая стали
(щелочные — для снятия покрытия со
стали и кислые — для снятия с меди
или латуни).
Покрытия сплавами на основе никеля
139
Для удаления никеля с углеродис-
тых и коррозионно-стойких сталей, а
также с магния применяют цианистый
электролит (г/л): нитробензойная кис-
лота 20—30, натрий цианистый 120—
180, натр едкий 5—25. Температура
раствора 60—70 °C, скорость снятия
никеля 30—40 мкм/ч.
При образовании шлама раствор вы-
ливают и заменяют новым. Так как при
повышении температуры нитроаромати-
ческие и цианистые соединения разла-
гаются, никель целесообразно снимать
при комнатной температуре, увеличи-
вая время снятия в 4—5 раз. Для
снятия 1 г никеля расходуется 2,5 г
нитробензойной кислоты. Следует избе-
гать обеднения травильного раствора
цианом или тесного соприкосновения
деталей в растворе, так как при этом
происходит травление основного метал-
ла. При добавлении щелочи повышается
скорость удаления никеля, однако за-
метно сокращается срок службы раство-
ра.
Для удаления никеля с меди, латуни,
бронзы, нейзильбера и других сплавов
меди применяют раствор нитробензой-
ной кислоты (40—75 г/л) и HaS04
(100 г/л). Процесс ведут при 80—90 °C;
скорость снятия ~150 мкм/ч. Для
снятия никеля с алюминия и корро-
зионно-стойкой стали применяют азот-
ную кислоту (1,54 г/см*). При темпера-
туре 15—25 °C в 1 л HNOj можно
растворить 15 г никеля.
Снятие никеля со стали и железа
электрохимически ведут на аноде в
растворе, содержащем (г/л): натрий
азотнокислый 250—300, натрий азотно-
кислый 10—15, натрий углекислый
3—4, натрий клористый 2—3. Режим
электролиза: температура 15—25 °C,
/а = 124-15 А/дм’, напряжение 10—
12 В.
Никель с деталей, отлитые нв цинко-
вых сплавов, удаляют в растворе,
содержащем (масс, доли, %): кислоту
серную (1,87 г/см*) 40, кислоту орто-
фосфорную (85%-ная) 20, ангидрид
хромовый 5, воду 35. Режим снятия:
температура 20—80 °C, напряжение 6 В,
катод — ив свинца. Для удаления
никеля с алюминия применяют разбав-
ленную серную кислоту (5%-ную) при
20—40 °C и /а = 54-7 А/дм*. Катоды —
из свинца.
С магния никель можно удалять в
растворе (объем, доли, %): кислоту
плавиковую (48%-ная) 35—50, натрий
азотнокислый 20—25 г/л. Температура
раствора 15—25 °C и напряжение 6 В.
Никелевые покрытия большой толщи-
ны удаляют шлифованием. Существует
также способ анодного удаления нике-
ля с медного подслоя в серной кислоте
(1,84 г/см8) при напряжении 6 В, темпе-
ратуре 15—20 °C и 1а = 54-10 А/дм8;
катоды — из свинца. Концентрация
серной кислоты составляет 1000—
1300 г/л. Никелевые покрытия с меди
можно снимать и в 5%-ном растворе
соляной кислоты (температура 15—
25 °C, /а = 34-5 А/дм8). При этом ни-
кель удаляется, а медь разрушается
очень мало. На рис. 58 приведена
микроструктура никелевых покрытий.
11 ПОКРЫТИЯ МЕДЬЮ
ГЛАВА 11 и ЕЕ СПЛАВАМИ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Электрохимические покрытия медью не
следует применять в качестве самостоя-
тельных защитно-декоративных без до-
полнительного нанесения других пок-
рытий или специальных лаков, так как
в атмосферных условиях они легко
взаимодействуют с влагой и углекисло-
той воздуха. В атмосферных условиях
и ряде агрессивных сред медь с желе-
зом образуют гальванопару (медь—
катод).
В большинстве случаев медные по-
крытия применяют для улучшения
пайки по стали (до 3 мкм), при глубо-
кой вытяжке (до 24 мкм), для защитно-
декоративных целей при эксплуатации
в помещении (с дополнительным нане-
сением лака), а также в качестве под-
слоя под никель, серебро, кобальт и
др. Микротвердость медных покрытий
120, она находится в определенной
зависимости от состава и природы
электролита (в цианистых электроли-
тах выше, чем в кислых).
Медные покрытия легко полируются
до зеркального блеска. Свежеосажден-
ная медь хорошо паяется. В неокислен-
ном состоянии медные покрытия имеют
красновато-розовый оттенок. Электро-
сопротивление медных покрытий нахо-
дится в пределах 1,7—1,9 мкОм-см
(при 20 РС), с введением блескообразую-
щих добавок в электролиты электро-
сопротивление может достигать
3 мкОм-см.
Тип текстуры медных покрытий: из
сернокислых электролитов (220) или
(111) в зависимости от iK; из пирофос-
фатных (200); из цианистых электроли-
тов медь, как правило, не имеет тек-
стуры и осаждается в кубической ре-
шетке с параметром а ~ 3,610-10-10
и размером кристаллов 10-6 см. Латун-
ные покрытия (Си—Zn) наносят для
крепления резины на поверхность
стальных деталей по медному подслою,
а также в качестве декоративных или
подслоя при никелировании деталей
из алюминия и его сплавов. Цвет
латунных покрытий от розоватого до
серо-зеленого или золотистого. Латун-
ные покрытия могут содержать 50—
90% меди.
Покрытия желтой бронзой приме-
няют в основном для защиты стальных
изделий от коррозии в среде холодной
и кипящей технической воды. Такие
покрытия содержат до 20% олова,
обладают микротвердостью 200—300,
удельным сопротивлением (0,3—0,6) X
X 10-4Ом-м. Коррозионная стойкость
покрытий желтой бронзой в тропиче-
ских условиях незначительна. Покры-
тия белой бронзой (содержат более
40% олова) не обеспечивают надежной
защиты стали от коррозии из-за боль-
шого количества пор и микротрещин.
Однако их широко применяют для
декоративных целей вместо никеля,
а также для замены серебра при галь-
ванопокрытии некоторых типов кон-
тактов электросоединителей. Покрытия
белой бронзой характеризуются изно-
соустойчивостью, в 4 раза большей,
чем у серебра, устойчивостью к атмо-
сферной коррозии, высоким коэффици-
ентом отражения (60—75%) и отсут-
ствием потемнения при контакте с серо-
содержащими материалами. Термо-
стойкость таких покрытий не превы-
шает 200 °C, а их микротвердость
составляет 450—600.
Покрытия медь — никель применя-
ют для защитных и декоративных
целей. Благодаря красивому внешнему
виду и значительной стойкости к кор-
розии они заменяют никелевые покры-
тия. Они обладают различными оттен-
ками цвета (от розового до светло-се-
рого в зависимости от содержания в
Цианистые влектролиты меднения
141
ник никеля). Обычно такие покрытия
содержат до 25% никеля. Сплав медь —
свинец применяют как антифрикцион-
ные покрытия. В основном они содер-
жат 5—40% свинца и представляют
собой перенасыщенные твердые раство-
ры на основе меди. Они имеют светло-
розоватый оттенок и микротвердость
220—250.
Для осаждения покрытий медью и ее
сплавами существует значительное ко-
личество электролитов. Наиболее из-
вестными являются: цианистые, циа-
нидферратные, втилендиаминовые, пи-
рофосфатные, сернокислые, полиэти-
ленполиаминовые и т. д. Однако, не-
смотря на токсичность, предпочтение
отдается цианистым электролитам.
ЦИАНИСТЫЕ ЭЛЕКТРОЛИТЫ
МЕДНЕНИЯ
Обладая высокой рассеивающей спо-
собностью и хорошей электропровод-
ностью, цианистые электролиты обеспе-
чивают получение высококачественных
мелкокристаллических осадков, имею-
щих надежное сцепление с большинст-
вом металлов и сплавов. Из-за значи-
тельной щелочности их не применяют
при металлизации пластмасс и электри-
ческих схем, изготавливаемых из ди-
электриков.
Медь в цианистых растворах с наи-
большей легкостью образует комплекс
[Cu(CN)8]_. При этом концентрация
свободных иоиов меди равна 10-ss —
10-28 моль/л, и на катоде разряжаются
только цианистые комплексные ионы.
Выход по току в таких электролитах
75—85%. Чем выше содержание CN-
в электролите, тем ниже катодный
выход по току и тем сильнее выделение
водорода. Это объясняется образова-
нием комплексов с более высоким коор-
динационным числом типа [Си X
X (С1Ч)4]?_или [Си (CN)B]4“, из кото-
рых медь осаждается труднее. Пол-
ностью избавиться от свободного циа-
нида нельзя, так как это приводит к
пассивации анодов и прекращению
поступления ионов меди в раствор.
Кривые катодной поляризации
(рис. 59) в цианистом электролите под-
тверждают, что первый предельный ток
соответствует 1К = 0,2ч-0,3 А/дм8, а
второй iK = 0,5 А дм2. Медь в циаиис-
Рис. 59. Кривые катодной поляризации
меди из электролита, содержащего (г/л)
СибО и NaCN5, при 50 °C:
1 — без добавки; 2—3 — с добавкой KCNS
соответственно 1 и 10 г/л
тых электролитах восстанавливается
при отрицательных значениях потен-
циалов. В первом случае осаждение
меди на катоде происходит из ионов
Си(СМ)з или непосредственно из CuCN,
а во втором — из более стой кия ком-
плексных ионов типа Си (CN)J_ и др.
При этом в последнем случае вместе
с медью на катоде обильно выделяется
водород. Добавка KCNS повышает
первый предельный ток.
Кривая анодной поляризации
(рис. 60) имеет два перегиба. В зоне
(а) медный анод покрывается белым
осадком, в то время как в зоне (б)
наблюдается образование осадка голу-
Рис. 60. Кривая анодной поляризации ме-
ди из электролита, содержащего (г/л) Си60
и NaCN6
142
Покрытия медью и ее сп швами
бого цвета. При pH = 13,3 медный
анод становится нерастворимым. Сегне-
това соль способствует образованию
одновалентных ионов меди и увеличи-
вает iB, при которой наступает пасси-
вирование анода.
Анодный процесс в цианистых элек-
тролитах сопровождается значитель-
ной поляризацией, величина которой в
основном определяется содержанием
свободного цианида. При недостатке
цианида аноды пассивируются вплоть
до полного прекращения их раство-
рения. Содержание цианида оказы-
вает противоположное влияние на
катодный и анодный процессы: для
первого требуется минимальное коли-
чество свободного NaCN (iK тем выше,
чем ниже концентрация цианида нат-
рия), а для второго — максимальное
(аноды пассивируются при тем большей
ia, чем больше содержание NaCN).
Так как в цианистых электролитах
равновесный потенциал меди имеет
большое отрицательное значение и с
повышением плотности тока потенциал
еще больше смещается в сторону элек-
троотрицательных значений, считают,
что осаждение меди невозможно из
таких электролитов при iK = 10 А/дм’
с близким к теоретическому выходом
по току. Однако при определенных
условиях (небольшое содержание
NaCN + повышенная температура +
+ перемешивание) возможно осажде-
ние меди при высокой плотности тока
с Т)и, близким к теоретическому. Так,
например, в электролите, содержащем
(г/л): CuCN 120, NaCN 135, NaCNS 15
и NaOH 30, т)к = т]» и составляет 99%
даже при /к = 4 А/дм’. Во всех циа-
нистых электролитах рекомендуется
поддерживать отношение Sa : SR =
= 2:1.
Калиевые соли, менее чувствитель-
ные к органическим примесям, чем
натриевые, позволяют применять более
гибкий режим. В промышленности
применяют цианистый электролит (г/л):
NaCu (CN), 40—50, NaCN (свободный)
10—20. Режим электролиза: темпера-
тура 15—25 °C, 1К = 0,54-1 А/дм*, ано-
ды — из меди, Sa : SK = 2 : 1, т)к =
= 504-70%. Осадки получаются мелко-
кристаллическими, но матовыми; в
случае необходимости требуется их
механическое полирование.
Медные покрытия ив такого электро-
лита применяют при глубокой вытяж-
ке, как подслой на стальных, латунных
и бронзовых деталях, работающих при
повышенной температуре или подвер-
гающихся горячей пайке. Для прида-
ния покрытиям более светлого оттенка
в электролит вводят гипосульфит
(Na2S,Oa) в количестве 0,2—0,3 г/л,
а также применяют реверсирование
тока (/н : /а = 10 : 1). Реверсирование
тока способствует не только осветлению
осадков, но и депассивированию мед-
ных анодов, котя при этом на 10—15%
уменьшается производительность ван-
ны меднения (при прочих равных усло-
виях электролиза). Введение в цианис-
тый электролит сегнетовой соли (40—
50 г/л) позволяет повысить »к до
4 А/дм* и устранить в определенной
мере пассивирование анодов. Но при
этом технологический процесс услож-
няется, так как температура электро-
лита должна быть 50—60 “С.
Для осаждения меди на сталь, чугун,
медные и цинковые сплавы, титан и его
сплавы используют электролит, содер-
жащий (г/л): медь цианистую 50—70,
натрий цианистый (свободный) 10—25.
Режим электролиза: температура 40—
50 °C, pH = 104-11, <к= 14-5 А/дм*,
скорость осаждения 0,3—0,9 мкм/мин,
аноды — из меди. В случае ск более
2 А/дм1 рекомендуется применять ре-
версирование тока tK : ta = 20 : 1 (с).
Допускается вводить в электролит
0,5—1,0 г/л тиосульфата натрия или
5—7 г/л сернокислого натрия безвод-
ного. Для улучшения электропроводи-
мости при составлении свежего элек-
тролита следует вводить углекислый
натрий до 80 г/л. Для получения блес-
тящих медных покрытий под никель
(при трехслойном покрытии Си—Ni—
Сг) применяют электролит (г/л):
CuCN 80—90, KCN (свободный) 5—7,
KCNS 40—45, фурфуриловый спирт
0,3—0,6. Режим электролиза: темпе-
ратура 60—70 ₽С, iK = 24-4 А/дм1,
i)K= 804-90%, аноды— из меди,
Sa : SK= 1:1, фильтрация электролита
непрерывная. Скорость осаждения ме-
ди при 1К = 2 fJpM* около 0,2 мкм/мин.
Предварительное меднение деталей из
высокопрочной стали ведут в электро-
лите, содержащем (г/л): CuCN 50—55,
NaCN (свободный) 20—25, NaOH 15—
Нцианистые электролиты меонения
143
20, NaCN (общий) 90—100. Режим
электролиза: температура электролита
55—60 °C, iK = 0,54-0,8 А/дм2, ано-
ды — из меди, время выдержки 5—
10 мин.
НЕЦИАНИСТЫЕ ЭЛЕКТРОЛИТЫ
МЕДНЕНИЯ
Сернокислые электролиты. Основными
компонентами таких электоолитов яв-
ляются сульфат меди и серная кислота.
Медь в них находится в виде свободных
ионов Си2+, и ее восстановление на
катоде происходит без выделения водо-
рода. Для повышения качества покры-
тий концентрацию ионов меди в элект-
ролите поддерживают в пределах 60—
70 г/л, кроме того, применяют пере-
мешивание; температура раствора дол-
жна быть низкой.
Серная кислота служит для обеспече-
ния необходимой электропроводимости,
но с увеличением ее концентрации пони-
жается растворимость сульфата меди.
Поэтому отношение ионов SOI- к
ионам меди принимают равным 1 : 1.
Скорость осаждения меди в таких элек-
тролитах составляет ~1 мкм/мин при
iH = 5 PJpj/?. Их рассеивающая спо-
собность незначительная, т. е. 2—5%
(цианистых — более 30%). Поэтому
их можно применять для меднения
деталей простой конфигурации.
В сернокислых электролитах медные
аноды растворяются с образованием
двухвалентных ионов меди (концентра-
ция одновалентных ионов незначитель-
на). Накопление в растворе первых
приводит к образованию металличе-
ской губчатой меди. Кислотность суль-
фатных электролитов, как правило,
уменьшается, при этом на катоде в
покрытие внедряется закись меди
(Си/)).
Для блестящего меднения деталей
простой конфигурации применяют эле-
ктролит (г/л): медь сернокислая 180—
250, кислота серная 30—50, кислота
соляная 0,01—0,02, тиомочевина 0,1—
0,3, днэтиламин 0,04. Режим электро-
лиза: температура 15—25 °C, 1к =
= 24-3 А/дм1, аноды — из меди, не-
прерывная фильтрация. Медные по-
крытия имеют красный или розовый
цвет. В свежеосажденном состоянии
они хорошо паяются. Микротвердость
медных покрытий из сульфатных элек-
тролитов ПО—120, а из цианистых —
190-220.
При осаждении меди ив сернокислых
электролитов с применением ультра-
звука получаются покрытия большей
твердости (на 15—30%) и лучшей
коррозионной стойкости, так как их
структура более мелкокристалличес-
кая. При повышении температуры в
сульфатных электролитах предел проч-
ности медных осадков уменьшается с
250—300 МПа (при 20 РС) до 150—
200 МПа при 40 °C. Сульфат-ионы или
другие примеси, включаясь в медные
покрытия (из сульфатных электроли-
тов), вызывают возрастание электро-
сопротивления до 3 мкОм-см и более.
Для осаждения блестящих медных
покрытий на стальные детали, уже
имеющие подслой меди или никеля,
рекомендуется применять электролит,
содержащий (г/л): медь сернокислую
180—240, кислоту серную 50—65, нат-
рий хлористый 0,03—0,10, блескообра-
зующую добавку БС-1 или БС-2 4—6.
Режим электролиза: температура 18—
28 °C, 1К = 0,54-11,0 А/дм2, скорость
осаждения 0,1—2,0 мкм/мин. При об-
работке деталей особо сложной конфи-
гурации следует применять добавку
БС-2, а покрытие вести при перемеши-
вании электролита сжатым воздухом.
Фильтрация электролита должна быть
непрерывной. При этом рекомендуется
поддерживать анодную плотность
3 А/дм2, а отношение Sa : SB = 3 : 1.
Аноды — медные с фосфором марки
МФ. Известны импортные блескообра-
зователи «Юбак», CU и др. Блеско-
образующая добавка «Юбак» приме-
няется и в нашей стране в автомобиль-
ной промышленности. Эта добавка
вводится в сернокислый электролит.
Однако стальные детали перед таким
меднением предварительно покры-
ваются медью из цианистого электро-
лита или никелем из электролитов
типа Уоттса.
Этилендиаминовые электролиты. Их
применяют при меднении стальных
изделий несложной конфигурации (ма-
логабаритные детали). Для этой цели
используют электролит (г/л): медь
сернокислая 80—100, аммоний серно-
кислый 40—50, натрий сернокислый
40—50, этилендиамин 50—60. Режим
144
Покрытия медью и ее сплавами
Рнс. 61. Кривые катодной поляризации ме-
ди в хл ори дно-эти ленд намин овом электро-
лите, содержащем (г/л) СиС115, Еп12Б и
N&C130:
1 — 20 °C; 2 — 40 °C; 3 — 60 “С
электролиза: температура 15- -25 °C,
1К = 0,54-1,0 А/дм», т)в = 974-99%,
аноды — из меди. К недостаткам эти-
лецдиаминовых электролитов следует
отнести необходимость загрузки дета-
лей под током, вредность этилендиа-
Рис. 62. Кривые анодной поляризации меди
в ыектролнте, содержащем [СиЕп,] 50,66
и NaaSO4 200, при различной концентрации
этилендиамина (г/л):
1 — без этнлендиамина; 2—10; 3 — 20;
4 — 40; 5 — 125
мина для персонала, повышенное на-
чальные значения до 5—7 А/дм*.
Кривые катодной поляризации меди
в таком электролите при различной
концентрации этилендиамина показы-
вают, что предельный ток возрастает
при уменьшении концентрации комп-
лекса. В области высоких скорость
осаждения меди зависит от концентра-
ции ионов СиЕп*+ (рис. 61). Значение
pH корректируют добавлением NaOH.
При увеличении pH эле”тролитл потен-
циал катода смегаегся в сторону отри-
цательных аначений, особенно при
низких 1К.
Потенциал растворения анода в эти-
лендиаминовом электролите имеет пре-
дельное значение пои увеличении кон-
центрации En. С увеличением ia анод-
ные поляризационные кривые сли-
ваются (рис. 62). При отсутствии из-
бытка этнлендиамина анодный процесс
протекает без участия молекул Еп.
Минимальное количество дефектов в
структуре осадков, полученных из
таких электролитов, наблюдается при
меньших значениях pH и tK. Электро-
осаждение меди происходит в резуль-
тате разряда ионов CuEn,+, при это:.
значение pH возрастает до 10. Рабочий
интервал pH для меднения стальных
изделий 7,0—8,5, а для гальванопласти-
ческих 8,5—9,5. Рассеивающая способ-
ность этилецдиаминовых электролитов
выше, чем сернокислы», но ниже, че:л
цианистых. Формула этнлендиамина
представляет с< бой NH, —СН,—СН,—
NH,.
Пирофосфатные электролиты. Их
применяют для получения медных
покрытий на алюминчевыг сплавах,
а также для изготовления металлизи-
рованных диэлектриков. Известен элек-
тролит состава (г/л): CuSO<-5HsO 30—
50, Na4P1O7- ЮН,О 120—180,
Na,HPO4- 12H1O 70—100. Режим элек-
тролиза: температура 20—30 °C, pH =
= 7,54-8,9, iK = 0,3—0,4 А/дм», т)к =
= 754-80%, аноды — из меди,
Sa : SH = 3 : 1. Под действием ультра-
звуковых колебаний частотой 20—
25 кГц интенсивностью 200—
250 Вт/дм» катодную плотность тока
можно довести до 2 А/дм*.
Во избежание выделения контактной
меди детали следует загружать под
током, строго следя за pH, и корректи-
Нецианистые емктрмиты меднения
146
ровать его значение, пользуясь ще-
лочью или ортофосфорной кислотой.
При pH > 8,9 наблюдается пассивиро-
вание сводов, а на покрытиях обра-
зуется полосы и коричневый налет.
Уменьшение pH <С 7 ведет к выделению
на деталях контактной меди. Накопле-
ние в электролите ионов двухвалент-
ного железа приводи к получению
шериховатгх покрытий. В таких слу-
чаях жел so необходимо осадить ще-
лочью, а медь окислить до двухвалент-
ной, добавив 30% -ный раствор пере-
киси водорода.
Покрытия из пирофосфатных элек-
тролитов имеют слабое сцепление со
сталью, nos гему в начале электролиз
ведут при iK = 1,04-1,5 А/дм4 в тече-
ние ~1 мин. Меднение стальных изде-
лий в пирофосфатных электролитах
рекомендуется проводить после их
предварительного покрытия в цианис-
тых растворах (при 1К = 0,24-0,3 А/дм4
на толщину 0,5—1,0 мкм). Пирофос-
фатные электролиты меднения в основ-
ном содержат комплексные ионы меди
ICu (Р,О7) I4- и |Cu(PiO7)s ]•“ с кон-
стантами нестойкости соответственно
2-10-4 и 3- 10-м. Соотношение концен-
трации этих ионов зависит от pH и
концентрации свободных ионов
(Р»О7)*“. При pH > 8 преимущественно
в растворе медь находится в виде
комплекса (СиСРцО,),]4-. При умень-
шении pH возрастает относительная
концентрация ионов (CuPiO7)4- вслед-
ствие взаимодействия [Си(Р2О7)7 ]•" с
ионами водорода.
Для меднения применяют также эле-
ктролит, содержащий (г/л): медь серно-
кислую 80—90, пирофосфат калия
350—-370,аммоний азотнокислый 20—25.
Режим электролиза: температура 50—
55 ®С, tK = 0,5 А/дм3, pH = 8,5, ано-
ды — из меди. Азотнокислый аммоний
вводят в электролит с целью повыше-
ния предельного тока и увеличения
катодного выхода по току.
С увеличением iK наблюдается резкое
снижение равномерности распределе-
ния медных покрытий. При iK = 0,5
А/дм4 внутренние напряжения состав-
ляют 142 МПа, а при 2,0 А/дм2 —
33 МПа. Для изготовления пирофос-
фатных электролитов в ФРГ исполь-
зуют специальные концентраты и блес-
кообразователи.
Аммиакатные электролиты. Для мед-
нения стальных деталей несложной
конфигурации применяют электролит,
содержащий (г/л): сульфат меди 80—90,
аммоний сернокислый 80—100, аммиак
(25%-ный) 150—180 мл/л, аммоний
азотнокислый 40—60. Режим электро-
лиза: температура 20—25 °C, 1К =
= 0,54-1,0 А/дм4, аноды — ив меди.
Покрытия имеют мелкокристалличе-
скую структуру и мико», твердость
180—200. При добавлении NH4NOj в
электролите повышается т]к и умень-
шается пассивация медных анодов.
Для увеличения адгезии медных по-
крытий со сталью детали следует обез-
жиривать венской известью, а затем
электрохимически в 5%-ном растворе
NaOH при iK = 5 А/дм4 и температуре
60—80 °C в течение 1—2 мин. После
такой подготовки детали сначала мед-
нят в электролите (г/л): медь азотно-
кислая 5—8, аммоний азотнокислый
12—25, аммиак (25%-ный) 70—140 мл/л.
Режим электролиза: температура 20—
30 °C, время 3—5 мин, аноды — из
«еди, iK = 24-3 А/дм4. При этом сцеп-
ление меди со сталью значительно
повышается.
Выбор анодов для меднения зависит
от состава ванны (кислая или щелоч-
ная). Для получения матовых покрытий
наиболее пригодны аноды из чистой
меди, а также из катаной или электро-
литической. В щелочных ваннах бле-
стящего меднения применяют аноды из
меди с добавлением фосфора, не содер-
жащей кислород (содержание фосфора
0,02—0,03%). Такие аноды рекомен-
дуется применять для электролитов с
большой концентрацией сегнетовой со-
ли (или других солей с буферными
свойствами). При покрытии деталей,
изготовленных из сплавов А1—Zn (в
пирофосфатных электролитах), следует
применять аноды из меди особой чис-
тоты. Чтобы уменьшить попадание
шлама в электролит, на аноды и кор-
зины с анодами надевают чехлы из
стойкой во всех электролитах пропиле-
новой ткани с размером пор 20—
30 мкм.
Основное требование к анодам, при-
меняемом в сернокислых электро-
литах, — их растворение без шлама.
Причинами шламообразования могут
быть накопление в растворе одновалент-
146
Покрытия медью и ее сплавами
ных ионов меди, вызывающих выпаде-
ние мелких частиц или выкрашивание
с поверхности анодов кристаллов меди.
Состав анодов, применяемых для серно-
кислого меднения (%): Ag и Fe менее
0,01, РЬ и Zn менее 0,0008, Bi и Sn
менее 0,0001, Ni, Р, Мп, Sb менее
0,0005 (каждого металла в отдельности).
Медные аноды особой чистоты должны
содержать 99,99% Си. Медные аноды
выпускаются толщиной 2—15 мм, ши-
риной 100—1000 мм, длиной 300-
2000 мм, их также нарезают в гальва-
ническом цехе из листовой меди необ-
ходимых размеров. В большинстве слу-
чаев анодная медь имеет плотность
8,9 г/см*, температуру плавления
1084 °C. Кромки анодов должны быть
ровными, без разрыва, поверхность —
ровной без трещин и плен.
ПОКРЫТИЯ СПЛАВАМИ
НА ОСНОВЕ МЕДИ
Сплав медь—цинк (латунь). Покрытия
представляют собой сплав, содержащий
50—80% меди. Они характеризуются
хорошим сцеплением с металлами и
резиной и применяются в качестве
основного покрытия в декоративных
целях и при -обрезинивании стальных
изделий, а также в качестве подслоя
при никелировании деталей из алюми-
ния и его сплавов. Для латунирования
сталей применяют электролит (г/л):
медь цианистая 32—45, цинк цианис-
тый 12—15, натрий цианистый (сво-
бодный) 15—23. Режим электролиза:
Рис. 63. Кривые катодной поляризации
меди, цинка и сплава Си—Zn при 30 °C в
цианистом влек тролите (г/л):
' — СиЗО; и NaCNIO, 2 ZnlO и NaCNIO;
3 — СиЗО. ZnlO в NaCNIO
температура 60—70 °C, — 1,2ч-1,5
А/дм’, скорость осаждения 0,25—0,3
мкм/мин; аноды — сплав Л63.
Для латунирования малогабаритных
деталей из стали и цинковых сплавов
применяют электролит (г/л): медь сер-
нокислая 1,0—1,5, цинк сернокислый
50—60, калий пирофосфорнокислый
безводный 250—300, калий фосфорно-
кислый однозамещенный 1 10. Режим
электролиза: температура 18—25 °C,
«к = 0,5ч-1,0 А/дм*. скорость осажде-
ния 0,06—0,11 мкм/мин, аноды — из
коррозионно-стойкой стали. Содержа-
ние меди в сплаве 70—75%. Анодная
плотность тока 0,7 А/дма (для цинко-
вых сплавов) и 1,0 А/дма (для сталей).
Рекомендуемая частота вращения бара-
бана с деталями 12—18 мин-1.
Томпак (латунь, содержащая 90%
меди) на стальные детали наносят из
электролита (г/л): медь цианистая 30—
50, цинк цианистый 5—7, натрий циа-
нистый (свободный) 8—12, натр едкий
20—30, калий — натрий виннокислый
30—40. Режим электролиза- темпера-
тура 50—55 °C, »к=0,5ч-1,0 AJrm-, ско-
рость осаждения 0,1 —0,2 мкм/мин, ано-
ды — из сплава Л90. Рекомендуется
применение реверса tK : tB = 10 : 1 (с).
При осаждении томпака (рис. 63)
наибольшее смещение потенциала про-
исходит при iK = 0,4 А/дма. При мень-
ших значениях iK совместное выделение
меди и цинка на катоде затрудняется,
а при более высоких iK начинается
выделение водорода. Блестящее лату-
нирование ведут в этилендиаминовом
электролите (г/л): медь сернокислая
20—25, цинк сернокислый 40—45,
натрий сернокислый 10—15, аммоний
сернокислый 40—45, кадмий серно-
кислый 1—2, желатина 0,3—0,5, эти-
лендиамин (20%-ный) 140—170, ди-
сульфонафталиновая кислота 0,8—1,2.
Режим электролиза: температура 15—
25 °C, pH =8,04-8,3, = 0,754-
1,25 А/дма, аноды — из сплава Л70.
Электролит обеспечивает получение
зеркально-блестящих покрытий толщи-
ной 15—20 мкм.
Сплав медь—олово (бронза). В по-
крытиях желтой бронзой содержится
менее 20% олова, а в покрытиях белой
бронзой — более 40% Sn. Первые при-
меняют в основном для защиты сталь-
ных изделий от коррозии в среде холод-
Покрытия сплавами на основе меди
147
ьой и кипящей технической воды. При
толщине покрытия более 20 мкм даже
после 30 сут. испытания коррозия у
основного металла не появляется.
Желтую бронзу осаждают на элек-
тролита, содержащего (г/л): натрий
М-оловяннокислый 3-водный (свобод-
ный) 20—25, натр едкий (свободный)
8—10. Режим электролиза: темпера-
тура 60 — 70 ®С, »к = 14-2 А/дм*, ско-
рость осаждения 0,34-0,4 А/дм*, ано-
ды — ив желтой бронзы. Осадки содер-
жат 85—90% меди. При низких значе-
ниях iK практически весь ток расхо-
дуется на выделение меди и водорода.
В основном выход сплава по току
составляет 85—90%. Микротвердость
бронз (10—15% Sn) находится в пре-
делах 200—300, а их удельное электро-
сопротивление равно (0,3—0,6) X
X Ю~‘0м-м. Для бронзовых покры-
тий, применяемых в качестве подслоя
под хром, используют электролит (г/л):
медь сернокислая 30—35, олово серно-
кислое 35—40, фенолсульфоновая кис-
лота 70—80. Режим электролиза: тем-
пература 15—25 °C, 1К— 0,54-1,0 А/дм*,
аноды — из бронзы (~10% Sn), т)к =
= 804-100%. В осадках содержится
15—20% олова.
Для защиты стали от азотирования
и воздействия горячей воды н пара
бронзовые покрытия наносят из элек-
тролита (г/л): олово четыреххлористое
100—120, медь хлористая 30—40, циа-
нидферрат калия 180—200, калий угле-
кислый 20—25, натр едкий 15—20.
Режим электролиза: температура 50—
60 °C, 1К = 0,54-1,0 А/дм“, аноды —
из бронзы (10—15% Sn) или раздель-
ные с соотношением Scu : Ssn =1:1.
Получаемые покрытия содержат 12—
20% олова.
Равновесные потенциалы меди в
цианидфероатноч электролите и олова
в станнатном приблизительно одинако-
вы, благодаря чему облегчается их
совместное восстановление. На поля-
ризационной кривой (бронза при 60 °C)
наблюдаются (рис. 64) два перегиба:
один при /к = 0,75 А/дм* и второй —
при /к = 3,5 А/дм*. Первый соответ-
ствует восстановлению меди в цианид-
ферритном электролите при 1К =
= 0,5 А/дм*, а второй — связан с обед-
нением прикатодного слоя разряжаю-
щимися ионами олова.
Рис. 64. Кривые катодной поляризации
Си — Sn (/), меди (2) и олова (3) в алектро-
лите (г/л):
/ — основной состав; 2 — СиС130,
K,Fe(CN),200 и К.СО.20; 3 — Sn4.
NaOH17, К,СО,20 н K4Fe (CN)«200 (темпе-
ратура электролита 60 °C, частота враще-
ния мешалки 500 мин-1)
Анодные поляризационные кривые
для олова имеют два перегиба и три
ветви Первый перегиб соответствует
образованию пассивной пленки при
(а — 0,4 А/дм*. Ветвь выше этого пере-
гиба характеризует процесс электро-
химического растворения анода в усло-
виях частичной пассивации, когда
растворение с образованием Sn2+ сме-
няется образованием ионов Sn*+. Вто-
рой перегиб при ia — 1,5 А дм* соот-
ветствует переходу анода в полное
пассивное состояние. Присутствие в
электролите ионов Sn*+ приводит к
образованию темных и шероховатых
покрытий, поэтому для покрытий брон-
зой оловянные аноды следует пассиви-
ровать путем погружения их в рабочий
электролит при iB = 2 А/дм . Медный
анод в цианидферратном электролите
работает с небольшой поляризацией
(~0,15Ь при ia = 0,6 А/дм®). Резкое
его пассивирование наступает при ia =
= 1.0 А/дм*. Поэтому наиболее опти-
мальным является соотношение
Scu = Ssn =2:1, при этом Scu должно
равняться SK.
Покрытия белой бронзой получают
из электролита (г/л): натрий М-оловян-
нокнслый 100—125, медь цианистая
15—22; калий цианистый (свободный)
15—25, натр едкий 14—16. Режим
электролиза: температура 60—70 °C,
148
Покрытия медью и ее сплавами
Рис. 6В. Зависимость состава сплава Си —
Мо от катодного выхода по току т|к от
1 — содержание меди в сплаве; 2 — ка-
тодный выход по току
i'k = 1,04-2,0 А/дм*, скорость осажде-
ния 0,2—0,3 мкм/мин, аноды — из ста-
ли 12Х18Н9Т или никеля. Состав
получаемых осадков: 40—50% олова
и 50—60% меди. Такие покрытия в
основном применяют для деталей ра-
диоаппаратуры, используемой в легких
условиях эксплуатации (взамен сере-
бряных покрытий).
Блестящие бронзовые (желтые и бе-
лые) покрытия можно осаждать из
цианистого электролита, содержащего
(г/л): станнат натрия 10—50, медь
цианистую 10—45, натрий цианистый
(свободный) 10—35, натр едкий (сво-
бодный) 3—5, натрий лимоннокислый
10—45. Режим электролиза: темпера-
тура 30—50 °C, = 0,54-1,0 А/дм2,
аноды — из бронзы или платинирован-
ного титана. Желтые осадки имеют
микротвердость 300, а белые — более
500. Высокая твердость белых бронз
объясняется образованием интерметал-
лического соединения типа CueSns.
В качестве блескообразователей при
осаждении бронзовых покрытий из
цианистых электролитов применяют
диэтилентриамин (20—30 г/л) и сегне-
тову соль (40—50 г/л).
Сплав медь—свинец. Его применяют
в качестве антифрикционных покрытий.
Наносят такие покрытия из электро-
лита (г/л): медь сернокислая 80—100,
калий цианистый 50—60, свинец (в
виде металла) 1,0—1,5, калия гидро-
оксид 2—5, натрий сернокислый 100—
200. Режим электролиза: температура
20—30 °C, it< — 0,14-0,3 А/дм*, аноды—
из меди или стали 12Х18Н9Т. Сплав
содержит 3—5% свинца и имеет светло-
розовый оттенок. При соосаждении
меди и свинца из цианистых электроли-
тов ноны свинца разряжаются на пре-
дельном токе (диффузионном), поэтому
содержание свинца в сплаве с ростом
»к падает.
Сплав медь—никель. Покрытия
Си—Ni используют для защитных и
декоративных целей. Благодаря краси-
вому внешнему виду и значительной
стойкости к атмосферной коррозии они
могут заменять никелевые покрытия.
Для нанесения Си—Ni применяют
электролит (г/л): KeNi(P2O7)2 60—70,
KeCu(PsO7)2 35—40, К4Р2О7-ЗН2О 60—
70, сегнетова соль 25—30. Режим элек-
тролиза: температура 50—60 °C, iK =
= 1,54-2,0 А/дм2, pH = 9,24-9,6, ано-
ды — из сплава, содержащего по 50%
Си и Ni. При таких условиях покрытия
содержат 20% никеля. Сегнетова
соль в электролит вводится с целью
депассивации анодов. С увеличением
концентрации меди в растворе ее содер-
жание в сплаве резко увеличивается.
При получении покрытий Си-—Ni с
большим содержанием меди иногда
наблюдается образование неоднород-
ного полосчатого покрытия, в особен-
ности при повышенных iK. Этот недо-
статок можно устранить путем соот-
ветствующей термообработки.
Сплав медь—молибден. Его приме-
меняют в качестве термических покры-
тий. Осаждение Си—Мо ведут из элек-
тролита (г/л): Na2Mo04-2H20 40—60,
NaHCOj 70—80, CuSO4-5H2O 10—15,
Na4P2O7- ЮН2О 45—55. Режим электро-
лиза: температура 50—60 °C, iK =
— 104-20 А/дм2, аноды — из меди или
платинированного титана. Покрытия в
основном содержат 85—90% меди и
10—15% молибдена. Цвет осадков
Си—Мо светло-розовый, постепенно
тускнеющий на воздухе. С увеличением
tK покрытия становятся матовыми, а
т)к (рис. 65) уменьшается до 45—50%
(при iK = 15 А/дм*).
Основные неполадки и дефекты в
процессе меднения следующие. Белый
налет на анодах в железосинеродистых
электролитах появляется из-за высоких
значений iK. Шероховатость покрытий
возникает при наличии механических
Особые случаи меднения
149
примесей в электролите, а выпадение
на дно ванны кристаллов желтого цве-
та — вследствие ниакой температуры.
Для пирофосфатные электролитов ха-
рактерен беловато-голубой налет на
анодах, возникающий при высоких
значениях lK, а сероватый оттенок на
покрытия^ образуется при несоответ-
ствии pH (необходимо добавить 5%-ный
раствор сртофосфорной или серной
кислоты). В сернокислых электролитах
грубая структура покрытий является
следствием недостатка кислоты или
высоких значений iK, а темные и шеро-
ховатые осадки образуются при соосаж-
дении закиси меди. При загрязнении
электролита механическими примесями
на поверхности деталей образуется
налет. Темные пятна появляются при
недостатке H2SO4 или высоких плот-
ностях тока (то же самое следует ска-
зать и о повышенной хрупкости медных
покрытий).
В цианистых электролитах вздутие
или отслаивание покрытий возникает
при избытке цианидов или недостатке
солей меди. На анодах серая пленка
в таких растворах образуется из-за
высокой концентрации карбонатов, а
быстрое уменьшение меди в электроли-
тах связано с пассивацией анодов и
накоплением карбонатов в растворе.
Бурное выделение водорода на катоде
обусловлено повышенной iH, а пористые
темно-красные покрытия осаждаются
при избытке свободного цианида. Бле-
стящие точки (питтинг) на поверхности
покрываемых деталей возникают при
избытке свободного цианида или нали-
чии в электролите органических загряз-
нений (нужно добавить комплексную
соль меди и обработать электролит
активированным углем). Шелушащийся
пятнистый осадок на катоде возможен
при высокой концентрации карбонатов
или загрязнении растворов хромовым
ангидридом (электролит следует обра-
ботать трилоном Б).
В сернокислых электролитах медне-
ния, содержащих поваренную соль
(NaCl) и блескообразователи, подгар
покрытия может образоваться при
высокой плотности тока, а неравномер-
ный блеск из-за недостатка NaCl;
недостаточный блеск также связан с
истощением блескообразователя. Тем-
но-коричневые пятна и полосы на
покрытии имеют место при наличии в
электролите сурьмы и мышьяка.
При латунировании покрытия крас-
ного цвета образуются при занижении
(к, завышении температуры, уменьше-
нии содержания цинка или свободного
NaCN в электролите. Покрытия светло-
желтого цвета имеют место при высоких
значениях iK, низкой температуре,
повышенном содержании NaCN и по-
ниженной концентрации меди. Вздутие
и отслаивание покрытий объясняется
избытком свободного цианида, высокой
плотностью тока на катоде, плохой
подготовкой деталей перед покрытием.
Пассивирование латунных анодов и
прекращение их растворения связано
с высокими значениями i„ или низкой
концентрацией пирофосфата в электро-
лите.
ОСОБЫЕ СЛУЧАИ МЕДНЕНИЯ
Биполярное или локальное меднение
применяют при одностороннем покры-
тии деталей (например, стальных дета-
лей при цементировании). Сущность
этого способа заключается в том, что
детали устанавливают на продольные
штанги, помещенные между катодными
и анодными штангами. Такие штанги
изолируют от прямого электрического
контакта с источником постоянного
тока. В качестве штанг используют
стальной стержень с натянутой на него
резиновой трубкой. Детали на эти
штанги завешивают с помощью изоли-
рованных подвесок, стойких в электро-
литах меднения. Подвески крепят к
детали по непокрываемым участкам, не
допуская касания и экранирования
обрабатываемых поверхностей.
Затем на анодные и катодные штанги
ванны разгружают медные электроды.
Их форма зависит от конфигурации
деталей. При включении тока поверх-
ность деталей, обращенная к анодам,
заряжается отрицательно и покры-
вается слоем меди. Соответственно
поверхность детали, обращенная к ка-
тодам, заряжается положительно, ста-
новится анодом и естественно не покры-
вается медью.
Электроосаждение дисперсной меди.
Порошковая медь необходима при
изготовлении металлокерамических из-
делий, для получения сплавов меди с
150
Покрытия медью и ее сплавами
тугоплавкими металлами для гальвано-
пластики и др. Для этих целей приме-
няют электролит (г/л); медь сернокис-
лая 25—30, кислота серная 150—200.
Режим электролиза: температура 30—
35 °C, импульсный ток iK = 6 А/дм®
(отношение длительности полного пе-
риода к длительности импульса 10 : 1),.
При указанном режиме зерна меди
имеют продолговатую форму, одина-
ковую дисперсность ~50 мкм с катод-
ным выходом по току 98—99% и
насыпной плотностью 1,5 г/см®.
Полученный порошок промывают в
0,1%-ной водной эмульсии хозяйствен-
ного мыла, обезвоживают ацетоном и
сушат при температуре 75—85 °C в
вакуумтермостате. Высушенный поро-
шок имеет розовый цвет и содержит
до 99,5% металлической меди.
Холодная спайка деталей медью.
Это гальваническое наращивание меди
в зазорах между двумя или несколь-
кими металлическими деталями. Дета-
Рис. 86. Микроструктура (Х400) медного
покрытия (а) из цианистого алектролита
при <к = 0,5 А/дм* до термообработки и
после термообработки (б) при температуре
300 °C а течение 1 ч; а — покрытия Си —Zn
из цианистого алектролита при 20 °C и tK=
= 0,4 А/дм*
ли предварительно меднят в любом эле-
ктролите (толщина слоя 20—30 мкм),
после чего сушат и нагревают в вакуум-
печи до 600—700 °C в течение 1 ч.
Затем детали соединяют с помощью
оправки с винтовым зажимом и изоли-
руют все поверхности, оставляя лишь
узкие полоски, прилегающие к зазору.
Для изоляции используют состав: 70%
парафина, 10% воска, 10% канифоли
и 10% каменноугольного пека. Изоля-
ционный состав нагревают до 90—
100 °C, далее погружают в него детали.
Меднят детали сначала в цианистом
электролите, а потом (для ускорения
наращивания) в сернокислом.
Комбинированное покрытие медь—
графит. Покрытия обладают свойством
самосмазывания, поэтому их приме-
няют при изготовлении деталей под-
шипников, колец в двигателях внутрен-
него сгорания, электрических контак-
тов и других фрикционных элементов.
Такие покрытия получают из серно-
кислого электролита, содержащего
(г/л): медь сернокислую 150—200, кис-
лоту серную 50—70, порошкообразный
графит С-1 100—200. Режим электро-
лиза: температура 15—25 °C, <K=3-j-
5 А/дм®, pH = 0,6-ь1,0; перемеши-
вание постоянное. При этом на стали,
латуни и других сплавах осаждаются
Особые случаи меднения
151
покрытия медь — графит, содержащие
до 10% (масс, доли) графита. При
испытании на износ без смазочного
материала стойкость таких покрытий
в 10 раз выше, чем у чистых медных.
Удаление некачественных медных по-
крытий. Для снятия толстослойных
медных покрытий применяют механи-
ческое шлифование. Методом погруже-
ния медь удаляют в щелочных сульфид-
ных растворах, содержащих например
100 г/л NaOH и 150 г/л серы. Раствор
перед употреблением кипятят в течение
30 мин с целью полного растворения
серы. Медь в таком растворе травят
при температуре 85—95 °C со скоро-
стью 10 мкм/мин. После травления медь
(в виде сульфида) удаляют с деталей
струей воды, а остаток сульфида (до
полного удаления меди) устраняют в
растворе, содержащем 120 г/л NaCN.
При снятии меди в серосодержащих
растворах с таких металлов, как ла-
тунь, магний и аммоний, необходимо
следить, чтобы не было разъеданий
этих металлов (сплавов).
Для удаления меди со стальных дета-
лей, а также с цинка или никеля реко-
мендуется применять раствор, содержа-
щий: СгОэ 450—480 г/л и H,SO4 35—
40 мл/л. Температура раствора 20—
25 °C, скорость растворения меди до
50 мкм/ч. Для снятия меди со стали
электролитическим способом применя-
ют раствор, содержащий (г/л): NaCN
90—150, NaOH 15—20. Режим снятия
меди: температура 20—25 °C, напряже-
ние 6 В, катоды — из свинца, скорость
растворения 50 мкм/ч. При удалении
толстых медных покрытий концентра-
цию NaCN следует повысить до 250—
300 г/л.
Для снятия меди с отливок из цинка
используют раствор (г/л): СгО, 150—
200, CrOs : SO4 = 100 : 1. Температура
20—25 °C, 1К = 7-=-14 А/дм*, аноды —
из свинца. Медь удаляют с алюминия
в 5%-ном растворе серной кислоты
(1,84 г/см8). Температура раствора 20—
40 °C, 1а = 5-т-7 А/дм2, катоды — из
свинца или угля. Удаление меди с пе-
чатных схем ведут в растворе (г/л):
СгО,, 450—480, H8SO4 (1,84 г/см8) 100—
125 мл/л, K»SsO8 20—25, AgNO. 0,05—
0,5.
Микроструктура покрытий медью и
ее сплавами представлена на рис. 66.
/9 ПОКРЫТИЯ цинком
ГЛАВА 14 и Его СПЛАВАМИ
СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ
ЦИНКОВЫХ ПОКРЫТИЙ
Цинковые покрытия в основном приме-
няют для защиты стальных изделий от
коррозии и реже как подслой при галь-
ванопокрытии деталей из алюминия
и его сплавов. Цвет покрытий, не
наполненных хромпиком, светло-серый,
а с хроматной пленкой — радужный
с цветами побежалости. Микротвер-
дость цинковых покрытий составляет
35—60.
Покрытия цинком без хроматной
обработки можно применять только
для сохранения электропроводимости,
при пайке, для деталей, подвергаемых
точечной сварке и опрессовке пласт-
массами при температуре 100—150 °C.
Цинковые покрытия, имея нормальный
электродный потенциал <р = —0,76 В,
защищают железо электролитически,
т. е. происходит разрушение цинка.
При температуре 70 °C потенциал цин-
ка может стать положительнее потен-
циала железа и цинковое покрытие
будет защищать его только механиче-
ски. Способность цинковых покрытий
к самопассивированию на воздухе не-
значительная и его коррозионная стой-
кость определяется нерастворимостью
продуктов его коррозии.
В нейтральных средах цинковые
покрытия корродируют в основном с
кислородной деполяризацией, но в чис-
той атмосфере они стойки. Примеси
SOs, H,S и НС1, содержащиеся в про-
мышленной атмосфере, снижают их
коррозионную стойкость. Такие покры-
тия недостаточно стойки и в условиях
морской атмосферы. Нестойки они так-
же в контакте с деревом, пропитанным
олифой или высыхающими маслами.
Цинковые покрытия хорошо выдер-
живают развальцовку, но плохо под-
даются запрессовке. Для повышения
коррозионной стойкости их дополни-
тельно фосфатируют или хроматируют,
или покрывают бесцветными лаками.
Стальные детали толщиной менее
0,5 мм также не рекомендуется цинко-
вать, так как они становятся хрупкими.
Стоимость цинковых покрытий, по
отношению к кадмиевым, составляет
1 : 15. Стойкость цинковых покрытий
в проточной воде приведена в табл. 31
(60 °C, 3000 ч).
Стойкость цинковых и кадмиевых
покрытий в зависимости от климатиче-
ских условий приведена в табл. 32 и 33.
Цинковые покрытия хорошо защи-
щают стальные изделия от коррозион-
ного воздействия бензина и других
серосодержащих жидкостей. При дей-
ствии газообразного аммиака, фенола,
уксусной кислоты и формальдегида
цинк менее стоек, чем кадмий.
Повышенная защитная способность
цинковых покрытий по сравнению с
кадмиевыми в наружной атмосфере
объясняется тем, что продукты корро-
зии цинка, например сульфат цинка,
менее растворимы в воде, чем сульфат
кадмия. Цинковые покрытия разру-
шаются быстрее в той местности, где
атмосфера содержит больше твердых
веществ и где pH дождевых осадков
ниже. Так, например, непокрытая
сталь на открытом воздухе за 1 год
корродирует до 330 г/м’, а в будке до
226 г/м’; цинк — соответственно 19 и
12 г/м’, а кадмий — 49 и 17 г/м*.
Цинковые покрытия защищают изде-
лия из стали в 5 раз дольше в комнате с
умеренной влажностью, чем снаружи
(при одинаковой толщине слоя).
Потемнение цинковых покрытий со
временем не влияет на их защитную
способность. Б помещении, загрязнен-
ном газами и продуктами сгорания,
цинковые покрытия сопротивляются
коррозии лучше, чем кадмиевые.
Цинкование
153
31. Стойкость цинковых покрытий в проточной воде
Способ цинкования Бея термообработки С последующей термообработкой
Скорость корро- зии, г/(м*-ч) Глубина корро- зии, мкм Скорость коррозии, г/(М«.Ч) Глубина коррозии, мкм Время термооб- работки, мин
Электролитический 0,036 15,2 0,015 6,3 20
Диффузионный (в расплаве цинка) 0,035 14,9 0,089 4.1 10
Сталь без покрытия 0,651 241,6 — — —
32. Стойкость цинковых
и кадмиевых покрытий в течение года
Показатель коррозии Металл покрытия Район
сельский примор- ский промыш- ленный
Потеря массы в условных еди- ницах Zn Cd 1,0 1.0 1.3 1.5 6,0 11,0
Толщина кор- розионного слоя, мкм Zn Cd 0,6 0,7 0,8 1.0 3,6 8.0
ЦИНКОВАНИЕ
Цинк на катоде обычно осаждается
вместе с водородом. Внедрение водо-
рода р металлическое покрытие кон-
тролируется по степени заполнения
поверхности катода атомами водорода.
Так, суммарное количество водорода,
прошедшего за 800 с через стальную
мембрану толщиной 0,11 мм в цианид-
ном электролите, составляет 2,38 X
X 10“7 моль/смг, в цинкатном 1,73 X
X 10-7 моль/сма, во фторборатном
0,26-I0-7 моль/см1. По уменьшению
максимальной степени заполнения по-
верхности основного металла атомами
водорода в процессе цинкования элек-
тролиты можно расположить в следую-
щем порядке: цианистый, цинкатный.
33. Коррозионные потери (мкм)
цинковых и кадмиевых покрытий
Место испыта- ния Вре- мя, год Цинковые покрытия Кадмиевые покрытия
Будка Пло- щадка Будка
Звениго- 1 3,3 2,5 6,2
род 5 13,9 23,0 18,8
Москва 1 5 7,6 26,6 10,6 62,0 4,9 67,5
Мурманск 1 5 2,8 13,0 4,2 23,5 3,0 9.3
пирофосфатный, сульфатный и фтор-
боратный. Такое влияние цианидов
связано с тем, что ионы CN~ замедляют
реакцию выделения водорода. Эти
ионы хемосорбируются на поверхности
стали (даже при ее катодной поляриза-
ции) и замедляют рекомбинацию атомов
водорода, увеличивая степень заполне-
ния ими поверхности катода. Посколь-
ку хемосорбция ионов CN~ увеличи-
вается со временем, степень заполнения
также возрастает с увеличением вре-
мени поляризации (рис. 67).
Согласно кривым 1—4 (см. рис. 67)
покрытия располагаются следующим
154
Покрытия цинком и его сплавами
Рис. 67. Графическое изображение степени
заполнения катода водородом и пористости
цинковых покрытий:
1 — высокая степень заполнения и значи-
тельная пористость (цинкатный и пирофос-
фатный электролиты); 2 — высокая степень
заполнения и малая пористость (цианистый
электролит); 3 — низкая степень заполне-
ния и высокая пористость (фторборатный
электролит); 4 — низкая степень запол-
нения н малая пористость (сульфатный
электролит)
образом: цинкатный и пирофосфатный
электролиты (1), цианистый (2), суль-
фатный (4) и фторборатный (3). Выход
потоку при этом составляет: из цин-
катного 60%, цианистого 70%, суль-
фатного 90%, пирофосфатного и фтор-
боратного 95%. Более пластичными
являются цинковые покрытия, полу-
чаемые из кислых электролитов, и
менее пластичными — из щелочных.
Цианистые электролиты. Они обла-
дают следующими недостатками: быст-
рая карбонизация, резкое повышение
хрупкости высокопрочных сталей при
Рис. 68. Кривые катодной (/ и 2) и анод-
ной (/' и 2') поляризации цианистом
электролите (г/л):
/ — Zn60, NaCN 100 и NaOH60; 2 — Zn60
и NaCN200
покрытии и токсичность циана. Основ-
ной причиной нестабильности таких
электролитов является неудовлетвори-
тельное соотношение между концентра-
циями щелочи и цианида, а именно
завышенное содержание последнего.
Кроме того, нет четкой корреляции
между содержанием цианида и ионами
металла. Завышенное содержание циа-
нида и щелочи приводит к тому, что в
электролите возрастает концентрация
карбонатов, уменьшается количество
цинка и цианида, заметно снижаются
анодный и катодный выходы по току,
а также ухудшается адгезия цинковых
покрытий.
Для осаждения матовых покрытий
на стальные детали рекомендуется
электролит, содержащий (г/л): оксид
цинка 10—18, натр едкий 50—70, нат-
рий цианистый (общий) 20—30, натрий
сернокислый 0,5—2,0. Режим электро-
лиза: температура 15—40 °C, iR —
= 0,54-2,0 А/дм2, скорость осаждения
0,1—0,4 мкм/мин, аноды—из цинка.
Для деталей, изготовленных из раз-
личных металлов и сплавов, применяют
электролит (г/л): оксид цинка (в пере-
счете на металл) 30—40, натрий циа-
нистый (свободный) 80—90, натр едкий
(общий) 50—100, натрий сернистый
0,5—1,5, глицерин 0,5—1,5. Режим
электролиза: температура 20—30 °C,
tK = 14-2 А/дм2, скорость осаждения
0,2—0,4 мкм/мин.
На рис. 68 представлены кривые
катодной и анодной поляризации из
цианистого электролита. Последние по
сравнению с другими электролитами
(табл. 34) имеют наилучшую рассеива-
ющую способность и более отрицатель-
ный потенциал восстановления цинка
на катоде. Цианистые электролиты
обеспечивают получение более мелко-
зернистых и надежно сцепленных по-
крытий с основой, чем, например, кис-
лые или цинкатные электролиты. Это
объясняется в первую очередь тем, что
в цианистых растворах осаждение цин-
ка происходит при высокой катодной
поляризации.
В состав цианистых электролитов
входят Na,Zn(CN)4, NaCN и NaOH.
Избыточное количество цианида натрия
необходимо для уменьшения диссоциа-
ции комплекса и увеличения катодной
поляризации, что обеспечивает повыше-
Цинкование
155
34. Сравнительные данные по рассеивающей способности (PC)
влектролитов цинкования
Состав электролита Темпе- ратура, •С А/дм’ Чк- % PC ф. в
Компоненты i Содержа- ние, г/л
Zn(CN), NaCN 35 35 18—20 1,0 70—75 1,0 —1,5
ZnO NH4CI NaOH 25 0,3 120 30—40 0,8—1,0 98—100 0,6 —1,38
ZnO NH4C1 hsbo„ Клей столярный 12 240 20 1 20 1,0 95—98 0,8 —1,15
ZnBF4 NH4C1 nh4bf4 KA1(SO4)- 12H2O Солодковый корень 250 25 25 40 1 20 1,0 80—95 0,5 —0,65
ZnSO4-7HsO Na2SO4- 10H2O HSBO, Декстрин 3(0 100 30 10 20 1.0 98—100 0,4 -0,19
ние рассеивающей способности и улуч-
шение структуры осадка. Принято
считать, что оптимальное отношение
количества цианида к цинку в электро-
лите должно быть 2,00—2,75.
Наличие в цианистом электролите
цинкования NaOH способствует рас-
пределению рабочего интервала катод-
ной плотности тока и уменьшению
выделения синильной кислоты вслед-
ствие поглощения электролитом угле-
кислого газа из воздуха. Наряду с
цианистым комплексом цинка в раство-
ре образуется также цинкатный комп-
лекс.
Следовательно, цинк в цианистых
электролитах может находиться в виде
двух комплексных соединений. По-
скольку относительное количество каж-
дой из этих форм установить трудно,
то в электролите поддерживают опре-
деленное количество NaCN и NaOH.
Кривые катодной и анодной поляри-
зации в цианистых электролитах сви-
детельствуют о том, что осаждение
цинка в них происходит при весьма
отрицательных потенциалах, и это пол-
ностью исключает контактное его выде-
ление на таких металлах, как сталь,
титан, медь и др. Анодная поляризация
указывает на то, что цинковые аноды
растворяются беспрепятственно до пло-
тности тока, равной или несколько
превышающей 6 А/дм2, и не является
сдерживающим фактором при катодном
восстановлении цинковых покрытий.
Для цинкования деталей типа пру-
жин, применяли электролит (г/л): ок-
сид цинка 18—20, калий цианистый
60—80, калия гидрат оксида 75—100,
калий титаново-кислый четырехводный
(в пересчете на титан) 0,7—7,0, калий
сернистый 0,5—5,0. Режим электро-
лиза: температура 15—30 °C, »н =
156
Покрытия цинком и его сплавами
Рис. 69. Катодная поляризация цинка в
электролите, содержащем ZnSO«80 и
H,SO44,6 (г/л):
1 — без добавок; 2 — I крахмала; 3 — 1
декстрина; 4 — 1 желатины
= 1,54-3,0 А/дм2, скорость осаждения
0,4—0,8 мкм/мин, аноды — из цинка.
Применение натриевых солей в этом
электролите не допускается.
Нецианистые электролиты. На
практике применяют (помимо цианис-
тых) сернокислые, цинкатные и хлорис-
то-аммонийные. Для цинкования дви-
жущейся стальной ленты (полосы)
используют сульфатный электролит
(г/л): цинк сернокислый 7-водный 250—
400, кислота серная 80—100. Режим
электролиза: температура 20—70 °C,
iK = 15^-40 А/дм2, скорость осаждения
4—11 мкм/мин, аноды — из цинка. Эти
электролиты имеют самую низкую рас-
сеивающую способность, они позволяют
получать светлые матовые осадки на
деталях относительно несложной кон-
фигурации. С целью улучшения каче-
ства осадков в эти электролиты вводят
органические добавки и во время элек-
тролиза раствор перемешивают. Источ-
ником ионов цинка в них является
сульфат цинка. Для повышения элек-
тропроводимости и некоторого повы-
шения рассеивающей способности в
них вводят сульфат натрия. Буферной
добавкой в таких электролитах служит
сульфат аммония. Органические добав-
ки типа декстрина повышают катодную
поляризацию сульфатных электроли-
тов, улучшая структуру и внешний
вид цинковых покрытий (рис. 69).
Для блестящего цинкования исполь-
зуют электролит (г/л): цинк сернокис-
лый 250—300, натрий сернокислый
80—100, кислота борная 25—30, дек-
стрин 1,0. Режим электролиза: темпе-
ратура 15—25 °C, iK= 0,84-1,2 А/дм2,
аноды — из цинка. Для повышения
коррозионной стойкости и сохранения
внешнего вида такие покрытия следует
покрывать бесцветными лаками.
Добавка декстрина или желатины
в такие электролиты способствует бо-
лее быстрому отрыву пузырьков водо-
рода от поверхности катода (8—10 с)
и образованию текстуры по оси (100).
При этом цинковые покрытия имеют
большую плотность (5,88 г/см8), а их
шероховатость уменьшается до Rz =
= 4,7 мкм. С ростом pH в электроли-
тах (кислых) размер зерна увеличи-
вается с 5 до 12 мкм (соответственно
при pH, равном 2 и 5), а микротвер-
дость осадков уменьшается от 75 до 65.
Для осаждения блестящих покрытий
применяют цинкатный электролит, со-
держащий (г/л): оксид цинка 10—17,
натр едкий 90—120, блескообразующие
добавки НБЦЮ 4—6 и НБЦ-К 4—6.
Режим электролиза: температура 20—
30 °C, iK = 14-4 А/дм2, скорость оса-
ждения 0,3—0,6 мкм/мин.
При покрытии деталей во вращатель-
ных установках iK = 0,54-1,5 А/дм2 и
скорость осаждения 0,1—0,3 мкм/мин.
Анодная плотность тока при этом со-
ставляет 1—2 А/дм2.
Применяют следующий состав хло-
ристо-аммонийных электролитов (г/л):
цинк хлористый 20—120, аммоний хло
ристый 200—230, блескообразователи
Лимеда СЦ-1 20—40 и Лимеда СЦ-2
1—10. Режим электролиза: температу-
ра 15—30, pH = 4,54-5,8, i„ = 0,54- *
4,0 А/дм2, скорость осаждения 0,11—
0,90 мкм/мин. Обработку ведут при
перемешивании и непрерывной филь-
трации электролита. Анодная плот-
ность тока 0,5—5,0 А/дм2.
Для цинкования применяют пиро-
фосфатный электролит (г/л): Na4PaO7-
IOHjO 190—200, ZnSO4-7H2O 50—70,
(NH4)3CeHkO, 20—30, NH4C1 15-20,
NajSiOj-OHjO 0,5—1,0, клей столяр-
ный 0,75-1,5, CS(NHa)s 0,1—0,15.
Режим электролиза: температура 35—
Цинкование
1Б7
36. Допустимые примеси в цинковых анодах различных классов
Класс Максимальное содержание, %
РЬ Fe Cd Pb-I-Fe+Cd
Специальный высший 0,006 0,005 0,004 0,01
Высший 0,07 0,02 0,07 0,10
Промежуточный 0,90 0,30 0,05 0,50
45 °C, iB = 1,54-2,0 А/дм2, pH = 94-
10, «а =0,84-1,0 А/дм2, выход по
току 75—80%. Цинковые покрытия из
такого электролита получаются прак-
тически беспористыми при толщине
более 5 мкм.
При введении в электролит кремни-
стокислого натрия и тиомочевины цинк
на катоде осаждается более равно-
мерно, чем без этих добавок. Микро-
твердость таких покрытий равна 100—
150. Для уменьшения пассивации ано-
дов в электролит вводят трехзамещен-
ный цитрат аммония и хлористый
аммоний.
Вместо цианистых электролитов ре-
комендуется применять полифосфат-
ный электролит (г/л): цинк сернокис-
лый 30—70, калий пирофосфорнокис-
лый 300—330, аммоний пирофосфорно-
кислый (двухзамещенный) 45—55, кис-
лота сульфаниловая 0,2—0,5. Режим
электролиза: температура электролита
15—25 °C, iR — 14-2 А/дм2, при 40—
50 °C, tK = 34-4 А/дм2, аноды — из
цинка. В ваннах барабанного типа
следует применять = 0,84-1,2 А/дм2
при температуре 25 °C. Активное рас-
творение цинковых анодов происходит
при ia = 1 А/дм2, которая и рекомен-
дуется в качестве оптимальной. Покры-
тия из такого электролита обладают
хорошей адгезией и коррозионной
стойкостью (выдерживают 100-часовое
испытание в коррозионной камере в со-
ляном тумане при распылении 3%-ного
раствора хлористого натрия; толщина
покрытия 9 мкм).
Введение в электролит двухзамещен-
ного фосфата аммония способствует
расширению рабочих плотностей тока
и улучшению качества покрытий. Кро-
ме того, (NH4)aHPO4 повышают буфер-
ную емкость электролита, что особенно
важно для электролитов, в которых
выход по току металла ниже 100%.
В результате совместного выделения на
катоде цинка и водорода в прикатод-
ном слое возможно подщелачивание,
что и наблюдается в электролитах на
полилигандной основе.
Полифосфатный электролит лишен
этих недостатков, так как освобожда-
ющиеся на катоде при диссоциации
смешанных компонентов ионы NHf
связывают гидроксильные группы. Тем
самым достигается буферирование
нменно прокатодного слоя. При кон-
центрациях (NH4)aHPO4 45—55 г/л
pH раствора составляет 8,5—8,7 и не
изменяется в процессе эксплуатации
электролита. Микротвердость покры-
тий при этом составляет 95—97 (анало-
гично твердости покрытий из циани-
стых электролитов).
Аноды для цинкования. Допустимое
содержание примесей в цинковых ано-
дах приведено в табл. 35.
Литые аноды с равномерным распре-
делением субзерен растворяются без
заметного шламообразования. Аноды
помещают в матерчатые чехлы (для
уменьшения попадания шлама в элек-
тролит). Кадмий концентрации, превы-
шающей 0,1%, осаждается на аноде
с образованием плохопроводящей плен-
ки, а на катоде — в виде полугубчато-
го осадка. Железо плохо растворяется
в электролите, а свинец является глав-
ной примесью, способствующей обра-
зованию шлама. В кислых ваннах
свинец, растворяясь, может дать оса-
док на аноде, а также обесцветить ка-
тодный осадок. При значительном ко-
личестве указанных примесей на аноде
может образовываться толстая корка
соединений тяжелых металлов, спо-
собная уменьшить силу тока до мини-
мального предела.
Аноды высокой чистоты труднее рас-
158
Покрытия цинком и его сплавами
творяются в кислых электролитах, во
зато на их поверхности и меньше обра-
зуется нерастворимых соединений.
Неполадки и дефекты при цинкова-
нии. В цианистых и цинкатных элек-
тролитах хрупкие покрытия получают-
ся вследствие загрязнения раствора
органическими примесями, высокой
концентрации цинка или недостаточ-
ной концентрации циана и щелочи,
а также высокой температуры электро-
лита. Покрытия имеют темный цвет,
если в электролите скопились примеси
меди и олова (необходимо отфильтро-
вать и проработать раствор при 0,1—
0,2 А/дм2 и ввести 3—4 г/л сернистого
натрия). Шероховатые и губчатые осад-
ки цинка появляются при наличии
взвешенных частиц (шлама) в электро-
лите или при высокой плотности тока.
Медленное наращивание цинка на ка-
тоде происходит из-за высокой кон-
центрации цианида в электролите. При
накоплении в растворе карбонатов
свыше 100 г/л на стенках ванны кри-
сталлизуются соли. Неблестящие цин-
ковые осадки получаются при недо-
статке блескообразователей, а хрупкие
покрытия осаждаются при избытке
этих добавок.
В сульфатных электролитах имеет
место отслаивание покрытия вслед-
ствие плохой подготовки деталей перед
покрытием и высокой катодной плот-
ности тока. При больших значениях »к
или недостатке H2SO4 получаются губ-
чатые осадки, а при избытке серной
кислоты происходит газовыделение но
катоде (устраняют введением NaOH
или NaaCOs). При загрязнении элек-
тролита механическими примесями или
шламом от анодов покрытия становят-
ся шероховатыми. Пятнистые осадки
появляются при наличии жетеза в элек-
тролите (железо осадить при надева-
нии раствора до 70 °C и добавить пер-
гидроль ~0,5 мл/л; ванну подщело-
чить до pH = 5,5, дать ей отстояться
и декантировать). Неравномерное по-
крытие образуется из-за низкого зна-
чения pH (подщелочить электролит).
Губчатые осадки могут быть также при
наличии в электролите азотнокислых
солей. В этом случае нужно заменить
электролит на свежеприготовленный.
При аммиакатном (хлористо-аммо-
нийном) цинковании темный осадок на
катоде образуется при недостатке клея,
а шероховатость покрытий — при не-
достатке хлористого аммония (нужно
добавить клей или хлорид аммония).
Подгар на острых кромках деталей
связан с большой плотностью тока,
а губчатый осадок — с аагрязнением
электролита тяжелыми металлами.
Низкий выход металла по току или
большое выделение газа на катоде
обусловлено недостатком цинка в элек-
тролите или малой поверхностью ано-
дов.
Аноды для цинкования применяют
в виде пластин или специальных ша-
ров, загружаемых в стальные или ти-
тановые корзины. Соотношение анод-
ной и катодной поверхности в ваннах
цинкования составляет для цианистых
электролитов 1 : 2, для всех остальных
составов 1:1.
Наличие в цианистых электролитах
цинкования хромового ангидрида, азот-
нокислых солей и других окислителей
при большом избытке цианида приво-
дит к сильному газовыделению на ка-
тоде, препятствующему осаждению
цинка. Электролит, загрязненный та-
кими окислителями, очистить не удает-
ся, поэтому нужно делать так, чтобы
не заносить эти примеси в цианистый
электролит цинкования.
При высоком содержании в электро-
лите цинка и относительно низком со-
держании цианида и щелочи при высо-
кой температуре могут образовываться
неравномерные покрытия, особенно в
углублениях. Такой дефект может быть
и при неправильном расположении де-
талей на подвесках за счет взаимного
их экранирования. Такие примеси, как
кадмий и свинец, из цианистого элек-
тролит? осаждают добавлением суль-
фида натрия. Нерастворимые сульфиды
тяжелых металлов выпадают на дно
ванны в виде осадка. Так как сульфид
меди растворим в цианистых электро-
литах, то примеси меди удаляют путем
вытеснения при введении в раствор
цинковой пыли. Недостаток свободной
щелочи в цианистом электролите зна-
чительно снижает скорость растворе-
ния анодов.
Вредными примесями в кислых элек-
тролитах являются соли меди, мышь-
яка, сурьмы, свинца и железа. Не до-
пускается в электролитах присутствие
Покрытия сплавами на основе цинка
169
соединений марганца, хрома и азотно-
кислых солей. От органических соеди-
нений такие электролиты освобождают
проработкой током. При наличии зна-
чительного количества продуктов раз-
ложения столярного клея н желатины
в электролит добавляют 0,1—0,2 г/л
танина, предварительно растворенного
в воде; клей и желатина при этом
коагулируют и оседают на дно ванны.
После этого их удаляют фильтрацией.
Накопление органических соединений
в кислых электролитах цинкования не-
редко приводит к пористости и обра-
зованию борозд на покрытии, что уве-
личивает прилипание пузырьков водо-
рода к поверхности катода.
Удаление дефектного покрытия.
Цинк активнее большинства металлов
(железа, меди и др.), поэтому снятие
его не представляет особых затрудне-
ний. При этом значение коррозионного
потенциала цинка изменяется в преде-
лах от —0,76 до —1,26 В. Цинковые
покрытия со стали и магния удаляют
в цианистых растворах, а с меди и ла-
туни — в растворах щелочи или сер-
ной кислоты. Для снятия цинка с алю-
миния используют H2SO4 (1,33 г/см3)
при 20—40 °C. Наибольшее распро-
странение получили 20%-ный раствор
NaOH, 10%-ный раствор H2SO4 и
10%-ный раствор нитрата аммония.
Обычно в таких растворах скорость
удаления цинка достигает 100 мкм/ч
при комнатной температуре. Для анод-
ного удаления цинковых покрытий
применяют раствор, содержащий 90 г/л
NaCN (температура 20—25 °C, напря-
жение 6 В) или 100—120 г/л NaOH
при температуре 20—40 °C, i8 — 2 А/дм2
(катод — из стали). Известен также
следующий раствор для удаления цин-
ка со стальных деталей (г/л): серная
кислота 50—100 и катании КИ-1 3—5.
Температура раствора 15—20 °C. До-
пускается замена серной кислоты соля-
ной в том же количестве. Цинковые
покрытия с алюминия можно удалять
в концентрированной соляной кислоте
при комнатной температуре.
ПОКРЫТИЯ СПЛАВАМИ
НА ОСНОВЕ ЦИНКА
Сплав цинк—олово. Присадка олова
в цинкатных электролитах позволяет
получать плотные покрытия, содержа-
ние. 70. Кривые анодной поляризации
сплава Zn—Sn в цианистом электролите:
I — цинковый анод; 2 — оловянный анод
щие до 0,5% Sn. Обычно присадку
олова вводят в цинковые аноды. Чи-
стые цинковые аноды (рис. 70) склонны
к скачкообразному переходу в транс-
пассивное состояние, при котором
обильно выделяется кислород и значи-
тельно облегчается ионизация цинка.
Примеси олова в цинковых анодах
предотвращают такое явление. Однако
следует помнить, что скорость анод-
ного растворения больше (т]а = 100%),
чем скорость восстановления цинка на
катоде (т)и — 95-j-97%). Покрытия
цинк—олово улучшают паяемость де-
талей в более значительной степени,
чем цинковые, и несколько повышают
коррозионную стойкость. Их приме-
няют для деталей радиотехнической и
электронной промышленности. Для
этой цели используют электролит, со-
держащий (г/л): оксид цинка 20—25,
натр едкий 100—120, станнат натрия
0,4—0,5 Режим электролиза: темпера-
тура 25—30°С, iB = 1,04-1,5 А/дм2,
аноды — из цинка с присадкой 0,2—
0,3% олова.
Сплав цинк—никель. Легирование
цинковых покрытий никелем способ-
ствует повышению коррозионной стой-
кости их с одновременным сохранением
потенциала по отношению к потен-
циалу защищаемого металла, напри-
мер стали. Цинк с никелем образуют
интерметаллическое соединение. По-
крытия. содержащие около 2% нике-
ля, в атмосфере с постоянной влаж-
ностью при 15—25 °C остаются свет-
лыми более продолжительное время
160
Покрытия цинком и его сплавами
Рис. 71. Кривые катодной поляризации
никеля (Z), сплава Zn— Ni (2) и цинка (3)
чем цинковые. Более коррозионно-
стойкими являются покрытия Zn—Ni,
содержащие 20—25% никеля. Такие
покрытия по отношению к углероди-
стым сталям являются катодами. Ми-
кротвердость покрытий Zn—Ni (при
98% цинка) составляет 115—125, а
при содержании 72—87% цинка соот-
ветственно 400—450. В большинстве
случаев их получают из цианистых или
аммиакатных электролитов.
Цианистые электролиты позволяют
осаждать покрытия Zn—Ni, содержа-
щие 5—10% никеля. Для этой цели
используют электролит (г/л): оксид
цинка (в пересчете на металл) 3—5,
оксид никеля (в пересчете на металл)
0,15—0,75, цианистый натрий (общий)
85—100, натр едкий (общий) 60—70,
Режим электролиза: температура 15—
25 °C, iH = 1 -т-3 А/дм*, аноды — из
цинка, катодный выход сплава по току
80—95%. С повышением концентрации
никеля его содержание в сплаве уве-
личивается, а потенциал выделения
сплава на катоде смещается в сторону
отрицательных значений (рис. 71).
Покрытия Zn—Ni, осаждаемые при
1К — 1 ~2 А/дм*, содержат до 5% ни-
келя, отличаются блеском и светло-
желтым оттенком. При концентрации
никеля более 5 г/л осадки становятся
грубыми, хотя при этом значительно
увеличивается содержание никеля в
сплаве.
Аммиакатный электролит позволяет
получать качественные покрытия Zn—
Ni на деталях простой конфигурации.
В этом случае покрытия осаждают из
электролита (г/л): оксид цинка 10—15,
никель хлористый 6-водный 35—90,
аммоний хлористый 200—250, кислота
борная 20—25. Режим электролиза:
температура 30—40 °C, tK = 0,5-=-
2,0 А/дм2, pH = 8,5-=-9,0, аноды —
из цинка, катодный выход по току
93—96%.
Сплав цинк—кадмий. Для осажде-
ния таких покрытий рекомендуется
электролит (г/л): цинк сернокислый
7-водный 15, кадмий сернокислый 0,6—
Рис. 72. Микроструктура (х*00) цинкового покрытия из цианистого электролита (тем-
пература 20 °C = 1 А/дм1) до термообработки (а) и после отжига (б) при 300 °C в
течение 1 ч
Покрытия сплавами на основе цинка
161
25, сернокислый аммоний 50, ОС-20
0,025. Режим электролиза: темпера-
тура 25—30 °C, pH = 5,0, iK=14-
2 AJpfi3. При таких условиях на ка-
тоде осаждаются покрытия Zn—Cd,
содержащие 4—5% кадмия. Аноды —
из цинка и кадмия (при их соотноше-
нии 10 : 1). Периодический ток 50 Гц
с обратным импульсом с соотношением
амплитуд прямого импульса к обрат-
ному 2:1, импульсный ток с длитель-
ностью импульса 10-а с. Покрытия
сплавом цинк—кадмий получаются при
атом высокодисперсными и надежно
сцепленными с медью и ее сплавами.
Сплав цинк—железо. Такие покры-
тия применяют для защиты стальных
изделий, эксплуатируемых при повы-
шенных температурах и в среде, за-
грязненной хлор-ионами. Для нанесе-
ния покрытий Zn—Fe применяют элек-
тролит, содержащий (г/л): железо сер-
нокислое 280—320, цинк сернокислый
10—30, аммоний сернокислый 120—
150, резорцин 0,75—1,25, калий хло-
ристый 7—10. Режим электролиза:
температура 20—60 °C, pH = 1,34-1,8,
iH = 14-3 А/дма, спорость осаждения
0,4—1,0 мкм/мин.
С увеличением концентрации серно-
кислого цинка в электролите наблю-
дается резкое уменьшение содержания
железа в сплаве Zn—Fe (при 10 г/л
ZnSOj в сплаве содержится 45% Fe,
а при 30 г/л соответственно 18% Fe
при 20 °C). С увеличением температуры
электролита содержание железа в спла-
ве (при прочих равных условиях) уве-
личивается. Так, при 20 °C в сплаве
содержится 45% Fe, а при 65 °C уже
65% (при iK = 2 А/дма и 10 г/л ZnSO4).
Микротвердость таких покрытий ко-
леблется от 150 до 300. Цвет покрытий
Zn—Fe изменяется в зависимости от
содержания железа в осадках от молоч-
ного до темного. Прочность сцепления
сплава Zn—Fe со сталью и серым чу-
гуном хорошая и составляет ПО—-
150 МПа. В атмосфере 5%-ного распы-
ленного NaCl такие покрытия ведут
себя удовлетворительно.
Известен также электролит для оса-
ждения сплава Zn—Fe, содержащий
(г/л): железо сернокислое 300—320,
цинк сернокислый 10—90, резорцин
1,0—1,5. Режим электролиза: темпера-
тура 20—75 °C, рН= 1,04-1,4, /к =
= 1,54-2,0 А/дма; покрытия при тол-
щине 18—20 мкм имеют микротвер-
дость 118—150 и содержат 20—40% же-
леза. Такие покрытия в соляном ту-
мане обладают повышенной корро-
зионной стойкостью по сравнению
с железными и цинковыми покрытиями.
Микроструктура покрытий цинком и
его сплавами представлена на рис. 72.
6 Мельников П. С.
У О покрытия мышьяком,
ГЛАВА Ю СУРЬМОЙ И ВИСМУТОМ
ПОКРЫТИЯ МЫШЬЯКОМ
Мышьяковые покрытия имеют светло-
серый цвет. В большинстве случаев их
наносят на германий и кремний и реже
на металлы с целью обеспечения паяе-
мости. Такие покрытия осаждают из
электролита (г/л): As2O3 80—100, натр
едкий 100—120, сегнетова соль 60—
100. Режим электролиза: температура
15—25 °C, pH = 8,0, катодная плот-
ность тока 1—2 А/дм2, аноды — из
платины или графита, катодный выход
металла по току составляет ~100%.
Электролит отличается хорошей рас-
сеивающей способностью. Покрытия
мышьяка толщиной до 30 мкм имеют
блестящий темно-серый (мышиный)
цвет, они обеспечивают надежное сцеп-
ление с полупроводниками и метал-
лами.
Электролит корректируют введением
в него оксида мышьяка. Иногда вместо
сегнетовой соли в электролит вводят
цианид натрия в количестве 5—10 г/л.
Это делают с целью замены более де-
фицитной соли калия — натрия винно-
кислого менее дефицитной NaCN. При
использовании цианистого натрия по-
крытия получаются менее блестящими,
но они более надежно сцеплены с ос-
новой.
Осаждение мышьяковых покрытий
можно вести из раствора метаарсенита
калия в глицерине при температуре
210—220 °C и катодной плотности тока
7—8 А/дм2. Аноды — из платины. Та-
кие покрытия получаются зеркально-
блестящими и при толщине Солее
15 мкм практически беспористые.
ПОКРЫТИЯ СУРЬМОЙ
Электролитические покрытия сурьмой
используют для частичной замены оло-
вянных при изготовлении печатных
схем для обеспечения надежной пайки,
для замены кадмия при защите сталь-
ных изделий от коррозии в морских
условиях и др. Цвет покрытий серебри-
сто-серый, блестящий. Для осаждения
сурьмяных покрытий применяют элек-
тролит, содержащий (г/л): калий сурь-
мяно-виннокислый 50—70, сегнетову
соль 3—5, кислоту соляную (1,19 г/см3)
3—5 мл/л, формалин 0,5—1,0 мл/л.
Режим электролиза: температура 15—
25 °C, pH = 1,754-1,90; «к = 0,5ч-
1,0 А/дм2, катодный выход сурьмы
по току составляет около 100% (pH
корректируют добавлением соляной
кислоты). Электролит требует предва-
рительной проработки в течение 10—
20 ч при iK = 0,25 А/дм2 и Sa : SH=
= 4:1. После этого можно получать
качественные покрытия толщиной до
200 мкм. Такие покрытия представ-
ляют интерес и для создания омиче-
ских и выпрямляющих контактов на
полупроводниках.
В тартратных растворах сурьмяные
аноды легко пассивируются. Добавка
сегнетовой соли способствует раство-
рению пассивной пленки. Скорость
растворения сурьмы (рис. 73) не зави-
сит от концентрации тартрат-ионов.
Потенциал анодного растворения не
изменяется и при замене тартратов
цитратами. Максимум перенапряже-
ния анодного растворения Sb соответ-
ствует pH = 5(0,15 В). Это связано
с нарастанием концентрационной поля-
ризации по ионам водорода.
Тартрат-ион играет основную роль
в последующем образовании комплекса
с ионами сурьмы, которое происходит
даже в прианодном слое.
При недостатке тартрат-ионов у по-
верхности анода повышается концен-
трация ионов SbO+, что приводит
к образованию малорастворимого трех-
оксида сурьмы (SbsO8). При равенстве
Покрытия висмутом
163
скоростей образования и растворения
пассивной пленки скорость анодного
процесса не зависит от потенциала.
Для получения качественных сурьмя-
ных покрытий применяют следующие
электролиты. Сульфатно-щелочной, со-
держащий (г/л): NajS 60—65, NaOH
25—30, Na2COs 35—40, сурьма (в виде
металла) 50—60. Режим электролиза}
температура 15—25 °C, »'к=14-
2 А/дм®, аноды — из сурьмы. Соля-
нокислый электролит состава (г/л):
соляная кислота 100—110, сурьма
(в виде металла) 60—65. Режим элек-
тролиза: температура 20—25 °C, iK =
= 14-2 А/дм2, аноды — из платины.
Водно-глицериновый электролит (г/л):
NaOH 105—110, сурьма (в виде ме-
талла) 20—25, глицерин 60—70 мл/л.
Режим электролиза: температура 60—
70 °C, iK = 24-3 А/дм®, аноды — из
сурьмы.
В водно-глицериновом электролите
при наличии щелочи сурьма содержит-
ся в виде комплексных ионов Sb2O2
и SbOjj-. В солянокислом электролите
катодное восстановление протекает с
участием ионов SbCl4- или SbsCle~.
Осадки сурьмы из сульфатно-щелоч-
ного электролита получаются аморфно-
кристаллическими, из водно-глицери-
нового — кристаллическими, а из со-
лянокислого — аморфными. Микро-
твердость сурьмяных покрытий состав-
ляет 115—120.
В полупроводниковой промышлен-
ности используют скоростной электро-
лит для осаждения сурьмяных покры-
тий. Для приготовления такого элек-
тролита 370 г металлической сурьмы
растирают в ступке, просеивают через
сито, помещают в фарфоровую чашку
и заливают серной кислотой (1,84 г/см®)
в количестве 8—17 г. Смесь подогре-
вают при непрерывном перемешивании
до прекращения выделения SOJ- и об-
разования однородной белой массы
тестообразной консистенции. После
этого в рабочую ванну из винипласта
наливают 440—450 мл 40%-ной фто-
ристоводородной кислоты и постепенно
при перемешивании вводят получен-
ную массу. Затем смесь разбавляют,
вводя в нее 370 мл дистиллированной
воды, тщательно перемешивают и от-
стаивают в течение нескольких суток.
Готовый электролит требует проработ-
Рис. 73а Кривая анодной поляризации
сурьмы в тартратном электролите, pH =
ки при 15—25 °C в течение 70—100 ч
при 1к = 50 А/дм® с анодами из сурь-
мы. Режим электролиза: температура
15—25 °C, fK = 304-50 А/дм®, катод-
ный выход сурьмы по току равен
анодному и составляет 100%.
ПОКРЫТИЯ ВИСМУТОМ
Такие покрытия применяют для созда-
ния контактов на полупроводниках (на
кремнии и германии они образуют вы-
прямляющий или омический контакт).
Висмутовые покрытия имеют серебри-
сто-белый цвет и температуру плавле-
ния 270°C. Для их осаждения исполь-
зуют растворимые висмутовые аноды.
В промышленности используют элек-
тролит, содержащий (г/л): В1(С1£О4)8
50—60, НС1О4 350—400, желатину
1,0—1,5 (или фенол 2—3 г/л). Режим
электролиза: температура 15—25 °C,
lK = 14-3 А/дм®, катодный выход по
току 90—95%. Покрытия имеют полу-
блестящий вид.
При потенциалах осаждения висму-
та водород практически не выделяется.
В присутствии ионов С1~ заметно уско-
ряются электролитические процессы.
В соответствии с этим iK увеличивается
при добавлении НС1. Добавка жела-
тины или фенола, наоборот, снижает /к,
так как блокирует часть катодной по-
верхности. Через 2 мин после начала
адсорбции желатина закрывает 60% по-
верхности катода, а фенол 98%.
Наряду с перхлоратным электроли-
том пользуются и азотнокислотрило-
164
Покрытия мышьяком, сурьмой и висмутом
Рис. 74. Влияние температуры и ПЭПЛ на
катодное восстановление висмута и водоро-
да из цитратных растворов (pH = 8,0).
Температура растворов 2 и в равна 55 °C,
остальных 25 °C. Состав растворов (моль/л):
1 в 2 — BiC,H,U, 0,10+ NasC.H,O, 0,40;
3 — то же + ПЭПА 4-10“*; 4 — то же +
+ 0,20 ПЭПА; 5 — то же + ПЭПА 0,05;
6 — Na,SO40,I5 + Na»C,H,O,0,2; 7 —
то же + ПЭПА 0,05
новым электролитом состава (г/л): вис-
мут азотнокислый 16—20, трилон Б
150—170, аммоний лимоннокислый
20—25, клей столярный 2,5—3,0. Ре-
жим электролиза: температура 20—
25 °C, 1К = 0,5+1,0 А/дм2, pH = 8,5+
9,0, аноды — из угля. Покрытия из
такого электролита имеют микротвер-
дость 130—140 и внутренние напряже-
ния 10 МПа. Устойчивость и стабиль-
ность электролита зависят от соотно-
шения трилона Б и соли висмута.
С уменьшением pH раствора от 11 до 8
при iu = 1 А/дм2 и температуре 25 °C
выход висмута по току увеличивается
до 45% . С повышением катодной плот-
ности тока t]K снижается, а с повыше-
нием температуры до 50 °C, наоборот,
увеличивается, но покрытия стано-
вятся хрупкими.
Для осаждения висмутовых покры-
тий применяют и пирофосфатный элек-
тролит (г/л): висмут хлористый ввод-
ный 45—50, пирофосфат калия 200—
220, натриевая соль этилендиамин-
тетрауксусной кислоты 150—180, кис-
лота соляная 90—100 мл/л, декстрин
5—10. Режим электролиза: темпера-
тура 15—25 °C, ?к= 1,0 А/дм2, pH =
= 10, аноды — из висмута.
Висмутовые покрытия все больше
применяют в строительстве ядерных
реакторов и как антифрикционный ма-
териал. Для этой цели требуются
сравнительно толстые покрытия
(~100 мкм). Однако из существующих
до сих пор электролитов висмут без
дендритов можно осаждать на толщину
не более 10 мкм. Поэтому разработан
и внедрен в серийное производство про-
стой и неагрессивный электролит, со-
держащий (моль/л): висмут лимонно-
кислый 0,05—0,40, натрий лимонно-
кислый 0,2—0,8, полиэтиленполиамин
0,05—0,15, натрий сернокислый 10—
15 г/л. Режим электролиза: температу-
ра 15—25 °C, pH = 7,5+8,5, („ =
= 0,15+0,75 А/дм2, т]к= 95+100%.
Покрытия толщиной 80—100 мкм
имеют надежное сцепление с основой.
Без добавки полиэтиленполиамина
(ПЭПА) при длительной работе осадки
получаются порошкообразными. При
введении последнего наряду со значи-
тельным улучшением качества осадков
повышается устойчивость электролита
в интервале pH = 7+11. Причиной
этому является образование смешан-
ных цитратно-полиэтиленполиамино-
вых комплексов висмута. Действие
ПЭПА проявляется уже при содержа-
нии его 3,5-10-4 моль/л, однако макси-
мальное снижение предельных токов
наблюдается при концентрации 4 X
X 10~4 моль/л (рис. 74). Если принять
во внимание, что первому предельному
току соответствует разряд ионов
Bi(OH)2+, второму — разряд комплек-
сов [Bi(OH)Teta]2+, то увеличение то-
ка на первом участке можно объяснить
большей легкостью восстановления ча-
стиц Bi(OH)2+ по сравнению с Bi(OH)f.
Аналогичным образом следует объяс-
нить увеличение предельного тока из-за
более легкого выделения висмута из
комплексов [Bi(OH)Teta]2+ по сравне-
нию с комплексами [В1(ОН)СвН6О7]2-.
Висмутовые покрытия не имеют тек-
стуры.
ГЛАВА 14
ПОКРЫТИЯ РУТЕНИЕМ,
РОДИЕМ, ПАЛЛАДИЕМ
И ИХ СПЛАВАМИ
РУТЕНИРОВАНИЕ
Рутениевые покрытия применяют для
получения электрических контакто'в,
работающих в условиях эрозионного
изнашивания. При повышенных темпе-
ратурах покрытия не тускнеют и не
теряют блеск на воздухе и в среде,
богатой кислородом. Это позволяет
использовать их для защиты серебра
от потемнения (толщина 1—1,5 мкм)
при изготовлении отражателей. По
износо- и коррозионной стойкости ру-
тениевые покрытия толщиной 1—2 мкм
сопоставимы с родиевыми. Цвет руте-
ниевых покрытий серебристо-бе. ый.
Их микротвердость достигает 1200, а
износостойкость примерно в 810 раз
выше, чем серебряных. Удельное элек-
тросопротивление таких покрытий со-
ставляет 14,5-10-4 Ом-м.
Для получения рутениевых покры-
тий используют электролит (г/л): хло-
рид рутения (RuCls) 2—3,5, кислота
соляная 35—40. Режим электролиза:
температура 15—25 °C, 1К — 40 ч-
50 А/дма, ток переменный, Sa : SF —
= 3:1, i’a — 17 А/дм2. Направление
тока .изменяют с помощью диодов.
Реостаты последовательно соединяют
с диодами, что дает возможность подо-
брать любые соотношения tK : ia.
При таких условиях на меди, лату-
ни, серебре и платине получаются по-
крытия рутением светлые, но матовые
при толщине 15 мкм; их микротвер-
дость составляет 900—1100. Для умень-
шения потерь металла при электролизе
в связи с образованием летучего и ядо-
витого четырехоксида рутения катод-
ное и анодное пространство рабочей
ванны разделяют диафрагмой. При
рутенировании применяют нераствори-
мые аноды из платины.
Наряду с хлоридными применяют и
нитрохлоридный электролит, содержа-
щий RuNOCIg (4—5 г/л) в виде металла
и кислоту серную (5—15 г/л). Режим
электролиза: температура 65—70 °C,
i„= 1,04-1,5 А/дм2, аноды — из пла-
тины. Зависимость катодного выхода
по току от из такого электролита
представлена на рис. 75. Для умень-
шения внутренних напряжений в элек-
тролит рекомендуется вводить
Al2(SOj)a, анодный выход по току по-
вышать за счет добавки трилона Б
(30—50 г/л).
Для осаждения рутениевых покры-
тий используют также электролит со-
става (г/л): гидрооксихлорид рутения 4
и серная кислота 150. Режим электро-
лиза: температура 15—25 °C, iK =
= 0,54-1,5 А/дм2, аноды — из плати-
ны. При заниженной концентрации
H2SO4 покрытия получаются темными,
а при повышенной — светлыми и полу-
блестящими. Предварительное серебре-
ние или палладирование деталей из
латуни позволяет избежать их травле-
ния в процессе рутенировании. На
платиновом аноде при рутенировании
наблюдается выделение кислорода, а
Ряс. 78. Зависимость катодного выхода по
току от плотности тока в электролите (г/л):
1 — RuNOCl 6,Б и H,SO, 16 — анод Сеэ
диафрагмы: 2 — раствор тот же, но анод о
диафрагмой; 3 * Ru3 и HaSO4U0
166
Покрытия рутением, родием, палладием и их сплавами
при fK = 0,4 А/дм2 — образование бу-
рых паров RuO4.
Перспективным электролитом для
$утенирования является ннтрозосуль-
аминовый состава (г/л): нитрозохло-
рид рутения (в пересчете на металл)
4—5, сульфаминовая кислота 50—60,
Режим электролиза: температура 60—
70 °C, pH = 1,5ч-2,0, iK = 0,75ч-
1,00 А/дм’, аноды — из платины.
Катодный выход рутения по току до-
стигает ~100% при pH = 2,0; при
дальнейшем повышении pH покрытия
становятся темными. При перемешива-
нии электролита уменьшается т)к. По-
крытия рутением толщиной менее
2,5 мкм гладкие и блестящие, имеющие
55—65%-ную отражательную способ-
ность и микротвердость 800—900.
РОДИРОВАНИЕ
Родиевые покрытия отличаются боль-
шой микротвердостью (до 900), обус-
ловленной высоким значением актива-
ционного перенапряжения и содержа-
нием соосаждаемого водорода. Покры-
тия обладают мелкозернистой структу-
рой и высокой отражательной способ-
ностью (в среде, содержащей сернистые
соединения, отражательная способ-
ность родия выше, чем у серебра и зо-
лота). Зависимость отражательной спо-
собности родия, серебра и золота от
длины волны представлена на рис. 76.
Покрытия родием не растрескиваются
и характер основы не влияет на значе-
Рис. 78. Зависимость отражательной спо-
собности от длины волны X:
1 — серебро; 3 — волото; 3 — родий
ние напряжений. При кипячении в воде
внутренние напряжения снижаются.
Родиевые покрытия не окисляются
при температуре до 500 °C, что обеспе-
чивает стабильность их переходного
сопротивления. Тонкий слой родия
используют как барьер, предотвраща-
ющий диффузию между золотом и
медью, серебром и пермаллоем. Покры-
тие родием молибденовых и вольфра-
мовых деталей снижает электронную
эмиссию последних.
Для осаждения родиевых покрытий
применяют сульфатные, фосфатные и
аминохлоридные электролиты. Однако
сульфатные электролиты позволяют
получать толстые слои родия. Состав
одного из сульфатных электролитов
(г/л) следующий: родий сернокислый
(в пересчете на металл) 5—7, кислота
серная 40—50. Режим электролиза:
температура 20—30 °C, »к — 0,8ч-
1,0 А/дм2, скорость осаждения 0,07—
0,10 мкм/мин, аноды — из родия или
платинированного титана. Добавление
в электролит 5—6 г/л алюминия или
магния способствует почти полному
снятию напряжений в осадках. При-
меси (добавки) серебра и висмута
в электролите повышают отражатель-
ную способность родиевых покрытий.
Детали в ванну следует завешивать
под током, а в процессе электролиза
встряхивать их. Такие условия роди-
рования обеспечивают t)K = 70ч-75%
при ;к = 0,8 А/дм2.
При уменьшении концентрации ро-
дия на 10% ухудшается качество по-
крытий, поэтому электролит следует
корректировать из расчета его потери
и только концентрированным раство-
ром сульфата родия. Содержание HsSOj
необходимо поддерживать в пределах
45—50 г/л. Добавки сульфамата на-
трия и селеновой кислоты снижают
внутренние напряжения родиевых по-
крытий. С повышением температуры от
25 до 50 °C т]к увеличивается от 40 до
60%, а при перемешивании и прочих
равных условиях электролиза до 90%.
Кривые изменения катодного потен-
циала (рис. 77) от iK имеют два отли-
чающихся друг от друга участка; пер-
вый характерен значительной поляри-
зацией при малых значениях iH,
второй — крутым подъемом поляри-
еации.
Родирование
167
В процессе родирования вследствие
высокой агрессивности электролита
происходят травление деталей и на-
копление меди, цинка, железа и дру-
гих металлов в растворе, что приводит
к получению губчатых и темных по-
крытий. Допустимая концентрация
етих металлов не должна превышать
2—3 мг/л. Примеси цианидов и щелоч-
ных соединений в электролите родиро-
вания вызывают пассивацию отдель-
ных участков катода.
Для родирования известен сульфа-
матный электролит, содержащий (г/л):
родий сернокислый или гексаакваро-
дия-(3)-сульфат (в пересчете на металл)
3—10, кислоту серную 30—100, кис-
лоту сульфаминовую 10—30. Режим
электролиза: температура 15—30 °C,
iK = 14-6 AJpy?, аноды — из родия.
Этот электролит применяют для полу-
чения беспористых малонапряженных
осадков толщиной до 6 мкм. Анодная
плотность тока должна быть равной
0,5—2,0 А/дм2.
Родиевые покрытия не защищают
черные металлы и легкие сплавы от
коррозии, поэтому для них требуется
комплекс промежуточных покрытий
(цинковое, медное, никелевое). Серебро
можно родировать, однако на поверх-
ности осадков родия при этом возмож-
ны разводы и белые пятна, появля-
ющиеся вследствие трещин в тонких
слоях. Эти дефекты не устраняются
даже полированием. Поэтому серебро
следует предварительно протравить в
50%-ном растворе H»SO4 и затем на-
нести на него слой никеля толщиной
10 мкм.
Процесс родирования следует вести
в стеклянной ванне, так как контакт
электролита с органическими материа-
лами приводит к тому, что покрытия
родием становятся черными, а выход
по току сильно уменьшается. Серые и
темные покрытия получают при пони-
женной концентрации родия и загряз-
нении электролита примесями. При
плохом обезжиривании деталей перед
родированием осадки на катоде ста-
новятся пятнистыми.
Родиевые покрытия осаждают также
из аминохлоридного электролита, со-
держащего 6—7 г/л амннохлоридной
соли родия (в пересчете на металл),
pH = 7,54-8,5. Электролит готовят
Рис. 77. Кривые катодной поляризации роч
дия (HeSO450 г/л) при различной его кон-»
центрации в электролите (г/л):
1 — Rh0,6; 2 — Rhl,8; 3 — Rh3
следующим образом. Для получения
1 л раствора 25 г RhCl3-4H2O раство-
ряют в 100 мл дистиллированной воды,
нагретой до 40—50 °C и при энергич-
ном перемешивании обрабатывают
25%-ным раствором аммиака. Затем
эту смесь нагревают на водяной бане
при 90—95 °C до перехода осадка в ам-
миачный комплекс и удаления избытка
аммиака.
В полученный раствор добавляют
горячую дистиллированную воду, кор-
ректируя pH в пределах 7,5—8,5, и
приступают к работе. Режим электро-
лиза: температура 70—80 °C, iK = 24-
4 А/дм2, г)к= 574-65%, аноды — из
листового родия (99,7% родия н 0,3%
благородных металлов), постоянное пе-
ремешивание и периодическая филь-
трация электролита. В результате по-
лучают светлые блестящие покрытия
микротвердостью 800—850. Микро-
структура родиевого покрытия из та-
кого электролита представлена на
рис. 78.
При низкой концентрации родия и
высоких значениях pH из аминохло-
ридного электролита осаждаются тем-
ные покрытия. Белый налет и полосы
на покрытиях появляются под влия-
нием низких значений iK или высокой
температуры. Блестящие покрытия
с низким катодным выходом родия по
току имеют место при малыэсзначениях
pH и пониженной концентрации родия
в растворе. Примеси железа и никеля
168
Покрытия рутением, родием, палладием и их сплавами
Рис. 78. Микроструктура ( X 400) родиево-
го покрытия из сульфатного алектролита
при /к= 0,0 А/дм* и 25 °C
в электролите вызывают образование
налета и шелушение покрытия.
Регенерация и очистка родиевых
электролитов ведется посредством оса-
ждения родия на медную фольгу с по-
следующим ее растворением в азотной
кислоте (также поступают и с брако-
ванными деталями). Затем мелкие че-
шуйки родия промывают, сушат и
измельчают в ступе. Порошок, сме-
шанный с перекисью бария, масса
которого в 3 раза больше, спекают
в фарфоровом тигле при 900 °C (в те-
чение 4 ч). Затем эту смесь обрабаты-
вают соляной кислотой, упаривают до
удаления избытка НС1, разбавляют
водой и удаляют из раствора соли
бария добавлением H2SO4 по каплям.
Полученный раствор RhCla исполь-
зуют для приготовления электролита.
Регенерацию родия из промывных
вод ванн-уловителей осуществляют пу-
тем доведения pH до 7,0 и выпарива-
ния воды до получения соли типа
Rh(OH)s.
Для удаления из электролита орга-
нических примесей его обрабатывают
активированным углем или кипятят,
добавив 30%-ный раствор HaOs (10—
15 мл/л) с последующей фильтрацией.
Если электролит эагрязнен ионами
клора, то родий осаждают в виде
гидрооксида, вводя в ванну 30%-ный
раствор КОН. Выпавший осадок при
этом отмывают от хлора и используют
для приготовления свежего электро-
лита.
Удаление родиевых покрытий с ни-
келированной латуни ведут анодным
растворением в H2SO4 (1,62 г/см8) при
температуре 30—40 еС и напряжении
6—7 В, катод—из свинца. Длитель-
ность снятия родия составляет 1 ч.
Отделившийся металл плавает в рас-
творе в виде блесток, которые затем
отфильтровывают, промывают и про-
каливают обычным способом.
ОСОБЫЕ СЛУЧАИ РОДИРОВАНИЯ
Родий в 3,5 раза дороже золота. Одна-
ко родиевые покрытия широко исполь-
зуют в радио- и электронной промыш-
ленности (в сравнении с палладиевыми
или платиновыми покрытиями). Это
объясняется рядом ценных свойств
родия — его химической стойкостью и
износоустойчивостью. Он химически
стоек во всех кислотах и в царской
водке. Хотя родиевые покрытия и
уступают серебряным по коэффициен-
ту отражения света (73—79%), но этот
параметр остается у них постоянным
во времени.
Толщина родиевых покрытий в за-
висимости от их назначения колеблется
в широких пределах (мкм): декоратив-
ное 0,025—0,127; защита от потускне-
ния 0,127—0,250; слабонагруженные
контакты 0,50—0,75; сильнонагружен-
ные контакты 2,0—2,5; защита от из-
нашивания — более 6,0.
Родирование магнитных дисков. На
магнитные диски, покрытые сплавом
кобальт—вольфрам, родий осаждают
из электролита, содержащего (г/л):
родий (металл) 15, кислоту серную
50—60. Режим электролиза: темпера-
тура 15—25 °C, 1в= 5-г7 А/дм , ано-
ды — из родия. Родиевые покрытия
при этом не изменяют магнитных
свойств дисков и при толщине 0,5 мкм
являются практически беспористыми
(не более одной поры на 1 см8 поверх-
ности). Однако износостойкость по-
крытий при этом незначительная, хотя
их микротвердость и составляет 650—
700.
Пс^.адировгиие
169
Электролит для этой цели готовят
путем растворения родия в растворе
H2SO4 (50 г/л) под воздействием пере-
менного тока промышленной частоты.
Родиевые электроды активируют в рас-
творе НС1 (1:2) переменным током
при плотности тока 50 А/дм2 в течение
5—10 мин. Рабочую ванну помещают
в термостат и включают в сеть пере-
менного тока через трансформатор.
После включения тока электролит дол-
жен работать в течение 5—10 мин при
20—80 А/дм2. Затем в раствор вводят
по каплям 30%-ный раствор перекиси
водорода. Количество перекиси зави-
сит от плотности тока: при 20 А/дм2
оно равно 0,8—1,5 г/л, а при 80 А/дм2
соответственно 2—2,5 г/л. Родий рас-
творяют при 18—20 °C.
Для осаждения родия на магнито-
управляемые контакты (в частности
из пермаллоя марки Н-52) применяют
электролит, содержащий (г/л): Rh(OH)s
10—60, H2SO4 50—270, H2SeO4 2—4.
Режим электролиза: температура 50—
60 °C, („= 0,254-1,0 А/дм2, аноды —
из родия. В таком электролите полу-
чают полублестящие покрытия без
трещин, обладающие прочным сцепле-
нием с пермаллоем, никелем, серебром
и гедыо.
В США электролиты родирования
приготовляют из концентрированных
растворов сернокислого или фосфорно-
кислого родия.
Необходимо поддерживать высокую
чистоту электролитов родирования.
При попадании в ванну с таким раство-
ром посторонних солей осадки родия
приобретают желтый оттенок. На
структуру родиевых покрытий небла-
гоприятно влияют органические за-
грязнения и особенно примеси циани-
стых солей (даже при незначительной
концентрации они выводят электролит
родирования из строя). Одним из не-
достатков родиевых покрытий является
абразивное изнашивание. Поэтому по-
крытия металлом рекомендуется при-
менять в паре с более мягкими мате-
риалами, например со сплавом се-
ребро-палладий.
ПАЛЛАДИРОВАНИБ
Цвет палладиевых покрытий изменяет-
ся от серебристо-белого до серого. Они
карактеризуются повышенной микро-
твердостью (200—450 кгс/мм2), бле-
ском, стойкостью к атмосферной кор-
розии. Удельное электрическое сопро-
тивление их равно 0,107-10-4 Ом-м.
После нанесения таких покрытий на
тонкостенные изделия механические
свойства последних ухудшаются из-за
поглощения водорода палладиевым по-
крытием. Электропроводимость палла-
диевых покрытий в 7 раз ниже, чем
серебряных, но она не меняется даже
при длительном нагревании до 300 °C.
Переходное сопротивление гальваниче-
ского палладия при силе тока 0,02 А и
нагрузке 50 мН равно 0,02 Ом, а при
нагрузке 2000 мН и силе тока 0,5 А
равно 0,008 Ом. Износостойкость пал-
ладиевых покрытий в 15—20 раз выше,
чем серебряных, а пористость при тол-
щине Солее 5 мкм практически равна
нулю.
Высокие механические свойства, хо-
рошая коррозионная стойкость и удов-
летворительная электропроводимость
палладиевых покрытий позволили при-
менять их в электротехнической про-
мышленности (радиотехника и элек-
троника) для повышения работоспособ-
ности контактов различной аппарату-
ры. Однако в слаботочных цепях и
в герметичных изделиях (объемах) при-
менение палладия в качестве металло-
покрытия ограничено тем, что присут-
ствующие органические продукты в
замкнутом объеме заметно повышают
переходное сопротивление контактов.
Основной недостаток палладиевых
покрытий заключается в появлении
в них микротрещин. Например, вну-
тренние напряжения в таких покры-
тиях достигают 700 МПа. Отжиг при
300—350 °C улучшает их эластичность,
но снижает микротвердость покрытия
до 150. Повышенная влажность среды
приводит к увеличению переходного
сопротивления палладиевых осадков
при малом контактном давлении.
Применяют электролиты следующего
состава (г/л): палладий двухлористый
(в пересчете на металл) 3—20, натрий
фосфорнокислый двухзамещенный
100—130, кислота бензойная 1,5—3,0.
Режим электролиза: температура 50—
75 °C, pH =6,54-7,0, („=0,14-
0,5 А/дм2, скорость осаждения 0,02—
0,03 мкм/мин. Такой режим применяют
для деталей сложной конфигурации.
170
Покрытия рутением, родием, палладием и их сплавами
Рис. 79. Зависимость переходного сопро-»
тивления покрытий от контактной нагрузи
ки:
1 — серебро; 2 — золото; 3 палладий;
4 — рутений; 5 — родий
изготовленных из меди, никеля, драго-
ценных металлов и сплавов. Аноды —
из палладия или платинированного
титана.
Палладировать детали сложной и
простой конфигурации можно в элек-
тролите, содержащем (г/л): палладий
двухлористый (в пересчете на металл)
10—14, аммоний хлористый 50—80,
натрий азотнокислый 40—80, аммоний
сульфаминовокислый 80—100, аммиак
водный 100—150. Режим электролиза:
pH = 8,54-8,7, температура 28—32 °C,
Рис. 80. Кривые катодной поляризации
палладия (температура электролита 40 °C):
1 — без разбавления; 2 — двухкратное
разбавление; 3 — пятикратное разбавле-
ние; 4 — десятикратное разбавление
влектролита
1К= 0,5-=-1,5 А/дм1, скорость осажде-
ния 0,10—0,25 мкм/мин.
При осаждении палладия на серебро
или золото применяют электролит
(г/л): палладий двух лор истый (в пере-
счете на металл) 12—-24, кислота соля-
ная 10—24, аммоний сернокислый
20—40, сахарин 0,8—1,2, аммиак вод-
ный 150—250. Режим электролиза: тем-
пература электролита 18—30 °C, pH =
= 8,5-=-9,5, iK = 0,64-1,6 AJrhP, ско-
рость осаждения 0,15—0,40 мкм/мин,
аноды — из палладия. Обработку де-
талей сложной конфигурации проводят
при «толчке» тока в течение 1—2 мин,
плотность тока при этом повышают
до 2,0—2,5 А/дм2. Загрузку деталей
в электролит следует проводить под
током.
Для получения практически беспо-
ристых палладиевых покрытий приме-
няют электролит (г/л): палладий дву-
хлористый (в пересчете на металл)
20—30, аммоний хлористый 15—20,
аммиак 2,5. Режим электролиза: pH =
= 8,54-9,5, температура 18—25 °C,
iK = 0,5-=-1,5 А/дм2, аноды — из пал-
ладия или платины, скорость осажде-
ния 0,13—0,40 мкм/мин. Растворимость
палладиевых анодов в таком электро-
лите составляет 0,18 г/дм- при плот-
ности тока 0,5 А/дм2. Микротвердость
покрытий, полученных при использо-
вании аминохлоридного и фосфатного
электролитов соответственно равна
200—230 и 350—380, а внутренние
напряжения 300 и 700 МПа.
Зависимость переходного сопротив-
ления палладиевых и других покрытий
от контактной нагрузки дана на рис. 79.
Повышение температуры электролита
приводит к осаждению комплексной
соли палладия и нарушению нормаль-
ной работы электролита. Недостатком
аминохлоридного электролита являет-
ся выделение на аноде наряду с кисло-
родом газообразного хлора. С увеличе-
нием концентрации палладия в элек-
тролите увеличивается iK, но при этом
снижается катодный выход металла по
току. В концентрированном электро-
лите при iK = 0,2 А/дм2 т]к=95%,
а при iK = 0,5 А/дм2 соответственно
75—80%. В качестве блескообразова-
теля в аминохлоридиом электролите
используют протальбиновую кислоту
(0,05—0,1 г/л).
Пал..адирсзачае
171
Применяют щелочной электролит
следующего состава (г/л): Pd(OH)a
(в пересчете на металл 3,0—3,5), калия
гидрат оксида 150—200. Режим элек-
тролиза: температура 20—25 °C, iK =
= 0,14-0,3 А/дм2, скорость осаждения
0,015—0,025 мкм/мин. Такие условия
работы обеспечивают получение свет-
лых и блестящих покрытий. Катодная
поляризация (рис. 80) в щелочном
электролите состоит из четырех участ-
ков. При самых низких плотностях
тока (Ы0-2 А/км2) потенциал катода
смещается в сторону отрицательных
значений на 0,10—0,25 В от стационар-
ного (участок /). При повышении iK по-
тенциал остается почти постоянным
(участок 11). Затем следует площадка
предельной плотности тока (уча-
сток III), после которой потенциал
в малой степени зависит от силы поля-
ризационного тока (участок IV).
Этилендиаминовый электролит при-
меняют для скоростного палладирова-
ния по подслою серебра. Состав элек-
тролита (г/л): палладий двухлористый
10—20, этилендиамин (20%-ный) 30—
60, кислота борная 25—35. Режим
электролиза: температура электролита
18—35 °C, »к = 0,54-1,0 А/дм2, pH =
= 74-8, аноды — из палладия, пере-
мешивание электролита посредством
мешалки, скорость осаждения 12 мкм/ч
при 1К = 1,0 А/дм2.
Для приготовления 1 л этилендиами-
нового электролита берут 30 г PdCl2X
Х2Н2О и растворяют в 0,5л разбавлен-
ной соляной кислоты (1,4 г/см3). Рас-
твор оставляют на 8—10 ч до полного
растворения осадка. Затем его нагре-
вают до 60—90 °C и небольшими пор-
циями (по 10—15 мл) добавляют в него
200 мл аммиака (25%-ный раствор) до
полного растворения комплекса
lPd(NH3)2Cl2J.
После растворения получается хло-
ристоаммонийный комплекс палладия
желто-зеленого цвета. Далее в раствор
добавляют сначала 40—50 мл концен-
трированной соляной кислоты и затем
еще 10—20 мл ее для достижения
pH = 2,0. При этом выпадает желто-
оранжевый осадок в виде мелких кри-
сталлов. Полученный осадок филь-
труют на вакуум-фильтре (через про-
стую фильтровальную бумагу). Осадок
отмывают от ионов хлора холодной
дистиллированной водой при 3—8 °C и
растворяют в 52 мл этилендиамина.
Полученный раствор кипятят до уда-
ления запаха аммиака (1 ч), добавляют
25 г борной кислоты, фильтруют
(фильтр «синяя лента>) и разбавляют
водой до объема 2 л. Проверяют pH
(должнб быть 7—8) и анализируют
состав электролита.
Сравнительная характеристика
свойств палладиевых покрытий приве-
дена в табл. 36.
Регенерация и очистка электролитов
палладирования. Электролиты очищают
от механических примесей и добавляют
к ним концентрированную НС1 из рас-
чета 100 г/л при содержании в регене-
рируемом растворе 20 г/л палладия.
Раствор перемешивают до полного вы-
падения осадка диаминохлорида пал-
ладия. После проверки полноты оса-
ждения осадок отфильтровывают, 4—
5 раз промывают в 2%-ном растворе
НС1 и 2 раза в холодной воде и исполь-
зуют для приготовления и корректи-
рования электролитов, растворив в
аммиаке.
Регенерацию электролитов паллади-
рования можно вести осаждением пал-
ладия на катоде из коррозионно-стой-
кой стали 12Х18Н9Т- Удаление нека-
чественных палладиевых покрытий со
стали, меди, латуни или серебра ведут
в электролите (г/л): хлорид натрия 20,
кислота соляная (1,19 г/см3) 90 мл/л.
Режим снятия покрытия: температура
раствора 50—55°C, ia = 0,44-0,6 А/дм2,
катоды — из платинированного титана
или угля, pH = 44-5.
Неполадки при палладировании.
В процессе палладирования хрупкость,
шелушение и отслаивание покрытия
возникают при наличии примесей меди
и железа, органических примесей и
ионов хлора, а также в результате
плохой подготовки деталей перед пал-
ладированием. Темные покрытия со
светлыми пятнами и полосами полу-
чают при малом расстоянии между
электродами и деталями. Желтая соль
диаминохлорида палладия осаждается
на анодах из-за недостатка в электро-
лите аммиака, больших значений ia
или малых pH. Окрашивание электро-
лита в синевато-зеленый цвет происхо-
дит при наличии в нем примеси меди.
Кристаллическая сетка на покрытии
172
Покрытия рутением, родием, палладием и их сплавами
Зв. Характеристика свойств палладиевых покрытий
Параметр сульфамат- ный Электролит аминохло- рндный этилендиа- миновый
Отражательная способность, % 70 64 60
Максимальная толщина непористых покрытий, Мкм 5,0 2,0 2,0
Минимальная толщина покрытия, со- ответствующая началу его растрески- вания, мкм 7,0 15,0 30
Микротвердость покрытия 310 260 200
Начальные внутренние напряжения, МПа 2,4 1,9 2,1
Эластичность покрытия, % 1,2 3,0 6,0
Среднее истирание контактной по- верхности, мкм 1,7 1,3 3,0
Максимальное истирание плоской по- верхности, мкм 0,7 0,3 0,17
Переходное электросопротивление при нагрузке на контакт 98 мН, Ом 0,05 0,045 0,045
обусловлена большой плотностью тока.
Трещины и шероховатость на толсто-
слойных покрытиях возникают при
низком содержании сульфаминовой
кислоты и хлористого аммония в рас-
творе. Небольшая скорость осаждения
палладия связана с низкой концентра-
цией палладия в электролите. Крас-
ный осадок (оттенок) на покрытии
вызван загрязнением электролита иона-
ми меди (необходимо проработать элек-
тролит при низкой плотности тока).
ОСОБЫЕ СЛУЧАИ
ПАЛЛАД ИРО ВАНИЯ
Блестящее палладирование. Осаждение
блестящих покрытий на меди, латуни
и серебре ведут в стационарных или
колокольных ваннах, изготовленных
из фарфора или стекла (допускается
в стальных ваннах, футерованных пла-
стиком). В качестве анодов используют
платину или палладий (иногда плати-
нированный титан). Состав электроли-
та (г/л): хлористый палладий 20—40,
моноэтаноламин (97%-ный) 60—160,
сульфат аммония 25—50, пиридин
0,1—0,6. Режим электролиза: темпера-
тура 18—20 °C, pH =8,24-8,8, iK =
= 0,54-1,5 А/дма, ia= 0,14-0,4 А/дм’,
перемешивание непрерывное.
Покрытие коллекторов микродвига-
телей. Особенностью подготовки кол-
лекторов из меди и ее сплавов является
их обезжиривание в слабощелочных
или нейтральных растворах (слабые
растворы стиральных порошков или
тринатрийфосфата) в ультразвуковом
поле и активирование в 1—3%-ном
растворе НС1. Палладируют коллек-
торы в полиэтиленполиаминовом элек-
тролите, так как он не оказывает отри-
цательного влияния на пластмассы и
эпоксидный компаунд, входящие в со-
став коллектора. Электролит содержит
(г/л): хлористый палладий 18—20, хло-
ристый аммоний 50—60, сульфат ам-
мония 20—30, полиэтиленполиамин
60—70. Режим электролиза: темпера-
тура 18—20 °C, рН= 8,54-10,0, i„ =
= 14-3 А/дм2, аноды — из палладия
или платины.
Электролит готовят следующим об-
разом. В воде (0,4 объема) растворяют
полиэтиленполиамин, хлористый ам-
моний и сульфат аммония. Затем при
50—60 °C вводят хлористый палладий
и доводят pH до требуемого значения,
добавляя соляную кислоту или ам-
миак.
Покрытия сплавами на основе палладия
173
Покрытие печатных схем и обмоток.
При изготовлении печатных схем к по-
крытию контактной части предъявляют
следующие требования: высокая твер-
дость, низкое переходное сопротивле-
ние, стойкость к коррозии и электро-
коррозии, стабильная электропрово-
димость. Для уменьшения расхода до-
рогостоящего палладия и снижения по-
ристости покрытия осаждают в три
слоя (медь—никель—палладий). Оса-
ждение ведут в электролите паллади-
рования, содержащем (г/л): палладий
хлористый 60—70, аммоний хлористый
18—20, аммиак (25%-ный) 55 мл/л.
Режим электролиза: температура 15—
25 °C, pH = 9,0-4-9,5, «к = 0,8-т-
1,0 А/дм4, аноды — из палладия.
Печатные схемы и обмотки помещают
в ванну под током при iK = 0,2-4-
0,3 А/дм2.
ПОКРЫТИЯ СПЛАВАМИ
НА ОСНОВЕ ПАЛЛАДИЯ
Сплав палладий—никель. При боль-
ших нагрузках на контакт износостой-
кость палладиевых покрытий недоста-
точна. Легирование палладия никелем
позволяет повысить износостойкость
в 10 раз (при 25—30% Ni в сплаве
Pd—Ni). Для получения таких по-
крытий используют электролит (г/л):
палладий хлористый 14—50, никель
хлористый 60—180, кислота амино-
уксусная 75—150, аммиак (25%-ный)
до pH = 8,0-4-9,5. Режим электролиза:
температура 25—40 °C, <к = 1,5-4-
3,0 А дм2, аноды — из платины или
палладия. Сплав содержит 20—25% Ni.
Сплав палладий—кобальт. Он нашел
применение для покрытия контактов и
придания изделиям специальных ма-
гнитных свойств. Такие покрытия оса-
ждают из электролита, содержащего
(г/л), палладий хлористый 4—16, ко-
бальт хлористый 80—150, аминоуксус-
ную кислоту 100—150, аммиак
(25%-ный) до pH =8,5-4-10. Режим
электролиза: температура 30—40 °C,
tK = 2-4-5 А/дм2, аноды — из платины.
Сплав содержит 10—25% кобальта.
С увеличением концентрации ко-
бальта в электролите содержание пал-
ладия в сплаве уменьшается. С повы-
шением pH электролита от 8,2 до 10,0
содержание кобальта в сплаве умень-
шается. Перемешивание электролита
и повышение его температуры до 45 °C
приводит к снижению концентрации
палладия в сплаве. Микротвердость та-
кого сплава составляет 300—320, а из-
носостойкость при нагрузке 200 г/мм®
равна 500 тыс. переключений, что
в 25 раз выше, чем у чистого палладие-
вого покрытия. Переходное сопротив-
ление сплава Pd—Со при нагрузке на
контакт 50 г составляет 0,0065 Ом и
Рис, 81. Микроструктура палладиевого покрытия из аминохлоридного влектролита
при 20 РС и = 0,2 А/дм1:
а — без термообработки; б — после термообработки при 300 °C в течение I ч
174
Покрытия рутением, родием, палладием а их сплавами
незначительно растет с увеличением
содержания кобальта в сплаве. При
толщине 5 мкм такие покрытия прак-
тически беспористы. Внутренние на-
пряжения покрытий Pd—Со (25% Со)
из аминохлоридных электролитов со-
ставляют 300 МПа, а из пирофосфат-
ных 30 МПа.
Состав пирофосфатного электролита
(г/л) следующий: тетрааминхлорид пал-
ладия (в пересчете на металл) 13—15,
пирофосфатный комплекс кобальта (в
пересчете на металл) 13—15, пирофос-
фат калия (общий) 500—600, цитрат
аммония 20—30. Режим электролиза:
температура 35—40 °C, iK = 0,754-
1,00 А/дм2, аноды — из палладия.
Покрытия содержат 20—25% кобальта.
Сплав палладий—золото. Для осаж-
дения покрытий Pd—Au рекомен-
дуются цианистые, цианисто-пирофос-
фатные и цианисто-этилендиаминовые
электролиты. Нашел применение элек-
тролит, содержащий (г/л): дициано-
аурат калия (в пересчете на металл)
2,5—3,0, этилендиамин палладия (в пе-
ресчете на металл) 0,5—1,0, цианистый
калий (свободный) до 0,3, этиленди-
амин (свободный) 25—30. Режим элек-
тролиза: температура 55—65 °C, (к =
= 0,34-0,5 А/дм2, pH = 7,54-8,0, ано-
ды — из палладия или платины. В спла-
ве покрытия содержится 25—30% пал-
ладия.
Сплав палладий—олово. Его осаж-
ждают из трилонатного электролита,
содержащего (г/л): палладий 9—10,
олово 9—10, трилон Б 80—100, аммо-
ний хлористый 15—20. Режим элек-
тролиза: температура 15—25 °C, pH =
= 3,74-4,5, 1К = 0,44-0,6 А/дм2, со-
держание олова в сплаве Pd—Sn
6-728%.
Качественные покрытия Pd—Sn по-
лучают при iK = 0,5 А/дм2 и pH =
= 3,54-4,5. Они имеют белый цвет,
обладают повышенными механически-
ми свойствами. Так, например, при
содержании в сплаве 8% Sn внутрен-
ние напряжения составляют 40—
42 МПа, микротвердость 280—290 и
переходное сопротивление 0,009 Ом
(при нагрузке в 490 мН). Такой сплав
рекомендуется применять для контак-
тов, требующих пайки мягкими при-
поями, а также для покрытий контакт-
ных выводов плат печатного монтажа.
Регенерация палладия из хлораммо-
нийного электролита ведется химиче-
ским восстановлением комплексных
ионов палладия до металла. В каче-
стве восстановителя используют му-
равьинокислый натрий.
Осаждение палладия ведут следу-
ющим образом. Отработанный элек-
тролит подкисляют НС1 до pH 1,0
и нагревают до кипения. В горячий
раствор прибавляют муравьинокислый
натрий из расчета 5—6 г соли на 1 г
металлического палладия. Затем элек-
тролит кипятят 1—2 ч до полного вос-
становления и образования тонкодис-
персных частиц металлического палла-
дия, после чего охлаждают до комнат-
ной температуры. При этом частицы
палладия оседают, а раствор стано-
вится прозрачным. Его декантируют,
осадок фильтруют, промывают 5%-ным
раствором НС1 и несколько раз горя-
чей дистиллированной водой. На филь-
тре остается тонкодисперсный порошок
палладия, который используют в даль-
нейшем для получения хлористого пал-
ладия. Микроструктура палладиевого
покрытия представлена на рис. 81.
ПОКРЫТИЯ СЕРЕБРОМ
И ЕГО СПЛАВАМИ
СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ
СЕРЕБРЯНЫХ ПОКРЫТИЙ
Серебряные покрытия обладают сереб-
ристо-белым цветом, микротвердо-
стью 60—90, отличной электро- и теп-
лопроводимостью и наилучшей тепло-
проводностью, а также значительной
отражательной способностью (90—
95%). В табл. 37 приведена корро-
зионная стойкость серебра и других
благородных металлов в некоторых
агрессивных средах.
Покрытия серебром хорошо выдер-
живают гибку, развальцовку, облег-
чают свинчивание и удовлетворительно
паяются. Улучшенные электро- и фи-
зико-химические свойства позволили
широко применять серебряные покры-
тия в радио- и электронной технике,
а также в электрохимической и опти-
ческой промышленностях. Однако се-
ребряные покрытия имеют низкую
микротвердость (60—90) и недостаточ-
ную износостойкость. Поэтому вместо
покрытий серебром применяют спла-
37. Коррозионная стойкость благородных металлов
Агрессивная среда Ru Rh Pd Afi Au Os 1г Pi
НС1:
холодная С С н В С С с С
горячая H2SO4: с с н в с с с с
холодная с с с н с с с с
горячая с н н в с с с с
при 250 °C HNO3: с н н н н с в с
холодная с с н н в с с с
кипящая с с н н в с с с
Кислота плавиковая Царская водка: с с с н с с с с
холодная с с н н с с в в
кипящая н н н н в с в н
Органические кислоты с с с с с с с с
NaOH *» с с с с с с с с
Аммиак ! с с в в с с в в
NaOH »« н н н с в в в с
Перекись натрия *® н н в с Б в в в
Азотнокислый натрий *® с с в в в с с с
Углекислый натрий *® н н в н н с в с
*х В растворе,
*® В расплаве.
Принятые обозначения: с — стоек; н — нестоек.
176
Покрытия серебром и еео сплавами
вы: серебро—сурьма, серебро—палла-
дий, серебро—кадмий, серебро— ни-
кель, серебро—висмут и др.
По внешнему виду покрытия Ag—Sb
похожи на палладиевые, обладают
микротвердостью НО—130 и износо-
стойкостью в 3—5 раз большей, чем
чистые серебряные покрытия. Но при
содержании в них сурьмы более 1,0%
(масс, доли) их электропроводимость
в 2—3 раза ниже, чем у серебра.
Покрытия сплавом серебро—палла-
дий, содержащие 10—15% палладия,
имеют микротвердость 120—150 и из-
носостойкость в 5—7 раз больше, чем
серебряные покрытия (без значитель-
ного ухудшения их электропроводно-
сти). В своем большинстве покрытия
Ag—Sb и Ag—Pd применяют для из-
готовления электрических контактов,
работающих при трении в различных
климатических условиях. Покрытие
Ag—Ni применяют в производстве
электрических соединений, эксплуа-
тируемых в легких и средних условиях.
Покрытия сплавами серебро—висмут,
серебро—индий и серебро—свинец
применяют я большей мере как анти-
фрикционные, а также для улучшения
паяемости различных деталей.
КИНЕТИКА ОСАЖДЕНИЯ
СЕРЕБРЯНЫХ ПОКРЫТИЙ
В большинстве применяемых электро-
литов серебро находится в виде комп-
лексных ионов типа [Ag(NH3)]+,
[Ag(CNs)J-, [Ag(CNS),-] и др.
Мерой стойкости комплексных соеди-
нений серебра, как и других металлов,
служит константа нестойкости (иони-
вации) КИ. Для перечисленных комп-
лексов константа нестойкости соот-
ветственно равна 6,3-10“*, 8- 10-и,
0,9-10-,°. Наиболее стойким является
цианистый комплекс серебра.
Электролиты, содержащие комплекс-
ные соединения серебра, позволяют
получать более компактные и мелко-
зернистые покрытия. Это связано с
тем, что потенциалы восстановления
серебра из растворов комплексных
соединений имеют более отрицательные
вначения, чем потенциалы его восста-
новления из растворов простых солей
(табл. 38).
В электролитах, содержащих про-
стые соли серебра, катодный процесс
в основном сводится к уравнению
Ag*+ е"-э- Ag, Н++ ё-* Н.
Анодный процесс на растворимых
анодах выглядит так:
Ag-> Ag* + ё,
а на нерастворимых анодах (например,
в клоридном растворе) —
ci--> С1 + ё.
Механизм восстановления циани-
стых комплексов серебра на катоде
изучен не до конца. На основании
исследований поляризационной кри-
вой (рис. 82) и качества получаемых
покрытий при различных плотностях
тока считают, что на участке I при
Ф = —(0,40^-0,45) В и iK = 0,34-
0,5 А/дм2 на катоде происходит раз-
ряд комплекса |Ag(CN)s]~ по схеме
lAg (CN)J--> AgCN + CN".
AgCN -> Ag* + CN" и t. д.
При более высоких концентрациях
свободного цианида происходит вос-
становление серебра из [Ag (CN)S]’_.
На участке II (ф = — (0,504-0,65)В
и iK = 0,64-1,0 А/дм2) вместе с се-
ребром на катоде восстанавливается и
водород:
Н,О+->- н*+ Н2О,
lAg^N),]--* AgCNKO„n+ CN".
AgCNK0„„+ Н*+ Н,О^
->Ag+ Н,О*+ CN.
На участке III в большей степени вос-
станавливается водород, а на участке
IV — только водород [ф = — (1,44-
1,6) В и 1К = 4 А/дм2].
Наиболее качественные покрытия се-
ребром, пригодные для практических
целей, даже при высокой концентра-
ции серебра, в цианистых электроли-
тах получаются только при потенциа-
лах, соответствующих первым двум
участкам поляризации (ф 2э> —0,65 В).
При ф —0,75 В покрытия стано-
вятся темными я шероховатыми. Оп-
ределяющим фактором при катодном
Кинетика осаждения серебряных покрытий
177
88. Нормальные потенциалы
восстановления <р0 серебра при 25 °C
(по отношению к нормальному
водородному потенциалу)
Реакция
Ag+ -J- е -> Ag
AgsSO. 4- 2е -> 2Ag + SO?"
AgjCOj -|~ 2e 2Ag -J- CO|
Ag(NH3) 4- “e Ag 4-_2NHj
Ag3O -I- HSO 4- 2e ->
->2Ag4- 2OH-
AgC14- e->Ag4-Cl"
Ag4Fe(CN)« + 4e -►
- 4Ag_+ Fe(CN)r
Ag(CNS) J- e -► Ag 4- CNS"
AgBr 4- e Ag 4- Br“
AgCN 4- e -> Ag 4- CN-
Ag(CN)7+e^Ag4-2CN-
Ag(CN)|-+ e-^Ag+3CN-
Ag2S 4- 2e -> 2Ag 4- S,_
0,799
0,653
0,460
0,373
0,344
0,224
0,194
0,09
0,07
—0,04
—0,29
—0,51
—0,71
Рис. 82. Кривая катодной поляризации
серебра в цианистом электролите
восстановлении серебра является кон-
центрация комплексообразователя. В
электролите, не содержащем ионов
серебра, изменение концентрации сво-
бодного цианида от 20 до 100 г/л
(рис. 83) практически не влияет на
характер катодных поляризационных
кривых и лишь постепенно сдвигает
равновесный потенциал в сторону от-
рицательных вначений (от —0,6 В
до —0,7 В).
Не менее важным фактором, влия-
ющим на механизм восстановления
серебра, является природа вводимой
в электролит серебряной соли, на-
пример AgNO3, Ag?O, AgCN или
KAg (CN)t. При введении в раствор
AgjO или AgCN на катоде возможно
восстановление серебра из этих ней-
тральных молекул без перестройки
двойного слоя.
Перемешивание и повышение тем-
пературы электролита также способ-
ствуют сдвигу равновесного потенци-
ала и изменению катодной поляриза-
ции. Но в процессе работы цианистые
электролиты практически не переме-
шивают и не повышают их температу-
lx, А/дм1
Рис. 83. Кривые катодной поляризации в
цианистых растворах при различной кон-
центрации KCN (г/л):
1 — 20; 2 — Б0; 3 — 100; при пере-
мешивании
Рис. 84. Зависимость катодной поляриза-
ции серебра от металла катода:
1 — сталь; 2 медь анодная; 3 « сереб-
ро анодное
178
Покрытия серебром и его сплавами
Рис. 85. Кривые анодной поляризации се-
ребра в цианистых электролитах (г/л):
1 — KAg (CN),10 и KCN50; 2 —
KAg (CN),65 и KCN50; 3 — KAg (CN),10
и KCN10; 4 — KCN10; 5 — KAg (CN),65;
KCN50 и K>COa50; — при перемешивании
ры вследствие их токсичности и ухуд-
шения качества серебряных покрытий.
Помимо перечисленных факторов сле-
дует отметить и влияние покрываемо-
го металла (рис. 84). На медном ка-
тоде восстановление серебра начинается
сразу после включения тока и посте-
пенно распределяется по всей поверх-
ности катода. На стали в момент вклю-
чения внешней цепи катодное восста-
новление серебра не наблюдается. На-
чиная с ф = —0,6 В на катоде по-
являются пузырьки водорода и про-
исходит скачок потенциала; видимое
глазом восстановление серебра про-
исходит только при ф = —0,75 В.
1к,А/дмг
0,25 0 -0,25 -0,50 -0,75 -1.00 -1,25 <р,В
Ряс. 86. Кривые катодной поляризации
серебра в цианоаргентатнороданидном
электролите (г/л):
1 — Ag38, K.Fe (CN),40. KCNS100 и
K.CO.26; 2 — Ag38, KCNS60 и K*Fe (CN),
85; 1‘ — без К,СОа
На механизм восстановления сереб-
ра на цианистых электролитов оказы-
вает влияние и анодный процесс
(рис. 85). Пассивирование поверх-
ности анода наступает при ф >
£> +0,2 В и тем интенсивнее, чем
выше анодная плотность тока. В на-
чале появляется коричневая пленка,
в основном состоящая из Ag„O, затем
на аноде образуется более плотная
пленка из AgO (ф = +0,6 В). При
потенциалах выше +0,8 В на аноде
поярчяется Ag2O8 и его поверхнос.ъ
становится практически нераствори-
мой и непроводящей электрический
ток. Таким образом, начиная с ф >
> +0,3 В, анодный процесс может
являться сдерживающим фактором при
восстановлении серебра на катоде.
Практика работы с цианистыми
электролитами серебрения указы-
вает на то, что отношение свободного
цианида к комплексной соли серебра
должно составлять от 1 : 1 до 0,8 : 1,0,
а соотношение Sa : SK—от 0,75 :1,0
до 1:1 при плотности вагрузки
0,5—0,75 дм2/л.
В серийном производстве помимо
цианистых электролитов применяют
цианидферратные, цианидаргентатно-
роданидные, этилендиам.п.овые, по-
лиэтиленполиаминовые и другие элект-
ролиты серебрения.
Цианидферратные электролиты.
В них серебряные аноды подвержены
значительной пассивации. Даже при
малых значениях ia поверхность анода
покрывается сначала рыхлой, а затем
(при ф = 0,64-0,7 В) плотной корич-
невой пленкой Ag2O. Увеличение кон-
центрации КдРе (CN)e и добавка три-
лона Б улучшают растворение анода
и сдвигают его потенциал в область
отрицательных значений. При пере-
мешивании и повышенной температуре
электролита (50—60 °C) анодный про-
цесс облегчается. Но при 60 °C и
1К > 0,2 А/дм2 наблюдается пассивация
анода независимо от концентрации
серебра и цианидферрата, что при-
водит к резкому обеднению раствора
ионами металла. Поэтому в промыш-
ленности цианидферратные электро-
литы применяют очень редко.
Цианидаргентные электролиты.
С увеличением концентрации роданида
(рис. 86) равновесный потенциал се-
Состав электролитов а режимы серебрения
179
ребра в таком электролите приобре-
тает более отрицательное значение и
несколько повышает первый и второй
предельные токи. Добавка КгСО3 (при
прочих равных условиях) на катодную
поляризацию оказывает в некоторой
степени такое же влияние, что и уве-
личение концентрации роданида.
Анодный процесс в роданидном
электролите протекает при более от-
рицательных потенциалах, чем в циа-
нидферратт ом По всей вероятности,
растворение серебра в нем происходит
с образованием роданидного комп-
лекса, который взаимодействуя с ио-
нами С№, дает цианидный комплекс.
Пассивация серебряных анодов при
этом наступает при <р>0,2 В. Для
нормальной работы Sa : SK в таких
электролитах должно быть равным
2 : 1 при iK — 0,34-0,4 А/дм2, кон-
центрации серебра не менее 50 г/л и
температуре раствора 50—60 9С.
СОСТАВЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ
И РЕЖИМЫ СЕРЕБРЕНИЯ
Цианистые электролиты.
Основными компонентами таких элек-
тролитов являются KAg (CN)2 и KCN
свободный. Свободный цианид необхо-
дим для уменьшения степени диссоциа-
ции цианидного комплекса серебра,
увеличения катодной поляризации и
для равномерного растворения серебря-
ных инодов Цианистый комплекс се-
ребра является, в первую очередь,
поставщиком ионов металла; он также
увеличивает электропроводимость
раствора.
Карбонаты увеличивают электро-
проводимость и улучшают рассеива-
ющую способность электролита. Од-
нако при концентрации более 80 г/л
они становятся нежелательной при-
месью, так кал ухудшают внешний
вид и структуру серебряных покры-
тий.
Несмотря на то что цианистые элект-
ролиты обладают значительной ка-
тодной поляризацией, для обеспече-
ния надежного сцепления серебра с
медью, латунью, бронзой, никелем и
другими металлами следует применять
предварительное серебрение. Для этой
цели используют электролит, содер-
жащий (г/л): калия децианоаргентат
(в пересчете на металл) 1,0—2,5, ка-
лий цианистый (свободный) 70—90,
калии углекислый 20—30. Режим элек-
тролиза- температура 18—30 °C, iK~
= 84-12 А/дм2, время серебрения 1—
5 мин. Во вращающихся установках
плотность тока необходимо поддер-
живать в пределах 1—2 А/дм2. При
этом концентрация KAg (CN)a бе-
рется равной 9—11 г/л (в пересчете
на металл). На подвесочных установ-
ках время серебрения 20—40 с. В ка-
чес- в* анодов применяют сталь
12Х18Н9Т или платинированный ти-
тан. Загрузка деталей в ванну пред-
варительного серебрения ведется под
током.
В качестве электролита основного
серебрения применяют электролит
(г/л): калия дицианоаргентат (в пе-
ресчете на металл) 20—30, калий
цианистый (свободный) 20—40, калий
углекислый до 100. Режим электро-
лиза: температура 18—30 °C, 1К =
= 0,34-1,0 А/дм , скорость осаждения
0,15—0,50 мкм/мин. При плотности
тока выше 1,0 А/дм2 серебрение ведут
с реверсированием тока tK: ta =
= 10 : 1 (с). Из такого электролита
осаждаются полублестящие светлые
покрытчя микротвердостью 70—80
кгс/мм2 и с надежным сцеплением с
основой (или с медным или никелевым
подслоем). При S» : SK = 1 : 1 и
iK = 0,504-0,75 А/дм2 катодный вы-
ход составляет около 90%.
Для блестящего серебрения исполь-
зуют электролит (г/л): калия дициано-
аргентат (в пересчете на металл) 35—
40, калий цианистый (свободный)
140—160, селен технический 0,03—
0,05, этамон ДС 0,4, диспергатор НФ
технический марки Б 0,08—0,125. Ре-
жим электролиза: температура 18—
30 °C, iK= 1,04-1,5 А/дм2, скорость
осаждения 0,50—0,75 мкм/мин. Мик-
ротвердость покрытий 90—100. От-
ражательная способность покрытий
85—90%.
Для осаждения полублестящих по-
крытий на медь и ее сплавы применяют
электролит, содержащий (г/л):
Ag2O (порошок) 50—100, KCN (сво-
бодный) 60—70, KjCOj 20-—30. Ре-
жи11 электролиза: температура 15—
25 °C, /к= 0,3-0,4 А/дм2, Sa : SK =
180
Покрытия серебром и его сплавами
= 2:1, SK= I рр?/л, аноды — из
стали 12Х18Н9Т или платинирован-
ного титана. Катодный выход серебра
по току 85—90%. Микротвердость по-
крытий 90—100. При общей концен-
трации цианида калия 60 г/л в раст-
воре (независимо от количества вве-
денного Ag2O) находится 22—23 г/л
металла в виде [Ag (CN)a]_.
Для серебрения деталей несложного
профиля, изготовленных из меди и
ее сплавов, применяют электролит,
содержащий (г/л): AgCl 25—30,
KjFe (CN)„ 200—250, K2COS 15—20,
трилон Б 2—3. Режим электролиза:
температура 60—80 °C, iK — 0,74-
1,0 А/дм2, аноды — из серебра. По-
крытия имеют крупнокристалличе-
скую структуру и микротвердость 60—
70. Электролит требует частой кор-
ректировки по серебру в силу значи-
тельной пассивации анодов. В боль-
шей мере этот электролит применяют
при серебрении печатных схем на ос-
нове диэлектриков.
Для осаждения серебра применяют
электролит (г/л): калия дицианоарген-
тат (в пересчете на металл) 40—50,
калий роданистый 200—250, калий
углекислый 20—40. Режим электро-
лиза: температура 18—30 °C, pH =
= 94-10, iK= 14-2 А/дм2, скорость
осаждения 0,5—1,0 мкм/мин. Реко-
мендуется периодическое применение
нерастворимых анодов.
Для нанесения блестящих покрытий
на детали сложной конфигурации при-
меняют пирофосфатно-роданидный
электролит (г/л): серебро азотнокис-
лое (в пересчете на металл) 36—38,
калий пирофосфорнокислый 200—250,
калий роданистый 300—350, натрий
серноватистокислый 1—5, смачива-
тель СВ-104п 0,6—0,8. Режим элект-
ролиза: температура 18—50 °C, pH =
= 8,04-8,7, «к — 0,54-2 А/дм2, ско-
рость осаждения 0,5—0,85 мкм/мин.
При плотности тока 1,5—2,0 А/дм2
серебрение ведут при температуре
30—50 РС, перемешивая электролит.
Аноды — из серебра.
Известен для осаждения блестящих
серебряных покрытий триэтанолами-
новый электролит, содержащий (г/л):
серебро азотнокислое 60, тринатрие-
вую соль этилендиаминтетрауксусной
кислоты 40, триэтаноламин 150, суль-
фат аммония 60, сульфат магния 0,15,
гидроокись аммония (25%-ный раст-
вор) до pH = 9,54-10,5. Режимы
электролиза: температура электролита
20—25 °C, iK = 0,34-0,9 А/дм2, ка-
тодный и анодный выход по току
соответственно 99—100 и 99—105%,
аноды — из серебра.
Одним из перспективных нециани-
стых электролитов является йоди-
стый электролит. Для получения бле-
стящих покрытий из такого электро-
лита необходимо вводить в его состав
тиосульфат натрия и поливиниловый
спирт. Для этой цели применяют
электролит (г/л); серебро иодистое
40—80, натрий иодистый 400—600,
спирт поливиниловый 0,5—2,0, тио-
сульфат натрия 1—2. Режим электро-
лиза: температура 18—30 °C, iK —
= 0,34-1,2 А/дм2,1)„ = 964-99%, ано-
ды — из серебра. Рассеивающая спо-
собность электролита 93—95%. Элект-
ролит наиболее устойчив в работе при
pH = 8,0. Катодную плотность тока
рекомендуется в начале электролиза
повышать до 1,5 А/дм2, а через 1—
2 мин после этого вести процесс при
0,3—0,5 А/дм2.
ПОКРЫТИЯ СПЛАВАМИ
НА ОСНОВЕ СЕРЕБРА
Серебряные покрытия имеют низкие
механические свойства, а также склон-
ны к потемнению, наволакиванию и
ухудшению паяемости. Поэтому в раз-
личных отраслях промышленности их
меняют на покрытия сплавами на ос-
нове серебра.
Сплав серебро—сурьма. Для осажде-
ния покрытий Ag—Sb применяют
электролит (г/л): дицианоаргентат (в
пересчете на металл) 25—42, калий
цианистый (свободный) 50—70, калий
углекислый 20—30, калий антимонил-
виннокислый 0,5-водный 4,0—5,5, ка-
лий — натрий виннокислый 4-водный
50—60, калия гидрооксид 5—10. Ре-
жим электролиза: температура 15—
30 °C, <н= 0,54-1,5 А/дм2, скорость
осаждения 0,7—1,0 мкм/мин, аноды—
из серебра. Покрытия осаждаются ма-
товыми. Содержание сурьмы в сплаве
составляет 0,9—1,2%. Микротвердость
Покрытия сплавами на основе серебра
181
110—120, а износостойкость в 1,5—2ра-
за больше, чем у серебряных покрытий.
Наряду с этим электролитом в радио-
и электронной промышленности ис-
пользуют электролит (г/л): калий ди-
цианоаргентат (в пересчете на металл)
35—40, калий цианистый (свободный)
50—60, калий углекислый 40—60,
калий—натрий виннокислый 4-вод-
ный 30—40, Sb2Os (порошок) 10—20-
Режим электролиза: температура 15—
25 °C, 1к = 0,54-1,0 А/дм2 (0,5 А/дм2
для колокольных и барабанных уста-
новок), аноды—из серебра, Sa :SK =
= 0,75 : 1,0, SK = 1 дм2/л. Такие
условия электролиза позволяют полу-
чать блестящие покрытия, содержащие
0,5—0,7% сурьмы, обладающие микро-
твердостью 100—120 и в 2 раза боль-
шей износостойкостью. Переходное со-
противление у них в 1,2 раза выше,
чем у серебряных покрытий.
Введение антимонилтартрата в
цианистый электролит серебрения рез-
ко снижает первый предельный ток
и повышает второй, смещая при этом
потенциал восстановления серебра от
—0,45 до —0,62 В. Добавка КОН
сдвигает катодную поляризацию в об-
ласть более отрицательных потенциа-
лов.
В саморегулирующемся цианистом
электролите подпитка раствора сурь-
мой осуществляется за счет равномер-
ного растворения Sb2Os, обладающего
определенным пределом раствори-
мости, зависящим от pH электролита.
В этом случае независимо от количе-
ства вводимого порошка оксида сурь-
мы в растворе содержится сурьма в виде
SbO2 не более 0,1 г/л. Сегнетова соль
служит буферной добавкой, поддержи-
вающей постоянную концентрацию ио-
нов сурьмы в электролите и повышаю-
щей в некоторой степени растворимость
Sb2O8 (без сегнетовой соли имеем не
более 0,01 г/л Sb). Добавка оксида
сурьмы практически не влияет на рав-
новесный потенциал восстановления
серебра и незначительно повышает пер-
вый предельный ток.
Сурьма из тартратно-цианистого
электролита в сплав восстанавливается
беспрепятственно, так как ее содер-
жание в электролите составляет
~5 г/л, и кроме того, наличие в раст-
воре КОН и повышенная концентрация
KCN способствуют сдвигу кривой по-
ляризации серебра в сторону отрица-
тельных значений. Поэтому сурьма
в покрытиях, полученных из такого
электролита, находится в неупорядо-
ченном состоянии. При восстановле-
нии покрытий Ag—Sb из саморегули-
рующего электролита концентрация
сурьмы в растворе незначительна;
КОН отсутствует и концентрация KCN
(свободного) в 1,5 раза меньше, чем
в электролите, содержащем антимонил-
тартрат. В этом случае сурьма в по-
крытии Ag—Sb находится в строго
упорядоченном состоянии, чем и объ-
ясняется значительное улучшение ме-
ханических свойств осадков при малом
содержании сурьмы. При этом сурьма
в решетке серебра замещает те атомы,
которые относятся к ромбоэдрической
ячейке с ребром, равным 2,880- 10-и м
и углом 60° и покрытия Ag—Sb при-
обретают текстуру по оси (111).
Сплав серебро—никель. Осаждение
покрытия Ag—Ni ведут из электроли-
та (г/л): калия дицианоаргентат (в пе-
ресчете на металл) 5—6, калий пиро-
фосфорнокислый (свободный) 80—100,
K2Ni (Р2О4) (в пересчете на металл)
15—18. Режим электролиза: темпера-
тура 15—25 °C, «к = 0,34-0,4 А/дм2,
pH = 9,94-10,0, аноды — из серебра.
При этом покрытия Ag—Ni содержат
3—5% никеля, имеют микротвердость
120—135; их износостойкость и пере-
ходное сопротивление в 3 раза выше,
чем у серебряных.
С увеличением соотношения ионов
серебра и ионов никеля в электролите
возрастает содержание серебра в спла-
ве, а увеличение свободного пирофос-
фата способствует повышению содер-
жания никеля в сплаве. Рост концент-
рации серебра в электролите приводит
к сдвигу равновесного потенциала ни-
келя в сторону положительных зна-
чений. Никель в сплав осаждается со
сверхполяризацией, а серебро — на
предельном токе. При осаждении спла-
ва Ag—Ni лимитирующим фактором
является анодный процесс.
Покрытия сплавом Ag—Ni приме-
няют для повышения износостойкости
некоторых изделий, используемых в
радиотехнике (контакты электриче-
ских соединителей, электрические схе-
мы и т. д.), а также в оптической про-
182
Покрытия серебром и его сплавами
a) S)
Рис. 87. Кривые катодной поляризации
Pd и Ag—Pd в электролитах (г/л):
1 — Ag 22,6 и Pd 15: 2 — Ag 22,6; 3 —
Pd 15; 4 — Ag 6,6 и Pd 14,2; 5 — Ag6,6;.
6 — Pd 14,2; a — везде KCN48 и KiCO,30;
b — везде KCN70 и K,CO,30
мышленности для обеспечения посто-
янной отражательной способности спе-
циальных изделий.
Сплав серебро—палладий. Для
осаждения покрытий Ag—Pd приме-
няют электролит, содержащий (г/л):
KA-(CN)2 25—30, KjPd (CN)S 10-15,
KCN (свободный) 50—70, K2CO8 30—
40. Режим электролиза: температура
20—30 °C, pH = 11,84-12,2, катодная
плотность тока 0,4—0,5 А/дм2, аноды—
из серебра. При таких условиях элект-
ролиза на катоде получаются покрытия
Ag—Pd, содержащие 10—15% палла-
дия, имеющие микротвердость 120—
150. Износостойкость и переходное
сопротивление таких покрытий в 2—
3 раза выше, чем у серебряного.
На рис. 87 представлена зависимость
катодной поляризации серебра, пал-
ладия и сплава Ag—Pd от состава
электролита и режима электролиза.
Повышение температуры раствора
до 40 °C улучшает растворимость ано-
дов, но осадки Ag—Pd на катоде по
твердости и износостойкости практи-
чески не отличаются от серебряных.
Для осаждения покрытий более бо-
гатых палладием (вместо палладие-
вых) применяют электролит (г/л): Ag
(в виде металла) 3—4, палладий (в виде
металла) 20—25, (NH4)2CO8 15—20,
NH4OH (свободный) 12—15 мл/л, три-
лон Б 15—20. Режим электролиза:
температура 20—30 °C, pH = 9,04-
9,5, iK = 0,24-0,3 А/дм2, аноды —
из серебра. В таком электролите по-
тенциал сплавообразования в значи-
тельной степени зависит от концентра-
ции ионов серебра.
Перемешивание и повышение тем-
пературы электролита до 50 °C спо-
собствуют интенсификации катодного
процесса (можно работать при iK =
= 0,4 А/дм2), но снижает содержание
палладия в сплаве. Наиболее качест-
венными по внешнему виду и механи-
ческим свойствам покрытия Ag—Pd
получают при iK=0,25 А/цм2, Sa : SK=
= 1:1, SK= 0,5 дм2/л и pH =
= 9,0. Они содержат 15—25% палла-
дия, имеют микротвердость 200—250,
износостойкость и переходное сопро-
тивление в 3—4 раза выше, чем у се-
ребряного покрытия.
Покрытия сплавом серебро—кадмий.
Такие покрытия применяют с целью
экономии серебра, улучшения меха-
нических свойств и паяемости серебря-
ных покрытий. Для осаждения покры-
тий применяют электролит (г/л): ок-
сид кадмия 42—50, серебро азотно-
кислое 3,5—4,0 кислота сульфосали-
циловая 150—200, аммония гидро-
оксид (25%-ный) 150 мл/л, калий
виннокислый (кислый) 80—100, ни-
кель сернокислый 1—5. Режим Элект-
ролиза: температура 18—22 °C, pH =
= 8,54-9,0, т]к= 100%, i„= 1,04-
1,5 А/дм2, аноды — из серебра.
Осаждать покрытия Ag—Cd рекомен-
дуется по подслою серебра, осажден-
ного из цианидферратного электро-
лита (толщина подслоя 0,2 мкм) при
катодной плотности тока 0,1 А/дм2.
Такая подготовка способствует луч-
шему сцеплению покрытий Ag—Cd
с основным металлом. Покрытия Ag—
Cd из сульфасалицилового электролита
имеют серебристо-белый цвет, обла-
дают мелкокристаллической структу-
рой и меньшей склонностью к потем-
нению. Их микротвердость ЮС—115.
Для осаждения сплава Ag—Cd, со-
держащего 30—35% кадмия и исполь-
зуемого в качестве покрытий электри-
ческих контактов, работающих в ат-
мосфере, загрязненной сернистыми сое-
динениями, применяют электролит со-
става (г/л): дицианоаргентат калия
(в пересчете на металл) 8—10, оксид
кадмия (в пересчете на металл) 30—
40, калий цианистый (свободный) 30—
40, натрий сернокислый 10-водный
Особые случаи серебрения
183
30—50, никель сернокислый 7-вод-
ный 3—5, сульфированное касторовое
масло 6—10. Режим электролиза: тем-
пература 18—25 °C, <к = 0,84-
1,2 А/дм’, 1а = 1,04-1,5 А/дм’,
t]K = 854-90%, аноды — из сплава
(70% Ag и 30% Cd).
Покрытия сплавом Ag—Cd, содер-
жащие 60—80% серебра, по своей
структуре представляют или а-фазу,
или смесь а- и P-фаз, обладающих
микротвердостью 100—190 и износо-
стойкостью несколько большей, чем
у серебряных покрытий. Их переходное
сопротивление при нагрузке на контакт
500 мН и силе тока 50 мА практически
не отличается от сопротивления се-
ребряных покрытий. С повышением iK
процент серебра в осадках уменьша-
ется; однако если iK= 1,5 А/дм’ или
выше, то tK почти не влияет на состав
сплава.
Покрытия сплавом серебро—свинец.
Для осаждения антифрикционных пок-
рытий Ag—РЬ используют электролит
(г/л): А1С1 20—25, K4Fe (CN)f-ЗН2О
120—150, К2СО3 20—60, РЬ (СН3СОО)2
3—5. Режим электролиза: температура
15—25 °C, iK = 0,5 А/дм’, аноды —
из серебра. Покрытия Ag—РЬ содер-
жат 0,5—3,0% свинца. Количество
свинца в сплаве увеличивается с воз-
растанием tK и концентрации К2СО3 в
электролите,
ОСОБЫЕ СЛУЧАИ СЕРЕБРЕНИЯ
Осаждение серебра на оксидированный
алюминий. Серебро (драгоценный ме-
талл) — типичное катодное покрытие по
отношению к алюминию. Двухкратная
цинкатная обработка, химическое ни-
келирование или электролитическое
осаждение цинка обеспечивают ка-
чественное сцепление серебра с алю-
минием. Но более надежным способом
подготовки деталей из деформируемых
алюминиевых сплавов является их
анодирование в растворе ортофосфор-
ной кислоты при iR = 24-3 А/дм’ и
напряжении 10—30 В в течение 5—
10 мин. Концентрацию ортофосфор-
ной кислоты подбирают в зависимости
от состава сплава (100—300 г/л). После
анодирования детали меднят в пиро-
фосфатном электролите на толщину
2—3 мкм и серебрят в обычном желези-
S 5 13 2 1
6)
Рис. 88. Сота для избирательного (а) и ло-
кального (в) серебрения
стосинеродистом или пирофосфатно-
роданистом электролите. Меднение и
серебрение анодированных деталей
можно вести, не снимая их с подвесок
после анодирования. В случае демон-
тажа деталей с подвесок после анодно-
окисного покрытия (подвески из алю-
миния) и повторного монтажа на
стальные' или бронзовые подвески (с
целью экономии металла, расходуе-
мого на алюминиевые приспособления
и продления их срока службы) время
выдержки деталей при меднении сле-
дует увеличить на 20%.
Избирательное (локальное) серебре-
ние. На некоторых предприятиях элек-
тронной промышленности с целью эко-
номии металла внедрен процесс изби-
рательного серебрения контактных пар
электрических соединителей, изготов-
ленных методом точения из латуней
или бронз.
На рис. 88 схематично представлен
разрез соты для избирательного се-
ребрения штырей для электрических
соединителей. Посредством специаль-
ных виброустановок типа КУС шты-
ри 6 (или гнезда) автоматически на-
бираются в отверстия 5 монтажной
(хвостовой) частью вниз. Торец каж-
дого «хвостовика» штыря касается (под
собственным весом) катодной пласти-
ны 2 (общей для всех штырей). Сота 3
изготовлена из термостойкого орг-
стекла (возможно применение и дру-
гого диэлектрика), а катодная пла-
стина — из фольгированного медью (с
одной стороны) стеклотекстолита или
184
Покрытия серебром и его сплавами
гетинакса. Катодная пластина соеди-
нена с изолированным токопроводом 1,
который связан с катодной штангой
электролизера или непосредственно с
выпрямителем (при мелкосерийном про-
изводстве). Такая сота устанавлива-
ется в кассету 4 также из диэлектрика,
снабженную перфорированной кры-
шкой из оргстекла. В соту размером,
например, 250X250 мм можно уме-
стить до 4000 штырей или гнезд (в за-
висимости от их наружного диаметра).
Как видно на рис. 88, а, контактная
часть штыря находится вне соты, а
следовательно (при прочих равных
условиях электролиза), покрывается се-
ребром, быстрее, чем остальная по-
верхность детали, расположенной в от-
верстии соты. При этом, чем дальше
от наружной плоскости соты к катод-
ной пластине, тем меньше покрыва-
ется серебром нерабочая поверхность
штырей или гнезд в соте, поскольку
отверстия соты являются почти глу-
хими отверстиями и в них обмен элек-
тролита происходит незначительно.
Равномерность распределения тол-
щины покрытия на всех деталях, уста-
новленных в соту, обеспечивается не-
посредственным контактом каждого
штыря (под действием собственной си-
лы тяжести) с катодной пластиной, а
также перфорированной крышкой—
экраном. При таком способе поверх-
ность штыря или гнезда (при толщине
6—9 мкм) покрывается серебром (с
учетом длины детали) на следующую
толщину: рабочая часть 6—9 мкм,
средняя часть 4—5 мкм, хвостовая
часть 2—3 мкм, внутренняя поверх-
ность хвостовой части (монтажной)
0,5—1,0 мкм. Для стока электролита
или промывных вод в нижней части
кассеты имеются специальные каналы
и отверстия. Количество унесенного
электролита такой кассетой (в пере-
счете на одинаковое количество дета-
лей) практически не отличается от ко-
личества электролита, уносимого ко-
локолом или барабаном, применяемы-
ми для обычного серебрения. Внутри
монтажной части штырей или гнезд
серебро может отсутствовать (особенно
на донышке).
В ванны серебрения кассеты с де-
талями можно загружать на любую
глубину от поверхности зеркала элект-
ролита (неконтролируемое погружение)
и даже в несколько ярусов (по типу
этажерки). Избирательное серебрение
позволяет экономить до 50% этого
благородного металла (это относится
и к экономии золота, палладия и ро-
дия при нанесении гальванопокрытий).
Локальное серебрение точеных шты-
рей или гнезд (или других малогаба-
ритных деталей) осуществляется так-
же в кассетах сотового типа. Этот
способ в большей мере применим тогда,
когда монтажная часть деталей элект-
росоединителей подвергается обслужи-
ванию припоями типа ПОС или ПСр
(серебро или золото с таких мест раст-
воряется в расплавленных припоях
и теряется необоснованно). Отличие
сотовой кассеты для локального се-
ребрения состоит в следующем (см.
рис. 88, б).
Сота 3 не имеет катодной пластины
и перфорация в ней выполнена в виде
глухих отверстий 5. Штыри (или
гнезда) 6 также под действием соб-
ственной силы тяжести контактируют,
но уже не с катодной пластиной, а
с сеткой-катодом (латунь, бронза или
медь) 2, которая расположена под
контактной частью (рабочей частью)
покрываемых деталей. Сетка-катод сое-
динена изолированным токопроводом 1,
а также с крышкой кассеты 4. Сетка-
катод посредством специальных вин-
тов может приближаться к соте или
удаляться от нее в зависимости от
длины детали, локально покрываемой
серебром. В этом случае нерабочая
часть деталей, находясь в глухих
отверстиях соты, содержащих воздух,
совсем не серебрится.
При локальном серебрении (золо-
чении или палладировании) детали
также монтируются на автоматиче-
ской установке КУС. После монтажа
деталей на соту надевается крышка с
катодной сеткой и кассета с деталями
и сотой помещается на платформу
(штыри или гнезда расположены ра-
бочей частью вниз), переносимую из
ванны в ванну при помощи автоопера-
тора (или вручную при стационарном
серебрении). Локальный способ пок-
рытия малогабаритных деталей поз-
воляет экономить до 80% драгоцен-
ных (или цветных) металлов.
Серебрение по никелевому подслою.
Защита серебра от потемнения
1вВ
Малогабаритные детали типа электри-
ческих контактов покрывают серебром
или золотом по никелевому подслою
(с целью снижения минимальной тол-
щины покрытий драгоценными ме-
таллами). Сплошные покрытия сереб-
ром по никелевому подслою наносят,
используя автоматические линии типа
УАГП или АГ-24 барабанного испол-
нения.
Малогабаритные детали из латуней
или бронз перед нанесением медной
прослойки из цианистых электролитов
(для улучшения адгезии, а также для
снижения диффузии цинка, свинца
или олова в никелевый подслой или
серебро), подвергают активации в рас-
творе HNOS (100—170 г/л) и промы-
вают в проточной холодной воде.
Меднение ведут в электролите (г/л):
медь цианистая 20—30, натрий циа-
нистый (свободный) 5—15, калий уг-
лекислый 20—30. Режим электролиза:
температура 15—25 °C, = 0,154-
0,3 А/дм2, Sa : SK = 1 : 14-1 : 3,
SH = 0,5 дм2/л, аноды — из меди.
Затем детали промывают в ванне для
улавливания медного электролита (с
деталей и барабана), в холодной про-
точной воде и никелируют в электро-
лите Уоттса при температуре 15—
25 °C, iK == 0,154-0,20 А/дм2, аноды —
из никеля. Толщина никелевого под-
слоя 1—3 мкм. Время никелирования
— до полного покрытия наружных и
внутренних поверхностей электриче-
ских контактов (штырей и гнезд).
Серебрение электрических контактов
ведут в цианистом электролите, содер-
жащем (г/л): дицианоаргентат калия
(в пересчете на металл) 35—45, циа-
нид калия (свободный) 60—70, ка-
лий углекислый 20—60, трехокись
сурьмы (порошок) 20, сегнетову соль
30—40. Режим электролиза: темпера-
тура 15—25 °C, iK = 0,5 А/дм2, ано-
ды — из серебра, скорость осаждения
15—20 мкм/ч. Вместо Sb,О, допуска-
ется вводить сурьму в виде антимонил-
тартрата калия. Микротвердость по-
крытия Ag—Sb после термостатирова-
ния при 200 °C (в течение 1 ч) падает
с 120 до 80. Термостатирование ведет-
ся с целью 100%-ного контроля ка-
чества сцепления системы покрытия
Си -|- N1 -|- Ag — Sb с латунями или
бронзами. Покрытия содержат 0,5—
0,7% сурьмы.
Серебрение радиационных экранов.
С целью увеличения отражательной
способности, т. е. уменьшения степени
черноты в инфракрасной области
спектра, поверхность экранов подвер.
гают серебрению, причем если слой
металла наносится электролитическим
способом, то степень черноты в зна-
чительной степени зависит от чистоты
осаждаемого металла и шероховатости
поверхности.
Для серебрения радиационных экра-
нов применяют электролит (г/л): се-
ребро азотнокислое 28—30, тетра-
натриевая соль ЭДТА 95—100, аммо-
ний азотнокислый 40, аммиак (25%-
ный) до pH = 9,84-10,5. Режим элект-
ролиза: температура 18—25 °C, iK —
= 0,34-0,4 А/дм2, аноды — из серебра,
катодный выход по току 93—95%.
Кристаллическая шероховатость се-
ребряных осадков линейно возрастает
при увеличении концентрации AgNOa,
причем, скорость ее увеличения при
достаточно больших iK значительно
выше. Повышение концентрации тетра-
натриевой соли ЭДТА снижает кри-
сталлическую шероховатость, но при
толщине более 10 мкм, даже в присут-
ствии ЭДТА, шероховатость покры-
тия увеличивается.
ЗАЩИТА СЕРЕБРА ОТ
ПОТЕМНЕНИЯ
Для защиты серебра и серебряных
покрытий от потемнения в условиях
складского хранения их предвари-
тельно обрабатывают в растворе, со-
держащем 8—12 г/л каптакса и 80—
90 г/л цианида калия при температуре
20—30 °C в течение 3—5 мин. Перед
погружением в такой раствор детали
(непосредственно после серебрения) ки-
пятят в дистиллированной воде (5—
10 мин) и сушат в термостате при
70—80 °C в течение 15—20 мин.
У обработанных этими способами
покрытий интенсивность потемнения в
3—4 раза меньше, чем у необработан-
ных. В табл. 39 показана зависи-
мость переходного сопротивления се-
ребряных покрытий от способа их
дополнительной обработки.
186
Покрытия серебром и его сплавами
39. Зависимость переходного сопротивления серебряных покрытий
от способа их обработки
Способ обработка Я-10+1, Ом, при нагрузке, мН
50 100 | 2000
Без обработки 148 52 30
Дополнительная крацевка 122 46 30
Крацевка и обработка в цианистом растворе каптакса (CeH4SNCSN) 136 44 29
Крацевка и обработка в растворе NaaCr8O7 (100 г/л) 169 57 42
Крацевка и электрохимическая обработка в рас- творе КаСг8О7 (100 г/л) при iK = 5 А/дм2 в те- чение 5 мин 300 81 64
Примечание. Переходное сопротивление определяют при 50 мА
и точечном контакте двух проводников.
От воздействия рук защитное свой-
ство таких пленок снижается. Кроме
того, при удалении с деталей остатков
флюса после лужения в спиртобензи-
новой смеси детали необходимо обра-
батывать повторно.
В качестве защиты от потемнения для
деталей с серебряным покрытием ис-
пользуют различные бесцветные лаки
или эпоксидные компаунды (при де-
коративном серебрении). Защиту се-
ребряных покрытий ведут и электро-
химическим способом в растворе, со-
держащем 3,4 г/л бисульфата берил-
лия и 5 г/л борной кислоты при pH =
= 5,54-5,9 (кислотность поддержи-
вают при помощи NH4OH). Аноды
должны содержать 93% свинца и 7%
олова; ia = 54-10 А/дм2 (в течение
4—6 мин при температуре,15—25 °C).
Полученную пленку сначала высуши-
вают, а затем детали подвергают термо-
статированию при 275—300 °C в те-
чение 10—15 мин. Этот метод не может
быть применен при абразивном воз-
действии на серебряные покрытия.
Толщина защитной пленки, полученной
таким способом, составляет 0,05—
0,10 мкм.
Защитные пленки на серебре можно
получать в растворе, содержащем суль-
фаты магния или титана при pH =
= 8,54-9,5, = 0,254-0,5 А/дм2,
при комнатной температуре в течение
1—2 мин. Они не препятствуют ка-
чественному лужению и паяемости
серебряных покрытий. Одним из стан-
дартизованных методов защиты се-
ребра от потемнения является пасси-
вирование деталей в растворе, содер-
жащем 50—60 г/л ингибитора И-1-Е
при температуре 15—30 °C в течение
5—10 мин.
Хорошие результаты получают при
использовании для лакирования раз-
работанного в СССР состава органиче-
ской смеси — сплава, состоящего из
следующих компонентов (%): кани-
фоли 24, полистирола 30, эпоксидной
смолы (ЭД-6) 25, синтетического це-
резина 20. Для приготовления смеси
канифоль, церезин и смолу ЭД-6
расплавляют нагреванием до темпера-
туры 150—180 °C, после чего в рас-
плавленную массу вводят постепенно
полистирол при непрерывном пере-
мешивании. Полученную массу на-
гревают до 280 °C при непрерывном
перемешивании и выдерживают при
этой температуре в течение 10-—15 мин.
Охлажденную массу измельчают и
растворяют в смеси органических рас-
творителей (ацетон, ксилол, толуол),
взятых в равном количестве. Для ла-
кирования применяют 3%-ный раствор
сплава. С такой лаковой пленкой
Регенерация а нейтрализация отходов серебра
187
детали хорошо сохраняются и не тре-
буют ее удаления перед горячим об-
служиванием.
РЕГЕНЕРАЦИЯ И
НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ
ОТХОДОВ СЕРЕБРА
Неполадки при серебрении. Слой се-
ребра на деталях темный и пятнистый,
аноды также покрываются темным на-
летом из-за малой концентрации сво-
бодного KCN в электролите. Светлые
аноды имеют место в случае накопле-
ния в электролите взмученного анод-
ного шлама и ионов других металлов
или быстрого обеднения прикатодного
слоя ионами серебра (необходимо от-
фильтровать раствор и ввести 1—2 мл/л
аммиака). Серебряные покрытия ше-
лушатся или отслаиваются во время
полировки вследствие плохой подго-
товки деталей перед покрытием или
малой концентрации серебра в элект-
ролите. Хрупкий слой серебра, ин-
тенсивное выделение водорода на ка-
тоде связаны с чрезмерно высоким со-
держанием свободного цианида калия
в электролите. Рыхлые и крупно-
кристаллические осадки обусловлены
высокой катодной плотностью тока.
Питтинг в форме точек и стрелок
образуется на поверхности деталей
вследствие задержки пузырьков водо-
рода (необходимо применять встря-
хивание деталей со штангой или ре-
версирование тока).
Удаление некачественных покрытий.
С деталей, изготовленных из меди и ее
сплавов, серебро удаляют в растворе,
содержащем 19 объемных долей H2SO4
и одну долю HNOS. Температура раст-
вора 15—25 °C; время выдержки за-
висит от толщины серебряного слоя.
Детали в такой раствор загружают
сухими, без следов воды и масел во
избежание перетравливания. Детали
в процессе снятия покрытия следует
перемешивать. Плотность загружае-
мых деталей составляет не более
25 дм2/л. Указанный раствор исполь-
зуют один раз. Серебро из раствора
осаждают хлористым натрием. Раст-
вор после фильтрации нейтрализуют
щелочью и направляют на станцию
нейтрализации сточных вод.
Серебряные покрытия с деталей из
углеродистой коррозионно-стойкой
стали снимают в концентрированной
азотной кислоте. При этом следует
следить, чтобы в кислоту не попала
влага. Детали в процессе снятия се-
ребра должны быть полностью погру-
жены в кислоту (до полного удаления
покрытия). С алюминиевых и тита-
новых сплавов серебро и подслой меди
удаляют в этом же растворе и в той же
последовательности.
При электрохимическом способе сня-
тия серебра детали подвергают анодной
обработке в растворе, содержащем
30—60 г/л NaCN при температуре 20—
25 °C и напряжении 4 В. Катодом слу-
жит сталь 12Х18Н9Т. Способ пригоден
для снятия серебра с поверхности ни-
келя, свинцовых сплавов и стали и
неприменим для снятия его с поверх-
ности меди и ее сплавов. Для предот-
вращения растравливания стали реко-
комендуется добавлять к цианистому
раствору 30 г/л NaOH.
Для удаления серебра с поверхности
меди и ее сплавов можно применять
анодную обработку в растворе следую-
щего состава: 97% (объем, доля)
H2SO4 (1,84 г/см3) и 3% (масс, доля)
NaNO3 при температуре 20—50 °C и
напряжении 2—3 В. Катодом служит
свинец. В случае появления потемне-
ния на серебряном покрытии его ос-
ветляют в растворе, содержащем 50—
100 г/л тиомочевины в течение I—
3 мин (в зависимости от степени по-
темнения).
Регенерация серебра из отработан-
ных растворов. Серебро из отработан-
ных электролитов осаждают на пла-
стины (катоды) из коррозионно-стой-
кой стали или титана. При этом ано-
дами служит сталь 12Х18Н9Т. Осаж-
дение ведут при iK = 0,5 А/дм3 до
содержания серебра в электролите,
равного 2 г/л. Пластины, покрытые
серебром, затем используют в каче-
стве анодов при серебрении деталей,
а отработанный электролит упаривают
до сухого остатка и сдают как воз-
вратные отходы.
Серебро из отработанных электроли-
тов можно осаждать посредством пере-
вода цианида в хлорид серебра. При
этом на 1 л электролита добавляют 3 л
H»SO4 (1,8 г/см3) и 1 л HNO,
188
Покрытия серебром и его сплавами
Рис. 89. Микроструктура (Х10 ООО) серебряного покрытия:
а — из саморегулирующегося цианистого электролита; б — из цианидферратного елект-
ролита; в •— из дицианоаргентатнороданидного электролита
(1,4 г/см3). Раствор выпаривают, ох-
лаждают до комнатной температуры,
добавляют 20 л воды (на 1 л электро-
лита) и кипятят до полного растворе-
ния осадка серебра, после чего серебро
осаждают концентрированным раство-
ром поваренной соли (200 г/л). Раст-
вор отстаивают в течение суток, а
осадок AgCl тщательно отмывают от
кислот (до нейтральной реакции) и
следов меди, сушат и используют для
корректирования электролитов се-
ребрения.
Раствор серебра из ванн-уловителей
(сборников) в ряде гальванических
цехов самотеком или с помощью на-
соса передают в специальные ванны—
упариватели.снабженныезмеевикомили
тепло- и электронагревателями и упа-
ривают до сухого остатка, который за-
тем так же сдают как возвратные от-
воды на заводы по вторичной перера-
ботке драгоценных металлов. Микро-
структура покрытий серебром и его
сплавами представлена на рис. В9.
Пути уменьшения расхода серебра.
В основном серебро используют для
серебрения деталей электрохимической
и радиоэлектронной промышленности.
Несовершенство конструкций изде-
лий, а также отсутствие Металлов и
сплавов, обладающих стабильными
пружинящими свойствами, способ-
ствуют преждевременному изнашива-
нию серебряных покрытий в процессе
периодического или постоянного ис-
тирания, что приводит к уменьшению
срока службы изделий.
Чтобы снизить расход серебра, не-
обходимо также шире внедрять тех-
нологию избирательного и локального
серебрения. Например, большинство
контактных пар электрических соеди-
нителей и других контактирующие
устройств имеют определенную рабо-
чую часть контактирования. Поэтому
такие детали не следует покрывать
полностью на толщин), предусмотрен-
ную стандартами или конструкторской
документацией. Достаточно рабочую
часть этих деталей покрыть, например,
на 6—9 мкм, а остальную на 2—3 мкм.
При этом расход серебра снижается
в 2 раза.
Серебряные покрытия имеют недо-
статочную твердость и износостой-
кость, поэтому при разработке изде-
лий идут заведомо на увеличение ми-
нимальной толщины. Так, для жест-
ких условий эксплуатации толщина
серебряных покрытий, установленная
стандартами, 9—12 мкм. Если же
вместо серебряных покрытий на кон-
тактные детали электрических соеди-
нителей нанести 6—9 мкм сплава
серебро—сурьма, то при этом будет
не только ~30% экономии серебра,
но и более стабитоные усилия сочле-
нения и расчленения штыря с гнез-
дом. Поэтому серебряные покрытия на
деталях, р ‘бстаищчх на износ, выз-
ванный истиранием, следует заменять
Регенерация а нейтрализация отходов серебра
189
сплавами, например: серебро—сурь-
ма, серебро—никель, серебро-
палладий и др.
Преждевременное изнашивание се-
ребряных покрытий обусловлено ме-
таллом (сплавом и конструкцией пру-
жинящего элемента в устройствах ра-
дио- и электронной техники. Так,
пружины, изготовленные из бронз,
в процессе длительной эксплуатации
изделий теряют свои упругие свой-
ства, поэтому их приходится обжи-
мать, обеспечивая некоторый запас
усилий, что приводит к преждевре-
менному изнашиванию серебряного
покрытия. Вместе с тем бронзовые
пружины не коррозионно-стойкие и
серебряные покрытия в этом случае
также выполняют роль защитного
покрытия. Поэтому там, где это воз-
можно, необходимо бронзовые пру-
жины заменять на пружины, изго-
товленные из коррозионно-стойких
сплавов, которые обеспечивают дли-
тельную стабильность упругих свойств
пружин и не требуют серебряного
покрытия.
В процессе длительного цикличе-
ского воздействия теплоты и влаги
на изделия различного назначения
происходит диффузия цинка или дру-
гих компонентов из латуней в серебря-
ное покрытие. При этом ухудшаются
электрические характеристики послед-
него, что, естественно, влияет на
уменьшение срока службы дорогостоя-
щих изделий. В таких случаях реко-
мендуется на латунь наносить медный,
а затем никелевый подслой, которые
служат барьером и предотвращают
диффузию цинка в серебро, что
в конечном итоге позволяет или уве-
личить срок службы деталей и узлов,
или снизить толщину покрытий се-
ребром (его сплавами).
ПОКРЫТИЯ КАДМИЕМ
ГЛАВА 1U и ЕГ0 СПЛАВАМИ
СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ
КАДМИЕВЫХ ПОКРЫТИЙ
Кадмиевые покрытия имеют серебри-
сто-белый цвет с синеватым оттенком,
микротвердость 30—40 и температуру
плавления 321 °C. Они обладают ус-
тойчивостью в среде морских испаре-
ний, тумана и морской воды. Благо-
даря дополнительному хроматирова-
нию такие покрытия сохраняют то-
варный вид более длительное время.
Для повышения защитных свойств кад-
миевые покрытия фосфатируют или
покрывают лаками и эмалями.
Кадмиевые покрытия по меди ис-
пользуют с целью снижения гальвани-
ческой пары между металлами (спла-
вами) сопрягаемых деталей, например
при соприкосновении меди с алюми-
нием или магнием. Покрытия кадмием
применяют для защиты от коррозии
деталей машин и приборов, эксплуа-
тируемых в закрытых помещениях,
для улучшения паяемрсти и снижения
контактного сопротивления деталей
электрических контактов.
При эксплуатации в непромышлен-
ных районах кадмиевые покрытия пас-
сивируются, покрываясь защитным
слоем продуктов коррозии. При этом
гальванические покрытия разруша-
ются в меньшей степени, чем листовой
кадмий, вследствие работы локальных
элементов кадмий—железо. Хрома-
тированные кадмиевые покрытия при
эксплуатации в промышленных и
сельских районах более стойки, чем
нехроматированные (на 10—20% ско-
рость их коррозии ниже), а в при-
морских районах такого различия
практически нет.
В помещениях с умеренной влаж-
ностью кадмиевые покрытия (при от-
сутствии в воздухе активных газов)
сохраняются дольше, чем цинковые.
В закрытых помещениях с сильной кон-
денсацией влаги коррозия кадмия
усиливается, но в меньшей степени,
чем у цинка. Кадмиевое покрытие плас-
тичнее цинкового, поэтому крепеж пред-
почитают кадмировать, а не цинко-
вать. Покрытия кадмием используют
в качестве подслоя при цинковании,
для декоративного оформления дета-
лей радиоприборов и телевизоров.
Наиболее известными являются галь-
ванические сплавы на основе кадмия:
кадмий—никель, кадмий—олово и
кадмий—цинк. Первые применяют для
декоративных целей, вторые — для
улучшения паяемости и свинчивае-
мости деталей, а третьи—для повыше-
ния коррозионной стойкости изделий,
эксплуатируемых в промышленной
атмосфере. Кадмиевые покрытия на-
носят на сталь, медь, алюминий н
их сплавы. В качестве подслоя под
кадмий используют медь, латунь или
никель.
Кадмий относится к электроотри-
цательным металлам, его стандартный
потенциал — 0,40 В. В гальваниче-
ской паре с железом вследствие малой
разности потенциалов (стандартный по-
тенциал железа — 0,44 В) кадмиевые
покрытия выполняют функции анода
и катода в зависимости от условий
эксплуатации. Так, в растворах, со-
держащих хлориды и сульфиды (мор-
ская вода), кадмий является анодным
покрытием для стальных изделий и
хорошо защищает их от коррозии.
В воде, содержащей углекислый газ,
кадмиевые покрытия становятся ка-
тодом.
На поверхности кадмия в обыч-
ной атмосфере образуются светло-се-
рые и темные продукты коррозии в
виде пленки из карбонатов и основных
солей кадмия толщиной 5—10 мкм,
которая несколько тормозит коррози-
Состав электролитов и режимы кадмирования
191
онный процесс. На кадмии в отличие
от цинка не образуются продукты
коррозии с большим объемом, и внеш-
ний вид кадмированных деталей луч-
ше, чем у оцинкованных.
СОСТАВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ
И РЕЖИМЫ КАДМИРОВАНИЯ
Цианистые электролиты. При обра-
ботке деталей сложной конфигурации
применяют электролит, содержащий
(г/л): оксид кадмия (в виде металла)
25—40, натрий цианистый 80—120,
натр едкий 20—30, никель сернокис-
лый 1,0-—2,0, натрий сернокислый
40—60, лагносульфонаты технические
8—12 (или декстрин 2—5). Режим
электролиза: температура 15—30 °C,
/к = 0,54-2,0 А/дм2, аноды — из
кадмия, скорость осаждения 0,2—
0,7 мкм/мин, для колокольных уста-
новок /к = 0,54-1,0 А/дм2.
При кадмировании деталей особо
сложной конфигурации количествоCdO
следует снизить до 15 г/л, а циани-
стого калия (натрия) — до 60 г/л.
Допускается заменять оксид кадмия
эквивалентным количеством сернокис-
лого кадмия. Можно также заменять
лагносульфонаты на 0,4—0,7 г/л ка-
лия метатитанно-кислого 4-водного
(в пересчете на металлический титан).
При этом электролит не должен содер-
жать ионы натрия (только ионы ка-
лия) . Следует поддерживать соотно-
шение Sa : SK = 1 : 5.
Цианистые электролиты обладают
значительной рассеивающей способ-
ностью, обеспечивающей покрытие
глубоких профилей поверхности. Од-
нако глухие отверстия диаметром ме-
нее 2 мм имеют значительный разброс
по толщине покрытия. Толщину по-
крытия (см) в таких отверстиях мож-
но рассчитать по формуле
б = ахь,
где х — глубина отверстия, см; а
и Ь — коэффициенты.
В табл. 40 даны значения коэффи-
циентов а и Ь в зависимости от S —
расстояния отверстий детали до анода.
Из цианистых электролитов полу-
чают покрытия с мелкокристалличе-
ской структурой и надежно сцеплен-
ные с основой или подслоем. Кривые
40. Зависимость коэффициентов а и Ь
от S
S, см a 6
23 4,90 —1,08
38 4,72 —0,914
61 4,97 —0,989
катодной поляризации кадмия в циа-
нистом электролите представлены на
рис. 90. В неперемешиваемом циани-
стом электролите предельный ток в за-
висимости от концентрации компонен-
тов в растворе достигает 4 А/дм2.
Выше предельного тока наблюдается
сдвиг потенциала катода в сторону от-
рицательных значений и заметного
выделения газообразного водорода.
Добавление к электролиту карбоната
калия (натрия) способствует увеличе-
нию катодной поляризации и снижению
предельного тока. Действие карбона-
тов наиболее отчетливо проявляется
при их концентрации менее 100 г/л.
При введении в электролит эквива-
лентного количества KCN и КОН
(вместо NaCN и NaOH) замедляется
течение катодного процесса примерно
в 2 раза. Наличие в цианистом элект-
ролите NaCN и NaaCOs обеспечивает
получение более светлых покрытий.
Рис. 80. Кривые катодной поляризации
кадмия в цианистых электролитах при со-
держании CdO35 (г/л):
I — NaCN 125; 2 — NaCNIEO; 3 —
NaCN 22
192
Покрытия кадмием я его сплавами
Рис. 81. Зависимость выхода по току от
плотности тока при различной температур
ре алектролита (°C):
1 — 18; 2 — 38; 3 — 60
Однако при концентрации Na,COg бо-
лее 100 г/л и NaOH более 40 г/л по-
крытия становятся матовыми и полос-
чатыми.
Добавка сернокислого натрия менее
60 г/л делает состав электролита более
устойчивым, хотя практического влия-
ния на процесс восстановления кадмия
эта добавка не оказывает. Серно-
кислый никель в цианистом электро-
лите необходим для повышения блеска
покрытия; Вредными примесями в ци-
анистых электролитах являются се-
ребро, свинец, олово, сурьма и мышь-
як. Их содержание не должно превы-
шать 0,005%, а мышьяка — не более
0,0005%.
Допустимая катодная плотность тока
в цианистых электролитах кадмиро-
вания 0,5—2,0 А/дм8. Зависимость т]н
от /к и температуры электролита пока-
зана на рис. 91. С увеличением
катодный выход металла по току па-
дает, а с увеличением температуры
электролита — возрастает. При оди-
наковых значениях 1В выход кадмия
по току тем меньше, чем ниже кон-
центрация ионов кадмия в растворе.
Так, например, если (при 1К =
= 2 А/дм8) содержание Na,Cd (CN)4
составляет 15 г/л, то т|»= 75%, а
если 30 г/л, то г]к = 93%.
Для получения блестящих кадмие-
вых покрытий из цианистых электро-
литов применяют добавки: декстрин,
ализариновое масло, соли никеля или
кобальта, поливиниламин, фурфурол
и др. В качестве блескообразующей
добавки применяют нафтиламин сер-
нокислый в количестве 0,1—1,0 г/л.
Блестящие и светлые покрытия полу-
чают при iB — 1,54-2,0 А/дм8.
Применение реверсированного по-
ляризующего тока способствует рас-
ширению диапазона рабочих плот-
ностей тока до 3,5 А/дм8 при отноше-
нии катодного и анодного периодов
тока 5:1. Оптимальным составом циа-
нистого электролита, применяемого для
получения блестящих осадков, яв-
ляется (г/л): оксид кадмия 18—25,
натрий цианистый (общий) 80—130,
блескообразующие добавки Лимеда
БК-2с 18—21 и Лимеда БК-2 (для
корректирования). Режим электро-
лиза: температура 18—22 °C, /к =
= 24-4 А/дм8, скорость осаждения
0,9—1,0 мкм/мин. Электролит приме-
няют для деталей сложной конфигура-
ции и во вращательных установках
при 1К = 1,04-1,5 А/дм8. Анодная
плотность тока 1—2 А/дм8.
Для блестящего кадмирования ис-
пользуют также электролит, содержа-
щий (г/л): оксид кадмия 30—35, циа-
нид калия (общий) 100—ПО, калий
углекислый 10, калия гидрат оксида
0,5, а-нафтиламин сульфата 1—3, мою-
щее средство «Прогресс» 2—3. Ре-
жим электролиза: температура 15—
20 °C, /в = 1,5<-2,0 А/дм8, аноды —
из кадмия, скорость осаждения 0,5—
0,7 мкм/мин.
Процесс кадмирования в цианис-
тых электролитах характеризуется на-
водороживанием металла основы н по-
крытия.
Для полного удаления водорода при
нагреве деталей до температуры 200 С
в течение 3—4 ч следует осаждать
кадмий из специального электролита,
содержащего титан; в этом случае в
кадмиевое покрытие включается до
0,5% титана. Такой электролит кад-
мирования имеет следующий состав
(г/л): оксид кадмия 15—40, циани-
стый калий 100—150, сернокислый
аммоний 10—30, декстрин 1—5, ме-
татитанат калия (в пересчете на титан)
0,3—0,8. Режим электролиза: тем-
пература 18—25 °C, /в = 1,0-5-
Состав влектролитов и режимы кадмирования
i93
2,5 А/дм*, выход по току 80—85%.
При таких условиях электролиза в
кадмиевых покрытиях может содер-
жаться до 5% титана. Титан, находясь
в кадмиевых покрытиях, в процессе
старения стальных изделий значитель-
но способствует их обезводороживанию
и в большей степени, если в них содер-
жится большее количество титана.
Температура цианистых электроли-
тов кадмирования колеблется в пре-
делах 15—35 °C. При увеличении тем-
пературы можно повысить iK, но при
этом снижаются блеск осадков и рас-
сеивающая способность электролита,
а также увеличивается скорость кар-
бонизации раствора. Аноды для циани-
стого кадмирования следует изготав-
ливать из чистого электролитического
кадмия (не менее 99,9% Cd). При этом
анодная плотность тока не должна
превышать 2 А/дм*.
При кадмировании в цианистых
электролитах могут возникать следу-
ющие неполадки или дефекты. Тем-
ные пятнистые осадки образуются из-
за присутствия в электролите приме-
сей свинца, олова и сурьмы или низ-
кой концентрации NaCN и NaOH.
Необходимо проработать электролит
при iK « 0,6 А/дм2 и добавить в него
цианид и гидрооксид натрия.
Отслаивание и вздутие покрытия на-
блюдается вследствие концентрации
щелочи. Полосы и хрупкость покрытия
связаны с наличием в электролите ор-
ганических примесей. Следует ввести
в электролит 5—10 г/л активированно-
го угля и периодически помешивать
в течение 1—2 ч, затем дать электро-
литу отстояться и отфильтровать его.
Значительное газовыделение и низ-
кий т]к связаны с малой концентрацией
кадмия или высокой концентрацией
цианидов в растворе. Необходимо уве-
личить содержание кадмия или умень-
шить концентрацию цианидов. По-
чернение анодов и малая скорость
растворения кадмия наблюдаются в
случае недостаточного содержания ци-
анидов в электролите или чрезмерно
высокой анодной плотности тока. Ано-
ды при цианистом кадмировании дол-
жны иметь нормальный серый цвет,
что объясняется регулированием кон-
центрации цианида в растворе и пло-
щадью поверхности загружаемых ано-
Кельвжков П. G.
дов. Необходимо избегать попадания
в электролиты хлор-ионов, так как они
разъедают стальные аноды, применяе-
мые иногда для обеспечения равенства
Пи = Па-
Этилендиаминовый электролит
кадмирования используют для покры-
тия крепежа или деталей без внутрен-
них или глухих отверстий. Состав
электролита (г/л): оксид кадмия 40—
50, этилендиамин (40%-ный) 300—
350, аммоний хлористый 180—200.
Режим электролиза: температура 15—
25 °C, pH = 10,04-10,2, tK = 0,74-
1,0 А/дм2, аноды — из кадмия, ско-
рость осаждения 0,25—0,30 мкм/мин.
Покрытия получаются светлыми с мел-
кокристаллической структурой. Эти-
лендиамин способствует лучшему
растворению анодов.
Гликолевый электролит, по своей
рассеивающей способности приближа-
ющийся к цианистым электролитам,
содержит (г/л): оксид кадмия 35—40,
гликоль 100—120, натрий хлористый
55—60, тиомочевину 2,0—2,5, клей
столярный 1,0—1,5. Режим электро-
лиза: температура 20—30 °C, pH =
= 74-8, iK = 0,74-1,0 А/дм2, аноды—
из кадмия, скорость осаждения 0,2—
0,3 мкм/мин. Катодный выход по
току в таком электролите составляет
97—99%.
Понижение значения pH и повышен-
ное содержание кадмия в растворе
до 60 г/л может обеспечить приме-
нение iK до 3 А/дм2.
Применяют сульфатный электролит
состава (г/л): кадмий сернокислый
40—60, аммоний сернокислый 240—
260, препарат ОС-20 0,7—1,2, уро-
тропин 15—20, диспергатор НФ марки
Б 50—100. Режим электролиза: тем-
пература 25—30 °C, pH = 44-6, »н =
= 0,84-1,2 А/дм2, скорость осаждения
0,3—0,5 мкм/мин, аноды — из кадмия.
Такой электролит и режим кадмиро-
вания позволяют осаждать на катоде
светлые и гладкие покрытия, имеющие
удовлетворительное сцепление со сталь-
ной основой.
Известен также электролит, содер-
жащий (г/л): кадмий сернокислый 50—
55, аммоний сернокислый 120—150,
кислоту борную 30—35, продукт кон-
денсации формалина с сульфокислотой
25—30 мл/л. Режим электролиза:
194
Покрытия кадмием и его сплавами
температура 15—25 °C, pH = 24-3,
1К = 0,84-1,0 А/дм2, скорость осаж-
дения 0,3—0,4 мкм/мин, аноды — из
кадмия. Покрытия из такого электро-
лита имеют ось текстуры (1011) и
отражательную способность 50—60% '
(по отношению к серебряному зер-
калу). Введение в этот состав электро-
лита добавки типа ДХТИ-203 зна-
чительно уменьшает опасность наво-
дороживания деталей из высокопроч-
ных сталей. Время до появления оча-
гов коррозии на деталях, помещенных
в камеру соляного тумана (раствор
содержит 50 г/л NaCl, температура
35 °C, относительная влажность 95%)
в 3 раза превышает норму для толщи-
ны кадмия в 12 мкм. Добавка ДХТИ-
203 выпускается по ТУ 6-09-4652—78.
Из хлористо-аммонийных электро-
литов применяют следующий (г/л):
кадмий хлористый 2,5-водный 40—50,
аммоний хлористый 200—280, натрий
хлористый 30—40, тиомочевина 7—10,
клей мездровый 1—2. Режим электро-
лиза: температура 20—40 °C, pH =
=4,04-4,5, iK = 0,84-1,2 А/дм2, ско-
рость осаждения 0,30—0,45 мкм/мин,
аноды — из кадмия. Допускается за-
менять тиомочевину на 30—40 г/л
этиленгликоля.
При использовании кислых элект-
ролитов кадмирования возникают сле-
дующие дефекты и неполадки. В уг-
лублениях деталей покрытие получа-
ется темным из-за повышенного зна-
чения pH. Осадки солей кадмия вы-
падают в электролит вследствие повы-
шенной концентрации уротропина.
Крупнокристаллическую структуру
кадмиевые покрытия имеют при низком
значении pH или высокой температуре
раствора. Темные и губчатые осадки
имеют место при высоких значениях 1К
или значительном количестве примесей
свинца, олова или мышьяка (их удаля-
ют свежеосажденной кадмиевой губкой
или цинковой пылью с последующей
фильтрацией электролита). Нитраты
и хроматы существенно снижают ка-
тодный выход кадмия по току, а при-
месь СгО3 (даже в весьма незначитель-
ном количестве) приводит к отслаи-
ванию кадмиевых покрытий. Кроме
того, при содержании в электролите
0,5—2,0 г/л хромового ангидрида т]к
снижается с 95 до 1%, а также
наблюдается неравномерное распре-
деление кадмия на катоде.
Удаление некачественных покрытий.
С основного металла кадмий удаляют
без особых трудностей. Чаще всего
для этих целей применяют раствор,
содержащий 120 г/л нитрата натрия
при 20 °C. Раствор позволяет снять
кадмий со стали, латуни и меди.
Посредством анодного растворения кад-
мий удаляют в растворах цианидов
(70—90 г/л NaCN и 10—15 г/л NaOH)
при температуре 20—25 °C и напря-
жении 6 В (катоды — из стали). С алю-
миниевых деталей кадмий удаляют в
концентрированной соляной кислоте
при температуре 18—22 °C.
ПОКРЫТИЯ СПЛАВАМИ
НА ОСНОВЕ КАДМИЯ
Сплав кадмий—никель. Для нанесения
таких покрытий используют электро-
лит (г/л): сульфамат кадмия 15—20,
сульфамат никеля 115—125, гликоль
60—70, желатину 1,5—2,0, нафталин-
дисульфокислоту 2.0—2,5. Режим
электролиза: температура 40—45 °C,
pH = 3,24-3,6, iK = 0,54-1,5 А/дм2,
скорость осаждения 0,4—0,5 мкм/мин,
аноды — из кадмия. В сплаве кадмий—
никель содержится 5—20% никеля.
Концентрация ионов кадмия в элек-
тролите сильно влияет на состав ка-
тодного осадка. Так, при iK = 1 А/дм2
и отношении концентраций Cc<j : Cbii”
= 2 : 6 на катоде выделяется только
кадмий. С увеличением концентрации
гликоля в растворе содержание никеля
в сплаве и катодный выход металла
(сплава) по току падают. Гликоль,
являясь поставщиком водорода, обес-
печивает у катода постоянное значе-
ние pH, и доля тока, идущего на раз-
ряд ионов никеля, уменьшается. С
повышением iK (табл. 41) содержание
никеля в осадке увеличивается, по-
скольку перенапряжение водорода на
никеле меньше, чем на кадмии.
Повышение pH электролита при-
водит к увеличению содержания ни-
келя в сплаве и катодного выхода по
току (табл. 42).
Сплав кадмий—олово. Такие покры-
тия повышают свинчиваемость и пая-
емость деталей. Их применяют для
защиты от коррозии стального и мед-
Покрытая сплавами на основе кадмия
195
41. Зависимость состава сплава Cd—Ni i от концентрации гликоля
и катодной плотности тока
Концентра- ция глико- ля, г/л ^к‘ А/дм1 Содержание никеля в сплаве, %, масс, доли ч„. % Вид покрытия
20 1,0 19 86 Блестящее
1,5 31 69 Блестящее, хрупкое
60 1.0 17 66,5 Эластичное
1,5 23 57 Блестящее
80 1.0 12,5 64 Эластичное
1.5 13,5 58 Блестящее
42. Зависимость состава сплава Cd—Ni и 1]к от pH электролита
pH 1к, А/дм* Содержание никеля в сплаве, %, масс, доли чк. % Вид покрытия
3,2 0,75 9 67,0 Матовое
1,0 17 66,5 Блестящее, эластичное
4,0 0,75 12,5 81,0
1,0 18 73,5 Блестящее
5,0 0,75 18 82,0 Блестящее, хрупкое
1,0 22 84,0
него крепежа, а также изделий, рабо-
тающих в условиях тропического и
морского климата. Для осаждения
сплава Cd—Sn применяют электролит
состава (г/л): Cd (BF4), 240—250,
NH4BF4 50—60, HBF« 50—70,
HjBO, 18—20, Sn (BF«), 20—30, клей
столярный 1- 2. Режим электролиза:
температура 20—30 °C, 1Я = 1,5-5-
2,0 А/дм2, аноды—из сплава кадмий—
олово. Перемешивание электролита
приводит к обогащению сплава оловом,
как и увеличение концентрации олова
в растворе. Так. при 30—40 г/л
7*
Sn(BF,)2 в осадках содержится60—80%
олова. С повышением температуры
электролита резко снижается содержа-
ние олова в сплаве. При этом покрытия
становятся грубыми. С увеличением
концентрации NH4BF4 количество оло-
ва в сплаве уменьшается (ионы аммо-
ния экранируют поверхность катода и
уменьшают скорость диффузии ионов
олова). Зависимость содержания в
сплаве Cd—Sn от концентрации
NH4BF4 и от катодной плотности тока
представлена на рис. 92 и 93.
Покрытие Cd—Sn осаждают из влек-
196
Покрытия кадмием и его сплавами
Рис. 92. Зависимость содержания олова в
сплав*- cd—Sn от концентрации NH.BF* в
электролите
Рис. 93. Зависимость содержания олова
в сплаве Cd— Sn от плотности тока при
различном содержании олова в электролите
(г/л):
Рис. 94. Зависимость состава сплава Cd—
In от катодной плотности тока:
1 — In, (SO,), (10 г/л) н CdSO, (SO г/л); 2
In, (SO,), (15 г/л) и CdSO, (25 г/л)
тролита, содержащего (г/л): кадмий
сернокислый 58—70, олово двухло-
ристое 12—15, натрий фтористый 14—•
17, синтанол ДС-10 2—4. Режим элект-
ролиза: температура 18—25 °C, =
= 1,54-2,0 А/дм8, аноды — из сплава
Cd—-Sn (25—30% олова). Вместо ДС-10
можно применять оксанол 0-18 2—
4 г/л. При этих условиях электролиза
осадки Cd—Sn содержат 20—25% оло-
ва, имеют светлый полублестящий вид
и мелкозернистую структуру.
Изменение отношения числа молей
кадмия к числу молей хлористого
олова от 1 до 8 (при концентрации
ДС-10, равной 2 г/л, pH =1,0 и
£к = 2 А/дма) приводит к изменению
содержания олова в сплаве от 64 до
16,5%. При изменении pH от 1 до 4
состав сплава меняется незначительно.
Повышение »к от 1 до 6 А/дма несколько
снижает коли''е"тво олова в покрытиях
(от 31,7 до 28,7%); Увеличение кон-
центрации синтанола ДС-10 или окса-
иола 0-18 от 2 до 4 г/л не вызывает
существенного изменения состава спла-
ва (25—27% олова).
Сплав кадмий —индий. Покрытия
сплавом Cd—In применяют для улуч-
шения паяемости деталей, а также для
защиты их от коррозии в условиях
морского и тропического климата.
Их используют и как антифрикцион-
ные покрытия. Чем больше в сппаве
индия, тем менее коррозионно-стойким
является покрытие кадмий—индий.
Для получения покрытий Cd—In при-
меняют электролит (г/л): дадмий сер-
нокислый 25—30, индий сернокислый
10—15, полиэтиленполиамин 100—140,
аммоний сернокислый 80—100. Ре-
жим электролиза: температура 15—
25 °C, перемешивание электролита при
помощи мешалки (частота вращеЧчя
200 мин-1), iK = 24-4 А/дма, pH =
= 9,6- -9,8, катодный выход сплава по
току 87—88 %, аноды — из кадмия.
С увеличением конц нтрации кад-
мия в электролите его содержание в
сплаве растет. С повышением /к ко-
лнпрство индия в сплаве сначала рас-
тет, а затем становится постоянным
(рис. 94). Это объясняется, вероятно,
тем, что в приэлектродном слое уста-
навливается постоянное соотношение
между концентрациями разряжаю-
щихся ионов ицдия и кадмия.
Покрытия сплавами па основе кадмия
191
Рис. №. Микроструктура (X10 000) покрытия Cd—Zn (а) и кадмиевого покрытия (f)«
полученных из цианистых електролитов при 2Б °C и I* 1,0 А/дм*
Сплав кадмий—свинец. Его приме-
няют (вместо серебра) в качестве анти-
фрикционных покрытий подшипников,
а также для защиты изделий авиа-
ционной техники. Осаждение таких
покрытий осуществляют в электролите,
содержащем (г/л): ацетат кадмия 85—
90, ацет, г свинца 50—55, лимонную
кислоту 160—180, полиэтиленполиа-
мин 50—55, клей столярный 1,0—
1,5. Режим электролиза: температура
60—65 °C, pH = 2,14-2,2, /к = 1,04-
1,5 А/дм3, аноды — из кадмия. Ка-
тодный выход по току 85—95%. По-
крытия содержат до 25% свинца. Они
не только снижают расход серебра, но
и существенно уменьшают потери мощ-
ности на трение, рабочую температуру
подшипников и, следовательно, по-
вышают их надежность.
Сплав кадмий—цинк применяют для
аамены кадмиевых покрытий с целью
экономии этого дефицитного металла.
Осаждение таких покрытий ведут нз
электролита, содержащего (г/л): кад-
мий цианистый 30—40, цинк циани-
стый 7—9, калий цианистый (свобод-
ный) 100—120, калий гидрат оксида
30—35. Режим электролиза: темпера-
тура 18—20 °C, 1К = 1,04-1,5 А/дм\
аноды — из сплава Cd—Zn (80%
кадмия). Покрытия при этих условиях
имеют состав: 75—85% кадмия и 15—
25% цинка. Совместное выделение кад-
мия и цинка происходит нормально
при соотношении в растворе Cd : Zn,
равном 16 : 1. При более высокой от-
носительной концентрации кадмия в
электролите на катоде осаждается
только кдд>.ий.
С увеличением концентрации сво-
бодного цианида и /к катодный выход
сплава по току падает и вместе с этим
уменьшается содержание цинка в по-
крытии. При iR = 1,04-1,5 AJrh* т)ц
составляет 80—85%.
Микроструктура покрытий кадмием
и его сплавами представлена на рис. 95.
U ПОКРЫТИЯ оловом
ГЛАВА 1/ и ЕГ0 СПЛАВАМИ
СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ
ОЛОВЯННЫХ ПОКРЫТИЙ
Оловянные покрытия характеризу-
ются низкой микротвердостью (12—
20), хорошим сцеплением с основным
металлом (сталью, медью и ее сплава-
ми, никелем и др. металлами), элас-
тичностью и устойчивостью к сероводо-
роду и органическим кислотам, а
также к воздействию тропического
климата. Они отлично выдерживают
нагрузку при свинчивании, механиче-
ские удары и деформацию. Темпера-
тура их плавления 232 °C, а удельное
электрическое сопротивление состав-
ляет 0,12-10-4 Ом-м.
Покрытия оловом после их обра-
ботки в глицерине или касторовом
масле (при температуре 250 °C) при-
обретают блестящую поверхность, что
увеличивает их коррозионную стой-
кость. Свежеосажденные покрытия оло-
вом хорошо паяются, а оплавленные
не теряют этого свойства в течение
длительного времени. Красивый вид
белых оловянных покрытий, их вы-
сокая химическая стойкость в обычных
атмосферных условиях и особенно в ор-
ганических кислотах, обеспечило им
широкое применение для защитно-
декоративных и специальных це-
лей в различных отраслях промышлен-
ности. Их широко применяют в пище-
вой промышленности для защиты от
коррозии консервной тары, молочной
посуды, столовых приборов и др.
Оловянные покрытия в силу своей
удовлетворительной электропроводи-
мости и способности к пайке широко
применяют в электротехнике, радио-
и электронной промышленности для
уменьшения переходного сопротивле-
ния и обеспечения надежной пайки
проводников и контактирующих уст-
ройств.
Покрытия оловом устойчивы к сер-
нистым соединениям воды и раство-
рам нейтральных солей. В этих средах
потенциал железа оказывается более
отрицательным, чем у олова. Во мно-
гих же растворах органических кис-
лот и в пищевых продуктах потенциал
олова в большинстве случаев отрица-
тельнее потенциала железа, и олово
в таких средах является катодной за-
щитой по отношению к железу. Оло-
вянные покрытия непригодны для за-
щиты от коррозии деталей, которые
подвержены систематическому воз-
действию брызг морской воды. Оло-
вянные покрытия одни из немногих
металлических покрытий, которые яв-
ляются безвредными для человече-
ского организма.
При низких температурах (—30-т-
—50 °C) олово переходит в серую
a-модификацию и рассыпается в поро-
шок. Процесс этот ускоряется и на-
чинается при более высоких темпера-
турах, если происходит «заражение»
компактного металлического олова Р-
модификации кристаллами серого а-
олова. Это явление, известное под
названием «оловянной чумы», необ-
ходимо учитывать при выборе покры-
тий для изделий, работающих при
низких температурах.
Оловянные покрытия при продол-
жительном хранении даже в нормаль-
ных условиях теряют со временем
способность к пайке, поэтому детали
нередко приходится подвергать пов-
торному лужению или оплавлению.
Легирование олова небольшим коли-
чеством висмута (0,3—2,0%) значи-
тельно улучшает способность к пайке
даже через 1 год складского хранения.
На способность к пайке оловянных
покрытий и сплавов олова большое
влияние оказывают металлические и
неметаллические примеси, которые, на-
Составы электролитов и режимы оловянирования
199
кодясь в электролитах, включаются
в состав покрытия. Примеси меди,
цинка попадают в покрытие также
в результате диффузии этих металлов
(металлов, из которых изготовлены
покрываемые детали). Для устранения
этого явления применяют никелевый
подслой толщиной не менее 3 мкм.
При длительном хранении луженых
деталей и в условиях эксплуатации
отмечались многочисленные случаи са-
мопроизвольного роста нитевидных
кристаллов перпендикулярно к по-
верхности, представляющих собой оло-
ве ^-модификации. Длина нитевид-
ных кристаллов, называемых «усами»
или «вискерами», достигает 4—5 мм
при толщине 0,5—2,0 мкм, а иногда
и более. Нитевидные кристаллы про-
растают даже через изоляционные
пленки и вызывают замыкание цепей
в приборах и радиотехнических изде-
лиях. Быстрее всего появляются «усы»
на латунных деталях, что объясняют
миграцией цинка в покрытие. Примене-
ние никелевого подслоя тормозит про-
цесс образования нитевидных кристал-
лов, но не исключает его. Примеси цин-
ка, кадмия, мышьяка ускоряют появле-
ние и рост «усов», а примеси никеля, ко-
бальта, висмута значительно замед-
ляют это явление.
Легирование олова свинцом или
сурьмой (помимо висмута) способст-
вует более длительному сохранению
способности к лужению или припайке
проводов, а также предохраняет облу-
женную поверхность деталей от появ-
ления «чумы». Оловянные покрытия
из станнатных электролитов, как пра-
вило, не имеют текстуры. Лишь при
толщине более 50 мкм в них возникает
слабая ориентация кристаллов. В осад-
ках, получаемых из сернокислых
электролитов, наблюдается отчетли-
вая ориентация зерен по оси (001);
при этом самая высокая степень ори-
ентации имеет место при катодной
плотности тока, равной 1—2 А/дм2.
Гальванические покрытия сплавом
олово — никель представляют собой
соединение Ni—Sn, которые сохра-
няются только до температуры 300 ЬС.
При более высокой температуре наблю-
дается рекристаллизация таких спла-
вов с образованием двухфазной систе-
мы из двух интерметаллических соеди-
нений типа Ni3Sn2 и Ni3Sn4. Указанная
структура присуща только сплаву
Sn—Ni, получаемому гальваническим
способом. Покрытия Sn—Ni имеют
красивый внешний вид и микротвер-
дость в пределах 500—600.
Термические сплавы олово — сурьма
и олово — висмут с содержанием по
0,5% каждого не подвержены «оловян-
ной чуме». Гальванические покрытия
Sn—Sb и Sn—Bi представляют собой
твердые растворы, стойкие в широком
интервале температур. Такие покрытия
содержат до 5% сурьмы или висмута и
имеют мелкозернистую структуру.
Металлургические сплавы олова с
цинком представляют собой (при тем-
пературе ниже 195 °C) эвтектическую
смесь твердого раствора олова в цинке
(a-модификация) с цинком. Эвтектиче-
ская точка соответствует содержанию
в сплаве Sn—Zn около 8% цинка.
Стационарные потенциалы гальваниче-
ского сплава олово — цинк занимают
промежуточное положение между по-
тенциалом электроотрицательного ком-
понента (цинка) и потенциалом элек-
троположительного компонента (олова)
значительно отрицательнее потенциала
покрываемого железа. Поэтому углеро-
дистые стали с покрытием олово —
цинк (при ^78% олова в сплаве) в
растворах, например, поваренной соли
или в морской воде являются анодными
по отношению к основному металлу.
Для лучшей коррозионной защиты
стальных изделий покрытия Sn—Zn
должны содержать не менее 15 и не
более 50% цинка. Оловянно-цинковые
покрытия легко подвергаются пайке,
причем способность их к пайке сохра-
няется длительное время. Если стацио-
нарный потенциал цинка равен
—0,782 В, сплава Sn—Zn (22% Zn)
—0,76 В, то у олова и железа он
составляет —0,205 и —0,30 В соответ-
ственно. Цвет покрытий сплавом оло-
во — цинк меняется от серого (при
80% олова) до белого (при 90% Sn).
Микротвердость таких покрытий нахо-
дится в пределах 25—40.
СОСТАВЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ
И РЕЖИМЫ ОЛОВЯНИРОВАНИЯ
Электрохимическое оловянирование ве-
дется как в кислых, так и в щелочных
(главным образом станнатных) раство-
200
Покрытия оловом и его сплавами
pax. Из кислых растворов применяют
сульфатные, хлоридные, борфторатные
и сульфаматные. В состав таких элек-
тролитов входят следующие основные
компоненты: олово (+2) сернокислое,
серная кислота, натрий сернокислый
и различные добавки.
Избыток H2SO4 необходим также для
повышения электропроводности раст-
вора и предохранения иона Sn2+ от
окисления до Sn4+. При недостатке
серной кислоты из электролита может
выпадать нерастворимый осадок мета-
оловянной кислоты.
При малом содержании в электроли-
те сульфата олова и высокой плотности
тока в сернокислых растворах наблю-
дается резкое падение катодного выхо-
да по току. Присутствие в таких элек-
тролитах иона С1_ (до 2 г/л) сужает
интервал рабочих плотностей тока, а в
присутствии иона NOg в растворе
происходит образование на катоде
легко осыпающихся покрытий. При-
меси свинца в электролите не влияют
на качество получаемых покрытий,
но для пищевой промышленности такие
покрытия применять нельзя, так как
они содержат определенное количество
свинца. Железо и цинк при концентра-
ции до 20 г/л в таких растворах на
качество оловянных покрытий не вли-
яют.
Плотные, компактные мелкозернис-
тые осадки олова можно получать из
сернокислых электролитов при условии
применения ПАВ, значительно повы-
шающих катодную поляризацию. Вы-
ход по току в сульфатных электролитах
лужения близок к 100%, что объяс-
няется высоким перенапряжением во-
дорода на олове. В качестве ПАВ в
сернокислые электролиты вводят
клей, желатину, фенол, производные
полиэтиленгликолевых эфиров типа
ОП-7, ОС-20, различные смолы и т. д.
Применяют сернокислый электролит
состава (г/л): олово сернокислое 25—
60, кислота серная 50—160, натрий
сернокислый 30—50, препарат ОС-20
2—5 (возможно применение синтанола
ДС-10 3—5 г/л). Режим электролиза:
температура 20—50 °C, iK= 14-2 А/дм2,
скорость осаждения 0,5—1,0 мкм/мин,
аноды — из олова. Анодная плотность
тока 0,5—1,0 А/дм2. Вместо оловянных
анодов можно применять нераствори-
мне аноды из платинированноготитана.
Оплавление таких покрытий рекомен-
дуется вести в касторовом масле прж
190—210 °C в течение 1—2 с или в
глицерине (950 г/л глицерина и 50 г/л
диэтиламина сернокислого) при тем-
пературе 240—260 °C в течение 1—
2 с.
Для осаждения матовых оловянных
покрытий на стали углеродистой с под-
слоем никеля или на меди и ее сплавах
применяют электролит состава (г/л):
олово двухлористое 2-водное 30—50,
натрий фтористый 30—70, кислота соля-
ная 0,5—4,0, препарат ОС-20 1—2.
Режим электролиза: температура 13—
40 °C, i’H = 0,54-1,0 А/дм2, скорость
осаждения 0,2—0,4 мкм/мин, аноды —
из олова. Допускается заменять препа-
рат ОС-20 клеем мездровым.
К щелочным электролитам следует
отнести электролит состава (г/л): нат-
рий м-оловяннокислый 3-водный 30—
100, натр едкий 7—15, натрий уксусно-
кислый 10—20, перекись водорода 1—2.
Режим электролиза: температура 60—
80 °C, iK = 0,54-1,5 А/дм2, скорость
осаждения 0,08—0,30 мкм/мин, ано-
ды — из олова. В процессе работы
аноды должны иметь золотисто-желтый
цвет. Такой режим электролиза приме-
няют для лужения деталей сложной
конфигурации, изготовленных из стали
с подслоем никеля, меди и ее сплавов.
Допускается уменьшение концентрации
натрия м-оловяннокислого 3-водного
до 20 г/л и плотности тока до 0,3 А/дм2.
В щелочных электролитах оловян-
ные аноды покрываются пассивной
пленкой, состоящей из двух слоев:
внутреннего тонкого, прочно сцеплен-
ного с металлом, и внешнего рыхлого,
состоящего из гидрооксида олова.
Щелочные электролиты оловяниро-
вания позволяют работать в широком
интервале iK и получать плотные,
мелкозернистые осадки, прочно сцеп-
ленные с основой. Это определяется
значительной катодной поляризацией,
которой сопровождается разряд олова
в них. Олово в таких электролитах
содержится в виде комплекса SnO|_.
Вследствие малой диссоциации SnO|~
концентрация Sn2+ в растворе незначи-
тельна, что в сочетании с большой кон-
центрацией олова, входящего в состав
комплексного иона, обеспечивает благо-
Составы электролитов и режимы оловянирования
~2Щ
приятные характеристики кристалли-
зации.
В станнатных щелочных электроли-
тах 1К на качество получаемых осадков
практически не влияет, а температура
электролита влияет. Так, при 55 ЬС
осадки получаются темными и шерохо-
ватыми, а при 70 °C — качественными
в широком интервале iK и концентрации
станната в электролите.С увеличением
содержания олова в электролите повы-
шается т]к и уменьшается рассеиваю-
щая способность электролита.
При нанесении покрытий на детали
во вращающихся барабанах и колоко-
лах при повышенной анодной плот-
ности тока концентрация свободной
щелочи должна быть больше, чем в
стандартных ваннах. В щелочных элек-
тролитах всегда присутствуют неизбеж-
ная примесь — карбонаты, которые
практически не влияют на катодный
процесс. Катодный выход олова потоку
при температуре 70 °C достигает макси-
мума (~ 90% при = 2 А/дм2).
Рассеивающая способность станнат-
ных электролитов значительно превы-
шает эту характеристику других элек-
тролитов оловянирования, она состав-
ляет 70—78% . Необходимое значение
анодного потенциала достигается при
предварительном пассивировании оло-
вянных анодов при 1Л в 2 раза больше,
чем рабочая анодная плотность. При
этом на поверхности металла образу-
ется пассивная пленка золотистого
цвета, которая сохраняется при даль-
нейшем электролизе в режиме рабочих
анодных плотностей тока. Так как эта
пленка при перерыве электролиза исче-
зает и ее требуется снова формировать,
что не очень удобно в производстве, то
наряду с оловянными анодами в раст-
вор загружают аноды из стали
12Х18Н9Т, на которых ионы Sn2+
окисляются в Sn<+. При этом электро-
лит корректируют добавлением стан-
ната в виде заранее приготовленного
концентрата.
Вредной примесью в станнатных
электролитах являются ионы двух-
валентного олова (более 0.005N); их
наличие приводит к образованию на
катоде губчатого осадка. Это объясня-
ется тем, что ионы Sn (ОН)1“восстанав-
ливаются на катоде при небольшой
поляризации в сравнении с ионами
Sn(OH)i". Поскольку концентрация
первых очень мала, то уже вскоре
после начала электролиза разряд их
протекает на предельном токе диффу-
зии, вследствие чего на выступающих
участках или по всей поверхности като-
да образуются микродендриты, на ко-
торых в дальнейшем формируются
рыхлые покрытия.
Помимо сульфатных и щелочных
электролитов для оловянирования
стальной движущейся ленты приме-
няют фенолсульфоновый, содержащий
(г/л): олово сернокислое 50—70, п-фе-
нолсульфокислоту 80—90, нафтоксол
7С 2—4. Режим электролиза: темпера-
тура 40—50, iK = 104-20 А/дм2, ско-
рость осаждения 3—6 мкм/мин, ано-
ды — из олова.
Блестящее лужение осуществляют в
пирофосфатном электролите, содержа-
щем (г/л): олово двухлористое 2-водное
130—160, калий пирофосфорнокислый
безводный 500—570, гидразин соляно-
кислый 15—40, смачиватель 133 или
СВ-104 0,9—1,1, вещество моющее
«Прогресо 3—6, клей мездровый 1—2.
Режим электролиза: температура 60—
70 °C, iK = 14-10 А/дм2, скорость осаж-
дения 0,5—4,0 мкм/мин, аноды — из
олова, pH = 6,84-8,8. Лужение ведут
при перемешивании электролита.
Блестящее оловянирование малога-
баритных деталей осуществляют в
электролите (г/л): олово сернокислое
80—100, кислота серная 140—160,
фенол 30—40, клей столярный 1,0—1,5.
Режим электролиза: температура 15—
25 °C, iK = 24-3 А/дм2, скорость осаж-
дения 1,0—1,5 мкм/мин.
Оловянные покрытия налетали слож-
ной конфигурации наносят из триполи-
фосфатного электролита (г/л): SnCla
100—110, KBP3O1(J 600—700, NH4C170—
90, KI 0,5, клей столярный 5—8.
Режим электролиза: температура 15—
25 °C, iK = 0,54-1,0 А/дм2, скорость
осаждения 0,25—0,50 мкм/мин, ано-
ды — из олова.
Кривые катодной поляризации из та-
кого электролита показаны на рис. 96.
Триполифосфат калия и NH4C1 не-
сколько снижают предельный ток, а
декстрин и столярный клей смещают
стационарные потенциалы осаждения
олова в сторону отрицательных значе-
ний. Добавка KI способствует устране-
202
Покрытия оловом и его сплавами
Рис. »6. Кривые катодной поляризации
олова из хлоридного электролита (pH =
= 8,5 и температура 20 °C), содержащего
(г/л):
/ — SnCl,-2H,O112 и К.Р>О10720; 2 —
SnCIr. 2Н2О112, KiPsO1072C и ЫН.СЮО;
3 — то же, с добавкой 2 г/л декстрина;
< — то же, с добавкой 8 г/л столярного клея
Время,я
Рис. 97. Зависимость накопления ионов
олова в электролите от времени
Рис. 98. Зависимость выхода по току олова
от концентрации Ка4Р,О.
нию пассивирования анодов в этом
электролите.
В большинстве электролитов оловя-
нирования анодный процесс происхо-
дит беспрепятственнее, чем катодный,
в результате чего в растворе постепенно
увеличивается концентрация ионов оло-
ва. Зависимость накопления ионов
олова от времени электролиза представ-
лена на рис. 97.
В радиотехнике и электронной про-
мышленности применяют для лужения
деталей из меди и ее сплавов электро-
лит, содержащий (г/л): SnCl2 80—100,
Na4P2O7 150—200, NH4C1 50—70. Ре-
жим электролиза: температура 20—
30 °C, iK = 0,84-1,0 А/дм2, скорость
осаждения 0,6—0,9 мкм/мин, аноды —
из олова. Ос-'Дки получаются светлы-
ми, мелкокристаллическими и надежно
сцепленными с основным металлом.
Катодный выход олова по току в основ-
ном зависит от концентрации Na4P2O7
в электролите (рис. 98). Понижая и
смещая стационарный потенциал осаж-
дения олова, Na4P2O7 при прочих рав-
ных условиях электролиза способст-
вует получению покрытий с более
мелкозернистой структурой, чем из
щелочных или кислых электролитов.
Вредными примесями в электролитах
оловянирования считаются прежде все-
го металлы с потенциалом более поло-
жительным, чем олово, ионы которых,
даже при малой их концентрации, спо-
собствуют образованию губчатых осад-
ков на катоде. К ним относятся:
мышьяк, сурьма, медь. Станнатные
электролиты к таким примесям более
чувствительны, чем кислые. Примеся-
ми, ухудшающими качество осадков
олова в станнатных электролитах, яв-
ляются железо, свинец, нитриды, хло-
риды.
Основные дефекты. Из щелочных
электролитов при высоких значениях
4К, большом содержании щелочи или
наличии более 1—2 г/л двухвалентного
олова получаются темные губчатые и
рыхлые осадки, поэтому необходимо
пассивировать аноды и добавлять
1—2 мл/л 10%-кого раствора Н2Оа.
Потемнение анодов наступает при вы-
соких значениях ia, а помутнение
электролита, выпадение осадка и белого
налета на анодах связаны с недостат-
ком щелочи в электролите. Малые зна-
Покрытия сплавами на основе олова
203
чения т]а и бурное газовыделение на
катоде имеют место при избытке щелочи
или недостатке солей олова в электро-
лите. Плохая паяемость осадков после
их нанесения объясняется наличием
меди в электролите (более 0,1 г/л).
Электролит необходимо проработать
при = 34-4 А/дм2 и напряжении
1,0—1,5 В.
При использовании кислых электро
литов темные покрытия получают из-за
примесей меди в электролите, а покры-
тия с грубой кристаллической структу-
рой — при недостатке клея или высо-
ких значениях iK. Пористость и рых-
лость покрытий имеет место при недо-
статке солей олова в электролите.
Нерастворимый осадок в электролите
объясняется концентрацией серной кис-
лоты. Неоднородность структуры по-
крытия возникает в случае расслоения
электролита (электролит необходимо
фильтровать). Образование крупнозер-
нистых осадков олова или дендритов
по краям деталей наблюдается при ма-
лой плотности тока из-за недостатка
ПАВ (клей, ОС-20 и др.). Интенсивное
образование шлама на анодах во фтор-
боратных электролитах объясняется
присутствием диоксида кремния. Сни-
жение т]к и ухудшение внешнего вида
покрытий (серый оттенок) связаны с
накоплением четырехвалентного олова
(более 6 г/л) или наличием примеси
азотной кислоты.
Соли меди и других металлов, чье
присутствие в растворах оловянирова-
ния нежелательно, удаляются посред-
ством проработки электролита до тех
пор, пока оловянные покрытия не
станут качественными. От примесей
меди освобождаются введением в элек-
тролит оловянного порошка при не-
прерывном перемешивании. При этом
происходит контактное восстановление
меди оловом. От примесей азотной кис-
лоты избавиться практически невоз-
можно, поэтому электролит заменяют
свежеприготовленным.
Удаление некачественных покрытий.
Для снятия олова с меди, латуни и
стали применяют раствор соляной кис-
лоты (940 мл/л) и триоксида сурьмы
(15 г/л). Температура раствора 20—
25 °C. Для удаления олова с латуни и
меди используют раствор, содержащий
(г/л): хлорид железа 75— 100, сульфат
меди 135—160, уксусную кислоту (ледя-
ная) 175 мл/л. Температура раствора
20—35 °C. Для удаления оловянных
покрытий применяют и щелочной раст-
вор (100—120 г/л NaOH и 30—35 г/л
нитробензойной кислоты) при темпера-
туре 75—85 °C. Возможно также при-
менение раствора (для удаления олова
со стальных деталей), содержащего
100—120 г/л NaOH и 20—25 г/л №гСО3
при температуре 20—25 °C
Бронзы, содержащие менее 10% оло-
ва, удаляют в тех же растворах, что
и медь, а покрытия сплавом Sn—Zn
(олова менее 80%) — в расплавленном
едком натре. Оловянно-никелевые
сплавы (65% Sn и 35% Ni) снимают
посредством анодного растворения в
60%-ном растворе серной кислоты.
Температура раствора 20—25 °C, на-
пряжение 6 В, катод — из свинца.
Покрытия олово — никель можно уда-
лятю в 85%-ном растворе фосфорной
кислоты при температуре 135—200 °C.
Покрытия оловом и сплавом олово —
висмут удаляют с деталей из алюминия
и его сплавов, а также меди и ее спла-
вов посредством анодного растворения
в кислых электролитах (например,
сульфатных) оловянирования при ia =
= 0,34-0,5 А/дм2, катоды — из олова.
ПОКРЫТИЯ СПЛАВАМИ
НА ОСНОВЕ ОЛОВА
Сплав олово—свинец. Покрытия
Sn—РЬ (40—60% олова и 60—40%
свинца) менее пористы, чем свинцовые
или оловянные. Они хорошо паяются
и в отличие от оловянных сохраняют
эту способность в течение длительного
времени.. Для осаждения покрытий
Sn—РЬ применяют электролит, содер-
жащий (г/л): i олово (2) борфтористое
!в пересчете на металл) 35—60, свинец
2) Ьорфтористый (в пересчете на ме-
талл) 25—40, кислоту борфтористоводо-
родную (свободную) 40—100, кислоту
борную (свободную) 25—40, клей мез-
дровый 3—5, гидрохинон 0,8—1,0.
Режим электролиза: температура 18—
30 °C, iK = 14-2 А/дм2, скорость осаж-
дения 0,5—1,0 мкм/мин, аноды — из
олова и свинца (при соотношении 1:2)
или из сплава Sn—РЬ (50% олова и
50% свинца). Покрытие содержит 55—
60% Sn.
204
Покрытия оловом и его сплавами
Рис. 99. Кривые катодной поляризации
сплава Sn—Pb (/) и парциальные кривые
разряда ионов РЬ,+ (2), Sn*+ (3) и Н+ (#)
При использовании анодов из сплава
Sn—Pb не требуется специальная сис-
тема (схема) подключения тока, но при
этом образуется шлам вследствие пред-
почтительного анодного растворения в
сплаве свинца с частичным выкрашива-
нием олова. Поэтому возникает необ-
ходимость в периодическом корректи-
ровании электролита кислотами и соля-
ми олова. При использовании анодов
из сплава олово — свинец соотноше-
ние между площадью анодов и катодов
(Sa : SK) должно быть равным 2:1. При
подвижных анодах (За : SK = 1:1) улу-
чшается растворимость анодов из спла-
ва Sn—Pb.
Наряду с борфтористым электроли-
том применяют кремнефтористый, со-
держащий (г/л): PbSiFe 70—100,
SnSiFe 70—100, H2SiFe (свободную)
60—100, клей столярный 1—2. Режим
электролиза: температура 20—30 °C,
in = 24-3 А/дм2, скорость осаждения
0,8—1,2 мкж/мип, аноды — раздельные
из олова и свинца. При таких условиях
электролиза на катоде осаждаются по-
крытия, содержащие по 50% олова и
свинца.
С увеличением /к снижается содержа-
ние свинца в сплаве и повышается
содержание олова. Уменьшение кон-
центрации SnSiFe до 50 г/л существен-
ного влияния на состав сплава не ока-
зывает, а при изменении концентрации
свинца в пределах 100—150 г/л падает
содержание олова в сплаве на 5—10%.
Увеличение концентрации HsSiFe (бо-
лее 180 г/л) способствует резкому
уменьшению доли свинца в сплаве.
Совместное осаждение на катоде олова
и свинца происходит с деполяризацией
Sn и сверхполяризацией РЬ (рис. 99).
Катодные поляризационные кривые
свидетельствуют о том, что при сниже-
нии концентрации SnSiFe до 25 г/л
потенциал сдвигается в сторону отрица-
тельных значений. Аналогичное явле-
ние наблюдается при снижении концен-
трации PbSiFe до 50г/л.
Для осаждения полублестящих по-
крытий на детали из стали, меди, нике-
ля, алюминия и их сплавов используют
электролит (г/л): олово двухлористое
2-водное 6—10, свинец (2) азотнокис-
лый 27—33, калий пирофосфорнокис-
лый безводный 600—650, гидразин
солянокислый 5—10, смачиватель
СВ-1147 0,45, клей мездровый 1,0—1,5.
Режим электролиза: температура 18—
50 °C, tK = 14-5 А/дм2, скорость осаж-
дения 0,2—1,0 мкм/мин, аноды — раз-
дельные из олова и свинца. Во вращаю-
щихся барабанах и колоколах iK =
= 24-3 А/дм2. В стационарных ваннах
рекомендуется движение катодных
штанг со скоростью 1,5—3,0 м/мин.
Фильтрация электролита, периодиче-
ская, pH = 7,84-8,5, анодная плот-
ность тока 4 А/дм2.
Сплав олово—никель. Такие покры-
тия нетоксичны и стойки в сухом воз-
духе до 320 °C, сухом хлоре, оксидах
азота, сернистых соединениях и в кис-
лотах: НС1, H2SO4, HNO3 (до 0,01 N).
Они не взаимодействуют с маслами,
имеют более высокое переходное сопро-
тивление, чем серебряное покрытие,
но постоянное при эксплуатации. Золо-
то не диффундирует в этот сплав.
Покрытие олово — никель наносят и
как подслой под драгоценные металлы.
Для осаждения сплава Sn—Ni при-
меняют электролит, содержащий (г/л):
никель хлористый 250—300, олово
двухлористое 40—50, аммоний фторис-
тый 60—70. Режим электролиза: тем-
пература 60—70 °C, 11к =1,04-
1,5 А/дм2, pH = 24-3, аноды — из
никеля, скорость осаждения 0,7—
1,5 мкм/мин. Покрытия Sn—Ni явля-
ются однофазным интерметаллическим
соединением, содержащим 10—20% Ni.
Наряду с указанным электролитом
используют и электролит состава (г/л):
олово двухлористое 40—50, никель
клористый 200—250, аммоний фторис-
Покрытия сплавами на основе олова
205
тый 40—50, аммиак (25%-ный) 35—
40 мл/л. Режим электролиза: темпера-
тура 60—70 °C, iR = 2,04-2,5 А/дма,
1е = 44-5 А/дм2, аноды — из литого
сплава (72% олова и 28% никеля).
При этом покрытия содержат 25—35%
Ni, имеют микротвердость ~700.
С уменьшением iK (при прочих рав-
ных условиях электролиза) микро-
твердость покрытия Sn—Ni уменьша-
ется (при /к = 0,5 А/дма микротвер-
дость 400—450). Сплав с содержанием
35% никеля обладает высокой корро-
зионной стойкостью.
Основными компонентами фторидно-
хлоридных электролитов являются хло-
ристый никель, хлористое олово и фто-
ристый аммоний. Увеличение содержа-
ния последнего способствует повыше-
нию доли никеля в сплаве. При сниже-
нии относительной концентрации олова
или никеля уменьшается содержание
соответствующего металла в сплаве.
Так, с уменьшением концентрации
Sna+ в растворе от 25 до 5 г/л [Ni:
Sn = (3:1)4-(14:1) J снижается доля
олова в покрытии с 65 до 55%. При
увеличении iK осадки становятся мато-
выми. Значительное изменение состава
сплава наблюдается при iK — 0,5 А/дма
и температура 45—70 °C. Оптимальное
значение pH = 4,5 при температуре
50 °C и f„ = 14-4 А/дм2.
Для осаждения покрытий Sn—Ni
применяют также пирофосфатно-эти-
лендиаминовый электролит (г/л): пиро-
фосфат олова 30—35, хлористый ни-
кель 40—45, пирофосфат калия 200—
220, этилендиамин (85%-ный) 0,8—1,0.
Режим электролиза: температура 20—
35 °C, i„ = 0,54-0,8 А/дм2, pH = 9,24-
9,5, содержание олова в сплаве 70—
72, аноды — из олова.
Сплав олово—цинк. Покрытия
Sn—Zn имеют более высокие защитные
свойства, чем цинковые или кадмиевые.
В условиях атмосферной коррозии в
тумане 3%-ного раствора NaCl при
постоянном погружении в морскую
воду и в условиях, имитирующих
тропический климат, содержание цин-
ка в сплаве Sn—Zn не должно быть
более 50% или менее 15%.
Наиболее коррозионно-стойкими в
таких условиях являются покрытия,
содержащие 25% цинка. Они легко
полируются до яркого блеска, сохра-
няемого в течение длительного времени.
Сплав олово — цинк обладает неболь-
шой пористостью, легко паяется и
надежно защищает стальные детали,
эксплуатируемые в условиях морского
и тропического климата. Для защиты
стальных изделий используют электро-
лит, содержащий (г/л): олово четырех-
хлористое (в пересчете на металл)
30—35, оксид цинка (в пересчете на
металл) 3—5, калий цианистый (общий)
40—50, натр едкий (свободный) 5—10.
Режим электролиза: температура 60—
70 °C, i„ = 24-3 А/дм2, аноды — из
олова, скорость осаждения 0,3—
0,5 мкм/мин. Аноды должны иметь зо-
лотисто-желтый цвет, который дости-
гается повышением анодной плотности
тока до 1,5 А/дм2.
С увеличением концентрации цинка
в электролите от 3 до 5 г/л повышается
его доля в сплаве (при iK = 2 А/дм2)
соответственно с 15 до 60%. При уве-
личении общей концентрации цианис-
того калия снижается содержание цин-
ка в покрытиях, а при повышении
концентрации NaOH в растворе доля
цинка в сплаве увеличивается. Так,
при введении 5 г/л NaOH содержание
цинка в покрытии повышается на
10—12% (при iR = 2 А/дм2 и темпера-
туре 70 °C). Катодный выход с увеличе-
нием резко снижается, а с повыше-
нием температуры увеличивается, но
при этом ухудшается внешний вид
покрытия. При температуре 30 °C т]к =
— 9% (85% олова в сплаве), а при
60 °C Г)к = 55% (80% олова в сплаве).
На рис. 100 видно, что с увеличением
содержания свободного цианида в элек-
тролите равновесный потенциал спла-
вообразования смещается в сторону
положительных значений. Это объяс-
няется тем, что цинк в таком электро-
лите находится в виде более прочных
комплексов и его соосаждение замед-
ляется. Необходимым условием полу-
чения качественных покрытий Sn—Zn,
постоянных по составу и свойствам,
является равномерное растворение ано-
дов (из сплава или раздельных) с
образованием четырехвалентных ионов
олова, так как накопление двухвалент-
ных ионов приводит к получению
некачественных осадков.
На анодах, содержащих менее 50%
олова, пассивация затруднена и поля
206
Покрытия оловом и его сплавами
Рис. 100. Кривые катодной поляризации
сплава Sn —Zn (содержание Zn S г/л я
KCN 40 г/л) при различной температуре
(°C):
2 — 20; 2 — 40; 3 — 50
ризация приобретает характер, прису-
щий для цинкового анода. Таким обра-
зом, необходимым условием правиль-
ного протекания анодного процесса с
образованием Sn4+ при осаждении спла-
ва олово—цинк является поддержание
/а в заданном интервале. При содержа-
нии в анодах 70% олова значение ia
должно быть в пределах 1,5—2,0 А/дма.
Независимо от состава и вида электро-
лита на стальные изделия сплав Sn—Zn
наносят по подслою меди толщиной
6—9 мкм. Детали, покрытые сплавом
олово—цинк, хорошо выдерживают
запрессовку в такие пластмассы, как
К-21, АГ-4 и др. Их способность к
пайке такая же, как и у деталей с оло-
вянным покрытием.
Сплав олово—висмут. Покрытия та-
ким сплавом характеризуются хорошим
сцеплением с медью и ее сплавами, лег-
ко паяются и сохраняют эти свойства в
течение длительного времени без допол-
нительного оплавления. После дли-
тельного хранения они не требуют при-
менения кислотных флюсов.
При нанесении сплава олово—висмут
на стальные изделия следует применять
подслой меди толщиной 6—9 мкм или
никеля толщиной 3 мкм. Осаждение
покрытий Sb—Bi ведут из электролита,
содержащего (г/л): олово сернокислое
(закисное) 40—60, кислоту серную
100—ПО, висмут сернокислый 0,5—
1,5; препарат ОС-20 4—5. Режим элек-
тролиза: температура 18—30 °C, iH =
— 0,54-2,0 А/дм2, скорость осаждения
0,2—0,9 мкм/мин, аноды — из олова.
Количество висмута в покрытии при
этом колеблется от 0,2 до 2,0%. Реко-
мендуется также вводить натрий хло-
ристый 0,2—0,8 г/л. В начале электро-
лиза iK должно быть вдвое выше рабо-
чей плотности в течение 10 с.
Увеличение концентрации висмута в
электролите способствует резкому воз-
растанию его количества в покрытии,
а с повышением iK его доля в сплаве
уменьшается. При i„ = 0,14-3,0 А/дм2
содержание висмута в сплаве может
изменяться от 7 до 2% . После электро-
лиза аноды из электролитов следует
изымать и хранить в дистиллированной
воде, так как возможно контактное вы-
теснение висмута оловом. В начале
электролиза в первые 10—15 с необхо-
дим толчок тока до iK = 24-4 А/дм2
(с целью улучшения сцепления с основ-
ным материалом или подслоем).
Для осаждения блестящих покрытий
Sn—Bi применяют электролит, содер-
жащий (г/л): олово сернокислое 40—60,
висмут сернокислый 0,5—1,0, кислоту
серную 100—160, ацетилацетон 3—4,
формалин технический 5—6, синтанол
ДС-10 3—5. Режим электролиза: тем-
пература 15—30 °C, iK = 24-4 А/дм2,
скорость осаждения 1—2 мкм/мин. Ко-
личество висмута в покрытии до 1%,
Анодная плотность тока 1—2 А/дм2.
Аноды рекомендуется помещать в чех-
лы из ткани «хлорин». Загрузка деталей
в электролит должна осуществляться
под током.
Покрытия Sn—Bi осаждают из кис-
лых электролитов, так как в щелочных
растворах соли висмута легко разла-
гаются с выпадением основных солей.
В процессе осаждения покрытий Sn—Bi
присутствующие в электролите органи-
ческие добавки или продукты их раз-
ложения включаются в осадки сплава.
Сплав олово—кобальт. В отличие
от покрытий олово—свинец этот сплав
(Со 1,0%) не требует последующего
оплавления и сохраняет способность
к пайке в течение двух лет. Покрытия
сплавом Sn—Со осаждают из электро-
лита (г/л): кобальт сернокислый 30—35,
олово сернокислое 60—65, аммоний
фтористый 45—50, кислота серная
(1,84) 10 мл/л, ОС-20 3—5. Режим
Покрытия сплавами на основе олова
307
электролиза: температура 15—30 °C,
pH = 4,0—4,5, iK = 0,54-1,5 А/дм2,
аноды — из олова, скорость осаждения
0,2—0,6 мкм/мин. При этом осажда-
ются серебристо-белые мелкокристал-
лические покрытия, содержащие
0,003—0,600% кобальта.
Добавка ОС-20 (или синтанол ДС-10)
ингибирует процесс осаждения как
сплава,так и каждого металла в отдель-
ности. Деполяризация осаждения ко-
бальта при совместном осаждении с
оловом, вероятно, связана с образова-
нием сплава. Рассеивающая способ-
ность электролита при iK — 0,75 А/дм2
составляет45—60% и находится взави-
симости от концентрации сульфата
олова.
На покрытиях Sn—Со коэффициент
растекаемости припоя (Кр) за 12 мес.
хранения деталей уменьшается от 2,2
до 1,2 при толщине покрытия (на лату-
ни) 12 мкм и от 2,1 до 0,8 при толщине
покрытия 6 мкм. Причиной ухудшения
паяемости является диффузия цинка из
латуней во внешний слой покрытия
олово—кобальт. Поэтому и в данном
случае необходим подслой меди 3—
6 мкм или никеля 2—3 мкм.
Переходное сопротивление таких по-
крытий составляет 0,15—0,25 Ом, что
равно переходному сопротивлению оло-
вянных покрытий. Однако после термо-
обработки или 30 сут. выдержки при
комнатной температуре переходное со-
противление сплава Sn—Со возрастает
только в 3 раза, а у оловянных покры-
тий в 12 раз. Детали с покрытием оло-
во—кобальт выдерживают испытания
на влагоустойчивость в течение 30 сут.
в камере влаги при +40 °C и относи-
тельной влажности 98% без следов
коррозии покрытия и основы.
Сплав олово—индий. Он интересен
как наиболее легкоплавкий из извест-
ных сплавов на основе олова. По
диаграмме состояния сплав эвтектиче-
ского состава (50% Sn) имеет темпера-
туру плавления около 117 °C. Поэтому
сплавы, близкие по составу к эвтекти-
ческим, считаются перспективными для
решения технологических задач сборки
изделий электронной техники (инте-
гральных схем). Для осаждения покры-
тий Sn—In применяют электролит,
содержащий (г/л): олово двухлорное
8,5—9,5, индий хлористый 20—30,
Рис. 101. Микроструктура покрытий оло-
вом из сернокислого электролита ( X 5000)
борфтористоводородную кислоту 10—
15, кислоту борную 10—15, аммоний
фтористый 30—40. Режим электролиза:
температура 18—25 °C, iK = 2,04-
2,5 А/дм2, скорость осаждения 0,8—
1,0 мкм/мин, аноды — из олова, pH =
= 1,04-1,1. Покрытия Sn—In содер-
жат 20—30% олова.
Сплав олово—хром. Такие покрытия
могут быть применены взамен серебря-
ных для электрических контактов, ра-
ботающих в легких и средних условиях
эксплуатации.Их осаждают из электро-
лита (г/л): хлористый хром 100—200,
хлористое олово 25—30, глицин 100—
120, трилон Б 10—12, желатина 0,2—
0,3. Режим электролиза: температура
60—70 °C, 4К = 154-20 А/дм2, аноды —
из олова, pH — 1,84-2,2. При таких
условиях осадки олово — хром полу-
чаются блестящими при тонких слоях,
а с повышением толщины они становят-
ся матовыми.
Сплав олово—сурьма. Термические
сплавы олова с сурьмой (до 0,5% Sb)
не подвержены «оловянной чуме». Оло-
во с сурьмой образует твердые раство-
ры, стойкие в широком интервале тем-
ператур. Осаждение сплава Sn—Sb ве-
дут из простых электролитов, содержа-
щих добавки столярного клея и фенола
или из электролитов на основе хлори-
дов (фторидов) этих металлов с добав-
кой фтористого аммония. Для нанесе-
ния покрытий из сплава олово—сурьма
208
Покрытия оловом и его сплавами
применяют электролит (г/л): олово
сернокислое 45—50, сурьма треххло-
ристая 0,2—0,4, кислота серная 90—
НО, аммоний фтористый 4—5, клей
столярный 0,5—0,6, фенол технический
4—6. Режим электролиза: температура
20—25 °C; 1К = 0,5-=-1,5 А/дм2, г,к =
= 92-=-100%, аноды — из олова. Свет-
ло-серые осадки на катоде образуются
в любом интервале плотностей тока от
0,1 до 2,0 А/дм2. Повышение концентра-
ции сурьмы в электролите от 0,2 до
0,4 г/л способствует увеличению ее
доли в сплаве от 0,5 до 10%. Такие
покрытия используют в производстве
печатных плат, а также для покрытия
контактов электрических соединителей.
При' осаждении сплавов на основе
олова возможны следующие неполадки
или дефекты. Шероховатые покрытия
получают при больших значениях 1'и
или загрязнении электролитов механи-
ческими примесями. Темно-серые по-
крытия на катоде восстанавливаются
при наличии примесей леди или высо-
кой концентрации висмута. В покрытии
мало висмута из-за недостаточной его
концентрации в электролите. Чер-
ная взвесь появляется в растворе при
недостаточном содержании хлористого
натрия. При использовании электроли-
тов для блестящего покрытия Sn—Bi
темные покрытия получаются вслед-
ствие наличия металлических примесей,
а матовые — из-за недостатка препара-
та ОС-20. Блестящие, но хрупкие
покрытия образуются в случае повы-
шенного содержания продукта конден-
сации (блескообразователей). Микро-
структура олова и сплавов на его ос-
нове представлена на рис. 101.
ПОКРЫТИЯ ОСМИЕМ,
ИРИДИЕМ, ПЛАТИНОЙ
И ИХ СПЛАВАМИ
Покрытия осмием. С развитием радио-
и электронной техники стали приме-
нять покрытия осмием, обладающие
комплексом ценных химических и фи-
зико-механических свойств (химичес-
кая инертность, тугоплавкость, твер-
дость и др.). Для нанесения осмиевых
покрытий применяют электролит (г/л):
осмий в виде металла 5—10, кислоту
соляную 70—75, аммоний хлористый
60—80. Режим электролиза: темпера-
тура 50—60 °C, iK = 0,54-1,0 А/дм2,
аноды — из платины.
Для получения покрытий осмием
используют щелочной электролит, со-
держащий 10—50 г/л КОН и осмий
(4—20 г/л в пересчете на металл).
Режим электролиза: температура 30—•
60 °C, /к = 204-40 А/дм2, аноды — из
платины, скорость осаждения 0,7—
1,0 мкм/ч.
Наряду с указанными электролита-
ми, применяют и хлоридный электро-
лит следующего состава (г/л): осмий
(в виде металла) 4—8, кислота соляная
65—75, аммоний хлористый 50—70,
никель хлористый 10—40. Режим элек-
тролиза: температура 35—70 °C, iK =
= 0,54-3,0 А/дм2, аноды — из плати-
ны. Для приготовления такого электро-
лита осмий растворяют в соляной кис-
лоте (35—110 г/л) при плотности тока
1— 20 А/дм2. С возрастанием анодной
плотности (катод — из платины) выход
по току (растворение осмия) увеличи-
вается с 1 до 3%.
Покрытия иридием. Иридиевые по-
крытия имеют оловянно-белый цвет,
температуру плавления 2440 °C; их
электропроводимость в 3,3 паза, а теп-
лопроводность в 5 раз ниже, чем у се-
ребряных покрытий. Они устойчивы в
минеральных и органических кислотах,
поэтому их применяют для защиты от
коррозии при высоких температурах
(выше 800 °C) таких металлов, как
медь, никель, молибден и их сплавы.
Иридиевые покрытия осаждают из
сульфаматного электролита, содержа-
щего (г/л): хлористый иридий 4-водный
5— 15, кислоту сульфаминовую 25—50.
Режим электролиза: температура 20—
60 °C, iK = 0,14-0,5 А/дм2, аноды —
из платины или иридия, катодный вы-
ход металла по току 30—60%, Sa: SK=
= 2:1, SK = 0,504-0,75 дм2/л.
Выход по току с увеличением 1К
падает: при iK= 0,1 А/дм2 он равен
60%, а при 0,3 А/дм2 соответственно
30%. Увеличение концентрации хло-
ристого иридия и сульфаминовой кис-
лоты приводит к повышению рабочих
плотностей тока и катодного выхода
металла по току.
Иридиевые покрытия получают так-
же из электролита, содержащего (г/л):
иридий хлористый 4-водный 10—15,
кислоту серную 3—5. Режим электро-
лиза: температура 15—25 °C, 1К =
= 14-2 А/дм2, т)к = 54-6%, аноды —
из платины или иридия. Для скорост-
ного иридирования (при толщине по-
крытия более 1 мкм) используют элек-
тролит состава (г/л): иридий бромистый
5—10, кислота бромистоводородная
40—45. Режим электролиза: темпера-
тура 70—75 °C, 1„ = 0,154-0,20 А/дм2,
аноды — из платины. Покрытия осаж-
даются на катоде матовыми, светло-
серого оттенка.
Сульфаматный электролит иридиро-
вания готовят растворением металла
в сульфаминовой кислоте (50—100 г/л)
при протекании переменного тока (i =
= 304-60 А/дм2). Из этого раствора о
помощью спипта этилового выделяют
сульфамат иридия в виде кристаллов.
Сульфаматный электролит используют
для иридирования коррозионно-стой-
ких сталей с целью их защиты при
температурах 600—700 °C. При тол-
щине покрытия 3—5 мкм потери по
210
Покрытия осмием, иридием, платиной и их сплавами
массе стальных деталей в 2—3 раза
меньше, чем у неиридированных дета-
лей. Иридиевые покрытия можно полу-
чать электролизом из расплавленных
солей цианидов (KCN). Этим способом
осаждают покрытия толщиной более
10 мкм. Их применяют в большой мере
для защиты молибдена от высокотемпе-
ратурной коррозии при ~1000°С.
Покрытия платиной и ее сплавами.
Платину применяют для покрытия
электрических контактов с целью за-
щиты серебра от потемнения, при изго-
товлении платинированных титановых
анодов и т. д. На платиновой основе
получают гальванические покрытия
из сплавов, отличающиеся большей
стойкостью в условиях механического
и эрозионного изнашивания и пригод-
ные для антикоррозионной защиты
металлов (сплавов), эксплуатируемых
в жестких условиях.
Платиновые покрытия стойки в хи-
мически агрессивных средах и не окис-
ляются при нагревании до 1100 °C. При
толщине 2—20 мкм их используют для
защиты деталей приборов, работающих
при высоких температурах или в сильно
коррозионных средах. Тонкие покры-
тия платиной (до 0,5 мкм) используют
при изготовлении отражателей. Коэф-
фициент отражения платины в видимой
части спектра составляет 70%, а в
инфракрасной — 96%.
По сравнению с палладием и родием
платину значительно в меньшей мере
применяют в промышленности. Это
обусловлено ее высокой стоимостью и
дефицитностью, а также сложностью
получения непористых платиновых
покрытий.
Платиновые покрытия с максималь-
ным блеском имеют весьма мелкозер-
нистую структуру. Матовые покрытия
характеризуются крупнокристалличе-
ской структурой. При повышенной тем-
пературе и перемешивании электролита
осаждаются покрытия, у которых опре-
делить структуру или текстуру не пред-
ставляется возможным. В щелочном
электролите формируется мелкозернис-
тая структура, мало изменяющаяся от
значений pH электролита и плотности
тока. Однако при pH = 7,6 покрытия
получаются растрескивающимися, а при
pH = 13,5 — шероховатыми. Наибо-
лее гладкие покрытия с минимальным
числом микродефектов получаются при
iK = 0,24-0,9 А/дм2 и pH =114-13.
С увеличением толщины платиновых
покрытий свыше 3 мкм наблюдается
возникновение микротрещин. Из суль-
фаматных электролитов покрытия
осаждаются более гладкими, полублес-
тящими и даже блестящими. Широко
применяют сульфаминовый электро-
лит, содержащий ЦИС-динитродиами-
ноплатину (р-соль, 25—30 г/л) и суль-
фаминовую кислоту (100—120 г/л). Ре-
жим электролиза: температура 60—
95 °C, аноды—из платины, 5a:SK=2:l,
iK = 24-6 А/дм2, pH =1,14-1,2.
Восстановление платины на катоде
начинается при <р = 0,15 В. При сдвиге
потенциала в сторону отрицательных
значений катодный выход платины по
току увеличивается и при <р = —0,5 В
достигает 30%. С повышением темпера-
туры электролита скорость осаждения
платины растет и т]к становится равным
40%. Изменение концентрации суль-
фаминовой кислоты от 25 до 100 г/л при
сохранении постоянного значения pH
электролита не влияет на катодную
поляризацию.
Для получения тонких блестящих
платановых покрытий применяют элек-
тролит, содержащий (г/л): кислоту
платинохлористо-водородную 20—25,
гидрофосфат натрия 100—120, гидро-
фосфат аммония 15—20. Режим элек-
тролиза: температура 20—50 °C, iK =
= 0,14-0,5 А/дм2, катодный выход пла-
тины по току 60%, аноды — из пла-
тины.
С увеличением толщины покрытия
блеск его значительно уменьшается.
Однако покрытия, осаждаемые из та-
кого электролита, пористы даже при
толщине 15 мкм. Ведение электролиза
при комнатной температуре и с отклю-
чением тока через каждые 20 мин
(»к = 0,14-0,2 А/дм2) способствует по-
лучению менее пористых и более плот-
ных покрытий толщиной до 20 мкм.
С повышением температуры г]и растет,
но качество осадков ухудшается. По-
вышение iK приводит к снижению выхо-
да по току.
К щелочным электролитам следует
отнести состав (г/л): Na2Pt(OH)2 х
X 2Н2О 30—40, NaOH 15—20, NaNO,
10—15, NaaSO4 15—12. Режим элек-
тролиза: температура 20—60 °C, iH =
1окрытия осмием, иридием, платиной и их сплавами
211
— 0,34-1,2 А/дм2, катодный выход ме-
талла по току 20—30%, аноды — из
платины.
Платинирование титановых анодов
ведут в электролите, содержащем (г/л):
цис-диаминодинитритоплатину 20—30,
кислоту серную или сульфаминовую
80—120. Режим электролиза: pH =
= 0,24-0,5, температура 60—70 °C,
»к = 0,54-1,0 А/дм2, скорость осажде-
ния 10—12 мкм/ч. Титан марки ВТ-1
загружают в электролит под током с
использованием «толчка» тока плот-
ностью 2 А/дм2 в течение 1 мин; ано-
ды — из платины.
Титан перед покрытием обезжири-
вают, затем промывают проточной во-
дой и активируют в 65% -ном растворе
H2SO4 при температуре 120—130 °C в
течение 2—5 мин. После активации
титан тщательно промывают проточной
и дистиллированной водой. Для луч-
шего сцепления титана с платиной его
рекомендуется перед покрытием обра-
ботать в парах или в растворе соляной
кислоты, протравить в растворе фто-
рида аммония и удалить из него газы
в среде водорода при 400—800 °C в
течение 0,5—1.0 ч.
Для платинирования титана можно
также использовать электролит, содер-
жащий (г/л): гексагидроксоплатинат
калия (натрия) 20—40, едкий калий
(натр) 10—30, сульфат натрия (калия)
10—30, тетраборнокислый калий (нат-
рий) 10—20. Режим электролиза: тем-
пература 20—50 °C, iK —0,24-1,0 А/дм2,
аноды — из платины. Осаждение ведут
прерывистым током с 10-секундным
импульсом и 5-секундными переры-
вами. После осаждения платины тита-
новые аноды подвергают термической
обработке в инертной атмосфере при
температуре 500 °C в течение 1—2 ч.
Платинирование тантала (как и ти-
тана) проводят с целью получения
нерастворимых анодов, применяемых
в агрессивных средах. Танталовые
электроды сначала обрабатывают в
40%-ной фтористоводородной кислоте
при температуре 20—30 °C и ia =
= 20 А/дм2 в течение 10 мин. Затем
их сразу платинируют в тех же элек-
тролитах, что и титановые, только при
«к = 24-3 А/дм2 и термообрабатывают
потом в инертной среде при темпера-
туре 900 °C в течение 1 ч.
Зарубежные фирмы при изготовлении
термокомпенсационных электросоеди-
нителей контакты из алюминия, хро-
меля и копеля платинируют.
В СССР известна следующая техно-
логия подготовки алюминия, копеля и
хромеля под платинирование: обезжи-
ривание в органических растворителях
при 18—20 °C (3 мин); электрохимиче-
ское обезжиривание в щелочных раство-
рах при ia = 34-5 А/дм2 (5—6 мин) и
15—25 °C; травление в концентриро-
ванной НС1 при 18—20 °C (в течение
1—2 мин); глянцевое травление в сме-
си минеральных кислот. Платинирова-
ние рекомендуется вести в электролите
(г/л): диаминодинитроплатина 22—26,
сульфаминовая кислота 100—120. Ре-
жим электролиза: температура 60—
70 °C, iK = 0,34-0,4 А/дм2, время — в
зависимости от требуемой толщины
покрытия.
Сплав платина—родий.
Такие покрытия применяют для защи-
ты молибдена и вольфрама от высоко-
температурного окисления. Для этой
цели используют электролит (г/л):
платина (в виде металла) 15—25, родий
(в виде металла) 10—12, натрий азотно-
кислый 6—60. Режим электролиза:
температура 20—90 °C, рН= 44-10,
iK = 14-12 А/дм2.
С повышением концентрации родия
в электролите при прочих равных
условиях электролиза его содержание
в сплаве возрастает от 25 до 75%
(pH — 7,0, температура 65 °C и iK =
= 14-2 А/дм2), выход по току падает
с 18 до 7,5 %.
Восстановление платины и родия в
таком электролите происходит путем
разряда комплексных ионов Pt(NHs)I+
и Rh(NH3)g+. При добавлении в элек-
тролит аммиака прочность родиевых
комплексов возрастает в большей сте-
пени, чем платиновых, и количество
родия в сплаве снижается. Зависимость
т]к от pH электролита объясняется
изменением перенапряжения водорода
на катоде. С повышением концентрации
NaNO2 катодный выход сплава по току
снижается с 20 до 10% (при 60 г/л), что
связано с восстановлением на катоде
ионов NOj. При увеличении i„ содер-
жание родия в сплаве увеличивается,
а Як уменьшается, при повышении
температуры — наоборот.
212
Покрытия осмием, иридием, платиной и их сплавами
Гальванические покрытия сплавом
платина — родий представляют собой
твердые растворы родня в платине.
Количество и глубина трещин в покры-
тиях возрастают с повышением содер-
жания родия в сплаве. Микротвердость
покрытий Pt—Rh составляет 750—800.
Сплав платин а—к об альт.
Покрытия характеризуются высокой
коэрцитивной силой и постоянными
магнитными параметрами. Для полу-
чения таких покрытий применяют элек-
тролит, содержащий (г/л): кобальт
сернокислый ПО—125, магний серно-
кислый 80—100, кислоту борную 30—
40, кислоту гексахлорплатиновую 10—
15. Режим электролиза: температура
электролита 20—30 °C, pH = 3,04-3,2,
iK = 0,54-0,8 А/дм2, аноды — из пла-
тины. Покрытия содержат по 40—60%
платины и кобальта.
В неперемешиваемом электролите при
больших значениях iK покрытия полу-
чаются матовыми с порошкообразным
черным налетом, а при перемешива-
нии — качественными светлыми и по-
лублестящими. Повышение концентра-
ции сульфата кобальта приводит и
снижению предельного тока разряда
комплексных ионов платины.
Наиболее высокими магнитными па-
раметрами обладают покрытия, осаж-
даемые в интервале потенциалов от
—0,45 до —0,5 В. Процентное содержа-
ние кобальта в сплаве Pt—Со опреде-
ляется его растворением в 5%-ном
растворе серной кислоты, с последую-
щим титрованием трилином Б.
Со стали и никеля платиновые по-
крытия удаляют погружением деталей
в раствор (объем, доли, %): азотная
кислота (1,33 г/см8) 50, соляная кислота
(1,19 г/см8) 25, вода 25. Снятие покры-
тий ведут при температуре 15—25 °C.
Это раствор одноразового использова-
ния, он склонен к растравливанию ос-
новы. Регенерацию отработанных элек-
тролитов и извлечение платины из
промывных вод ванн-сборников ведут
путем пропускания сероводорода через
слабоконцентрированную соляную кис-
лоту. При прокаливании порошок
сернистой платины восстанавливается
до металла.
ПОКРЫТИЯ золотом
И ЕГО СПЛАВАМИ
СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ
ЗОЛОТЫХ ПОКРЫТИЙ
Золотые покрытия обладают рядом цен-
ных свойств: высокой электропроводи-
мостью и теплопроводностью, значи-
тельной отражательной способностью и
коррозионной стойкостью во многих
агрессивных средах. Цвет покрытий
(золотисто-желтый, от матового до
блестящего) не изменяется на воздухе
со временем. Они хорошо паяются,
эластичны и непористы при толщине
более 10 мкм. Микротвердость золотых
покрытий колеблется в пределах 50—
80, а износостойкость в 1,5 раза ниже,
чем у серебряных. Их удельное элек-
тросопротивление составляет 2,19—
2,45-10~° Ом-м, а плотность—18.6—
19,3 г/см3 (в зависимости от состава
электролита и режима электролиза).
Например, из цианистого щелочного
электролита плотность золотых покры-
тий равна 18,9—-19,2 г/см3, а из суль-
фидного— 18,6—18,7 г/см8.
Золотые покрытия применяют в боль-
шей мере в радиотехнической, элек-
тронной, приборостроительной и дру-
гих отраслях промышленности. На-
пример, их используют для контактных
пар электрических соединителей, для
печатных схем, для управляющих се-
ток электронных ламп, для электро-
вакуумных приборов, для спая с гер-
манием и кремнием и т. д. За рубежом
для этих целей расходуется около 70 т
золота в год.
Структура золотых покрытий в боль-
шей степени зависит от структуры
основного металла или подслоя, нахо-
дящихся под этим покрытием. Элек-
тронно-микростатическими исследова-
ниями установлено, что в золотых
покрытиях содержатся углерод, водо-
род, кислород и азот. Соотношение
этих элементов составляет: С : Н : О :
N = 1 : 3 : 0,14 : 6. Помимо этих ком-
понентов в золотых покрытиях могут
присутствовать: калий, натрий, фос-
фор, бор и некоторые другие элементы,
находящиеся в составе тех или иных
электролитов, применяемых при хими-
ческом или электрохимическом золоче-
нии.
Износостойкость золотых покрытий
в определенной степени связана с ре-
жимом электролиза и чистотой полу-
чаемых осадков. Так, при получении
покрытий из цианистого электролита
их износ составляет 0,15 мг/(ч-дм2), из
кислых электролитов с добавкой нике-
ля — 0,23 мг/(ч-дм2), а из кислого о
добавкой кобальта— 0,7 мг/(ч-дма).
Внутренние напряжения золотых по-
крытий небольшие; они могут быть
отрицательными (—) и положитель-
ными (+). Из цианистых щелочных
электролитов такие покрытия осаж-
даются при внутреннем напряжении
—14 МПа, из кислого цитратного при
нулевом, из кислого с добавкой никеля
при +154 МПа, а из кислого с добав-
кой кобальта при -f-280 МПа.
Золотые покрытия широко приме-
няют в часовой промышленности и
ювелирной технике, а также в меди-
цине для покрытия игл и другого ин-
струмента. В последнее время вместо
золотых стали применять покрытия
сплавами на основе золота: золото —
медь, золото — серебро, золото — се-
ребро — медь, золото — никель, золо-
то — кобальт и др.
Такие покрытия обладают повышен-
ной твердостью или износостойкостью,
меньшей пористостью или температур-
ной стойкостью, красивыми оттенками
цвета или лучшей способностью к
пайке или лужению.
214
Покрытия золотом и его сплавами
КИНЕТИКА ВОССТАНОВЛЕНИЯ
ЗОЛОТА НА КАТОДЕ
Электролиты для золочения можно
подразделить на цианистые и нецианис-
тые. В свою очередь, цианистые элек-
тролиты могут быть щелочными, ней-
тральными и кислыми. Обычно золото
в цианистые электролиты вводят в виде
комплексной соли KAu(CN)s, т е. в
в виде дициано-1-аурата калия. В
щелочных и нейтральных электроли-
тах золото существует в виде комплекс-
ного иона Au(CN)^. В кислых электро-
литах при pH 3,0 одновалентный
комплекс цианида золота разлагается
с образованием AuCN и KAu(CN)z.
Последний при таких условиях счи-
тается устойчивым.
Щелочные цианистые электролиты.
При измерении катодной поляризации
золота в концентрированных электро-
литах, содержащих 34 г/л Au и 5—10
г/л KCN, обнаруживаются пять отдель-
ных участков (рис. 102). При разбавле-
нии электролита значение предельных
токов понижается, что связано с увели-
чением степени диссоциации комплекс-
ных ионов и повышением концентрации
свободных ионов золота.
Понижение при переходе от участ-
ка IV к V поляризационной кривой
0Л
0
-0,4
-1,2
-2,0
-0,1 -0,2 -1,1 <р,В
Рис. 102. Кривые катодной поляризации
золота в цианистом электролите (г/л):
1 — Au 34, KCN10, К«СО134,Б; 2 — двух-
кратное разбавление; 3 — пятикратное
разбавление; 4 ** АиЗО. КС N 4,3 и
КяСО.30
сопровождается восстановлением па
катоде водорода и изменением внеш*
него вида золотых осадков. На участке
III они плотные с золотистым отливом,
а на участках IV и V — коричневые и
губчатые. С увеличением концентрации
свободного цианида до 70 г/л (при
содержании золота в электролите, рав-
ном 30 г/л) значение потенциала пони-
жается на 0,19 В. Это свидетельствует
о том, что при малой концентрации
свободного KCN в прикатодном слое
(в результате ионизации золота) значи-
тельно повышается концентрация ком-
плексных ионов с меньшим координа-
ционным числом.
Наряду с обычными щелочными
цианистыми электролитами золочения
применяют и такие, которые в своем
составе содержат блескообразователи.
Известными блескообразующими добав-
ками для щелочных цианистых элек-
тролитов являются: тиомочевина, се-
ребро в виде KAg (CN)a, триокснд
сурьмы, пропилендиамин и др. За
рубежом к таким добавкам относят
а-нафтол, кетоны, сероводород и др.
Для повышения рассеивающей способ-
ности таких электролитов применяют
ализариновое масло. Блескообразова-
тели способствуют сдвигу катодной
поляризации в сторону еще больших
отрицательных значений, не изменяя
при этом равновесный потенциал осаж-
дения золота. Тиомочевина способ-
ствует уменьшению предельного тока
и значения потенциала восстановления
золота. Блескообразователи позволяют
получать более мелкозернистую струк-
туру покрытий. Осадки золота при
этом имеют более ярковыраженное
поликристаллическое строение, чем ма-
товые золотые покрытия.
Кислые цианистые электролиты.
Катодная поляризация в таких элек-
тролитах находится в области более
положительных значений потенциалов
по сравнению с катодной поляри-
зацией для одновалентного комплекса.
Нецианистые электролиты. К таким
электролитам можно отнести цианид-
ферратные, этилендиаминовые, цитрат-
ные, фосфатные, оксалатные и др.
Катодная поляризация в цианидферрат-
ном электролите (рис. 103) указывает
на наличие двух предельных токов,
соответствующих восстановлению
Составы электролитов и режимы золочения
215
Рис. 103. Кривые катодной поляризации
золота при различной температуре элект-
ролита (°C):
1 — 18; 2 ~ 30; 3 — 70
ионов Fe(CN)0- и Au(CN)s. С повыше-
нием температуры растет скорость
восстановления Fe(CN)|~ вследствие
увеличения скорости диффузии. Второй
предельный ток вызван восстановле-
нием Au(CN)2- В большинстве случаев
цианидферратные электролиты рабо-
тают с нерастворимыми анодами.
СОСТАВЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ
И РЕЖИМЫ ЗОЛОЧЕНИЯ
Цианистые электролиты в большей
степени используют при пониженных
температурах и катодной плотности
тока не более 1 А/дм2 (табл. 43).
Анодный процесс в цианистых элек-
тролитах зависит (аноды — из золота)
от концентрации свободного цианида
и катодной плотности тока, а также от
количества кислорода, растворенного
в электролите. Цицианоаурат и цианид
калия, а также KaCOa при более высо-
кой их химической чистоте значительно
активируют анодный процесс. Замена
цианида калия цианидом натрия или
введение в электролит NaAu(CN)2 вмес-
то KAu(CN)2 приводит к полной пасси-
вации золотых анодов. Фосфорнокис-
лые соли натрия, находясь в нейтраль-
ных цианистых растворах, способст-
вуют равномерному растворению ано-
дов и увеличению анодного выхода но
току до 100%.
Увеличение концентрации золота
(при осаждении покрытий значитель-
ной толщины концентрация этого ме-
талла может достигать 60 г/л) и темпе-
ратуры электролита позволяет вести
электролиз при повышенных значениях
iK. Вместо золотых анодов нередко
применяют нерастворимые, изготовлен-
ные из платинированного титана или
стали 12Х18Н9Т. При работе с нераст-
воримыми анодами требуется часгая
корректировка электролита раствори-
мыми солями золота (дицианоаурата
калия или золотохлористоводородной
кислотой).
Для покрытия малогабаритных дета-
лей из меди и ее сплавов (по подслою
никеля или серебра) применяют элек-
тролит, содержащий (г/л): KAu(CN)a
в пересчете на металл 3—5, KCN
(свободный) 40—50, К2СО3 20—60.
Режим электролиза: температура 60—
70 °C, Sa : SK = 1 : 10 , iK = 0,34-
0,4 А/дм2, частота вращения барабана
10—15 мин-1, аноды — из золота, вы-
ход металла по току 70—75%.
Кислые или нейтральные цианистые
электролиты используют при изготов-
лении печатных схем или деталей,
состоящих из металла и керамики (из
металла и стекла). Для этой цели ис-
пользуют электролит (г/л): HAuCl4 х
X 4Н2О 40—50, K4Fe (CN)e 150—200,
Na2CO3 45—30. Режим электролиза:
температура 60—70 °C, iK~ 24-3 А/дм2,
аноды — из золота.
Для этих же целей применяют кис-
лый электролит — цианидно-цитрат-
ный, содержащий (г/л): дицианоаурат
калия (в пересчете на металл) 8—12,
лимонную кислоту 50—140. Режим
электролиза: температура 20 -60 °C,
pH = 4,54-6,0,iK = 0,34-0,5 А/дм2, ско-
рость осаждения 0,13—0,25 мкм/мин,
аноды — из платинированного ти-
тана.
Этилендиаминовые электролиты ис-
пользуют для золочения деталей не-
сложной конфигурации, изготовленных
из меди, алюминия, никеля и их спла-
вов. Состав одного из таких электроли-
тов (г/л): золото (в виде сульфата)
3—6, этилендиамин (20%-ный раствор)
30—90, аммоний сернокислый 10—15,
натрий сернокислый 10—15. Режим
электролиза: температура электролита
35—45 °C, »к= 0,54-0,8 А/дм2, аноды —
43. Составы электролитов и режимы золочения
Состав электролита Режим электролиза Примечание
Компоненты Концентра- ция, г/л Температу- ра, °C pH ^н’ А/дм» Скорость осаждения, мкм/мин
KAu(CN)a в пересчете на металл 4—10 45-50 11-12 0,2—0,5 0,09—0,13 Аноды — из стали 12Х18Н9Т или золота
KCN (свободный) 10—20
KAu(CN)j в пересчете на металл 8—12 20—60 4,5—6,0 0,3—0,5 0,13—0,25 Аноды — из платиниро- ванного титана
Кислота лимонная 50—140
KAu(CN)j в пересчете на металл 8—12 60—80 6,5—7,5 0,5—1,0 0,2-0,4 Аноды - - из платиниро- ванного титана; филь- трация электролита не- прерывная
Кислота лимонная 18—20
Калий лимоннокислый 150—160
Калий фосфорнокислый 35—50
Таллий сернокислпи 0,0007— 0,0008
KAu(CN)j в пересчете на металл 1—2 18—22 6,5—7,0 0,3—0,6 0,15-0,30 Аноды — из 12Х18Н9Т; электролит применяют для предварительного золочения
Трилон Б 10—15
Кислота аминоуксусная (гликокол) 30—40
Продолжение табл 43
Состав электролита Режим электролиза Примечание
Компоненты Концентра- ция, г/л Темпера- тура, ’С pH ZK- А/дм» Скорость осаждения, мкм/мин
KAu(CN)! в пересчете на металл 1,5—20 20—30 4,0—4,5 1-2 0,3—0,5 Аноды — из платиниро- ванного титана; элек- тролит применяют для предварительного золо- чения
Калий лимоннокислый 45—50
Кобальт сернокислый 0,3—0,4
KAu(CN), в пересчете на металл 7,5—8,0 18—30 11,0—11,5 0,5-1,0 0,15—0,3 Аноды — из золота или стали 12Х18Н9Т
KCN (свободный) 2,0—2,5
К,НРО4 20—25 35—45 — 0,5—0,8 0,25—0,4 Аноды — из золота
К,СО8 20—25
Золото (в виде сульфата) 5-6
Этилендиамин (20% -ный раствор) 30—90
Аммоний сернокислый 10—15
Натрий сернокислый 10-15
Покрытия долотом и его сплава ча
--------------------—----- 1 Составы электролитов и режимы золочения 217
318
Покрытия золотом и его сплавами
Продолжение табл. 43
Механизм восстановления сплавов на основе золота
219
из золота; скорость осаждения 0,25—
0,40 мкм/мин, частота вращения бара-
бана 10—20 мин-1.
Для предварительного золочения де-
талей из меди и ее сплавов, а также с
медным или никелевым подслоем (перед
осаждением сплавов на основе золота)
применяют электролит, содержащий
(г/л): дицианоаурат калия (в пересчете
на металл) 1.—2, трилон Б 10—15,
кислоту аминоуксусную (гликокол)
30—40. Режим электролиза: темпера-
тура 18—22 °C, pH = 6,54-7,0, Ц =
= 0,34-0,6 А/дм2, время золочения
30 с, аноды — из стали 12X18Н9Т,
соотношение Sa : SK 2:1.
МЕХАНИЗМ ВОССТАНОВЛЕНИЯ
СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ЗОЛОТА
Сплав золото—медь. Золото по сравне-
нию с медью имеет преимущественное
восстановление на катоде. Но если
повысить температуру электролита, то
вопреки правилам вначале происходит
на катоде восстановление меди, а затем
золота. Обычно разряд меди в цианис-
тых медных или медно-золотых раство-
рах происходит через комплекс
Cu(CN)|“. Золото же в цианистых
электролитах восстанавливается из ком-
плекса AufCN)^, который устойчив в
горячих и холодных растворах.
В цианистых электролитах (рис. 104)
существует область предельного тока
(даже при малой концентрации золота
по сравнению с концентрацией меди),
где происходит Восстановление только
эолота. В этом случае при увеличении
содержания золота в растворе потен-
циал восстановления сплава Au—Си
приобретает более положительные зна-
чения. С целью облегчения разряда
ионов Cu(CN)j и снижения щелочности
электролита в раствор вводят одно-
вамещенные фосфаты или тиомочевину.
Сплав золото—серебро. Из циани-
стых электролитов серебро осаждается
при более положительных потенциа-
лах, чем золото. Поэтому для получе-
ния сплавов, богатых золотом, в элек-
тролите должно находиться значи-
тельно больше золота, чем серебра.
На рис. 105 приведены кривые катод-
ной поляризации серебра, золота и
сплава Au—Ag из цианистого электро-
лита. С повышением катодной плот-
Рис. 104. Кривые катодной поляризации
Си, Аи н сплава Аи—Си:
1 — Си (15 г/л); 2 — Аи (1 г/л); 3 — Си
(15 г/л) н Аи (1 г/л); 4 — Си (15 г/л) и Аи
(4 г/л); б — Си (45 г/л) н Аи (2 г/л)
Рис. 105. Кривые катодной поляризации
серебра, золота и сплава Аи — Ag:
1— Ая(0,5г/л); 2 — Аи (1 г/л); 3 — Ag (I г/л)
и Аи (0,5 г/л); 4 — Ag (10 г/л) н Аи (1 г/л)
ности тока содержание золота в сплаве
быстро возрастает, а затем стабилизи-
руется. Добавка трилона Б способст-
вует сдвигу катодной поляризации в
область отрицательных значений потен-
циалов, а повышение температуры и
уменьшение концентрации свободного
цианида — увеличению значений по-
тенциала сплавообразования. При пере-
мешивании электролитов значительно
повышается предельный ток и увеличи-
вается доля серебра в сплаве.
Сплав золото—кобальт. Совместный
разряд эолота и кобальта (рис. 106)
220
Покрытия золотая и его сплавами
Ряс. 106. Кривые катодной поляризации
золота, кобальта и сплава Au—Со:
1 — Au (0,72 г/л) н Со (3,12 г/л); 2 — Со
(3,12 г/л); 3 — Au (0,72 г/л)
происходит в области более положи-
тельных потенциалов, чем при восста-
новлении отдельных металлов. При
этом соосаждение золота и кобальта
в сплав происходит с деполяризацией.
С увеличением концентрации ионов
золота (Au : Со > 2) на катоде восста-
навливается чистое золото. С увеличе-
нием катодной плотности тока повы-
шается содержание кобальта в сплаве
от 6 до 54% (при iK = 0,1 и 0,5 А/дмя
соответственно), но уменьшается зна-
чение цк. Пирофосфат калия позволяет
уменьшить катодную поляризацию и
Рис. 107. Кривые катодной поляризации
серебра, золота, меди и сплава Au—Ag—Со
в нейтральном цианистом электролите
(г/л) с перемешиванием (температура 70 °C
и pH - 7):
1 — AgO, 16; 2 — Cu2,6; 3 — An2,Б;
4 — Au2,6, AgO, 16. Cu2,6 в KCN1.6
Рис, 108. Кривые катодной поляризации
золота и сплава Au—Ag—Си из щелочно-
го цианистого электролита (г/л):
1 — 20 "С; 2 — 70 “С; 3 — с добавкой AgO, 4
и Си8 при 20 еС; 4 — то же, при темпера-
туре 70 °C (золото во всех случаях 4 г/л)
увеличить долю золота в сплаве Au—Со
(от 82 до 92% соответственно при 30
и 200 г/л).
Сплав золото—серебро—медь. Рав-
новесный потенциал сплавообразова-
ния (рис. 107) имеет более положитель-
ное значение, чем потенциалы восста-
новления золота и меди, и более отри-
цательное, чем серебро из электролита,
не содержащего свободный цианид.
Первый предельный ток обусловлен
восстановлением серебра и золота, а
второй — соосаждением в сплав меди
(при iK > 0,2 А/дм2); при повышении
концентрации свободного цианида по-
тенциал меди становится отрицатель-
нее, что способствует уменьшению ее
доли в сплаве Au—Ag—Си. Содержание
волота при этом в покрытии увеличи-
вается.
Отсутствие свободного цианида в
электролите приводит к получению
покрытий с большим содержанием меди
в сплаве (до 20% Си). Даже незначи-
тельное количество свободного цианида
(1,0—1,5 г/л) повышает долю золота
в сплаве и снижает содержание меди
в нем (77% Au, 10% Ag и 13% Си).
Изменение кислотности раствора от
5,5 до 7,0 влияет на состав покрытия:
содержание меди уменьшается от 28
до 15%, а содержание серебра остается
в пределах 10%. На рис. 108 приведены
кривые катодной поляризации золота
и сплава золото — серебро — медь иа
Рис. 109. Кривые катодной поляризации золота и сплава Au—’Sb — при тем-
пературе 60 °C):
1 — Au (8 г/л) и KCN (25 г/л); 2 — Au (8 г/л) и KCN (10 г/л); 3 — Au (4 г/л) и
KCN (25 г/л); 4 — Au (4 г/л) и KCN (10 г/л); Б — Au (6,8 г/л) и KCN (10 г/л) (во
всех случаях SbsO| =• 10 г/л в виде порошка)
щелочного цианистого электролита.
Присутствие ионов серебра и меди в
электролите обеспечивает выделение
золота в сплав со сверхполяризацией
(серебро восстанавливается при iK
0,05 А/дм2, а медь — при более
0,2 А/дм2).
Сплав золото—сурьма. Кривые ка-
тодной поляризации Au—Sb из само-
регулируемого цианистого электроли-
та, содержащего в качестве поставщика
ионов сурьмы ее оксид Sb2Os, представ-
лены на рис. 109. С увеличением кон-
центрации золота и свободного цианида
в электролите катодная поляризация
смещается в область положительных
значений, а первые предельные токи
повышаются от 0,2 до 0,4 А/дм2. При
этом на катоде увеличивается доля
соосаждаемой в сплав сурьмы, несмот-
ря на то что в растворе ее концентрация
составляет 0,01—0,05 г/л (при избытке
порошка SbaO3). Это связано с тем, что
потенциал сплавообразования стано-
вится более отрицательным и на катоде
преимущественно восстанавливается
сурьма. Повышение температуры элек-
тролита от 20 до 70 °C и pH способст-
вует увеличению количества сурьмы
в сплаве от 1 до 5%.
ОСАЖДЕНИЕ ПОКРЫТИЙ
СПЛАВАМИ НА ОСНОВЕ ЗОЛОТА
Покрытия сплавом золото — медь име-
ют розовато-золотистый оттенок, они
обладают повышенной твердостью и
износостойкостью по сравнению с чис-
тым золотым покрытием, а также краси-
вым внешним видом. Для получения
таких покрытий используют электро-
лит (г/л): дицианоаурат калия (в пере-
счете на металл) 3—5, медь цианистая
(в пересчете на металл) 3—3,5, цианид
калия (свободный) 1,0—1,5. Режим
электролиза: температура 60—80 °C,
pH = 7,54-7,8, /к = 0,14-0,2 А/дм2,
аноды — из платинированного титана
или стали 12Х18Н9Т. В таком электро-
лите получают покрытия, содержащие
90—95% золота и 5—10% меди. Зави-
симость механических свойств сплава
золото — медь представлена в табл. 44.
Для осаждения покрытий Au—Си
с повышенным содержанием меди при-
меняют электролит (г/л): KAu(CN)s в
пересчете на металл 1,0—1,5, CuCN
в пересчете на металл 4,5—6,0, KCN
(свободный) 4,5—6,0. Режим электро-
лиза: температура 45—50 °C, iK =
= 0,254-0,50 А/дм", аноды — из спла-
ва Au—Си. Такие покрытия содержат
40—45% меди и 55—60% золота. Они
в коррозионном отношении менее стой-
кие, чем золотые, но имеют красивый
внешний вид, их применяют в часовой
и ювелирной промышленности.
Покрытия сплавом золото—серебро
в отличие от гальванического сплава
Au—Си являются твердыми раствора-
ми. Добавки серебра вводят в цианис-
тые электролиты золочения в первую
очередь с целью получения блестящих
и более износостойких покрытий на
222
Покрытия золотом и его сплавами
44. Зависимость мнкротвердости и износостойкости сплава Ап—Си от его состава
Механические свойства покрытия Содержание золота в сплаве, масс, доли, %
100 94 88 80 73 63 66 60
Микротвердость Износостойкость, % по отношению к чи- стому золоту 100 100 150 130 200 145 230 263 250 327 270 355 250 387 250 410
основе золота. Для осаждения покры-
тий Au—Ag в промышленности приме-
няют электролит (г/л): дицианоаурат
калия (в пересчете на металл) 7—8,
дицианоаргентат калия (в пересчете
на металл) 0,7-—1,0 и цианид калия
(свободный) 100—150, трилон Б 25—
50. Режим электролиза: температура
15—25 °C, /„=0,24-0,8 А/дм2, ано-
ды — из стали 12X18Н9Т; покрытие
содержит 10—12% серебра.
Для осаждения покрытий Au—Ag
с малым содержанием серебра рекомен-
дуется электролит (г/л): KAu(CN)2 (в
пересчете на металл) 16—40, KAg(CN)2
(в пересчете на металл) 0,1—1,0, KCN
(свободный) 45—200. Режим электро-
лиза: температура 40—50 °C, 1К =
= 0,24-0,5 А/дм2, аноды — из золота
или платинированного титана.
В табл. 45 приведены некоторые свой-
ства покрытий золотом и сплавом
Au—Ag.
Покрытия сплавом золото—никель.
Легирование золота никелем позволяет
улучшать износостойкость и термо-
стойкость, а также снизить пористость
и повысить блеск золотых покрытий.
Для осаждения сплава Au—Ni ис-
пользуют электролит (г/л): дициано-
аурат калия (в пересчете на металл)
5—7, никель сернокислый 70—80,
кислота лимонная 50—70, трилон Б
40—80. Режим электролиза: темпера-
тура 40—50°С, pH =4,14-4,4, /к =
= 0,74-1,0 А/дм2, скорость осаждения
0,10—0,13 мкм/мин, аноды — из пла-
тинированного титана. Фильтрация
электролита периодическая, а на авто-
матических линиях непрерывная. При
покрытии деталей в барабанах <к =
= 0,14-0,3 А/дм2. Осадки при таких
условиях электролиза содержат 5—7%
никеля.
Для покрытия деталей коммутаци-
онных устройств и поверхностей, рабо-
тающих на трение, рекомендуется элек-
тролит (г/л): KAu(CN)2 (в пересчете на
металл) 5—7, NiSO4-7H2O (в пересчете
на металл) 1—3, кислота лимонная
80—120. Режим электролиза: темпера-
тура 15—45 °C, pH = 4,04-5,0, iK =
46. Свойства покрытий золотом и сплавом Au—Ag
Содержание золота, % Микротвер- дость покрытия Износо- стойкость покрытия, % Удельное электриче- ское сопро- тивление Р-104, Оы-м Переходное сопро- тивление, Ом, при 50 мА и нагрузке, мН
200 600
100 90 100 0,032 0,0016 0,0015
95 140 300 0,050 0,0013 0,0021
90 150 400 0,080 0,0035 0,0022
85 ' 160 450 0,089 0,0035 0,0022
70 180 450 0,089 0,0037 0,0023
65 185 500 0,115 0,0038 0,0025
60 190 500 0,115 0,0038 0,0025
Осаждение покрытий сплавами на основе золота
223
46. Физико-механические свойства покрытий Au—Ni и Au—Со
Содержание золота, % Микро- твердость покрытия Износо- стойкость покрытия, % Удельное электросо- противление Р- Ом-м Переходное сопроти- вление, Ом, при 50 мА, мН
200 500
100 105 Сплав эоло1 го—кобальт 0,034 0,0040 0,0030
95 290 10 1,140 0,0062 0,0040
85 300 15 1,150 0,0130 0,0075
95 • 200 Сплав золе 7 то—никель 0,150 0,0050 0,0040
90 220 10 0,220 0,0067 0,0040
85 250 10 0,400 0,0100 0,0040
= 0,34-1,5 А/дм2, скорость осаждения
0,05—0,2 мкм/мин, аноды — из плати-
нированного титана. Фильтрация элек-
тролита на автоматических линиях
постоянная, а в стационарных ван-
нах — периодическая. Соотношение
Sa : SK = (2:1)4-(6:1). Содержание ни-
келя в сплаве Au—Ni 0,5—1,5% . Внеш-
ний вид осадков блестящий с золотис-
тым оттенком.
Из триполифосфатпого электролита
можно осаждать покрытия Ац—Ni с
повышенным содержанием никеля. Со-
став электролита (г/л): дицианоаурат
калия (в пересчете на металл) 4,5—5,5,
никель—аммоний сернокислый 10—12,
триполифосфат калия 45—50, кислота
лимонная 17—20. Режим электролиза:
температура 40—45 °C, iK = 0,54-
1,0 А/дм2, скорость осаждения 0,10—
0,12 мкм/мин, аноды — из платиниро-
ванного титана. Содержание никеля в
сплаве 7—10% . Такие покрытия широ-
ко применяют в часовой и ювелирной
промышленности.
Покрытия сплавом золото—кобальт.
Такие покрытия осаждают из электро-
лита (г/л): дицианоаурат калия (в пере-
счете на металл) 8—10, кобальт (2)
сернокислый 7-водный 6,5—8,0, калий
лимоннокислый однозамещенный 50—
70, пиперазин 6-водный 3—5. Режим
электролиза: температура 20—30 °C,
pH = 4,54-5,5, iK = 0,54-0,7 А/дм2,
скорость осажденияО, 14—0,20 мкм/мин,
аноды — из платинированного ти-
тана. Покрытия содержат 0,5—2,5%
кобальта и обладают блестяще-зеркаль-
ным внешним видом.
Наряду с указанным составом при-
меняют и электролит (г/л): KAti(CN),
(в пересчете на металл) 1—4, К4Со X
X (Р2О7)В (в пересчете на металл) 1—4,
К4Р2О,-ЗН2О 80-120, KNaC4H4Oe X
X 4Н2О 40—50. Режим электролиза:
температура 45—50°С, pH = 74-8, iK =
= 0,5 : 0,7 А/дм2, скорость осаждения
0,14—0,18 мкм/мин, аноды — из пла-
тины. Содержание кобальта в сплаве
7—10%.
Основные свойства покрытий Au—Со
и Au—Ni приведены в табл. 46.
Покрытия сплавом золото—сурьма.
Такие покрытия применяют в приборо-
строительной, радиоэлектронной и юве-
лирной промышленности. Для осажде-
ния покрытия сплавом Au—Sb исполь-
зуют электролит (г/л): KAu(CN)2 (в
пересчете на металл) 4,5—5,5, KCN
(свободный) 10—15, К2СО3 15—20,
тартрат сурьмы 0,25—0,45. Режим
электролиза: температура 20—30 °C,
Як= 0,154-0,30 А/дм2, скорость осаж-
дения 0,03—0,07 мкм/мин, аноды —
комбинированные из золота и стали
12Х18Н9Т. Перемешивание электро-
лита способствует повышению содержа-
ния сурьмы в сплаве от 1,5 до 4%.
Блеск осадков Au—Sb сохраняется
при содержании в них сурьмы менее
5%. Увеличение концентрации золота
в электролите способствует получению
более блестящих покрытий с меньшим
224
Покрытия золотом и его сплавами
47. Характеристики покрытий сплавами на основе волота
Легирующий металл Содержание легирующего металла в сплаве, % Цвет покрытия Микро- твердость покрытия
Медь Серебро 10—15 10—25 Золотисто-розовый Золотисто-зеленый 200—300 130—150
Никель 0,1—0,2 3—5 Более 10 Золотистый Светло-золотой Белый 140—150 190—210 220—250
Кобальт Сурьма Индий 0,3—0,5 До 1,0 3—4 Золотисто-оранжевый Золотистый Светло-золотой 150—160 140—150 210—220
содержанием сурьмы и повышает зна-
чение iK. Твердость осадков Au—Sb
в 2—3 раза выше, а износ в 3—5 раз
меньше (при 4—5% Sb), чем у золотых
покрытий.
Для осаждения покрытий Au—Sb
применяют и саморегулируемый элек-
тролит, содержащий (г/л): KAu(CN)2
(в пересчете на металл) 4—7, KCN
(свободный) 50—60, К2СОЭ до 60,
Sb2O3 (порошок) 5—10. Режим электро-
лиза: температура 50—60 °C, iK =
= 0,24-0,3 А/дм2, скорость осаждения
0,05—0,07 мкм/мин, аноды — из золо-
та. При этом в электролите в раство-
ренном состоянии находится 0,05 г/л
сурьмы, а ее доля в сплаве равна
0,3—0,5%. Микротвердость таких по-
крытий 120—150, а износостойкость и
удельное электросопротивление в 2—
3 раза выше, чем у золотых.
Приготовление такого электролита
сводится к тому, что в обычный щелоч-
ной цианистый электролит золочения
вводят в избытке порошок оксида
сурьмы в перфорированном виниплас-
товом (полипропиленовом) приспособ-
лении, выложенном изнутри тканью
«хлорин». Если необходимо получить
покрытие с высоким содержанием зо-
лота, то из ванны достаточно удалить
приспособление с порошком.
Покрытия сплавом золото—серебро—
медь. Такие покрытия широко приме-
няют в оптической, часовой, радиотех-
нической и электронной промышлен-
ности. Они обеспечивают постоянство
механических и электрических свойств
при работе в любых условиях эксплуа-
тации на контактных деталях электри-
ческих соединителей. Осаждение по-
крытий Аи—Ag—Си ведут из электро-
лита (г/л): KAu(CN)2 (в пересчете на
металл) 4—7, KAg(CN)2 (в пересчете
на металл) 0,1—0,5, K2Cu(CN)3 (в пере-
счете на металл) 2,5—4,0, KCN (сво-
бодный) 50—70, К2СО3 до 60. Режим
электролиза: температура 15—25 °C,
i'K = 0,24-0,3 А/дм2, скорость осажде-
ния 0,05—0,07 мкм/мин, аноды — из
золота. При таких условиях на катоде
образуются покрытия, содержащие
97-98% Аи, 1,5—2,0% Ag и 0,5—
1,0% Си. Они имеют микротвердость
120—140, их износостойкость в 2—3
раза больше, чем у золотых, а удельное
и переходное сопротивление незначи-
тельно отличается от последних.
В табл. 47 представлены некоторые
данные о внешнем виде (цвете) и твер-
дости покрытий сплавами на основе
волота.
Покрытия сплавами золото—индий.
Такие покрытия обладают красивым
светло-золотым оттенком, а также (при
3—4% индия) повышенной твердостью
и коррозионной стойкостью. Для этой
цели используют электролит (г/л):
дицианоаурат калия (в пересчете на
металл) 4,0—4,5, индий сернокислый
7-водный 5,5—6,0, натрий лимонно-
кислый (трехзамещенный) 45—55, кис-
Осаждение покрытий сплавами на основе золота
225
лота лимонная 55—60. Режим электро-
лиза: температура 25—30 °C, »к =
= 0,7-=-0,8 А/дм4, pH = 3,54-3,6, ано-
ды — из платины или платинирован-
ного титана. Покрытия при таких усло-
виях содержат 4—6% индия, имеют
красивый внешний вид и микротвер-
дость 210—220.
Неполадки и дефекты при золочении.
Красный оттенок на золоченых деталях
возникает при наличии в электролите
значительного количества солей меди:
для устранения его необходимо прора-
ботать раствор на случайных катодах.
Белый или зеленоватый оттенок покры-
тия обусловлен примесями серебряных
солей в электролите. Светлый или
бледный оттенок золотого покрытия
связан с применением катодной плот-
ности тока ниже 0,05 А/дм2 или пони-
женной температуры электролита. Тем-
ный и рыхлый слой золота на деталях
связан с повышенной катодной плот-
ностью тока. Медленное осаждение
золота на катоде, пассивирование ано-
дов и падение концентрации золота в
растворе объясняется малой поверх-
ностью анодов, недостаточной концент-
рацией свободного KCN или присут-
ствием в электролите натриевых солей.
Удаление некачественных покрытий.
Золото во многих растворах имеет
положительное значение потенциала,
но в цианистых электролитах у золота
отрицательный потенциал и в большей
мере, чем у серебра в таких же электро-
литах.
Это свойство золота в ряде случаев
используют для снятия некачественных
покрытий с деталей из меди, никеля
и их сплавов. Для этой цели применяют
раствор, содержащий 120 г/л NaCN
и 35 мл/л HSO2 (30%-ный раствор).
Температура раствора 15—25 ЬС. Пере-
кись водорода добавляют в раствор
малыми порциями непосредственно пе-
ред удалением золотых покрытий.
Со стали и латуни золото снимают в
растворе (г/л): цианидферрат 50, циа-
нид калия 20, калий углекислый 10,
калий фосфорнокислый (кислый) до
pH = 9,0. Режим работы: температура
45—50°С, напряжение 2,5—3,0 В, ка-
тод — из платинированного титана или
эолота.
Из цианистых растворов (после сня-
тия некачественного покрытия) или
8 Мельников П. С.
отработанных электролитов золото вос-
станавливают на катоде (условия элек-
тролиза те же, что и при волочении)
или выделяют с помощью цинкового
или алюминиевого порошка. Последние
в виде возвратных отходов (после спе-
циальной обработки) отправляют на
заводы для вторичной переработки
драгоценных металлов.
Золотые покрытия можно удалять и в
царской водке. После удаления раствор
упаривают и разбавляют водой. Затем
в раствор добавляют железный купо-
рос, подкисленный НС1, до тех пор,
пока не выпадает осадок золота в виде
темного порошка. Этот порошок при-
меняют для приготовления хлорного
золота.
Покрытия сплавом золото—медь сни-
мают без Повреждения латунной или
бронзовой основы посредством анод-
ного растворения в H2SO4 (1,84 г/см8).
В качестве катода применяют свинец.
При толщине покрытия 3—5 мкм про-
цесс снятия заканчивается за 15—
20 мин (ia = 34-5 А/дм2). Конец сня-
тия сплава определяется по скачку
напряжения от 4 до 12 В. Этот способ
можно использовать и для удаления
чистого золота.
Некачественные покрытия сплавом
Аи—Ag—Си снимают в том же составе
электролита, в котором осаждают этот
сплав на детали. Для этой цели в коло-
коле вместимостью 5—7 л загружают
детали из расчета 25—30 дм2 и про-
цесс удаления покрытий ведут без тока
при вращении колокола. Скорость уда-
ления сплава около 3 мкм/ч.
Золото из окончательно обработан-
ных электролитов осаждают следую-
щим образом. В электролит добавляют
NaOH (до 10%-ной концентрации), по-
догревают до 50—60 °C и восстановле-
ние золота ведут контактным путем,
постепенно вводя в раствор полосы
алюминия толщиной 0,5—1,0 мм. Окон-
чание восстановления проверяют по
сохранению блестящей поверхности
алюминия. Затем осадок сплавляют
с бурой. При таком способе удаления
и регенерации безвозвратные потери зо-
лота составляют 0,012—0,022% общего
расхода этого драгоценного металла.
Содержание золота в первом сбор-
нике — улавливателе электролитов
(уносимых деталями с подвесками, ба-
Мб
Поарытия золотом и его сплавами
Рис. ПО. Микроструктура
(X 10 000) покрытий золо-
том и его сплавами:
а — золото из цианистого
электролита при 70 °C и
0,2 А/дм1; б — сплав Au—
Ag—Си из цианистого элек-
тролита при 20 °C и 0,25
А/дм1; в — сплав Au—Sb
из цианистого электролита
при 20 °C и 0,3 А/дм1; г —
сплав Au—Cd из цианистого
электролита при 20 °C и
0,4 А/дм1; д — сплав Au — Ni
нз цианистого цитратного
электролита при 20 °C и
0,2 А/дм1
рабанами) составляет не более 0,5 г/л,
во втором — не более 0,1 г/л и в
третьем — только следы.
Большинство предприятий раствор из
первого сборника используют для кор-
ректировки или пополнения содержи-
мого рабочих ванн золочения, а рас-
творы из второго и третьего сборников
упаривают до сухого остатка, который
направчяется для извлечения из него
золота на заводы вторичной перера-
ботки драгоценных металлов. Пред-
приятия для этой цели применяют
ионообменный способ концентрирова-
ния таких растворов до состава, ис-
пользуемого при золочении серийной
продукции.
В процессе золочения, удаления не-
качественных покрытий или регенера-
ции отработанных электролитов и про-
мывных вод естественно образуются
потери. Потери золота, как и других
металлов, можно подразделить на без-
возвратные потери и возвратные отхо-
ды.
Для регенерации золота из отрабо-
танных электролитов используют жид-
костную экстракцию. В качестве экс-
трагента применяют триалкиламин в
виде 0,2 М раствора в керосине. Рас-
твор экстрагента является более лег-
кой фазой, не смешивающейся с водой
или электролитами золочения. При пе-
ремешивании электролита и экстра-
гента золото полностью переходит в ор-
ганическую фазу. Имеющиеся в элек-
тролитах другие металлы в органиче-
скую фазу не переходят. Таким обра-
Осаждение покрытий сплавами на основе золота.
227
эом, золото не только извлекается в
экстрагент, но одновременно очищает-
ся от примесей.
Экстракция золота, промывка экстра-
гента и реэкстракция осуществляются
в одном экстракторе типа «смеситель —
отстойник». Движение водной и орга-
нической фаз происходит многосту-
пенчатым противотоком. Обе фазы сме-
шиваются в камере смешивания при
вращении мешалок турбинного типа.
Отстаивание (разделение) фаз осу-
ществляется в камерах отстаивания.
Насыщенный золотом экстрагент под-
вергается дополнительной промывке от
примесей 10%-ным раствором серной
кислоты при соотношении объемов вод-
ной и органической фаз, равным 7:1.
Из насыщенного экстрагента золото
переводят в раствор цианистого ка-
лия (30—40 г/л). Этот метод применим
для регенерации золота из отработан-
ных электролитов и промывных вод.
Он позволяет практически полностью
использовать золото в гальванических
цехах. Микроструктура покрытий зо-
лотом и сплавами на его основе пред-
ставлена на рис. НО.
8»
покрытия свинцом
ГЛАВА 4\J и Его СПЛАВАМИ
СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ
СВИНЦОВЫХ ПОКРЫТИЙ
Покрытия свинцом и его сплавами при-
меняют для защиты металлических из-
делий от воздействия серной кислоты,
сернистых газов и других сернистых
соединений. Свинцеванию подвергают
изделия из стали, чугуна, меди, алю-
миния и их сплавов. Такие покрытия
также хорошо противостоят газообраз-
ному хлору, но фтором они разруша-
ются быстро. В целях надежной за-
щиты деталей от коррозии применяют
толстослойные свинцовые покрытия
толщиной 70—150 мкм, так как в этом
случае они являются беспористыми.
На воздухе свинцовые покрытия оки-
сляются только сверху (без проникно-
вения вглубь). В дистиллированной
воде они ведут себя хуже, чем в техни-
ческой, что объясняется образованием
пленки из углекислого свинца. Меха-
ническая прочность изделий со свин-
цовым покрытием значительно выше
прочности изделия из свинца, так как
свинец намного мягче железа. Освин-
цованное железо характеризуется хо-
рошей деформируемостью. В этом слу-
чае свйнцовые покрытия играют роль
смазки, чем и облегчают штампуемость.
Они прекрасно сцепляются с лако-
красочными покрытиями. Свинцовые
покрытия используют также для сни-
жения коэффициента трения между
деталями, так как свинец обладает хо-
рошими антифрикционными свой-
ствами.
В гальванотехнике свинцовые по-
крытия применяют для защиты подве-
сочных приспособлений от растворе-
ния при таких анодных процессах, как
электрополирование в растворах сер-
ной, хромовой и фосфорной кислот.
Микротвердость электролитически оса-
жденного свинца составляет 4—7, а
его удельное электрическое сопротив-
ление 0,207 Ом-мм.
СОСТАВЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ
И РЕЖИМЫ СВИНЦЕВАНИЯ
Для осаждения свинцовых покрытий
на детали из стали, чугуна, меди и ее
сплавов применяют электролит, со-
держащий (г/л): свинец борфтористый
125—200, кислоту борфтористоводород-
ную (свободную) 40—60, клей мездро-
вый 0,5—1,0. Режим электролиза: тем-
пература 15—30 °C, iK = 0,5ч-
2.0 А/дма, скорость осаждения 0,25—
1,0 мкм/мин, аноды — из свинца.
Для деталей, изготовленных из алю-
миния и его сплавов, используют элек-
тролит (г/л): л-фенолсульфокислоты
свинцовая (2) соль 170—180, п-фенол-
сульфокислота 20—25, клей мездровый
0,4—0,5. Режим электролиза: темпе-
ратура электролита 15—30 °C, tK =
= 0,5ч-1,0 А/дм®, скорость осаждения
0,25—0,5 мкм/мин, аноды — из свинца,
соотношение Sa : SK = (0,8 : 1) ч-
(1 : 1). Обработку сначала проводят
при iK = 0,5 А/дма до полного покры-
тия свинцом всей поверхности деталей.
После этого катодную плотность тока
доводят до 1,0 А/дма и продолжают
свинцевание до получения требуемой
толщины.
Для осаждения свинцовых покрытий
значительной толщины используют три-
полифосфатный электролит (г/л): три-
полифосфат натрия 100—150, свинец
углекислый (в пересчете на металл)
15—20, трилон Б 30—40, желатина
0,1—0,3. Режим электролиза: темпера-
тура 50—60 °C, iK = 0,54-0,8 А/дм»,
1а = 0,15 А/дм®, т]н = 704-100 %, ано-
ды — из свинца. Из такого электролита
покрытия даже при толщине более 1 мм
получаются светлыми и мелкозерни-
стыми.
Составы электролитов и режимы свинцевания
229
С увеличением температуры электро-
лита предельный ток в этом электроли-
те снижается, а равновесный потен-
циал катода несколько сдвигается в
сторону положительных значений
(рис. 111). При введении в электролит
трилона Б и желатины (при прочих
равных условиях электролиза) катод-
ная поляризация сдвигается в сторону
отрицательных значений и осадки ста-
новятся гладкими и мелкокристалли-
ческими.
Для свинцевания используют также
и борфтористоводородный электролит,
содержащий (г/л): 2РЬСО3-РЬ(ОН)г
200—250, HF 50—60, НвВО3 20—25,
клей столярный 0,15—0,25. Режим
электролиза: температура 15—25 °C,
»к = 1,04-1,5 А/дма, скорость осажде-
ния 0,50—0,75 мкм/мин, аноды — из
свинца. Из такого электролита полу-
чают непористые покрытия толщиной
более 100 мкм. При повышении кон-
центрации Н8ВОЯ увеличивается ста-
бильность электролита и исключается
возможность образования шлама из
фтористого свинца.
Для свинцевания медных или нике-
лированных деталей применяют элек-
тролит (г/л): сульфамат свинца 50—
150, кислота сульфаминовая (свобод-
ная) 50—100, клей столярный 1,0—1,5.
Режим электролиза: температура 15—
25 °C, pH =1,04-1,5, iR= 1,54-
2,0 А/дм®, аноды — из свинца, ско-
рость осаждения 0,75—0,9 мкм/мин.
В процессе электролиза необходимо по-
стоянное перемешивание. Независимо
от состава электролита свинцовые ано-
ды не должны содержать сурьму, медь,
серебро. Примеси этих металлов вызы-
вают шероховатость покрытий. Незна-
чительное содержание в свинцовых
анодах висмута, олова или цинка не
влияет на качество свинцовых покры-
тий.
Применяют перхлоратный электро-
лит свинцевания, содержащий (г/л):
свинец углекислый 63—77, кислоту
хлорную (в пересчете на 100%-ную)
62—75, синтанол ДС-10 1—4. Режим
электролиза: температура 15—25 °C,
iK = 1,04-1,5 А/дм2, скорость осажде-
ния 0,5—0,75 мкм/мин, т]н = 994-100% ,
аноды — из свинца марки С1. Анодный
выход по току 101—103% без заметного
ш ламообразования.
Рис 111. Кривые катодной поляризации
свинца из триполифосфатного злсттроли-
та:
1 — 40 °C; 2 — 60 °C; 3 — с добавкой три-
лона Б 30 г/л (60 °C); 4 — с добавкой три-
лона Б 30 г/л и желатины 0.3 г/л при 60 °
По сравнению с известными элек-
тролитами такой состав характери-
зуется повышенной рассеивающей спо-
собностью. Он стабилен при хранении
и эксплуатации. Электролит готовится
растворением углекислого свинца в со-
ответствующем количестве 57% -ной
хлорной кислоты с последующим дове-
дением водой объема раствора до задан-
ного значения. Синтанол ДС-10 вво-
дится в готовый электролит в виде
10%-ного водного раствора.
Наряду с кислотными электролитами
для свинцевания применяют щелочные
(пирофосфатные и плюмбитные) элек-
тролиты. Так, пользуются электроли-
том, содержащим (г/л): свинец в пере-
счете на металл 10—15, пирофосфат
калия 3-водный 95—100, закрепитель
«Устойчивый-2» 1,5—2,5. Режим элек-
тролиза: температура 55—65 °C, iK =
= 0,5—1,0 А/дм2. аноды — из свинца
марки С1. скорость осаждения 0,20—
0,45 мкм/мин. Перемешивание позво-
ляет повысить /н до 4 А/дм2. К закрепи-
телям, применяемым в таких электро-
литах, можно отнести ДЦУ, ДЦМ, У-2
и др. Все они представляют собой про-
дукт конденсации дициандиамида с фе-
нолформальдегидом. В основном эти
«.закрепители» способствуют получе-
нию гладких свинцовых покрытий без
дендритов.
Из плюмбитных электролитов сле-
дует привести в качестве примера со-
став (г/л): свинец уксуснокислый 75—
90, натр едкий 190—210, калий—на-
230
Покрытия свинцом и его сплавами
трий виннокислый 45—55, канифоль
5,5—6,5. Режим электролиза: темпера-
тура 60—70 °C, /к= 1,04-1,5 А/дм8,
скорость осаждения 0,4—0,6 мкм/мин,
аноды — из свинца. Тартраты в таком
электролите играют роль депассивато-
ра.
К основным неполадкам и дефекта-*
при свинцевании можно отнести сле-
дующие. Крупнокристаллический оса-
док по всей поверхности катода имеет
место при недостатке клея или другого
ПАВ, а также при пониженном содер-
жании свободной кислоты. Шлам из
фтористого свинца образуется в слу-
чае недостатка борной кислоты в элек-
тролите. Плохое сцепление покрытий
с основным металлом объясняется на-
водороживанием деталей в процессе
их подготовки перед свинцеванием или
недостаточной очисткой деталей вооб-
ще.
Наросты на краях деталей, а также
значительное газовыделение на катоде
имеют место при высокой 1К или из-
бытке свободной кислоты.
Удаление некачественных покрытий.
Свинец, как и олово, растворим во мно-
гих кислотах и щелочах. Покрытия со
стальных, медных и латунных деталей
удаляют в растворе, содержащем (объ-
ем. доли, %): уксусную кислоту (ледя-
ную) 0,24, перекись водорода (30% -
ный раствор) 0,04 и воды 0,72. Темпе-
ратура раствора 15—25 °C.
При этом скорость удаления свин-
цовых покрытий составляет около
200 мкм/ч. Сталь при растворении
свинцовых покрытий несколько рас-
травливается.
Для анодного растворения свинцо-
вых покрытий на стальной основе ис-
пользу’от раствор NaOH (50—60 г/л)
при температуре 20—80 °C и напряже-
нии 2 —4 В. Катодом при этом служит
сталь. Для увеличения скорости рас-
творения свинца в этот раствор реко-
мендуется вводить соль Рошеля (40—
50 г/л). Свинец и его сплавы имеют
сравнительно низкую температуру
плавления, поэтому их можно удалять
посредством нагрева деталей до темпе-
ратуры расплавления свинца или спла-
вов на его основе. Аналогично оло-
вянным покрытиям свинцовые можно
удалять в расплавленных щелочах.
ПОКРЫТИЯ СПЛАВАМИ
НА ОСНОВЕ СВИНЦА
Сплав свивец—индий. Такие покры-
тия, получаемые гальваническим спо-
собом, используют в качестве анти-
фрикционных, работающих в условиях
повышенных давлений и скоростей
скольжения. Сплав РЬ—in, осаждае-
мый электролитическим способ ом, яв-
ляется более однородным по всей тол-
щине слоя, чем термодиффузионный.
В промышленности для осаждения
покрытий сплавом РЬ—In применяют
электролит (г/л): свинец углекислый
80—100, индий (в пересчете на металл)
20—25, кислота борфтористоводород-
ная (свободная) 10—20. Режим элек-
тролиза: температура 15—45 °C, iK —
— 1,04-3,0 А/дм8, скорость осаждения
0,5—1,5 мкм/мин, аноды — из свинца.
При таких условиях получают покры-
тия светлые и пластичные, имеющие
микротвердость 2,5—3,0 и содержание
10—12% индия. При составлении элек-
тролита углекислый свинец или свин-
цовый глет растворяют в IlBF^.. Затем
в этом растворе анодно растворяют
индий при 1Я = 5 А/дм8 (катод — из
платинированного титана).
Из сульфаматных электролитов мож-
но получать покрытия, содержащие
5—8% индия. Для этой цели исполь-
зуют электролит (г/л): свинец сульфа-
миновый 20—30, индий сульфамино-
вый 175—200, желатина 0,3—0,5. Ре-
жим электролиза: температура 15—
25 °C, iK = 0,24-0,3 А/дм8, скорость
осаждения 0,10—0,15 мкм/мин, ано-
ды — из свинца. При таких условиях
на катоде формируются покрытия,
имеющие светлый оттенок и надежное
сцепление с основой.
Сплав свинец—таллий. Такие покры-
тия используют при изготовлении не-
растворимых анодов, работающих в
кислых электролитах. Добавка тал-
лия способствует увеличению темпе-
ратуры плавления свинца. Такие по-
крытия применяют также в качестве
антифрикционных. В промышленности
при нанесении сплава РЬ—Т1 на сталь,
медь и ее сплавы используют электро-
лит, содержащий (г/л): свинец бор-
фтористый 60—65, таллий борфтори-
стый 55—60, кислоту борфтористово-
дородную 500—530, алоив 4—5. Режим
Покрь'тия сплавами на основе свинца
231
электролиза: температура 15—25 °C;
iK = 1,04-1,5 А/дм2, скорость осажде-
ния 0,5—0,75 мкм/мин, аноды — из
сплава РЬ—Т1 (по 50% каждого). При
этом получают светлые и плотные осад-
ки, имеющие в своем составе 20—30%
свинца.
Сплав свинец—марганец. Покрытия
сплавом свинец — марганец при содер-
жании в них 3—20% марганца, имеют
микротвердость в 3—6 раз большую,
чем свинцовые, а по коррозионной
стойкости (в средах, присущих экс-
плуатации свинцовых покрытий) не
уступают последним. Так, например,
по коррозионной стойкости в 10%-ной
серной кислоте покрытия свинец —
марганец можно отнести к группе стой-
ких покрытий.
Результаты испытания покрытий
сплавом РЬ—Мп на износостойкость
в морской воде показывают, что такие
покрытия в 2 раза износоустойчивее,
чем свинцовые. Если же учесть нали-
чие огромных запасов марганца в СССР
по сравнению с дефицитным свинцом,
то замена свинцовых покрытий спла-
вом РЬ—Мп становится вполне обосно-
ванной.
Для осаждения высококачественных
покрытий сплавом свинец—марганец
в промышленности применяют электро-
лит, содержащий (г/л): марганец (в пе-
ресчете на металл) 20—25, оксид свин-
ца (РЬО) 20—25, цитрат аммония 120—
125, трилон Б 40—45, клей столярный
1,0—1,5, лаурилсульфат натрия 0,10—
0,15. Режим электролиза: температура
электролита 25—35 °C, pH = 5,04-7,0,
tK — 14-4 А/дм2, вместо лаурилсульфа-
га натрия можно применять моющее
средство ^Прогресс».
Наиболее высокое содержание мар-
ганца (~23%) в сплаве при pH = 5,0
и температуре электролита 20 °C. По-
вышение pH электролита и темпера-
туры приводит к уменьшению доли мар-
ганца в сплаве. С увеличением iK со-
держание марганца в покрытиях по-
вышается, то же самое наблюдается и
при увеличении концентрации марган-
ца в растворе. Соотношение содержа-
ния Мп к цитрату аммония или оксида
свинца к трилону Б должно поддержи-
ваться в электролите, равным 1:1.
Уменьшение концентрации комплек-
сообразователя приводит не только
к ухудшению качества осадков, но и к
нарушению стабильности состава спла-
ва РЬ—Мп.
ПГ АНОДНО-ОКСИДНЫЕ,
ГЛАВА ОКСИДНЫЕ И ФОСФАТНЫЕ
ПОКРЫТИЯ
СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ
АНОДНО-ОКСИДНЫХ ПОКРЫТИЙ
Анодно-оксидные покрытия применяют:
для защиты деталей от коррозии и исти-
рания; для декоративной отделки поли-
рованных или окрашенных поверхно-
стей; в качестве грунта для лакокра-
сочных покрытий и других органиче-
ских пленок; как подслой под металли-
ческие покрытия; для специальных це-
лей, связанных с особыми свойствами
(электрическая и тепловая изоляция,
большая пористость и высокая степень
адсорбции и др.).
Анодно-оксидные покрытия электро-
изоляционные, получаемые из серно-
кислых электролитов, обладают зна-
чительной износостойкостью. Обычно
их наносят на алюминиевые сплавы,
содержащие более 5% тяжелых метал-
лов. Из хромовокислых электролитов
такие покрытия наносят на клепаные
конструкции или детали с соединения-
ми внахлестку и углублениями. Эти
покрытия не обладают высокой износо-
стойкостью или коррозионной стой-
костью и применяются для защиты
алюминиевых легких сплавов. Анодно-
оксидные покрытия из щавелевокислых
электролитов осаждают на проволоку
и тонкую ленту. Они обладают боль-
шой пластичностью; их толщина может
достигать 60 мкм. Твердое анодно-ок-
сидное покрытие применяют для дета-
лей, работающих на трение, а эматаль-
покрытие — для обеспечения краси-
вого внешнего вида и коррозионной
стойкости деталей, изготовленных из
деформируемых сплавов типа АВ, АМц,
АМг и др.
Защитно-декоративные анодно-ок-
сидные покрытия могут быть бесцвет-
ными или серыми в зависимости от хи-
мического состава обрабатываемого
алюминиевого сплава. Цвет износостой-
кого (глубокого) анодно-оксидного по-
крытия может изменяться от темно
серого до черного. Покрытие харак-
теризуется высокой стойкостью к исти-
ранию, особенно после пропитки его
смазочными маслами. Рекомендуемая
толщина 50—60 мкм. Твердость изно-
состойкого покрытия зависит от ре-
жима анодирования и состава покры-
ваемого сплава. Так, на чистом алюми-
нии микротвердость пленки составляет
1000, на техническом алюминии 600,
на алюминиевых сплавах 195—385.
Цвет электроизоляционного покры-
тия изменяется от серого до темно-
серого. Толщина покрытия 15—120 мкм
(в зависимости от назначения). Оно
характеризуется хрупкостью, высоким
электрическим сопротивлением. Для
сплавов АМг, АМц и АД-1 при толщине
пленки 60—100 мкм пробивное напря-
жение составляет 350—600 В, а для
сплавов Д16 и В95 (при толщине по-
крытия 40—60 мкм) — 300—400 В.
Эматаль-покрытия в зависимости от со-
става электролита могут быть декора-
тивными, защитными и износостой-
кими. Их микротвердость равна 150—
200 при толщине 5—7 мкм и 650—700
при толщине 10—14 мкм.
При анодировании размеры деталей
увеличиваются примерно на 0,15 тол-
щины покрытия (на сторону). Качество
анодного покрытия с улучшением ка-
чества обработки поверхности деталей
повышается. Отражательная способ-
ность полированного и анодированного
алюминия или его сплавов уменьша-
ется в следующем порядке: А99, А97,
А7, АД-1, АМг1, АД31. Детали с твер-
дым анодным покрытием можно под-
вергать механической обработке. При
температуре выше 100 °C или деформа-
циях анодные покрытия (пленки) склон-
ны к растрескиванию. Для деталей из
сплавов, содержащих более 5% меди,
Механизм образования анодно-оксидных покрытий
233
не рекомендуется применять твердые
анодные покрытия или покрытия из
хромовокислого электролита. На де-
тали из сплавов, содержащих более 3%
меди, наносить эматаль-пленку не ре-
комендуется.
При электроизоляционном анодиро-
вании следует применять щавелевокис-
лый электролит с последующим нане-
сением специальных лаков. При серно-
кислом анодировании шероховатость
поверхности значительно увеличивает-
ся (при остальных — в меньшей сте-
пени). Диаметр деталей после нанесе-
ния эматаль-покрытия увеличивается
примерно на 10 мкм.
МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ
АНОДНО-ОКСИДНЫХ ПОКРЫТИЙ
Все анодно-оксидные покрытия на алю-
минии или его сплавах в той или иной
степени пористые. Рост анодной пленки
продолжается до тех пор, пока ско-
рость ее образования превышает ско-
рость ее растворения. Максимальная
толщина оксидного покрытия зависит
от состава электролита и условий элек-
тролиза, особенно от температуры,
влияющей на скорость растворения.
Схема образования анодно-оксидной
пленки на алюминии (из сернокислого
электролита) представлена на рис. 112.
Рис. 112. Схема образования анодно-ок-
сидного покрытия из сернокислого элект-
ролита
Анодно-оксидные покрытия из хро-
мовокислых электролитов содержат по-
мимо А1,Оа до 0,5% хрома. В покры-
тиях из сернокислых и щавелевокис-
лых электролитов помимо оксида алю-
миния, содержится (масс, доли, %):
15 воды, 14 SO8h 3 СООН (содержание
воды соответствует формуле 2А1,О3 х
X наО).
По результатам исследований строе-
ния электроизоляционное анодно-ок-
сидное покрытие в основном состоит из
у = А1,Оа. При этом вода в таком по-
48. Число пор в анодно-оксидных покрытиях
Состав электролита Температу- ра. °C Напряже- ние, В Число лор п-10» на 6,2В см*
Компонент электролита Содержание компонента, масс, доли, %
Серная кислота 15 10 15 498
Щавелевая кислота 2 24 20 230
40 75
Хромовая кислота 3 29 20 140
40 52
60 27
234
Анодно-оксидные, оксидные и фосфатные покрытия
крытии химически не связана, за ис-
ключением верхних слоев покрытия,
где она находится в виде Д12О#-НаО.
Анодно-оксидное покрытие состоит
из двух слоев: пористого толстого
внешнего слоя и тонкого внутреннего,
который является плотным и электро-
изоляционным. Последний называют
барьерным, или диэлектрическим, сло-
ем, составляющим 0,5—2,0% общей
толщины покрытия. Этот слой обра-
зуется в начале анодирования при вы-
соком напряжении, и его толщина из-
меняется прямо пропорционально ра-
бочему напряжению и обратно про-
порционально растворимости оксида
в данном электролите. Средняя толщи-
на диэлектрического слоя анодных по-
крытий равна 0,03—0,05 мкм.
При электроизоляционном анодном
оксидировании алюминия в 15%-ной
H2SO4 при 21 °C и ta = 1,3 А/дм2 ско-
рость роста покрытия составляет около
20 мкм/ч, а скорость растворения окси-
да равна 3 мкм/ч. В табл. 48 приведена
зависимость пористости анодно-оксид-
ных покрытий от состава электролита
и напряжения.
АНОДНО-ОКСИДНЫЕ ПОКРЫТИЯ
АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ
Стандартный потенциал алюминия —
1,67 В, но вследствие склонности ме-
талла к пассивированию последний
приобретает менее отрицательный по-
тенциал (—0,5 В) Коррозионная стой-
кость алюминия и его сплавов зависит
от количества примесей или специально
введенных в металл (сплав) добавок,
а также от качества и вида анодно-
оксидного покрытия.
Анодирование в сернокислом элек-
тролите. Детали, изготовленные из
Д16, AMrl, АВТ 1 и других сплавов
методом штамповки или точения, а
также методом литья из сплава типа
АЛ9, АЛ11, АЛ22, АЛ32, АЛ34 (пори-
стость отлитых деталей должна быть
не выше 3-го класса), с целью повыше-
ния коррозионной стойкости и улуч-
шения товарного вида анодируют в рас-
творах серной кислоты. Подготовка
деталей под анодирование в основном
ведется по технологии, применяемой
в гальванотехнике при открытии изде-
лий из алюминия и его сплавов. Сер-
нокислый электролит анодирования
содержит 180—200 г/л HjSO4 (1,8—
1,82 г/см3). Режим электролиза: тем-
пература 15—23 °C, ia= 0,5-i-2,0 А/дм2,
напряжение на клеммах ванны до 24 В,
Sa= 0,54-1,0 дм2/л, время анодиро-
вания 15—60 мин, катоды — из свинца.
Продолжительность обработки уста-
навливают в зависимости от требова-
ний, предъявленных к покрытию, на-
пример: для окраски органическими
красителями в светлые тона 15—
25 мин; в темные тона 40—60 мин. В
технически обоснованных случаях до-
пускается повышать температуру до
25 °C. Вместо свинцовых катодов мож-
но использовать сталь марки 12Х18Н9Т
или алюминий А00.
В процессе анодирования по мере
роста оксидного покрытия плотность
тока самопроизвольно падает. После
соответствующей промывки в холод-
ной, а затем в горячей воде детали за-
гружают в ванну с горячей дистилли-
рованной водой или с раствором, со-
держащим 100 г/л К2Сг2О7 и 18 г/л
NaoCOj (температура раствора 90—
95 °C, pH = 6ч-7, продолжительность
до 10 мин). Эта операция предназначе-
на для гидратирования оксида и замы-
кания пор в результате увеличения
объема окисла.
После включения тока за 1—2 мин
напряжение достигает предельного зна-
чения, причем с увеличением силы тока
напряжение увеличивается незначи-
тельно. Это указывает на то, что при
более высоких значениях ta получаются
покрытия с меньшим сопротивлением
вследствие нагревания электролита, на-
ходящегося в порах. Поэтому в про-
цессе анодирования необходимо посто-
янное охлаждение электролита. Опти-
мальную плотность тока нужно выби-
рать с учетом температуры (рис. 113).
При повышении температуры электро-
лита от 20 до 50 °C толщина оксидной
пленки уменьшается более чем в 10 раз.
Анодно-оксидные покрытия обра-
зуются в результате окисления основ-
ного металла, в отличие от металличе-
ских или лакокрасочных покрытий они
имеют надежное сцепление. Покрытия,
полученные из сернокислого электро-
лита на чистом алюминии, имеют наи-
большую твердость, близкую к твер-
Анодно-оксидные покрытия алюминия и его сплавов
235
дости естественного кварца и топаза
(шлифовальная шкурка не оставляет
на них следов). Так, микротвердость
анодно-оксидного покрытия, сформи-
рованного из сернокислого электро-
лита, при ia = 2,5 А/дм2 и -емпературе
14 °C составляет 770, а при 30 °C 185—
225.
Анодирование в сульфасалициловом
электролите. Детали, изготовленные
методом точения и имеющие посадочные
места, желательно анодировать в трех-
компонентном электролите (г/л): суль-
фасалициловая кислота (CjHjOo х
X 2Н,О) 80—100, щавелевая кислота
(QHjO^ 30—40, серная кислота 3—5.
Режим электролиза: температура 5—
15 “С, iB = 1,5 А/дм2, напряжение 70—
85 В. время выдержки 100 мин. Микро-
твердость таких покрытий составляет
350— 650, а их толщина достигает
20 мкм.
Наряду с этим электролитом реко-
мендуется применять ч электролит со-
става (г/л): кислота сульфасалицило-
вая 2-водная 90—100, кислота щаве-
левая 27—33, кислота серная 2—4. Ре-
жим электролиза: температура 10—
28 °C, ip = 1,5-4-3,0 А/дм2, напряжение
до 100 В, время выдержки 20—120 мин,
катоды — из стали 12Х18Н9Т.
Цвет оксидной пленки зависит от со-
става сплава Допускается применять
сборочные единицы с негерметизиро-
ванными прерывистыми швами, непод-
вергающиеся в процессе эксплуатации
статическим и циклическим нагрузкам,
с последующим кипячением в дистил-
лированной воде. Эти трехкомпонент-
ные электролиты для анодирования
литейных сплавов применять не разре-
шается. Для сплавов Д16, В95 реко-
мендуемая температура 5—15 °C, а для
АМг, АМц, АВ 17—23 °C, для АМг2
22—28 °C. Для сплавов Д16 и В95 ia =
= 15 А/дм2, для АМг2 1В = 3 \/дм2,
а для АМгЗ, АМгб и АВ «а = 2 А/дм2.
Анодирование в хромовокислом элек-
тролите. Детали чз алюминиевых спла-
вов типа АЛ9, АЛИ, отлитые в песча-
ные формы или по выплавляемым мо-
делям, а также из деформируемых спла-
вов АМг и АМц, анодируют в электро-
лите, содержащем 100—-150 г/л СгОа.
Режим электролиза: температура 34—
38 °C, /а = 0,54-2,5 А/дм2, Sa:S„ =
= 1:5, напряжение в начале процесса
Рис. 113. Зависимость между напряжением
и плотностью тока при сернокислом ано-
дировании алюминия марки АМц:
1 — 16 “С; 2 — 18 °C; 3 — 21 °C; 4 —
27 °C
40 В, время выдержки 60 мин. Детали,
покрытые в таком электролите, напол-
нению в хромпике не подвергают. По-
вышение температуры приводит к утол-
щению пленки. В качестве катодов
в этом случае используют алюминий
АО, сталь 12X18Н9Т или графит. Для
уменьшения побочного процесса ка-
тодного восстановления шестивалент-
ного хрома . Sa не должно превы-
шать 5:1.
Для анодирования деталей с допу-
сками размеров по 5—7-му квалитетам,
для сборочных единиц с негерметизи-
рованными прерывисты* и швами при-
меняют электролит, содержащий 30—
55 г/л СгОя. Режим электролиза: тем-
пература 20—40 °C, 1Ъ 3 А/дм2, на-
пряжение до 4 В (от нуля до рабочего
напряжения — в течение 5—15 мин),
продолжительность 30—60 мин, като-
ды — из стали 12X18Н9Т или сплава
свинец — сурьма С — Су (93 г/см®).
Твердое анодирование. Детали, под-
вергаемые в процессе эксплуатации
трению, анодируют в электролите, со-
держащем 170—250 г/л НцБОк. Режим
электролиза: температура от —29° до
-|-5 °C, 1В = 0,54-0,7 началь-
ное напряжение 25 В, конечное напря-
жение до 80 В, время выдержки 1,5—
2,0. Охлаждение электролита осуще-
ствляют с помощью холодильной уста-
новки. При анодировании необходимо
поддерживать постоянную плотность
236
Анодно-оксидные, оксидные и фосфатные покрытия
тока с помощью реостатов, включенных
в цепь питания ванны. Оптимальное
качество покрытий при глубоком ано-
дировании обеспечивается на деталях,
изготовленных из алюминия и его спла-
вов, содержащих магний и марганец.
Анодирование в ортофосфорном элек-
тролите. Детали из сплавов типа Ал11,
АЛ32 перед нанесением металлопокры-
тий предварительно анодируют в элек-
тролите, содержащем 180—190 г/л ор-
тофосфорной кислоты. Режим электро-
лиза: температура 15—25 °C, ia =
= 104-50 А/дма, Sa . SK = 1:2, ка-
тоды — из свинца, время выдержки
10 мин. Анодно-оксидная пленка имеет
темно-серый оттенок и не является
электроизоляционной. Толщина ее рав-
на 1 мкм. Перед нанесением медного
подслоя на алюминиевые детали реко-
мендуется наносить оксидную пленку
также из электролита, содержащего
350—670 г/л ортофосфорной кислоты.
При этом анодирование ведут при ia =
= 1,0 А/дма, температуре 15—30 °C,
напряжении до 12 В; продолжитель-
ность 5—10 мин, катоды — из стали
12Х18Н9Т или свинца.
Молочное анодирование. Такие
покрытия применяют для защиты
алюминиевых деталей от коррозии.
Анодирование ведут в электролите, со-
держащем 35—40г/лСгОя Режим элек-
тролиза: температура 18—30 °C, на-
пряжение 90—100 В, время выдержки
1—2 ч, катоды — из свинца. При этом
получаются блестящие оксидные покры-
тия толщиной 3—5 мкм. Детали перед
анодированием полируют сначала ме-
ханически, а затем электрохимически
в растворе (масс, доли, %): кислота
ортофосфорная 50—82, кислота серная
12—28, хромовый ангвдрид 4—6, вода
до 18. Режим электрополирования:
температура 70—90 °C, напряжение
•2—24 В, /а = 5-4-10 А/дма, время вы-
держки 8—10 мин, катоды — из свин-
ца; плотность загрузки 1 дма поверхно-
сти деталей на 10 л раствора.
ОСОБЫЕ СЛУЧАИ
АНОДИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЯ И
ЕГО СПЛАВОВ
Эматалирование. Детали, изготавли-
ваемые из алюминиевых деформируе-
мых сплавов и эксплуатируемые в тро-
пических условиях, подвергают обра-
ботке в электролите (г/л): кислота бор-
ная 8, кислота лимонная 1, кислота
щавелевая 1,2, калий — титан щаве-
левокислый 40. Режим эматалирова-
ния: температура 40—50 °C, 1я =
-= 2,5-i-3,0 А/дма, напряжение 120—
130, время выдержки 30—40 мин, като-
ды — из алюминия марки А7.
В процессе эматалирования задан-
ную плотность тока поддерживают за
счет увеличения напряжения от 70 до
130 В. При напряжении 130 В детали
в электролите выдерживают 30 мин,
после чего плотность тока снижают до
0,5 В процессе работы значение
pH электролита должно быть в преде-
лах 1,0—2,0. Перед эматалированием
детали проходят подготовительные опе-
рации, как и перед анодированием.
После эматалирования детали с при-
способлениями снимают с анодной
штанги, предварительно выключив ток
и остановив мешалку, промывают их
в теплой воде (50—60 °C) в течение 30 с
и осветляют в растворе азотной кисло-
ты (1 : 1). Затем детали снова промыва-
ют в холодной воде и уплотняют эма-
таль-пленку в кипящей дистиллирован-
ной воде. После этого детали проти-
рают поролоновой губкой, смоченной
мыльным раствором.
Наряду с приведенным выше соста-
вом в промышленности применяют для
эматалирования электролит, содержа-
щий (г/л), кислоту щавелевую 1—3, ки-
слоту борную 8—10, ангидрид хромо-
вый 6 —8, калий — титанил щавелево-
кислый 2-водный 40—42, кислота ли-
монная 1—2. Режим электролиза: тем-
пература 40—50 °C, /а 3 А/дм2, на-
пряжение от 0 до 120 В в течение 10—
15 мин, продолжительность 30—40 мин,
катоды — из стали 12Х18Н9Т или
свинца. Обработку проводят при пере-
мешивании электролита воздухом. До-
пускается применять катоды из алю-
миния А7 или сплава АМц. Микро-
структура анодно-оксидного и эматаль-
покрытия представлена на рис. 114 и
рис. 115.
Качество пленки проверяют капель-
ным методом, используя раствор, со-
держащий НС1 (25 мл), бихромат ка-
лия (3 г), воду дистиллированную
(75 мл). От капли указанного раствора
качественная пленка не должна изме-
Особые случаи анодирования алюминия и его сплавов
237
мять своего цвета в течение 8—10 мин;
на некачественной пленке появляется
зеленый оттенок. Некачественную эма-
таль-пленк] удаляют в растворе, со-
держащем 35 г/л ортофосфорной кисло-
ты (1,7 г/см8) и 40 г/л хромового ангид-
рида. Температура раствора 50—100°С,
время выдержки 20—30 мин.
«Аноцвет 350» . Анодирование с са-
моокрашиванием по этому методу ведут
в электролите, содержащем (масс, до-
ли, %): сульфасалициловую кислоту
8,0, серную кислоту 0,5, борную кис-
лоту 0,08, воду — остальное. Режим
электролиза: температура 20—23 °C,
ia = 1,5-т-2,5 А/дм2 с постепенным уве-
личением напряжения в течение 30—
40 мин, а затем при постоянном напря-
жении в течение 5—10 мин. С повыше-
нием плотности тока цвет покрытий
изменяется от золотистого до темно-
бронзового и черного в зависимости от
состава сплава (АД1П, АМг2П, Д16Т,
АД31Т).
Органические красители не позволя-
ют получать покрытия, стойкие в тече-
ние длительного времени к воздействию
ультрафиолетовых лучей, хотя исклю-
чением являются черные красители (на-
пример отечественный «черный свето-
прочный С для алюминия»),
«Аноцвет 351». Анодирование ведут
в 15%-ном (по массе) растворе H2SO4
при температуре 18—20 °C и »а =
= 1,5 А/дм2. Время выдержки выби-
рают в зависимости от требуемой тол-
щины покрытия. После этого электро-
химическое окрашивание ведут в рас-
творах на основе сульфата никеля,
сульфата меди или перманганата ка-
лия.
Золотистый, бронзовый, коричнево-
черный тона получают из электролита
(масс, доли, %): NiSO4-7H2O 2,5,
MgSO4-7HaO 2,5, Н3ВО8 2,5,
(NHJaSC^ 2,5. Температура 20—25 °C,
напряжение в пределах 7-—20 В, время
отработки 1,5—15 мин (в зависимости
от интенсивности получаемой окраски).
Красно-каштановый и черные тона до-
стигают в электролите (масс.доли, %):
CuSO4-5H2O 3,5, MgSO4-7H2O 2,0,
H2SO4 0,5 (режим тот же, что и для
раствора, содержащего NiSO4-7H,O).
Золотисто-желтые оттенки можно по-
лучать в электролите (масс, доли, %):
КМпО4 0,12, H2SO4 0,7.
Рнс. 114. Микроструктура анодно-оксид-
ного покрытия на АМц из сернокислого
алектролита при 17 °C н 1 А/дм* (Х4Б0)
после наполнения в хромнике
Рис. 115. Микроструктура эматаль-покры-
тия из цитратного электролита при 60 °C и
2,5 А/дм* (Х4Б0)
«Аноцвет 350» и ?Аноцвет 351» обес-
печивают сохранение защитных свойств
в течение более 10 лет при толщине
анодно-оксидных покрытий не менее
20 мкм. Механизм окраски при пере-
менном токе заключается в катодном
осаждении металлических частиц глу-
боко в порах вблизи барьерного слоя
и частиц оксидов металлов в анодном
полупериоде. Уплотнение таких по-
крытий ведут во всех случаях в дистил-
лированной воде при 97—99 °C в те-
чение 15—20 мин.
238
Анодно-оксидные, оксидные и фосфатные покрытия
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ
ОКИСЛЕНИЕ МЕТАЛЛОВ
И СПЛАВОВ
Анодное окисление сталей. Анодная
обработка сплавов железа имеет прак-
тическое применение для улучшения
адгезии лакокрасочных покрытий в ка-
честве защитной пленки в процессе
складского хранения деталей; при на-
несении гальванических покрытий не-
посредственно по анодному оксиду же-
леза и т. д. Для этой цели существует
целый ряд электролитов. Электролит,
содержащий (г/л): КОН 200 и NabPO4
200. Режим электролиза: температура
15—25 °C, »а = 2,54-3 А/дм’, аноды —
из стали 12Х18Н9Т, время выдержки
3—5 мин. Электролит, содержащий
(г/л): КОН 100—150, NasPO4 100—150,
ПАВ 5—7. Режим электролиза: тем-
пература 20—30 °C, /а = 1,54-
2,0 А/дм’, время выдержки 5—7 мин.
Адгезия металлопокрытий с аноди-
рованной таким способом сталью на-
дежная; даже при температуре 300 °C
пузырение или вздутие металлопокры-
тий отсутствует.
Анодное окисление титана и его спла-
вов. Для повышения коррозионной
устойчивости и придания надлежа-
щего внешнего вида детали из титана
и его сплавов подвергают окрашива-
нию. Сначала детали обезжиривают на
катоде, а перед окончанием процесса
за 0,5—1,0 мин их переключают на
анод. Для обезжиривания используют
раствор (г/л): натр едкий 5—10, три-
натрийфосфат 30—50, сода кальцини-
рованная 30—50, стекло натриевое
жидкое 1—5. Режим обезжиривания:
температура 70—80°C, /„=84-12 А/дм’,
время выдержки 3—5 мин, аноды —
из стали 12Х18Н9Т, Sa : S„ = 1 : 1.
После соответствующей промывки де-
тали активируют в растворе (г/л):
азотная кислота 350—400, соляная
кислота 28—35, фтористоводородная
кислота 28—-35. Температура раствора
15—25 °C, время выдержки 5—10 с.
Подготовленные таким способом де-
тали анодируют в растворе серной
кислоты (180—200 г/л). Режим элек-
тролиза: температура 18—25 °C, /а =
= 104-12 А/дм®, время выдержки 10—
15 мин, отношение Sa : S„ изменяется
от 1 : 1 до 1 : б, катоды — из свинца
листового.
Анодная пленка имеет цвет от золо-
тистого до золотисто-серого. Некаче-
ственную пленку удаляют в растворе,
применяемом для активирования ти-
тановых деталей перед их анодирова-
нием.
Титан и его сплавы можно оксидиро-
вать и в электролите, содержащем (г/л):
серную кислоту 350—390, ортофосфор-
ную кислоту 14—28. Режим электро-
лиза: температура 2—10 °C, /а =
= 2,54-5,0 А/дм’, напряжение не вы-
ше 130 В, продолжительность 10—
30 мин. Обработку проводят при им-
пульсном токе. Плотность тока в им-
пульсе поддерживают постоянной в те-
чение всего процесса. Длительность
тока 0,05—0,30 с. Частота следования
импульсов 50—100 имп/мин. Обра-
ботку проводят при перемешивании
электролита воздухом или движением
катодных штанг. Катоды — сталь
12Х18Н9Т. Цвет анодной пленки за-
висит от состава сплава.
Анодное окисление меди и ее спла-
вов. Для оксидирования латуней при-
меняют электролит, содержащий 150—
250 г/л NaOH. Температура 80—90 °C,
/а = 0,804-0,15 продолжитель-
ность 3—20 мин, Sa : SK = 1 : 5, рас-
стояние между электродами ^80 —
100 мм, катоды — из стальных листов.
В результате оксидирования на меди
и латуни образуется черная пленка
толщиной до 1 мкм. С целью повыше-
ния коррозионной стойкости таких
пленок их подвергают промасливанию
с помощью салфетки, смоченной мине-
ральными маслами.
Для оксидирования фосфорных бронз
применяют электролит состава (г/л):
натр едкий 380—400, калий двухромо-
вокислый 40—50, аммоний молибдено-
вокислый 8—12. Режим электролиза:
температура 80—100 °C, /а = 24-
4 А/дм’, продолжительность 10—
15 мин, катоды — листовая сталь.
ХИМИЧЕСКОЕ ОКСИДИРОВАНИЕ
МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
Медь и медные сплавы. С целью при-
дания латуням декоративного вида их
оксидируют последовательно в двух
растворах (без применения промежу-
точной промывки). Раствор № 1 со-
Химическое оксиаирование металлов и сплавов
239
держит 15—20 г/л меди основной угле-
кислой и аммиака водного 68—75 г/л.
Оксидирование ведут при температуре
15—30 4С в течение 3—10 мин. Затем
детали погружают в раствор № 2, со-
держащий медь углекислую основную
35—40 г/л и аммиак водный 147—
152 г/л. Операцию ведут при темпера-
туре 15—30 °C в течение 3—20 мин.
Оксидная пленка имеет черный цвет.
Бронзы оксидируют в растворе (г/л):
калий или натрий надсернокислый
13—17, натрий азотнокислый 5—10,
натр едкий 40—60. Температура 95—
97 °C и время выдержки 2—3 мин. Цвет
оксидной пленки — черный. В светло-
коричневые и темно-коричневые тона
медь и ее сплавы можно оксидировать
в растворе, содержащем натр едкий
40—60 г/л и калий надсернокислый
13—17 г/л. Температура 60—65 °C, про-
должительность 5—10 мин. После ок-
сидирования рекомендуется детали по-
крывать бесцветными лаками типа
АК 113, УР-231, НИ-62 и др.
Стали и чугуны. Их оксидируют хи-
мическим способом в растворе, содер-
жащем (г/л): натр едкий 500—700, на-
трий азотнокислый 50—100, натрий
азотистокислый 150—250. При этом
для высокоуглеродистых сталей и чу-
гунов применяют температуру 135—
145 °C (время выдержки 10—30 мин),
для среднеуглеродистых сталей —
135—145 °C и время выдержки 30—
50 мин, а для низкоуглеродистых ста-
лей 145—155 °C и время выдержки
60—90 мин. На поверхности сталей об-
разуется оксидная пленка черного цве-
та. Общее количество азотнокислого и
азотистокислого натрия должно быть
в растворе не менее 150 г/л. Допу-
скается исключать азотнокислый на-
трий. В раствор можно вводить 20—
60 г/л тркнатрийфосфата.
Стали углеродистые, низко- и сред-
нелегированные оксидируют также в
растворах следующего состава.
Раствор № 1 содержит (г/л):
NaOH 450—600, NaNOs 50—100,
NaNO2 50—100. Температура раствора
125—350 °C и время выдержки 30 мин.
После этого детали промывают и за-
гружают в раствор № 2, содержащий
(г/л): NaOH 600—800, NaNO8 75—125,
NaNOs 75—125, при температуре 135—
155 °C; время выдержки 30—60 мин.
В оксидной пленке образуется FejO4
(магнетит) в случае оксидирования уг-
леродистых сталей. При оксидирова-
нии низко- и среднелегированных ста-
лей помимо FeaO4 образуются и оксиды
легирующих элементов. На этих ста-
лях оксидные покрытия имеют черный
цвет. На сталях, включающих добавки
кремния, оксидная пленка образуется
с оттенками от золотистого до темно-
коричневого. Детали после щелочного
оксидирования тщательно промывают
сначала в горячей воде, а затем в мыль-
ном растворе.
Характерные неисправности (непо-
ладки) в процессе оксидирования сле-
дующие: мажущая пленка получается
из-за низкой концентрации щелочи;
покрытия с темно-красным налетом об-
разуются в случае повышенной темпе-
ратуры, избытка щелочи или недостат-
ка окислителя; светлая окраска у ок-
сидированных деталей имеет место
при пониженной температуре, умень-
шенном времени выдержки или недо-
статке щелочи; зеленый налет и пло-
хая адгезия пленок связаны с недо-
статком окислителя и других солей,
белый налет на поверхности деталей
при их хранении вызван плохой про-
мывкой после оксидирования.
Известно бесщелочное оксидирова-
ние сталей, которое позволяет полу-
чать фосфатно-оксидные пленки тол-
щиной 1—3 мкм с большей антикорро-
зионной стойкостью, чем оксидные
пленки, получаемые в щелочных рас-
творах. Однако это более дорогостоя-
щий процесс, не получивший широкого
применения. Недоброкачественные ок-
сидные покрытия удаляют в 10%-ном
растворе соляной или серной кислоты.
Промасленные оксидные покрытия пе-
ред их удалением предварительно обез-
жиривают в растворе эмульсола и
кальцинированной соды.
Алюминий и его сплавы. Помимо
анодного оксидирования их подвергают
и химическому с целью повышения
адгезии лакокрасочных покрытий, а
также защиты от коррозии в легких
условиях эксплуатации. Для этого
применяют следующие составы раство-
ров. Оксидные пленки с шифром Хим.
оке. получают из раствора (г/л): ан-
гидрид хромовый 3—4 и натрий крем-
нефгористый 3—4. Температура 15—
240
Анодно-оксидные, оксидные и фосфатные покрытия
30 °C и время выдержки 8—20 мин.
Для нанесения пленок с шифром Хим.
оке. тп используют раствор (г/л): ан-
гидрид хромовый 5—8, калий фтори-
стый кислый 1,5—2,0 и калий железо-
синеродистый 0,5—1,0. Температура
15—30 °C и время выдержки 1—5 мин.
Оксидирование алюминиевых спла-
вов ведут и в растворе, содержащем
(г/л): ангидрид хромовый 4,4—5,2, кис-
лоту ортофосфорную 40—60, натрий
фтористый 3—5. Температура 15—30 °C
и время выдержки 5—20 мин.
ХИМИЧЕСКОЕ
И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ
ТОНИРОВАНИЕ
Для придания поверхности меди, ни-
келю, олову и их сплавам декоратив-
ного вида тонирование производят в
следующих растворах. Для тонирова-
ния медных или никелевых покрытий
в голубой или синий цвет используют
раствор (г/л): натрия тиосульфат кри-
сталлический 240—250, свинец уксус-
нокислый 25—30 и кислота лимонная
25—30. Температура 15—25 °C, время
выдержки 4—60 мин. Для тонирования
латуни в коричневый, красно-корич-
невый или сине-зеленый цвет приме-
няют раствор (г/л): никель двухлори-
стый 6-водный 50—70, аммоний хло-
ристый 50—70, аммоний роданистый
20—45. Температура 15—30 °C, iK —
= 0,014-0,02 А/дм2, время выдержки
2—20 мин.
Для получения ярких тонов (виш-
невого, малинового, синего, желто-
коричневого) после тонирования про-
водится восстановительная обработка
в одном из растворов (едкий натр 30—
40 г/л или тринатрийфосфат 30—40 г/л,
кальцинированная сода 30—40 г/л при
iK = 0,54-0,7 А/дм2) и повторное тони-
рование. Тонирование медных покры-
тий в золотистый или желтый цвет осу-
ществляется в растворе (г/л): медь (2)
сернокислая 5-водная 30—45, натр ед-
кий 18—30, калий виннокислый 25—30.
Температура 15—30 °C, tK = 0,015-=-
0,020 А/дм2 и время выдержки 1—
10 мин.
ХИМИЧЕСКОЕ ФОСФАТИРОВАНИЕ
Существует большое количество рас-
творов для фосфатирования сталей, чу-
гунов, алюминия, магния и их спла-
вов, а также цинковых кадмиевых и
других покрытий. Так, для защиты от
коррозии стальные и чугунные изде-
лия (детали точных размеров, пру-
жины и др.) фосфатируют в растворе
(г/л): цинк фосфорнокислый одноза-
мещенный 8—12, цинк азотнокислый
6-водный 10—20, барий азотнокислый
30—40. Температура 75—85 °C, время
выдержки 3—10 мин. Раствор приме-
няют для покрытий, имеющих шифр
Хим. Фос. оке., на хромовых, кадми-
евых и цинковых покрытиях.
Стальные и чугунные детали перед
их деформацией (тонкостенные детали
и пружины) фосфатируют в электро-
лите состава (г/л): цинк фосфорнокис-
лый однозамещенный 28—36, цинк азот-
нокислый 6-водный 42—58, кислота
ортофосфорная 9,5—15. Температура
85—95 °C, время выдержки 10—25 мин;
общая кислотность 60—80, свободная
кислотность 12—16, отношение общей
кислотности к свободной должно соста-
влять 4,5—6,5.
Для предотвращения задиров в про-
цессе приработки фосфатирование
стальных и чугунных деталей ведут
в растворе (г/л): препарат «Мажеф»
30—35, цинк азотнокислый 6-водный
50—65, натрий фтористый 2—5. Тем-
пература 45—65 °C, время выдержки
8—15 мин, общая кислотность 70—
100, свободная кислотность 5—9, отно-
шение общей кислотности к свободной
14 : 11,1.
Цинковые покрытия на стальной ос-
нове фосфатируют в растворе, содер-
жащем 120—140 г/л композиции для
фосфатирования цинка Ликонда Ф1А.
Температура 18—40 °C, продолжитель-
ность 5—10 мин; общая кислотность
25—30, свободная 1,5—2,0. Фосфатные
покрытия применяют в основном как
антикоррозионные, антифрикционные
и электроизоляционные. Как правило,
фосфатные пленки пропитывают мас-
лами или окрашивают.
Для ускорения процесса фосфати-
рования применяют ускорители: HNOS,
HNOg или соли этих кислот. Избыток
свободной фосфорной кислоты вызы-
вает увеличение времени фосфатиро-
вания, а недостаток ее приводит к уси-
ленному шламообразованию, сниже-
нию качества пленки. Понижение тем-
пературы раствора увеличивает рремя
Осветление, пассивирование и хроматирование покрытий
241
фосфатирования из-за реакции взаимо-
действия железа с Н8РО4 и реакции
гидролиза. Образующаяся пленка име-
ет пониженную коррозионную стой-
кость. Увеличение температуры рас-
твора до кипения приводит к ухудше-
нию качества пленки, так как при этом
со дна ванны поднимается шлам и плен-
ка становится шероховатой.
Подготовка поверхности деталей так-
же оказывает определенное влияние на
структуру фосфатного покрытия и ки-
нетику процесса. Так, химическое трав-
ление приводит к образованию повы-
шенной пористости и понижению ад-
гезии фосфатных пленок. Поэтому по-
сле травления необходимо применять
перед фосфатированием нитритную об-
работку в 0,3—0,5%-ном растворе
NaNOa при температуре 60 °C в тече-
ние 1—2 мин. При этом защитные свой-
ства фосфатных пленок получаются не
хуже, чем при гидропескоструйной об-
работке деталей перед фосфатирова-
нием. Нитритная обработка как бы
затрудняет кристаллизацию фосфата,
способствуя образованию равномерного
мелкокристаллического покрытия.
Крупнокристаллические фосфатные
пленки образуются в следующих слу-
чаях: при обезжиривании деталей в
сильно щелочных растворах; при пред-
варительном обезжиривании в органи-
ческих растворителях; при химиче-
ском травлении в минеральных кисло-
тах. Лучше всего обезжиривание де-
талей проводить в эмульсионных двух-
фазных очистителях «Бифазит».
Как правило, мелкокристаллические
фосфатные пленки имеют плотную
структуру и по толщине не превыша-
ют 6 мкм. Толщина крупнокристалли-
ческих пленок может достигать 10—
15 мкм. Размеры деталей при фосфати-
ровании увеличиваются на величину,
меньшую толщины фосфатной пленки,
так как в процессе образования пленки
металл детали подтравливается и де-
таль уменьшается в размере.
Основные неполадки при фосфатиро-
вании следующие: шероховатость по-
крытия с «набросом» образуется вслед-
ствие осаждения шлама на поверхно-
сти деталей; неравномерность цвета
покрытия связана с низкой температу-
рой раствора; малая толщина фосфат-
ной пленки вызвана избытке..; свобод
ной кислоты или недостатком ускори-
теля; грубая кристаллическая струк-
тура покрытий имеет место при недо-
статке свободной кислоты.
Недоброкачественные фосфатные
пленки удаляют в 1'0%-ном растворе
серной или соляной кислоты при тем-
пературе 40 °C в течение 5 мин. При
снятии таких пленок следует учиты-
вать, что в процессе фосфатирования
металл детали подтравливался и по-
этому точность размеров детали может
нарушиться. При антифрикционном
фосфатировании детали пропитывают
дисульфидом молибдена, поэто! у после
фосфатирования детали без промывки
сразу сушат в сушильном шкафу, за-
тем охлаждают на воздухе и пропиты-
вают дисульфидом молибдена.
Пропитку дисульфидом молибдена
ведут в растворе следующего состава
(масс. до.гя, %): смазка СБГ-20, ди-
сульфид молибдена 2—3, спирт изопро-
пиловый 70—80. Пропитку проводят
путем двухкратного окунания и выдер-
жки в течение 2—3 мин. После про-
питки детали сушат на воздухе. Фос-
фатированную поверхность, предназна-
ченную для холодного выдавливания,
обрабатываю" в 10%-ном мыльном рас-
творе при температуре 40—45 °C в те-
чение 3—5 мин. Последующую сушку
обеспечивают в сушильной камере при
температуре 60—70 °C.
ОСВЕТЛЕНИЕ, ПАССИВИРОВАНИЕ
И ХРОМАТИРОВАНИЕ ПОКРЫТИЙ
Цинковые и кадмиевые покрытия. Та-
кие покрытия осветляют в растворе
HNOS (2—30 г/л) при температуре
15—25 °C в течение 0,1—0,3 мин. При
обработке деталей на автоматических
линиях допускается увеличивать про-
должительность осветления до 2 мин,
уменьшая при этом концентрацию кис-
лоты в растворе. Хроматирование та-
ких покрытий ведут в следующем рас-
творе (г/л): радужное KjCrsO7 180—200
и H2SO4 8—12 в течение 0,1—0,3 мин
при комнатной температуре. Этот рас-
твор рекомендуется применять для хро-
матирования деталей в стационарных
ваннах. Для деталей, оцинкованных
или закадмированных в барабанах или
колоколах, применяют раствор со-
става (г/л): серная кислота 1,3—3,0,
242
Анодно-оксидные, оксидные и фосфатные покрытия
соль Ликонда 2А-Т и соль Ликонда 1Б
соответственно 60—70 и 0,1—0,3. Тем-
пература 18—30 °C, время выдержки
0,3—0,6 мир, pH = 1,64-2,0. Соль Ли
конда 1Б добавляется только при со-
ставлении растворов.
Бесцветное хроматирование для цин-
ковых покрытий осуществляютв раство-
ре, содержащем 1,5—1,8 г/л серной ки-
слоты и 40—50 г/л соли Ликонда (pH =
= 1,9-е-2,5), в течение 0,25—2,0 мин
при температуре 15—30°С. Для бесцвет-
ного хроматирования кадмиевых по-
крытий применяют раствор соли Ликон-
да 25 (70—78 г/л) при температуре
18—30 °C в течение 0,1—0,7 мин. Хро-
матирование кадмиевых покрытий в
цвет хаки можно осуществлять в рас-
творе, содержащем (г/л): ангидрид хро-
мовый 28—34, кислоту уксусную 21—
26, натрий муравьинокислый безвод-
ный 56—65, композицию Ликонда 41
48—72. Режим обработки: температура
21—32 °C, время выдержки 0,5—
1,5 мин, pH = 2,74-3,1.
Цинковые покрытия в черный цвет
хроматируют в растворе состава (г/л):
ангидрид хромовый 40—45, кислота
уксусная 70—80, натрий сернокислый
10—17, композиция Ликонда 31 40—
60. Хроматирование ведут при темпе-
ратуре 18—30 °C, pH = 24-3, время
выдержки 2—5 мин.
Оловянные покрытия. Их хромати-
руют в растворе, содержащем 80—
100 г/л К2Сг2О7, при температуре 80—
95 °C в течение 10—20 мин. После та-
кого хроматирования оловянные по-
крытия не изменяют своего природного
цвета. Хроматирование оловянных по-
крытий (это относится и к серебря
ным покрытиям) можно вести с исполь-
зованием алюминия в качестве гальва-
нопары (в этом же растворе). Соотноше-
ние поверхностей алюминия и обраба-
тываемых деталей должно быть (2 : 1)4-
(5 : 1). Хроматирование оловян-
ных и серебряных покрытий рекомен-
дуется вести для деталей, подлежащих
пайке качественными флюсами (хране-
ние до двух лет).
Медь и ее сптавы. Пассивирование
ведут в растворе, содержащем хромо-
вый ангидрид (80—100 г/л) и серную
кислоту (5—10 г/л), при температуре
15—30°C в течение 0,25—0,35 мин. Для
пассивирования латуней, обрабаты-
ваемых на автоматических линиях,
рекомендуется применять раствор (г/л):
спирт поливиниловый 2—6, соль Ли-
конда 25 70—75 — при температуре
18—30 °C в течение 0,75—1,50 мил,
pH = 0,54-1,2. Пассивирование сереб-
ряных деталей (покрытий) можно вести
в растворе ингибитора И-1-Е (50—
60 г/л) при температуре 15—30 °C в те-
чение 5—10 мин. Цинковые сплавы
(без покрытия) пассивируют в раство-
ре, содержащем (г/л): ангидрид хро-
мовый ПО—125, кислоту фтористоводо-
родную 28—39, композицию Ликонда 52
250—300, при температуре 50—-70 °C
в течение 0,1—0,75 мин.
ПРОМЫВКА ДЕТАЛЕЙ
Погружной метод промыв-
к и в ваннах, заполненных водой, при
непрерывном перемешивании приме-
няется при обработке на подвесках
деталей, имеющих пазы, щели, углуб-
ления, а также при обработке деталей
насыпью. Минимальная продолжитель-
ность промывки 20 с. Струйный метод
промывки из душирующих сеток, фор-
сунок рекомендуется при обработке на
подвесках деталей преимущественно
простой конфигурации. Допускается
промывать крупногабаритные и слож-
нопрофилированные детали из шланга.
Комбинированный спо-
соб промывки (последовательно
погружной и струйный в одной и той
же ванне) применяют при обработке на
подвесках деталей сложной конфигу-
рации, не имеющих пазов, щелей, уг-
лублений и т. п., а также для промывки
изделий после обработки в трудно-
смываемых растворах. Минимальная
продолжительность 20 с.
Электропроводимость обессоленной
воды посредством дистилляции или
ионного обмена должна быть до
50 мкСм, а ее жесткость не более
1,8 мг-экв/дм®. Такая вода применяет-
ся для промывки перед обработкой
в электролитах (растворах) особо ответ-
ственных деталей, а также для ванн
улавливания. Во всех остальных слу-
чаях (кроме электролитов, применяе-
мых для осаждения покрытий драго-
ценными металлами или их сплавами)
применяют воду из городского водо-
провода, имеющую показатели качества
по ГОСТ 2874—82.
Промывка деталей
243
Горячая вода (температура 60—90 °C)
должна применяться перед сушкой
деталей (кроме хроматированных цин-
ковых в кадмиевых подрытий и хими-
ческо-оксидных по алюминию). Теп-
лая вода (температура 40—59 °C) ре-
комендуется для операций обезжири-
вания, травления легких сплавов,
анодного окисления, перед и после
химического оксидирования черных ме-
таллов. Во всех остальных случаях
применяют для промывки холодную
воду (температура не нормируется).
Температура воды для промывки перед
никелированием должна быть не ниже
15 °C. При обработке в барабанах или
колоколах из полиэтилена, оргстекла
или винипласта промывку деталей пе-
ред сушкой следует проводить в теп-
лой воде.
Независимо от схемы промывки рас-
ход воды О (дм3/ч или л/ч) на промыв-
ные операции вычисляют по формуле
т. е.
Q = g K°F
— при одноступенчатой;
Q = gV~K°F
— при двухступенчатой;
Q = gV/K°f
— при трехступенчатой промывке,
где g — удельный вынос электролита
(раствора) из ванны поверхностью де-
талей, л/м®; W — количество ступеней
(ванн) промывки; — критерий окон-
чательной промывки деталей; F —
промываемая поверхность деталей, м®/ч.
Значение F для автоматизированных
линий и крупносерийного производства
принимают по максимальной произво-
дительности, а в мелкосерийном —- по
фактической производительности. Ори-
ентировочный удельный вынос элек-
тролита (раствора) g в зависимости от
метода обработки и принятой продол-
жительности стекания раствора с де-
талей (тСт) принимается: при обработке
на подвесках g = 0,2 л/м® и тст >
> 0,6 с; при обработке в колоколах
и барабанах g = 0,4 л/м® и тст >
> 15 с; при обработке в корзинах и
сетках g = 0,5 л/м® и тст > 15 с; при
обработке на подвесках и насыпью
в расплавах g == 0,7 л/м® и тст — не
регламентируется.
Критерий окончательной промывки
К°, который показывает, во сколько
раз следует снизить концентрацию ком-
понента электролита (раствора), вы-
носимого поверхностью деталей, до
предельно допустимых значений в
последней ванне данной операции про-
мывки, вычисляют по формуле
_ Со
A С-1 ~г~,
где Со — концентрация основного ком-
понента в электролите (растворе), при-
меняемом для операции, после кото-
рой производится промывка, г/л; Сп —
предельно допустимая концентрация
основного компонента в воде после
промывки, г/л.
Величина Сп должна соответствовать
перед опусканием в щелочной, кис-
лотный или цианистый раствор 0,8 г/л,
перед сушкой (в пересчете на NaOH)
0,1 г/л, а перед анодным оксидирова-
нием алюминия и его сплавов 0,05 г/л.
Перед межоперационной промывкой
или сушкой допустимая концентрация
красителей составляет 0,005 г/л; перед
опусканием в кислый, щелочной и циа-
нистый электролиты концентрация кис-
лоты (в пересчете на HsSO4) соответ-
ственно 0,1, 0,05 и 0,01, а перед напол-
нением, пропиткой и сушкой 0,01 г/л.
Перед межоперационной промывкой и
сушкой концентрация CNo6m> Sn®4,
Sn’*, Zn**, Сг®*, Pb2" должна быть
0,01 г/л, а для CNS" и Со®* 0,015 г/л;
перед никелированием и сушкой кон-
центрация Си®* и Си* соответственно
0,002 и 0,010 г/л; перед меднением кон-
центрация Ni®* 0,02 г/л, а перед хро-
матированием и сушкой 0,01 г/л; для
Fe®* перед сушкой 0,30 г/л. а для со-
лей драгоценных металлов (в пересчете
на металл) соответственно 0,001 г/л
(г/дм3).
Если передпромывкой проводятулав-
ливание электролита, то величину К°
уменьшают введением коэффициента:
0,4 — при одной ванне улавливания,
0,15 — при двух и 0,06 — при трех ван-
нах. При возможности падения напора
244
Анодно-оксидные, оксидные и фосфатные покрытия
в водопроводной сети расчетный расход
воды увеличивают в 1,5 раза.
СУШКА и термообработка
ДЕТАЛЕЙ С ПОКРЫТИЕМ
Толстостенные детали сложной конфи-
гурации рекомендуется сушить об-
дувкой сжатым воздухом при темпера-
туре 15—30 °C до полного высыхания.
Можно при этом использовать и горя-
чий сжатый воздух. То же самое при-
меняется и для предварительной сушки
деталей сложной конфигурации. Де-
тали, обрабатываемые на подвесочных
и вращательных установках или на ав-
томатических линиях, сушат в сушиль-
ных шкафах или камерах с циркуля-
цией нагретого воздуха при темпера-
туре 100—ПО °C в течение 3—10 мин.
Оцинкованные и кадмированные де-
тали с хроматными пленками рекомен-
дуется сушить при температуре не
выше 60 °C. При этом допускается об-
дувка сжатым воздухом. Детали, об-
рабатываемые во вращательных уста-
новках или на специальных подвесках,
или в специальной таре следует су-
шить в центрифуге (40—70 °C), на спе-
циальных движущихся ситах, а также
в устройствах, конвейерах с циркуля-
цией нагретого воздуха при темпера-
туре 100—НО °C до полного высыха-
ния.
Термообработка (обезводорожива-
ние) цинковых и кадмиевых покрытий
ведется при 180—200 °C в течение 2—3 ч
для деталей, подвергающихся дефор-
мации после нанесения покрытия, или
при 140—160 °C в течение 3—4 ч (для
деталей с цементированными поверх-
ностями). Обезводороживание оцинко-
ванных и закадмированных деталей,
имеющих швы, паяные припоями с тем-
пературой плавления выше темпера-
туры обезводороживания, рекоменду-
ется обрабатывать при температуре
140—160 °C в течение 3 ч.
Обезводороживание деталей из чугу-
на с покрытием твердым хромом ведут
при температуре 180—200 °C в тече-
ние 1,5—2,0 ч. Стальные детали с тем
же покрытием нужно выдерживать
в масле цилиндровом 52 при 200—230°C
(2—3 ч) или в масле цилиндровом 38
при 180—200 °C в течение 3—4 ч. Де-
тали с запрессованными материалами
(фторопласт, капролоктан, эбонит, по-
лиамид и др.) термообрабатывать не
следует.
Детали, хромируемые на толщину
0,1 мм и более, следует обезводорожи-
вать горячим воздухом при темпера-
туре 200—220 °C в течение 1,5—2,0 ч.
Детали, покрытые молочным хромом
(изготовлены из титана и его сплавов),
обезводороживают в вакууме при тем-
пературе 840—860 °C в течение 1 ч.
Изделия, покрытые черным хромом,
следует обезводороживать на воздухе
при температуре 200—230 °C в течение
0,5—1,0 ч.
Для повышения пластичности, уста-
лостной прочности стали (с химическим
никелем) при эксплуатации в коррози-
онно-активных средах термообработку
ведут в вакууме при температуре 600—
700 °C в течение 1—2 ч. Для никель-
бор покрытий, не содержащих таллия,
температура обработки должна быть
300—550 °C. Во избежание появления
цветов побежалости термообработку
проводят в вакууме или в атмосфере
аргона при температуре 500 °C.
Обезводороживание титановых спла-
вов с серебряным покрытием (с целью
улучшения адгезии) следует вести в
вакууме при температуре 500 °C в те-
чение 2 ч (и более). Оплавление покры-
тий оловом или сплавом олово —
свинец проводят при температуре 240—
260 °C в масле касторовом или дистил-
лированном глицерине в течение 0,3—
0,4 мин. Допускается применять дру-
гие масла с температурой вспышки
выше 260 °C.
Алюминиевые сплавы и сталь со
свинцовым покрытием с целью улуч-
шения адгезии обрабатывают на возду-
хе при температуре 140—150 °C в те-
чение 1—2 ч. Детали с цементирован-
ными поверхностями, а также работа-
ющие на свинчиваемость и имеющие
медное покрытие, обезводороживаются
в масле цилиндровом 38 или 52 при
температуре 140—160 °C в течение 3—
4 ч. Для пассивированной меди можно
применять обработку на воздухе. Пал-
ладиевые покрытия независимо от ма-
териала подложки для улучшения ад-
гезии рекомендуется термообрабаты-
вать на воздухе при 200—230 °C в те-
чение 2 ч.
ОБОРУДОВАНИЕ
ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ
ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВАНН
Для изготовления корпусов гальвани-
ческих ванн (для травления, обезжи-
ривания, активирования, гальванопо-
крытия, промывки и т. д.) в основном
применяют конструкционную углеро-
дистую сталь или коррозионно-стой-
кую типа 12Х18Н9Т. При этом кор-
пуса ванн щелочного (химического и
электрохимического) обезжиривания и
промывные ванны после щелочного
обезжиривания не футеруют. Осталь-
ные ванны (в том числе и сборники-
уловители) изготавливают из стали
12Х18Н9Т с футеровкой. Антикорро-
зионные материалы и покрытия, при-
меняемые для этих целей, приведены
в табл. 49.
К футеровочным материалам отно-
сятся полиэфирные и фенолформальде-
гидные смолы, наполненные стеклово-
локном. Их применяют во всех слу-
чаях кроме ванн с азотной и хромовой
кислотами, а также ванн с горячими и
холодными щелочными растворами.
Ванны, отлитые из синтетических смол
с асбестовым наполнителем, пригодны
для работы с кислотами и щелочами
при температуре не более 80 °C. Боль-
шие ванны изготавливают из термиче-
скч обработанных листов толщиной
18—25 мм, соединенных с помощью
стальных зажимов. Стеклянные ванны
обладают высокой стойкостью в кис-
лотах (кроме плавиковой), но нестойки
в горячих щелочных растворах.
Керамические ванны применяют
главным образом при катодном вос-
становлении драгоценных металлов.
Они чувствительны к тепловым толч-
кам и механическим воздействиям.
Стальные ванны, футерованные рези-
ной, устойчивы в большинстве неорга-
нических кислот (кроме азотной, сер-
ной и хромовой). Растворители и масла
разрушают резину. Так, минеральные
масла и жиры ее разрушают полностью.
Максимально допустимая термостой-
иость резины, применяемой для футе-
рования ванн, составляет 65 °C.
Ванны с плавиковой кислотой футе-
руют углеграфитовыми плитками. Ос-
винцованные стальные ванны исполь-
зуют для работы с кислыми раствора-
ми (за исключением HNOS и НС1), на-
пример, для кислого меднения и цинко-
вания, хромирования и электрополи-
рования. Но свинец нестоек при воздей-
ствии концентрированном щелочи и
некоторых органических кислот.
Кислотоупорные кирпичи и плитки
применяют для футеровки (облицовки)
деревянных и железобетонных ванн.
При этом в качестве связующего ма-
териала используют андезитовую или
диабазовую замазку. Диабазовые мет-
лахские или керамические плитки,
кислотоупорный кирпич отличаются
очень высокой химической стойкостью
почти во всех агрессивных средах,
кроме плавиковой кислоты. Наряду
с андезитовой и диабазовой замазками
для крепления плиток к корпусу ван-
ны применяют и кислотоупорный це-
мент, битуминоль, арзалит и др.
Кислотоупорный цемент служит вя-
жущим материалом для облицовки
ванн, содержащих кислые электроли-
ты или травильные растворы. Битуми-
ноль применяется для ванн, эксплуа-
тируемых при температуре не выше
40 °C и предназначенных как для кис-
лых, так и для щелочных электролитов.
При футеровке ванн, эксплуатируе-
мых без подогрева, рекомендуется при-
менять метлахские плитки и гидроизо-
ляционный слой йз полиизобутилена
или битумрубероида. Для ванн с подо-
гревом следует использовать более
утолщенную кислотоупорную керами-
246
Оборудование гальванических цехов
49. Материалы для футерования ванн
Назначенце ванны Темпе- ратура рас- твора. Материал футеровки
вини- пласт Ре- зина пла- сти- кат к ислотоупорный
плит- ка кир- пич эмали
Кислотное кадмирование, меднение, травление стали, активирование в слабых рас- творах, снятие хрома в со- ляной кислоте и кадмиевых и цинковых покрытий в ки- слотах 25—50 + + + + + +
Цианистое серебрение, мед- нение, цинкование и кадми- рование 25—30 + + + — — +
Хромирование и электро- полирование el 50—70 — — — — — +
Травление меди и ее спла- вов, осветление кадмиевых и цинковых покрытий, сня- тие медных покрытий 25 + + + + +
Снятие никелевых покры- 25 + — — + + +
Снятие хромовых покрытий 25 + + + — — —
Химическое никелирова- ние *• 95 — — +
12Х18Н9Т; вместо
эмалей
ив
стали
можно
приме-
м Корпус изготовляют
пять листовой свинец.
** Можно применять керамику и
стекло.
ку. В качестве футеровочного материа-
ла используют и винипласт, выпускае-
мый в виде листов толщиной 2—20 мм,
труб внутренним диаметром 6—150 мм,
фольги толщиной 0,3—1,0 мм, свароч-
ной проволоки (прутков) диаметром
2—4 мм и т. п. Он поддается различной
механической обработке, сварке, скле-
иванию, формованию и штамповке. Этот
материал обладает высокой химиче-
ской стойкостью в различных агрессив-
ных средах и отличается сравнительно
высокими физико-механическими и
электроизоляционными свойствами. К
большим недостаткам винипласта, сдер-
живающим его широкое применение,
относятся хрупкость при температуре
С —20 °C и деформация (размягче-
ние) при температуре выше 60 °C.
Из винипласта изготовляют ванны
средних размеров с ребрами жесткости.
Он используется также при изготов-
лении колоколов, барабанов, мерни-
ков, вентиляторов, вентилей для вод-
ных. кислотных и щелочных линий
в гальванических цехах.
Для сгибания листов винипласта не-
обходим их подогрев в горячей воде
или горячим воздухом. Для сварки
винипласта применяют воздушные пи-
столеты с электроподогревом. Тепло-
вой режим пистолета регулируется из-
менением силы тока и скорости подачи
воздуха.
Конструктивные особенности гальванических ванн
247
Футеровку гальванических ванн про-
водят и полипропиленом, который вы-
держивает рабочую температуру рас-
творов не выше 95 °C. Сварку полипро-
пилена выполняют горячим азотом при
температуре 280—300 °C. В качестве
сварочного материала используют по-
липропиленовый пруток диаметром 3—
4 мм (для сварки винипласта приме-
няют прутки того же диаметра).
Футеровка гальванических ванн по-
липропиленом (устойчив в растворах
солей, щелочей и минеральных кислот,
а при 20 °C нерастворим ни в одной
неорганической и органической кис-
лоте) в большей мере осуществляется
посредством напыления с помощью ус-
тановки типа УПН-4л. Порошок по-
лиэтилена марки Т-085 вместе с воз-
духом из приемника установки подает-
ся в пистолет и выбрасывается через
пламя на предварительно подогретую
ванну или другое оборудование. Ука-
занный метод может быть применен и
для изоляции нерабочей поверхности
подвесок.
В современном машиностроении ши-
роко применяют химическое никели-
рование. Удаление со стенок стеклян-
ных, фарфоровых или пластмассовых
ванн осаждаемого никеля значительно
снижает технико-экономические пока-
затели химического никелирования в
целом. Известны некоторые способы
защиты оборудования для этого техно-
логического процесса с помощью анод-
ного пассивирования металлических
поверхностей.
В серийное производство внедрен
новый способ защиты металлических
поверхностей, отличающийся возмож-
ностью пассивирования поверхностей
непосредственно в работающем раство-
ре. В качестве пассиваторов применяют
соединения органической и неоргани-
ческой природы с высокими ингиби-
рующими свойствами и смещающими
потенциал системы поверхность — рас-
твор в область положительных значе-
ний, при которых процесс осаждения
никеля не протекает. Пассиватор вво-
дится непосредственно в рабочий рас-
твор химического никелирования, на-
ходящийся в емкости, изготовленной
из стали 1Х18Н10Т. Скорость осажде-
ния и режим никелирования практиче-
ски не ухудшаются (25—28 мкм/ч).
Концентрация пассиватора типа М со-
ставляет около 0,01 г/л.
Наряду с этим способомв промышлен-
ности продолжают применять и анод-
ную защиту ванн-реакторов для хими-
ческого никелирования. При этом ван-
ны изготовляют из титанового сплава
ВТ 1-0 и анодируют их в растворе сер-
ной кислоты, после чего поверхность
ванны анодно поляризуют посредством
внешнего источника тока при потен-
циале + (3 ± 0,5) В. Этот способ за-
щиты поверхности ванн-реакторов вне-
дрен на установках типа УКН-901
с многократным использованием рас-
твора. Объем таких ванн составляет
175 л, площадь раббчей части ванны
105 дм*. В свежеприготовленном рас-
творе плотность анодного тока состав-
ляет 0,2 А/дм2, а после продолжитель-
ной работы она возрастает до 0,8 А/дм2.
КОНСТРУКТИВНЫЕ
ОСОБЕННОСТИ
ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ВАНН
Немеханизированные ванны представ-
ляютсобой прямоугольные резервуары,
сваренные из листовой стали толщи-
ной 4—6 мм. Ванну сваривают сплош-
ным стыковым швом газовой или элек-
трической сваркой (при изготовлении
ванн из стали типа 12X18Н9Т или ти-
тановых сплавов применяют сварку
в среде инертного газа, например, ар-
гона).
Ванны для химических или электро-
литических процессов в зависимости от
назначения снабжают вентиляционны-
ми кожухами, нагревателями, бар-
батерами, арматурой, сетками и ко-
зырьками.
Паровые змеевики и электронагрева-
тельные приборы (устройства) уста-
навливают на одну из стенок ванны
и реже на дно ванны. Помимо этого
ванны снабжают карманами или вы-
пускными штуцерами для слива
загрязненных растворов в канализа-
цию или на станцию нейтрализации.
Вентиляция гальванических ванн
осуществляется посредством борто-
вых отсосов, соединенных с венти-
ляционными каналами (для удаления
паров и газов во время работы). По-
248
Оборудование гальванических цехов
Рис. 11в. Ванна барабанного типа
мимо этого ванны для нанесения по-
крытий имеют катодные и анодные
штанги, соединенные с источником
питания постоянным током от выпрями-
телей или переменным током от спе-
циальных устройств. Нередко такие
ванны (особенно для электрообезжири-
вания) снабжают магнитострикцион-
ными преобразователями (с использо-
ванием ультразвука), вмонтирован-
ными в днище или стенки ванны.
Снаружи ванны облицовывают спе-
циальным пластиком или кафелем или
гуммируют цветной резиной. При необ-
ходимости стационарные ванны снаб-
жают качающимися катодными или
анодными штангами и индивидуальны-
ми источниками тока с регулирующими
устройствами, а также тельфером или
кран-балкой для загрузки и выгрузки
крупногабаритных деталей. При на-
несении блестящих или специальных
металлопокрытий стационарные ван-
ны комплектуются также электронасо-
сом и фильтром для циркуляции и
очистки электролитов.
Мелкие детали (винты, болты, шай-
бы, гнезда и т. д.) покрывают в механи-
зированных ваннах колокольного
или барабанного типа (рис. 116), при-
меняемых в мелкосерийном производ-
стве.
ОСНОВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Число основных и вспомогательных
(для обезжиривания, активирования,
промывки, сушки деталей и т. д.)
ванн в автоматах или поточных ли-
ниях устанавливается в зависимости
от технологического цикла и произво-
дительности. Различают одно- и
двухрядные, овальные и кольцевые
автоматизированные агрегаты и по-
точные гальванические линии. По
принципу передвижения барабанов
или подвесок их подразделяют на ка-
реточные, автооператорные, шнеко-
вые, импульсные и другие автоматы.
Агрегаты кареточного типа. Приме-
няют их для многослойных покрытий
(медь, никель, хром) деталей, монти-
руемых на подвески. Агрегаты состоят
из ряда ванн, установленных по овалу
в порядке выполнения операций тех-
нологического процесса. Между ря-
дами ванн расположены механизмы
для переноса кареток с подвесками
вдоль линии. Вертикальное перемеще-
ние подвесок осуществляют путем подъ-
ема или опускания кареток общей
подъемной рамой (мостом). Перемеще-
ние подвесок вдоль овала обеспечи-
вается толкающими штангами меха-
низма горизонтального перемещения,
передвигающими тележку с кареткой
на одну позицию.
Так, например, для нанесения трех-
слойных покрытий с предваритель-
ным электрохимическим обезжирива-
нием или активированием применяют
агрегат кареточного типа КОП. Его
основные характеристики: произво-
дительность 40 м2/ч; темп выхода
подвесок 2 мин; число кареточных
рядов 2; габаритные размеры подвески
0,5X0,1X0,85 м; шаг между под-
весками 0,75 м; скорость горизонталь-
ного перемещения подвесок 3,21 м/мин;
скорость подъема и опускания подве-
сок 6 м/мин, габаритные размеры
агрегата 20X6X4,3 м; масса агрегата
(без растворов) 50 т.
Автоматы автооператорного типа.
Они предназначены для нанесения
гальванических и химических по-
Основное оборудование
249
крытий на детали, смонтированные на
подвески или загруженные в барабаны,
по одному или нескольким технологи-
ческим процессам. Над ваннами по
монорельсовому пути перемещаются
автооператоры и транспортируются
подвески (барабаны). Загрузка и
выгрузка деталей осуществляется
вручную. При двухрядном располо-
жении ванн линии оборудуют спе-
циальными механизмами — тележками
для переброски подвесок.
Так, например, барабанно-подве-
сочная автоматическая линия типа
АЛГ-35 предназначена для цинкова-
ния деталей. Ее основные характери-
стики: производительность для бара-
банов 15 ма/ч и для подвесок 4,35 м2/ч;
толщина покрытия деталей в барабане
9—12 мкм и на подвесках 15—18 мкм;
темп выхода подвесок (барабанов)
12 мин;число автооператоров 2; ско-
рость горизонтального перемещения
барабанов (подвесок) 17 м/мин, ско-
рость подъема — опускания 8 м/мин;
грузоподъемность автооператора
500 кг; габаритные размеры автома-
тической линии 16X2,75X4,6 м; рабо-
чий объем ванн 0,6—0,8 м3; масса ли-
нии 16,5 т.
К многопозиционным автоматиче-
ским линиям можно отнести линию
типа АГ-32, предназначенную для по-
крытия малогабаритных деталей
(на подвесках или в барабанах) по
одному или нескольким технологиче-
ским процессам. Линия может быть
выполнена в виде однорядной, оваль-
ной, П- или Г-образной компоновки.
Перемещение автооператоров вдоль
ванн, подъем и опускание консоли
осуществляются от индивидуальных
приводов. Все операции (кроме за-
грузки и выгрузки) выполняются авто-
матически.
Линию типа АГ-32 применяют для
никелирования, кадмирования и цин-
кования малогабаритных деталей.
Ее основные характеристики: произ-
водительность на подвесках 3 ма/ч
и в барабанах 8 ма/ч; внутренние раз-
меры барабанов: диаметр 200 мм и
длина 360 мм; число автооператоров
2—4; грузоподъемность автооператора
30 кг; скорость горизонтального пере-
мещения автооператора 11,4 м/мин;
скорость подъема — опускания кон-
соли 8,3 м/мин; внутренние размеры
ванны 520X750X600 мм.
Автоматические линии автоопера-
торного типа АГ-24 предназначены
для цинкования, кадмирования или
анодирования деталей на подвесках
или в барабанах. В состав таким линий
входят 48 рабочих позиций и 8 авто-
операторов. Такие линии устанавли-
вают в несколько заглубленном испол-
нении. Основные характеристики
АГ-24: производительность на подве-
сках 25 ма/ч и в барабанах 35 ма/ч;
грузоподъемность автооператора
100 кг, скорость горизонтального пере-
мещения автооператора 13,5 м/мин;
скорость подъема — опускания кон-
соли 7,5 м/мин; габаритные размеры
подвесок (длина и высота) до 1200 X
X 800 мм; наибольшая масса деталей
не более 30 кг; высота линии от уровня
пола для напольного варианта 4200 мм
и для заглубленного — 2000 мм.
Для нанесения покрытий драгоцен-
ных металлов в гальванических цехах
используют автоматическую линию
барабанного типа УАГП (рис. 117).
Ее основные характеристики: грузо-
подъемность автооператора 75 кг;
вертикальный ход консоли автоопера-
тора 760 мм; скорость подъема —
опускания консоли 7,5 м/мин; ско-
рость перемещения автооператора
13,5 м/мин; емкость ванны 200 л;
масса загружаемых деталей в барабан
3—15 кг (при частоте вращения
5 мин-1).
В карусельных линиях (рис. 118)
ванны располагаются по окружности,
в центре которой размещена карусель
для одновременного подъема и пере-
мещения подвесок или барабанов. Вер-
тикальное и горизонтальное переме-
щение деталей производятся с по-
мощью гидроцилиндров. Линии
предназначены для обработки деталей
по одному технологическому процессу
с одинаковой продолжительностью всех
операций.
Шнековые автоматы на некоторых
предприятиях используют для по-
крытия малогабаритных деталей.
В них изделия перемещаются с по-
мощью шнека (по изогнутому желобу),
отдельные части которого погружены
в ванны.
Для химического меднения печат-
250
Оборудование гальванических цехов
Рис. 117. Автоматическая линия серебрения УАГП
ных плат применяют автоматизиро-
ванную установку АГ-15. Она пред-
ставляет собой конвейер кольцевого
типа. Ее основные характеристики:
производительность 3 м2/ч; число под-
весок 12, общая поверхность печатных
плат 20 дм2; время выдержки 16 мин;
давление воздуха в сети 0,25—
0,30 МПа; габаритные размеры уста-
новки 1400X1360 мм; масса 480 кг.
Для химического никелирования
применяют автоматизированную уста-
новку (рис. 119). Принцип работы
такой установки состоит в следующем.
Рис. 118. Автоматическая линия для гальванопокрытий (карусельного исполнения)
Гальваническое оборудование зарубежных фирм
261
Рис. 118. Принципиальная схема автома-
тизированной установки химического ни-
келирования многократного действия
Раствор химического никелирования
из ванны 1, изготовленной из стали
12Х18Н10Т, турникетным насосом 3
подается по линии из полиуретановых
шлангов 2 во фторопластовый фильтр 4.
Температура раствора поддержи-
вается системой, состоящей из ЛАТРа
5, терморегулирующего реле 6, кон-
тактного термометра 7, рубашки элек-
тронагревателя 8 и трубчатого нагре-
вателя 9. Анодная защита осуще-
ствляется через автотрансформатор 10
и выпрямитель 11. Никелевый катод 20
помещен во фторопластовый стакан,
заполненный раствором NaOH, кото-
рый сообщается через целлофановую
Диаграмму с рабочим объемом ванны.
Потенциал степени ванны контроли-
руется с помощью милливольтметра 12;
рН-метр 13 измеряет pH в потоке рас-
твора и регулирует его через систему
батарей 14, реле блока питания 15
и магнитные клапаны 16. Корректиро-
вочные растворы (NiSOt- 7HtO 400 г/л;
NaHsPOr HtO 450 г/л; NaOH 100 г/л)
из емкостей 17, 18 и 19 соответственно
подаются в турбулентный поток рас-
твора перед насосом, где обеспечи-
вается хорошее перемешивание.
Для химического никелирования
применяют также установку А-440.70.
В ней предусмотрено автоматическое
корректирование состава, кислотно-
сти и температуры рабочей ванны
никелирования. Детали, подлежащие
никелированию, подвешивают на
специальную раму, установленную
в опоры механизма периодического
встряхивания. В корректировочный
бак из органического стекла зали-
вается свежеприготовленный рас-
твор. Внутри бака расположены насос
наружного типа, мешалка и датчики
температуры. С помощью насоса рас-
твор прокачивается через кассетный
пресс-фильтр и после фильтрования
поступает в теплообменник (типа тер-
мостата), где теплоносителем яв-
ляется глицерин. Раствор нагре-
вается, протекая по змеевику.
ГАЛЬВАНИЧЕСКОЕ
ОБОРУДОВАНИЕ ЗАРУБЕЖНЫХ
ФИРМ
Фирма Sei-Rex (США) выпускает
гальванические линии типа «Modu-
le—X». Основной унифицированный
элемент этих линий — это модульная
секция (модуль) каркаса трех типов
(при одинаковых высотах имеют раз-
личные длины). В таких модульных
каркасах размещаются необходимые
емкости и конструкции (рабочие ван-
ны). С задней стороны модуля уста-
новлены различного вида контроль-
ное оборудование и выпрямители от 10
до 200 А (6—12 В). Такие линии
снабжены устройством, осуществля-
ющим нагрев, охлаждение, перемеши-
вание, фильтрацию и другие опера-
ции.
Одной из последних разработок этой
фирмы является линия, предназначен-
ная для химического и электролити-
ческого нанесения медных, никеле-
вых, оловянных н других покрытий.
Портальный автооператор с автома-
тически выдвигающимся поддоном
для сбора стекающего электролита во
время транспортирования деталей
из ванны в ванну препятствует пере-
крестному загрязнению ванн и устра-
няет попадание растворов на оборудо-
вание. Грузоподъемность автоопера-
торов 350 кг, скорость движения до
40 м/мин, а скорость подъема-опуска-
ния до 13 м/мин. Линии изготовляют
с ваннами двух размеров (2000Х 1200
и 4500Х 1500 мм).
Линия снабжена автоматическим
дозатором добавок по сигналу счет-
чика ампер-часов; системой сушки,
252
Оборудование гальванических цехов
обеспечивающей нулевой фактор
остаточного загрязнения; дополни-
тельными ловителями на автооператоре
для автоматической замены анодов
путем извлечения и подачи штанг
с анодами по специальной программе;
дополнительным набором форсунок
вдоль верхнего края ванн для оконча-
тельной (чистой) промывки. Кроме
того, линия имеет дисплей с контроль-
ным устройством программного обеспе-
чения и индивидуальной контрольной
панелью для тяжелых нагрузок.
Для покрытия мелких серийных де-
талей медью или серебром применяют
установки типа «Rotaplat'.-аппарат. Та-
кие установки состоят из стальных
ванн, футерованных эбонитом, бара-
банов из пластмассы, охлаждающих
устройств для поддержания нужной
температуры. Подвод катодного тока
в них осуществляется гибкими изоли-
рованными проводами. Опора бара-
бана находится вне ванны и, следова-
тельно, не подвержена износу. Уста-
новка снабжена устройством прямого
и обратного вращения. Диаметр бара-
бана 750—900 мм и ширина его 275—
300 мм. Максимальная загрузка 18—
30 кг (в зависимости от размера ванны
и покрываемых деталей).
Техническая характеристика агре-
гата фирмы Blasberg: производитель-
ность 30 м2/ч; темп выхода подвесок
5 мин; количество подвесок 39 шт.;
максимальная поверхность деталей
на одной подвеске 250 дм2; максималь-
ные размеры подвески с деталями
1600X 350X 1500 мм; толщина слоя
(мкм): меди 24—36, никеля 9—24,
хрома 0,5; число операторов для мед-
нения 5, для никеля — хрома 6;
максимальная грузоподъемность опе-
ратора 350 кг, напряжение в сети
питания 380/220 В; рабочее давление
пара 29,43 Па; расход пара 2324 кг/ч;
расход сжатою воздуха 39 дм8/ч; рас-
ход промывной воды 51,5 м’/ч; габа-
ритные размеры агрегата 37У.7 X
X 6,5 м; площадь, занимаемая агре-
гатом, 259 м2; площадь, занимаемая
вспомогательным оборудованием,
298 м2.
Фирмой ASC поставляются вибро-
роботы. Характерные особенности
таких установок: полностью автома-
тизированный процесс; перемешива-
ние деталей посредством механической
вибрации; отвод токсичных паров
(газов) дренажным каналом; непрерыв-
ное обновление электролита в процессе
работы; малый разброс по толщине
покрытия и исключение возможности
повреждения даже самых мелких дета-
лей; отсутствие слипания плоских де-
талей друг с другом;сохранение в про-
цессе покрытия на полированных дета-
лях блеска и др.
Преимущества поставляемого за-
рубежными фирмами оборудования для
гальванических цехов следующие:
высокие антикоррозионные характе-
ристики; возможность ведения тех-
нологического процесса в автомати-
ческом режиме; точность и бесперебой-
ность работы автооператоров; на-
дежность барабанов и др. К недостат-
кам следует отнести отсутствие запас-
ных частей и барабанов; отсутствие
данных о составе электролитов, уст-
ройстве фильтрующих элементов,
что приводит нередко к невозможности
изменения программы автоматов.
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ
ЛОКАЛЬНЫХ И СЕЛЕКТИВНЫХ
ПОКРЫТИЙ
Для локального золочения точеных
контактов диаметром до 5 мм фирмой
Sei-Rex (США) изготовлена и экс-
портируется установка «Pinmasten.
Она обеспечивает регулируемую глу-
бину погружения контактов (до 20 мм)
в электролит при минимальной длине
покрываемой детали 100 мм и толщине
покрытия до 5 мм. Процесс включает
автоматическую загрузку, электро-
литическую очистку, промывку, ак-
тивирование, золочение, улавливание
электролита, промывку и сушку. Пред-
варительно никелированные детали
загружаются в вибрационный пита-
тель установки. За’ем они механизмом
перемещения подаются в гнезда катод-
ного колеса, прижимаясь к нему «бес-
конечной! резиновой лентой. Обра-
ботка идет последовательно, поопера-
ционно.
Катодное колесо устанавливается
с помощью устройства регулировки.
Детали покрываются в гальванической
ячейке золочения, имеющей аноды
из платинированного титана. Включе-
Вспомогательное оборудование
253
ние и выключение механизма, регули-
рование тока, вибрации, натяжения
ленты и контроль за процессом осуще-
ствляются с пульта управления, рас-
положенного вблизи установки. Га-
баритные размеры установки 2200 X
X 2200Х 1250 мм. Производительность
ее до 500 шт./мин.
Установка фирмы Мессо (Голландйя)
представляет собой агрегат непрерыв-
ного действия, оборудованный устрой-
ствами, обеспечивающими локальное
покрытие деталей с допуском ±0,2 мм.
В зависимости от вида деталей в уста-
новке применяют различные ячейки
селективно-локального нанесения по-
крытий (СЛНП). В таких ячейках
с контролируемой глубиной погру-
жения контактов лента в вертикаль-
ном положении перемещается в ван-
ну с раствором и частично погружена
в него. Уровень погружения может
регулироваться, что позволяет полу-
чать необходимую площадь покры-
тия. Аноды расположены параллельно
движущейся ленте. В ячейке с колесом
и ленточной маской (при струйном
методе нанесения покрытия) враща-
ющееся колесо удерживает ленту и
маскирует одну из ее поверхностей.
В камере — разбрызгивателе струйки
электролита, попадая из зоны покры-
тия, проходят через нерастворимый
анодный экран. При таком способе
подачи раствора на детали достигается
скорость осаждения золота 4—
8 мкм/мин (иногда даже до 18 мкм/мин)
в зависимости от типа электролита
и режима электролиза.
Во время вращения колеса заготовка
(деталь) остается неподвижно соеди-
ненной с маскировочным ремнем и дви-
жется вместе с ним. Используются два
вида колеса: диаметром 450 и 750 мм,
длиной зоны покрытия ленты соответ-
ственно 750 и 1400 мм. На установке
можно обрабатывать до четырех лент
при скорости движения 1—12 м/мин.
Такая установка покрывает гнезда
с внутренним диаметром 0,76—1,24 мм.
Производительность (шт/ч) при одной
дорожке 15 000, а при двух — 30 000.
На каждой дорожке одновременно мо-
гут покрываться гнезда только одной
формы или одного размера.
Для локального золочения деталей
(рис. 120), на штампованных на ленте
Рис. 120. Штампованные контакты с селек-
тивным покрытием
из меди, никеля или их сплавов,
фирма ASC выпускает и экспортирует
автоматическую систему. Скорость
покрытия составляет 1—12 м2/мин в за-
висимости от конфигурации деталей
и технических требований на их экс-
плуатацию. Система обеспечивает
локальное покрытие любой поверх-
ности деталей и надежную адгезию
покрытия с основой при минимальном
разбросе по толщине слоя
Для локального покрытия деталей,
выштампованных на бронзовой ленте
деталей, в СССР применяют автомати-
ческие линии, аналогичные зарубеж-
ным. В основном их используют в ра-
диотехнической и электронной про-
мышленностях при локальном золо-
чении деталей электрических соеди-
нителей.
Для контактных пар электрических
соединителей, изготовляемых методом
точения или редуцирования, при-
меняют автоматические линии, поз-
воляющие вести локальное золочение
методом контролируемого погруже-
ния деталей, смонтированных в кас-
сеты.
ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ
ОБОРУДОВАНИЕ
К такому виду оборудования следует
отнести: установки для шлифования
и полирования, обезжиривания в орга-
нических растворителях и моечно-
сушильные установки; оборудование
254
Оборудование гальванических цехов
для регенерации и фильтрации электро-
литов, нейтрализации технологиче-
ских сточных вод гальванических це-
хов, а также электрооборудование (вы-
прямители, электронагревательные
устройства, калориферы, вентиляторы
и т. д.) и приборы (устройства) для
контроля и регулирования технологи-
ческих процессов (счетчики ампер-
часов, pH-метры, регуляторы уровня
и температуры растворов и др.).
Оборудование для шлифования и по-
лирования. Для подводного полирова-
ния применяют установки типа
ТО-12А. Основные характеристики
установки: частота вращения барабана
30 мин-1; время обработки 4—20 ч;
масса деталей, загружаемых в бара-
бан, 10—20 кг; потребляемая мощ-
ность 1,5 кВт; габаритные размеры
1600X1000X2100 мм. Существует зна-
чительное количество вибрационных
установок, например ВУ-25, ВУ-500,
ПР-355А и др. Такие установки снаб-
жены контейнерами с полезным объ-
емом до 250 л, обеспечивающими виб-
рообработку общей массы деталей до
500 кг. Габаритные размеры таких
установок (740X 550X 500)-j-(1700 X
X 1200X1600) мм, а мощность элек-
тродвигателей, приводящих их в ра-
боту, составляет 1,7—14 кВт. Макси-
мальные размеры обрабатываемых
в них деталей (30Х30Х 15)ч-(250 X
X 100Х 100) мм.
Одной из перспективных установок
является ВУГ-55, снабженная ком-
плексом вспомогательного оборудо-
вания: виброаппаратом, насосной
станцией и промывным баком. Изве-
стны также вибрационные установки
для полирования деталей различной
конфигурации (разработчик НИИ
тракторного машиностроения) типа
УВГ-2 и УВГ-500. Их габаритные
размеры соответственно равны 1,7 X
X 1,0X1,05 и 2,15X2,05X1,5 м,
а массы соответственно 1,0 и 2,4 т.
Объем контейнера у таких установок
составляет 50 и 500 л, а мощность
электродвигателей 1,5 и 4,5 кВт.
Оборудование для крацевання. При
очистке деталей от следов окалины,
заусенцев и шлама после травления
(если поверхность деталей не должна
быть полированной) применяют кра-
цевание. Эту операцию осуществляют
на особых крацевальных станках-элек-
тродвигателях. Помимо крацевальных
станков для крацевання плоских изде-
лий больших размеров применяют по-
луавтоматы (для очистки полос и лент).
Производительность очистки на таких
полуавтоматах составляет до 500 м/ч.
Вместо крацевальных щеток на
этих полуавтоматах применяют игло-
фр езы.
Оборудование для обезжиривания.
Для- обезжиривания деталей в три-
хлорэтилене применяют установку
типа ГГ-1996. Ее основные характе-
ристики: потребляемая мощность
20 кВт, максимальная масса обрабаты-
ваемых деталей 30 кг; емкость ванны
для обезжиривания 260 л; производи-
тельность 180—240 кг/ч; габаритные
размеры 2700X1450X 2800 мм.
Для обезжиривания деталей ис-
пользуют и фреоновую (хладоновую)
установку типа МФУ-ЗА, предназна-
ченную для очистки от масла, загряз-
нений и стружки. Моющей средой яв-
ляется пожаробезопасная жидкость —
метилендихлорид. Основные характе-
ристики установки: потребляемая
мощность 12 кВт; давление воды в си-
стеме охлаждения 0,15 МПа; окружа-
ющая температура воздуха не более
25 °C; общая заправочная вмести-
мость установки 120 л; производи-
тельность испарителя 5—7 л/мин;
число ванн 3; внутренние размеры
ванн 640X 420X 370 мм; внутренние
размеры промывочной ванны 320 X
X 400X500 мм; чистота рабочей жид-
кости после конденсатора не более
2—3 мкм; производительность уста-
новки 300—500 кг/ч; габаритные раз-
меры установки 2000Х 1400Х 1900 мм;
масса стенда 800 кг.
Для обезжиривания деталей при-
меняют также установку типа
УОХИМП-10000,работающую с исполь-
зованием хладона-113 (фреона-113). Ее
основные характеристики: производи-
тельность по реагенту 35—40 л/ч;
удельная материалоемкость 160кг- ч/м2;
удельная энергоемкость 2 кВ-А/м2;
потребляемая мощность 10 кВт;
габаритные размеры 1250X 850X 2000
мм; масса 800 кг.
Из зарубежного оборудования, при-
меняемого для обезжиривания дета-
лей в парах хлорированных углеводо-
Вспомогательное оборудование
255
родов, известна установка, выпуска-
емая фирмой «Ковофиниш» (Чехо-
словакия). Тип установки ОТР
2018-65N. Ее основные характеристи-
ки: производительность 400 кг/ч
или 300 ма/ч; число загрузок в час 12,
потребляемая мощность 32 кВт; рабо-
чее пространство 2000X 800X 900 мм;
размеры корзины 730X730X200 мм;
габариты установки 3870Х1800 X
X 1280 мм.
Для обезжиривания малогабарит-
ных деталей и крепежа применяют
шнековую машину, отличающуюся
высокой производительностью. Ма-
шина имеет габариты 1800X600 X
X 1210 мм. Обезжиривающая среда —
щелочной раствор — подается в пер-
форированную стальную трубу диа-
метром 375 мм. К внутренней поверх-
ности трубы прикреплена спиральная
перегородка с шагом спирали 290 мм.
Оборудование для промывки и
сушки. Для мойки и сушки деталей
применяют установку типа УПН-6. Ее
основные характеристики: производи-
тельность 100 кг/ч; потребляемая
мощность 11,3 кВт; максимальные раз-
меры обрабатываемых деталей 40Х 80Х
X 80 мм; количество барабанов 2;
частота вращения барабана 11 об/мин;
габаритные размеры установки 796X
Х883Х 1598 мм; масса 340 кг. Приме-
няют также конвейерную моечно-су-
шильную установку типа КМСУ-5 для
мойки и сушки малогабаритных де-
талей, размещенных на поддонах.
Моечно-сушильная установка типа
УПН-2М предназначена для очистки
деталей растворами синтетических
моющих средств (лабомид 101.СВ-2/8,
МП-21/1 и др.). Ее основные характе-
ристики: потребляемая мощность
11 кВт; продолжительность мойки в ав-
томатическом режиме 1—15 мин; произ-
водительность 70—80 кг/ч; габарит-
ные размеры рабочей камеры 1,5 X
X 0,70X1,36 м.
Для ускоренной промывки приме-
няют водоструйную установку. Ее
основные характеристики: произво-
дительность 15—20 кг/ч или 1,5—
2,0 ма/ч; объемный расход воды 50—
60 л/ч и сжатого воздуха 1,5—2,0 м3/ч;
объемная подача насоса 8,5 л/ч; мощ-
ность 1,6 кВт; габаритные размеры
1140X 2015X 940 мм.
Для сушки деталей применяют раз-
личные шкафы, например СНОЛ с диа-
пазоном температур 50—250 °C и га-
баритными размерами 455X 515 X
X 490 мм. Наряду с сушильными шка-
фами используют центрифуги типа
ТВ и ОТВ (частота вращения
1420 мин-1, потребляемая мощность
2,8 кВт; вместимость до 100 кг деталей,
время сушки 5—10 мин, габаритные
размеры 1080Х1400X 890 мм). Для
сушки деталей применяют также су-
шильные шкафы ШС-250 с термо-
регуляторами.
Оборудование для фильтрации элек-
тролитов. Для фильтрации и нагрева
электролитов используют установку
УОП-1705. Она обеспечивает непре-
рывную циркуляцию раствора между
ванной и самой установкой с помощью
насоса НЦМ 3-4. Подача насоса 3 ма/ч
при напоре 4 м (мощность электро-
двигателя 550 Вт; питание от сети
380 В). Такие насосы снабжены маг-
нитной муфтой из полипропилена. Про-
изводительность установки на двух
патронных фильтрах с размером пор
10 мкм составляет 170 л/ч ± 10%
при температуре на выходе 57—63 °C
для рабочей ванны объемом 100 л.
Максимальная потребляемая мощ-
ность 12 кВт; габаритные размеры
810X500X900 мм.
Для непрерывной фильтрации
электролитов продолжают применять
фильтр-насос типа УФЭ-0,25. Для по-
вышения скорости фильтрации при-
меняют фильтры из тонкой ткани,
покрытой кизельгуром. Эти фильтры
обеспечивают простую и быструю очи-
стку, хотя и являются дорогостоящи-
ми. Наряду с дисковыми фильтру-
ющими элементами используют пат-
ронные, изготовленные из отбеленного
хлопка и стеклоткани. Они могут
задерживать частицы размером менее
1 мкм. Срок их службы в 2 раза боль-
ше, чем обычных хлопчатобумажных
фильтров. Замена патронных фильтров
проводится через 2—Змее, и занимает
15—20 мин.
Передвижные фильтровальные ап-
параты фирмы VEB Galvanotechnik
(ГДР) применяют для периодической
фильтрации электролитов. Конструк-
тивное исполнение аппаратов зависит
от агрессивности среды. Выпускаются
SB6
Оборудование гальванических цехов
они следующих типов: Р — кислото-
стойкие; D — щелочностойкие; S —
стойкие к фторосодержащим средам.
Фильтровальные аппараты DF 0,5
(исполнений Р, D, S) имеют произво-
дительность 3,6 м3/ч; аппараты DF1
(исполнений Р, D, S) — 4,5 м*/ч;
аппараты DPA 0,5 (исполнений Р, D,
S) — 6,3 м8/ч.
Электрооборудование. Для питания
автоматических линий и стационар-
ных ванн в гальванических цехах
применяют низковольтные двига-
тели — генераторы и выпрямители.
Низковольтные генераторы типа АНД
и НД напряжением 6—12 В могут
обеспечивать силу тока до 10 000 А.
Обычно их выпускают в открытом
исполнении с естественной вентиляцией
и устанавливают в закрытых сухих
помещениях, в которых отсутствуют
пары электролитов, а температура не
превышает 35 °C. Их применяют
в основном при хромировании и элек-
трополировании деталей.
Для питания остальных технологи-
ческих ванн (металле- и оксидные
покрытия) используют выпрямители.
Выпрямление тока производится за
счет селеновых, кремниевых или
германиевых элементов. К селе-
новым относятся выпрямители
типа ВСМР-100-6, ВСМР-200-6,
ВСГ-ЗМ-200/6. Питаются они за счет
сети переменного тока напряжением
220 В. Известны кремниевые выпрями-
тели ВАКГ-12/6-600 и ВАКГ-12/6-3000.
Кремниевые выпрямители имеют
выпрямленное напряжение от 3 до
48 В и силу тока до 25 000 А. Их
охлаждение может быть водяным или
воздушным (естественным или при-
нудительным). Такие выпрямители
в основном выполнены на тиристорах.
Установки для реверсирования тока.
Такие установки или агрегаты полу-
чают постоянный ток, полярность ко-
торого можно менять автоматически
или вручную. При автоматической
смене полярности длительность пря-
мого тока составляет 2—200 с, обрат-
ного 0,2—20 с. Дискретность уста-
новки для прямого тока 2 с, для обрат-
ного 0,2 с. В агрегатах предусмотрена
раздельная установка значений по-
стоянного тока и напряжения каждого
направления.
Импульсные агрегаты получают
непрерывный и импульсный ток одной
полярности. Длительность импульсов
тока 0,03—0,50 с. При этом длитель-
ность установки импульсов кратна
1/6 периода пауз тока в питающей
сети. Импульсное напряжение (сред-
нее значение в импульсе) стабилизи-
руется с точностью ±10%. Импульс-
ные источники тока ДР-20 фирмы
ОХ 1 (США) питают гальванические
ванны импульсами постоянного тока
прямоугольной формы с регулирова-
нием тока или напряжения. Например,
импульсный агрегат ДР20-30-100 имеет
следующие основные характеристики:
габаритные размеры 585X406X510 мм;
масса 51 кг (брутто) и 45 кг (нетто);
пределы регулирования тока 0—30 А
с шагом в 0,1 А.
Установка для реверсирования
тока обеспечивает возможность ре-
версирования тока на всех отечествен-
ных низковольтных генераторах по-
стоянного тока. Ее основные характе-
ристики: плотность тока 1—10 А/дм2;
продолжительность периода тока
катодного 5—60 с и анодного 0,5—
10,0 с; напряжение питания установки
от сети 380 В; лампа электронного реле
времени 6Н8; выходное напряжение,
подаваемое на обмотку возбуждения,
ПО В; сила выпрямленного тока до
10 А; тип выпрямительных ламп-
тиратронов ТР1-5/2.
Наряду с такой установкой для
хромирования применяют автомат
АРТ-61. Он обеспечивает автоматиче-
ское реверсирование тока по задан-
ному режиму с независимым измене-
нием времени выдержки для катодного
периода в пределах 0,5—10,0 мин.
Габариты автомата 320X210X180 мм,
масса 8 кг. Питание его осуществляется
от сети переменного тока напряжением
220 В или постоянным током напря-
жения 12 В от генератора.
Для бесконтактного реверсирова-
ния тока используют устройство
УРТК-1, предназначенное для пери-
одического изменения полярности тока,
протекающего в стационарной гальва-
нической ванне или автоматической ли-
нии питающих обмоток генератора
АНД1000/500 или АНДМ1500/750 пу-
тем изменения направления тока в об-
мотке возбудителя.
Вспомогательное оборудование
25V
Рис. 121. Принципиальная схема автоматического контроля концентрации металлов
в рабочей ванне
Устройство для контроля концен-
трации меди в растворе. Оно служит
для автоматического контроля и
корректирования концентрации меди
и никеля в электролитах для хими-
ческой металлизации. Устройство
состоит из двух частей: аналитической
части и электронного блока контроля
и управления (рис. 121). В состав
аналитической части входят цирку-
ляционный насос /, прокачивающий
рабочий раствор электролита через
проточную кювету 2, в которой опре-
деляется концентрация ионов ме-
талла.
Преобразованный фотоэлементом 3
электрический сигнал, несущий ин-
формацию о концентрации ионов ме-
талла, поступает в электронный блок 4
контроля и управления, где после
преобразователя ток — напряжение 5
и усилителя 6 поступает на вычита-
ющее устройство 7 и компаратор 11,
в котором сравнивается с заданным
значением концентрации ионов ме-
талла, определенным задающим уст-
ройством 12.
Выходной сигнал вычитающего уст-
ройства управляет работой генератора
прямоугольных импульсов (чем
больше разность действительного и за-
данного значений концентрации
ионов металла 8, тем больше выходной
сигнал вычитающего устройства и тем
больше коэффициент заполнения ге-
нератора). Если концентрация ионов
металла в рабочем электролите ниже
9 Мельников П. С.
заданного значения, то на выходе
компаратора имеется сигнал логиче-
ской единицы, который подается на
схему совпадения 9, на другой вход
этой схемы поступают импульсы гене-
ратора.
Усилитель мощности 10 усиливает
сигналы со схемы совпадения и управ-
ляет работой дозировочного насоса 13.
В зависимости от положения переклю-
чателя 15 на цифровом индикаторе 14
индицируется действительное или
заданное значение концентрации
ионов металлов в растворе. Дозиро-
вочный насос служит для подачи
в ванну химической металлизации 17
корректирующего раствора — кон-
центрата из емкости 16.
Устройства для регулирования pH
электролитов. Для непрерывного кон-
троля и автоматического регулирова-
ния pH применяют приборы типа
РКЭ-4. РКЭ-4А. На входе преобра-
зователя типа ПВ2-5256 включен дат-
чик ДПГ-5275 со стеклянным измери-
тельным электродом.
В качестве переносных приборов для
измерения pH электролитов можно
привести универсальный рН-метр
ОР204, работающий в пределах pH =
= 0-4-14 (со стеклянным электродом
ОР700-1/А и каломельным электродом
сравнения ОР8Ю), а также рН-метр
ЛПУ-01 с датчиком ДЛ-01, работа-
ющий в диапазоне pH = 2-4-14. Такие
pH-метры удобны в работе. После
15 мин прогрева прибопы готовы к экс-
258
Оборудование гальванических цеха
плуатации, полная устойчивость их
работы достигается через 2 ч. Макси-
мальное измеренное напряжение 2 мВ.
Масса таких приборов 7—10 кг, а по-
грешность их измерения равна 0,04 pH.
В качестве вспомогательных электро-
дов для измерения pH электролитов
применяют водородный, каломель-
ный, сурьмяный, стеклянный и др.
Устройства для регулирования уров-
ня электролитов. Для этих целей при-
меняют устройство РУК-IM, которое
осуществляет световую сигнализацию
нижнего предельного уровня и свето-
звуковую сигнализацию верхнего
аварийного уровня. Действие регуля-
тора уровня основано на использова-
нии электрической проводимости
электролитов. Датчик — контактное
устройство — заключен в кожух и
помещен в контролируемую среду.
При изменении уровня электролита
в ванне замыкаются или размыкаются
соответствующие контакты датчика.
Сигнал от датчика поступает на элек-
тронный блок.
Устройства для регулирования тем-
пературы электролита. В промышлен-
ности применяют устройство
МРТ-1-6/3. Оно обеспечивает авто-
матический контроль и регулирова-
ние температуры в шести точках с во-
дяным или паровым обогревом, а также
возможность установки различных за-
данных значении регулируемого
параметра по каждому каналу регу-
лирования. Действие регулятора осно-
вано на измерении компенсационным
методом сопротивления электриче-
ского термометра, которое изменяется
в зависимости от температуры окружа-
ющей среды. Термометр сопротивле-
ния ПСМ-Х устанавливают в гальва-
нической ванне и подключают к элек-
тронному автоматическому мосту
ЭШР-209Р по трехпроводной схеме.
Задание на регулирование параметра
по шести каналам устанавливается
вручную подвижными контактами
линейных реостатов блока БЗ-01. Ре-
гулирование температуры осуще-
ствляется с помощью реле БФ-01.
Для автоматического регулирова-
ния температуры ванн, нагреваемых
горячей водой, применяют регулятор
прямого действия РПД, состоящий из
термобаллона, капиллярной трубки
и гофрированного сильфона (мембра
ны), образующих манометрическую
схему терморегулятора. Эта система
заполнена жидкостью, причем термо-
баллон — не полностью; остальная
часть термобаллона заполняется
парами этой жидкости. При нагреве
раствора нагревается и термобаллон,
погруженный в ванну, вследствие чего
увеличивается давление насыщенного
пара наполнителя. При этом мембрана
перемешает шток с клапаном и тем
самым прекращает подачу горячей воды
в ванну (или пара, идущего на разо-
грев воды).
Контроль и регулирование темпе-
ратуры в ваннах осуществляются при
помощи электронных мостов типа
ЭМБ, позволяющих записывать заме-
ренную температуру в прямоугольной
системе координат на ленточную диаг-
рамму.
Приборы для регулирования плотно-
сти тока. Для визуального контроля
и ручного регулирования средней ка-
тодной плотности тока в гальваниче-
ских ваннах служит прибор УКПТ-2,
построенный на базе лагометра. С его
помощью осуществляется сравнение
напряжения на электродах ванны с па-
раметрами линий постоянной плот-
ности тока:
UB= UB+ kUm,
где Uв — напряжения на электродах
ванны; Ue — нулевое напряжение,
характеризующее определенную плот-
ность тока; 1/т — напряжение шунта;
k — масштабный коэффициент.
При соблюдении равенства тока
в обеих рамках лагометра плечи равны
и стрелка прибора устанавливается
посередине зоны «норма», что соответ-
ствует заданной плотности тока.
При изменении электрического ре-
жима ванны равенство нарушается
и соответственно нарушается равенство
токов в рамках лагометра. При этом
стрелка лагометра вращается в ту
или иную сторону, отклоняясь от
середины зоны «норма».
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА
В ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ЦЕХАХ
В гибких автоматизированных си-
стемах осуществляется одновременно
Автоматизация производства в гальванических цехах
259
управление обработкой различных де-
талей в гальванических линиях, транс-
портирование деталей в барабанах и
на подвесках в соответствии с техно-
логическими параметрами. Система
обеспечивает технологические вы-
держки во веек ваннах линии, включе-
ние источника тока в ваннах и др.
Ее основные характеристики: число
одновременно программируемых тех-
нологических процессов или марш-
рутов 15; число операций в маршруте
до 28; число технологических процес-
сов, которыми одновременно управ-
ляет система, до 10; число обеспечива-
емых ванн до 31; число управляемых
электролитических ванн до 12; число
управляемых автооператоров 2;
временные выдержки в ваннах до
8,5 ч; число модификаций временных
выдержек до 30; габаритные размеры
1000X520X1500 мм; потребляемая
мощность от сети (220 В, 50 Гц) 1 кВт.
Для управления процессами галь-
ванического серебрения и золочения
с учетом расхода драгоценных метал-
лов внедрен пульт автоматического
выключения рабочей ванны после
обеспечения заданной толщины по-
крытия деталей. Принцип работы ав-
томатического пульта основан на
преобразовании напряжения, снятого
с шунта ванны (пропорционально току
ванны), в импульсы, частота которых
пропорциональна напряжению, а ко-
личество их равно количеству элек-
тричества, проходящего через ванну.
Генератор импульсов пульта на-
строен таким образом, что на форми-
рование одного импульса расходуется
количество электричества, необходи-
мое для осаждения 10 мг драгоценного
металла на покрываемой поверхности.
Это дает возможность программиро-
вать процесс покрытия разовых заве-
сок в гальванических ваннах и реги-
стрировать расход (в массе) драго-
ценных металлов в процессе длитель-
ной работы ванны при помощи соот-
ветственно электронного и электро-
магнитного счетчиков. Основные ха-
рактеристики пульта: рабочий ток
пульта для серебрения 0,2—30,0 А
и для золочения 0,1—5,0 А; шунты
в цепи ванны 0,2 Ом; точность отсчета
осаждаемой массы металла 0,2%; цена
деления отсчета счетчиков 10 мг; вмв-
9*
стимость электронного программного
устройства 0—999,99 г; вместимость
накопительного устройства 0—
9999,99 г; индикация процесса об
окончании — звуковая и световая;
питание от сети 50 Гц, 220 В; габарит-
ные размеры 370Х 150Х 330 мм;
масса 10 кг.
За последнее время в СССР внедрена
автоматизированная система, отно-
сящаяся к классу систем управления
многопозиционными технологиче-
скими процессами. Она предназначена
для управления автоматическими ли-
ниями для нанесения металлических
и анодно-оксидных покрытий с мелко-
серийным многономенклатурным ха-
рактером производства. Внедрение
АСУ «Гальваник» позволило решить
две задачи: повысить эффективность
производства; улучшить условия
труда гальваников и повысить куль-
туру производства.
Система позволяет оперативно пла-
нировать покрытие деталей, управлять
механизмами и устройствами гальва-
нических линий в соответствии с рас-
считанным графиком, подключать
в график детали, имеющие приоритет
обработки. В состав технических
средств системы входят: управля-
ющая вычислительная машина
АСВТМ-6000; устройство связи с объ-
ектом; рабочее место оператора-дис-
петчера.
Внедрение АСУ «Гальваник» исклю-
чило непосредственный контакт рабо-
чего-гальваника с химическими вещес-
твами в гальванических ваннах. Не-
посредственным исполнителем техно-
логического процесса стал автоопера-
тор. На особо опасных участках циа-
нистых покрытий (меднение, кадмиро-
вание, цинкование) применена
установка закрытого типа по растворе-
нию цианистых солей без непосред-
ственного участия человека.
Применение системы повысило эф-
фективность использования оборудо-
вания на 50%, в несколько раз сокра-
тило производственные площади,
улучшило качество покрытий и са-
нитарно-технические условия рабо-
чих-гальваников. Техническая ха-
рактеристика АСУ «Гальваник»:
количество гальванолиний, подклю-
чаемых к системе, 15; максимальное
260
Оборидтвание гальванических цехов
число технологических процессов
(программ) по одной гальванической
линии 63; способ передачи кодов —
параллельный; дискретность времени
100 мс; напряжение 220/380 В; частота
тока 15 Гц; потребляемая мощность
15 кВА; окупаемость 1—2 года.
В блок-схему АСУ «Гальваник» вхо-
дят: АСУП — автоматическая система
управления производства; ПДБ —
планово-диспетчерское бюро; УСО —
устройство связи с объектом; РМО —
рабочее место оператора; ПУ —
пульт управления; ГЛ — гальвани-
ческие линии, место загрузки и вы-
грузки, склад подготовки, склад гото-
вых деталей. Система обеспечена не-
прерывным конвейером, соединя-
ющим все гальванические линии с кон-
трольным аппаратом, складом под-
готовки деталей и складом готовой
продукции. Последние оснащены
автоматизированными штабелерами.
Подача кислот, щелочей для коррек-
тировки растворов рабочих ванн обес-
печивается за счет системы насосов
и сжатого воздуха из помещения,
расположенного вне зоны гальвани-
ческих ванн.
Гибкая автоматизированная си-
стема для нанесения металлопокрытий
(фирма Schering, ФРГ) состоит из
семи гальванических линий для произ-
водства печатных плат. На ней вы-
полняются следующие процессы:
химическое меднение, электрохими-
ческое меднение, лужение, никелиро-
вание, предварительное золочение,
оксидирование (чернение), снятие
металла с соответствующими подго-
товительными и заключительными
операциями. Линии объединены
системой автоматической транспорт-
ной связи, перегрузчиков и накопите-
лей в единый гибкий автоматизиро-
ванный участок, управляемый компь-
ютером.
Гибкие транспортные связи рас-
положены под потолком в виде рель-
совых путей. Эти потолочные подвесные
пути, расположенные перпендикуляр-
но к гальваническим линиям, обслу-
живаются одинаковыми для всего
участка портальными автооперато-
рами РП 202. Единая конструкция
захватов на автооператорах при одина-
ковой конструкции технологических
носителей-штанг обеспечивает транс-
портирование деталей в любом направ-
лении на любую позицию гальвани-
ческих линий, накопителей в линиях
и устройств загрузки и выгрузки.
В планировке участка особое внимание
уделено основному элементу техно-
логии в гальваническом автоматизи-
рованном производстве — поддержа-
нию в непрерывном рабочем состоянии
электролитов и других растворов.
QO КОНТРОЛЬ свойств
ГЛАВА ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ
ПОКРЫТИЙ
ТОЛЩИНА ПОКРЫТИЙ
Капельный метод. Основан на раство-
рении покрытия каплями раствора,
наносимыми на поверхность детали
и выдерживаемыми в течение опре-
деленного промежутка времени.
Толщину покрытия определяют по
числу капель, затраченных на раство-
рение покрытия. Этот метод незаменим
при проверке толщины покрытия на
деталях больших размеров и сложной
формы, когда недопустимо применять
разрушающие методы, а магнитный
и вихревой способы контроля невоз-
можно использовать из-за сложных
очертаний деталей. Металлы (сплавы)
и виды покрытий, проверяемые этим
методом, приведены в табл. 50.
Проверка толщины покрытия ка-
пельным методом сводится к следу-
ющему. На поверхность покрытия из
капельницы с внутренним диаметром
кончика капилляра 1,5—2,0 мм нано-
сят каплю раствора и выдерживают ее
заданное время. Затем каплю удаляют
фильтровальной бумагой и на ее место
наносят вторую каплю раствора. Эту
операцию повторяют до тех пор, пока
на этом месте появится основной ме-
талл или подслой. Местную толщину
покрытия (мкм) определяют по формуле
Ям = Н„ (л - 0,5),
где —- толщина покрытия, снима-
емая одной каплей раствора в течение
заданного времени (табл. 51); п —
число капель, израсходованных на
растворение покрытия до основы или
подслоя.
При расчете местной толщины галь-
ванического никелевого покрытия
на алюминии и его сплавах, получен-
ного с предварительной цинкатной
обработкой, принимается во внимание,
что каждому значению Ны соответ-
ствует действительное значение тол-
щины (мкм), а именно’ при Нм— 1,0
имеем 5,2, а при 12,0 соответственно
20,4. Относительная погрешность ме-
тода ±30%.
Электроструйный метод. Он основан
на растворении покрытия раствором,
вытекающим на поверхность детали
в виде струи с определенной скоростью.
Толщину покрытия рассчитывают
по времени, затраченному на раство-
рение покрытия. Момент окончания
контроля устанавливают с помощью
гальванометра (нуль-прибора). Дан-
ный метод применим для быстрого
и точного измерения местной толщины
одно- и многослойных покрытий, ука-
занных в табл. 52, на цилиндрических
и плоских деталях, площадь которых
больше 0,3 сма. При этом профиль
детали не должен препятствовать сте-
канию раствора.
Для измерения толщины покрытия
этим методом применяют установку
(рис. 122), состоящую из капельной
воронки 5 с краном 6. К нижнему
концу воронки с помощью резиновой
трубки 7 присоединяют капиллярную
трубку 8, из которой раствор подают
на поверхность образца 9. Капилляр-
ную трубку калибруют таким обра-
зом, чтобы при 18—20 °C и постоянном
давлении за 30 с из воронки вытекало
(10 ± 0,1) мл дистиллированной воды.
Постоянное давление устанавливают
посредством стеклянной трубки 4,
вставленной через пробку 3 в горлышко
воронки и имеющей отверстие 2 для
воздуха, поступающего в воронку.
Нижние концы стеклянных трубок 4
и 10 должны находиться в растворе
на расстоянии (250 ± 5) мм от конца
капиллярной трубки. В трубку 4
вставлен термометр 1. В пробку 3,
закрывающую воронку 5, вставлена
трубка 10, в закрытый конец которой
50. Основные виды покрытий, проверяемых капельным методом
Вид покры- тия Металл основы или подслоя Состав раствора Компоненты Содержа- ние, г/л Время выдерж- ки ОДНОЙ капли, с Признак окончания измерения
Zn, Cd Сталь, медь и ее сплавы Калий иодистый Иод ’00 100 60 30 Появление основного металла
Си Сталь, никель Серебро азотнокислое 44 60 Появление темного пятна на стали или белого на никеле
Ni Сталь, медь и ее сплавы Железо хлорное Медь сернокислая 300 100 30 Появление розового пятна
Ag Медь и ее сплавы Калий иодистый Иод 400 180 60 Появление основного металла
Sn, Sn—Bi Сталь, медь и ее сплавы Тиосульфат натрия Дистиллированная вода 300 1000 мл 30 Появление розового пятна
Sn—Pb Сталь, медь Железо хлорное Медь сернокислая 50 30 30
Соляная кислота (1,19 г/см*) Кислота борфтористо- водородная (1,15 г/см3) Перекись водорода (30%-ная) Дистиллированная вода 150 мл/л 10 мл/л 2,5 мл/л 90 мл/л Появление основного металла
t
I
8
I
е
§
с
i
5
Е
Е»
Продолжение табл. 50
Вид покры- тия Металл основы или подслоя Состав раствора Компоненты Содержа- ние, г/л Время выдерж- ки одной капли, с Признак окончания измерения
Сг Сталь, медь и ее сплавы, никель, цинк н его сплавы Кислота соляная (1,19 г/см*) 420 60 Появление основного металла
Си—Zn Сталь Железо хлорное Кислота соляная (1,19 г/см*) Кислота уксусная (ле- дяная) 150 150 мл/л 250 мл/л 30
W
Cd
Я
в
я
я
LL а и ta я х в
cjjQ х g*o § й
в
ta
ta
В
в
Cd
Со
ф
о
X
о
о
Е
S
я о я
В »43
оВ я й Й
“ о В о
о
ta
я
ф
я
si
2
£
2
В
сг
3
35
: a g о<
о к г о
я я
Я 45
о
КЗ и
to о
ta
о§
ё
В*
в о S й
г. в н
S 5Г<5.2
Cd
Е оХ
х я °О
ta п> z-ч я
В
и
а
х
S
в
о
Ф
to
В
ta
ф
2
го
я
в« я
43
Я я
о $>
р “ ^1^
§ s q?s §»
я
я
3
!
со _
ta я
ns
о
? S Н? 3?
в
в
9
о
в
я
в
X
W X
я
S
х
ta
§
со
3
X
ta
П)
X
в
ta
я
в
я
о
и
3
§
о
§
я
ta
н
в
в
S
ВЭ
в
X «
о Я
о
я
45
8
§
X
8.
S « 2 >
£
Е
Е
й
I
I
Е
264
Контроль свойств гальванических покрытий
51. Толщина покрытия Нк (мкм), снимаемая одной каплей раствора
за 30 и 60 с
Темпера- Нинк Медь Никель ПОС-40 ПОС-60
6С с 30 с
12 0,87 0,83 0,55 0.68 0,53
14 0,96 0,87 0,59 0,72 0,55
16 1,05 0,93 0,63 0.75 0,57
18 1,14 1,01 0.67 0,79 0,58
20 1,24 1,08 0,70 0,83 0,60
22 1,32 1,14 0,72 0.86 0,60
24 1,40 1,18 0,74 0,90 0,62
26 1,52 1,21 — 0,94 0,63
28 1,66 1,24 — 0.97 0,65
30 1,80 1,26 — 1,03 0,66
Примечания: 1. Толщина кадмиевого покрытия, снимаемого за
30 с при 12—30 °C, равна 1,2 мкм; оловянного — 0.55 мкм; серебряного —
1,1 мкм; свинцового при 18—25 °C—1,35 мкм; сплава олово — висмут (из
электролита с добавкой «Лимела Sn—22») при 18—25 °C — 1,02 мкм; никеле-
вого покрытия, полученного химическим способом, — 1.1 мкм (при 18—30 °C);
хромового (при 18—30 °C) — 1.08—1,98 мкм.
2. Значения Нк представлены для никелевых покрытий из сернокислых
электролитов; медных нз сернокислых и цианистых электролитов, цинковых
и кадмиевых из любых электролитов; оловянных из кислых и щелочных элек-
тролитов.
3. При толщине никелевого покрытия менее 3 мкм каплю раствора выдер-
живают на поверхности покрытия в течение 15 с. Одна капля при температуре
18—30 °C снимает за 15 с 0,3 мкм никеля.
кран 6, одновременно включая секун-
домер и электрическую схему.
При измерении толщины многослой-
ных покрытий отмечают время, затра-
ченное на растворение каждого слоя
покрытия, и ведут подсчет по формуле
Ям = Htt,
где Ht — толщина покрытия, снима-
емая за 1 с, мкм; t — время, затрачен-
ное на растворение покрытия, с.
При измерении толщины покрытия
необходимо фиксировать температуру
раствора. Виды покрытия, а также
значение Ht при различной темпера-
туре указаны в табл. 53.
При расчете в формулу вводят по-
правочный коэффициент для следу-
ющих покрытий: кадмиевого из серно-
кислого электролита 0,7, а из хлори-
стоаммонийного 1,16; медного из
цианистого электролита 1,35: нике-
левого из электролитов с блескообразу-
юшими добавками 1,2; хромового из
саморегулирующегося и тетрахромат-
ного электролитов и блестящего по-
крытия 1,1. При расчете толщины
никелевых покрытий из электролитов
с блескообразующими добавками в фор-
мулу вводят коэгЬфициенты, указанные
в табл. 54. Погрешность метода ±10% .
Кулонометпический метод. Он осно-
ван на местном анодном растворении
стабилизированным током ограничен-
ного участка гальванопокрытия с ка-
либрованной поверхностью. Этим
методом можно измерять как одно-
слойные. так и многослойные покрытия
на металлической и неметаллической
поверхности деталей (от 0,1 до
100 мкм). Метод позволяет определять
толщину покпытий с точностью ± 10%.
Для этой цели Институтом химии
и химической технологии АН ЛитССР
Толщина покрытий
265
52. Растворы, применяемые для струйного метода
к К * я я “ к я И я 5 ® Я CU ® ас О> «о * Е я со о к Появление розового пятна Появление основного ме- талла Появление розового, чер- ного или белого пятна Появление розового или желтого пятна; появление основного металла Появление основного ме- талла; появление розового пятна контактной меди
Раствор Содержание, г/л 70 7 70 мл/л 18 18 мл/л 300 100 300 100 '4'5 'ч 2 Soo Я _ ОСО о о о см о о СМ —• Т-.
Компоненты Аммоний азотнокислый Медь сернокислая Кислота соляная 1 н. Аммоний азотнокислый Кислота соляная 1 н. Железо хлорное Медь сернокислая Железо хлорное Медь сернокислая Кислота соляная (1,19 г/см3) Кислота серная (1,84 г/см3) Железо хлорное Медь сернокислая Спирт этиловый
Материал основы Сталь Сталь, медь и ее сплавы Сталь, цинковый сплав, никель Сталь, алюминий и его сплавы, медь и ее сплавы, титан и его сплавы Никель, сталь
Материал покрытия С Cd Си IN Сг
266
Контроль свойств гальванических покрытий
Продолжение табл. 52
Признак окончания измерения Появление основного ме- талла Появление основного ме- талла Появление черного пятна Появление розового пятна или основного металла
Раствор Содержание, г/л 250 7 250 7,5 150 мл/л 25 100 мл/л 40 мл/л 150 150 мл/л 250 мл/л 31 15 30 60 мл/л
Компоненты Калий иодистый Иод Калий иодистый Иод Кислота азотная (1,41 г/см®) Железо сернокислое Кислота азотная (1,41 г/см®) Кислота соляная (1,19 г/см®) Железо хлорное Кислота соляная (1,19 г/см®) Кислота уксусная (ледяная) Сурьма треххлористая Железо хлорное Медь сернокислая Кислота соляная (1,19 г/см®)
Материал основы Медь и ее сплавы Медь и ее сплавы 3 и г 0 С сплавы Сталь Сталь, медь и ее сплавы, никель
Материал покрытия Ag Ag->Sb Си—Sn Си—Zn
Толщина покрытий
267
53. Толщина покрытия (мкм), снимаемая за 1 с
Темпе- рату- ра, °C Zn Cd Си Си—Zn Ni Сг Ag—Sb
12 0,515 0,190 0,538 0,443 0 236
14 0,542 0,201 0.6J2 0,498 0,294 0,320 —
16 0,571 0,211 0,68b 0,560 0,376 0,101 0,355 0,250
18 0,610 0,223 0,794 0,629 0,467 0,120 0,380 0,270
20 0,645 0,235 0,926 0,699 0,521 0,136 0,403 0,310
22 0,690 0,247 1,042 0,768 0,575 0,156 0,420 0,320
24 0,740 0,260 1,163 0,836 0,641 0,169 0,439 0,350
26 0,775 0,272 1,266 — 0,709 — 0,459 —
28 0,808 0,286 1,389 — 0,769 — 0,478 —
Примечания: 1. Значение Hf представлено для кадмиевых покрытий
из цианистых и хлористоаммонийных электролитов; медных ив сернокислых
электролитов; сплавом медь — цинк из цианистых электролитов; никелевых
из сернокислых и борфтористоводородных электролитов; серебряных из циани-
стых, цианидферратных и роданистосинеродистых электролитов: хромовых мато-
вых из сернокислых электролитов.
2. Значение Н± для покрытия сплавом медь — олово в интервале темпера-
тур 18—28 °C равно 0,50.
разработан и поставляется кулоно-
метрический измеритель толщины
металлопокрытий Лимеда — ДЕМ.
Прибор предназначен для измере-
ния толщины медных, никелевых и
хромовых одно- и многослойных по-
крытий, нанесенных электролитиче-
ским и химическим способами на осно-
вание из металла или пластмассы.
Условия эксплуатации прибора: тем-
пература окружающей среды 10—35 °C;
относительная влажность воздуха
до 80% при 25 °C; напряжение сети
питания (220 ± 22) В, частота (50 ±
± 0,5) Гц. Прибор обеспечивает кон-
троль толщины покрытий 3—70 мкм
со скоростью анодного растворения
0,01—0,50 мкм/с. Погрешность при-
бора ±10%. Минимальная площадь
измеряемого образца ~15 мы2. Диа-
метр вытравливаемой поверхности
1,13 мм. Наименьшая кривизна про-
филя измеряемой поверхности (ра-
диус) 5 мм. Мощность, потребляемая
прибором, 20 Вт. Габариты прибора
290X340X85 мм, его масса 8 кг. При-
бор может работать в автоматическом
режиме.
Установка состоит из гальванической
ячейки 1 (рис. 123), стабилизирован-
ного источника постоянного тока 2,
миллиамперметра 3, высокоомного
вольтметра 4, включателя 5 и ревер-
сирующего переключателя 6 в элек-
трической цепи гальваноячейки. Про-
должительность процесса анодного
растворения фиксируют с помощью
счетчика. Гальваническая ячейка
54. Поправочные коэффициенты
для никелевого покрытия
из электролитов с различными
добавками
Время выдерж- ки, с 1.4-бутиндиол Кумарин и толуолсульфа- мин 2,6-яафталив дисульфокисло- та и формалин 2,6-вафталин дисульфокисло- тя
0—20 1,2 1,6 1,3 1.5
21—40 1.1 1,4 1.0 1.4
41—80 1.0 1,3 0,9 1.3
81—100 0,9 1,2 0,8 •—
268
Контроль свойств гальванических покрытий
Рис. 123. Схема кулонометрической уста-
новки для определения толщины металло-
покрытий
(рис 124) представляет собой метал-
лический сосуд из стали 12X18Н9Т
вместимостью не менее 1 см®. Ячейка
крепится в системе, обеспечивающей
постоянный ее прижим к контролиру-
емой поверхности. Для перемешивания
электролита в гальванической ячейке
применяется фторопластовая лопасть,
приводимая во вращательное движение
электродвигателем. Электронный ста-
билизатор обеспечивает на выходе
плавно регулируемую силу тока 0,5—
100,0 мА со стабилизацией, поддержи-
вающей точность ±0,5% . Для регули-
рования требуемой силы тока в цепи
гальваноячейки применяется много-
предельный миллиамперметр.
Составы электролитов для этого ме-
тода контроля толщины металлопо-
крытий приведены в табл. 55.
Металлографический метод. Метод
основан на определении толщины по-
крытия на поперечном шлифе и при-
меним для измерения толщины одно-
и многослойных покрытий. Рекомен-
Рис. 124. Гальваническая ячейка для ку-
лонометра
дуемое увеличение: 500—1000-крат-
ное для покрытий толщиной менее
20 мкм; 200-кратное — для покрытий
толщиной более 20 мкм. Микрошлиф
изготавливают следующим образом.
Из детали вырезают образец. Пло-
скость покрытия должна быть перпен-
дикулярна к плоскости шлифа. Затем
шлиф заливают сплавом Вуда, серой
или органическими стеклами (в рас-
плавленном виде). При этом образец
находится в вертикальном положении
в металлическом кольце (оправе). Про-
цесс подготовки шлифа рекомендуется
вести под углом 45° к покрытию. Не
допускается разрушение заливочного
материала. Растворы, применяемые
для травления шлифов, указаны
в табл. 56.
Гравиметрический метод. Основан на
определении массы покрытия путем
взвешивания деталей на аналитических
весах до и после получения покрытия
или до и после снятия покрытия. Метод
применим для определения средней
толщины покрытия на деталях или
партии деталей массой не более 200 г.
Расчет средней толщины покрытия
(мкм) проводят по формуле
н (mi — ma) 10 000
"ср----------’
где тг — масса детали (партии дета-
лей) после получения покрытия, г;
/Па — масса детали (партии деталей)
до получения покрытия или после сня-
тия его, г; S — площадь поверхности
покрытия, см2; у — плотность металла
покрытия, г/см®. Относительная по-
грешность метода ±10%.
При использовании этого метода ре-
комендуется пользоваться следу-
ющими значениями плотностей (г/см®):
висмут 9,8; золото 19,3; кадмий 8,65;
кобальт 8,9; медь 8,9; никель 3,9;
никель химический 8,04; олово 7,30;
палладий 11,9; родий 12,44; свинец
11,34; серебро 10,49; сурьма 6,62;
хром 7,1; цинк 7,2. Плотность оксида
алюминия 2,5, а фосфора 1,82 г/см®.
Плотность сплава 7СПл (г/см®) рассчи-
тывают по формуле
_ lOOTiVp
СПП 71т2 + 72*111 ’
где 71 и уя — плотности металлов,
входящих в состав сплава, г/см*; т1
Толщина покрытий
269
55. Составы электролитов для кулонометрического метода
Коэффициент силы тока для покрытия медного о> о £ 3 о о 1,00 1,00 1,045 2,930 2,930 0,347 0,347 0,438
никелевого 0,745 0,526 1О io о °1 о о Q О 2,810 2,810 0,332 0,332 0,419
Плотность тока, мА/мм* 21,06 14,86 27,05 27,05 28,28 79,33 79,33 9,38 9,38 11,85
Состав электролита Содержание, г/л 200—250 90—110 350—400 900—1000 7—8 350—400 40-50 110-130 85—100 700—800 190—200 85—100
Компоненты Натрий сернокислый или на- трий хлористый Калий иодистый Аммоний азотнокислый Калий иодистый Аммоний азотнокислый Аммоний роданистый Серная кислота (1,84 г/см®) Соляная кислота (1,19 г/см®) »! * • пмминии азитиикиыши Калий роданистый Соляная кислота (1,19 г/см3)
Материал основы или подслоя Сталь, медь и ее сплавы, алюминий, неметаллы Сталь, никель, алюминий, неметаллы Цинковый сплав Сталь, никель, медь и ее сплавы, алюминий, неме- таллы Сталь, никель, алюминий, пластмасса Медь и ее сплавы Сталь, никель, алюминий Медь и ее сплавы Сталь, медь и ее сплавы
внхнйя -ой 1Г1ГЕ1.эу/ С ’О N О Си и Ag С сл
2V0
Контроль свойств гальванических покрытий
56. Растворы, применяемые для травления шлифов
Протравли- ваемый Содержание, металл мл 200 г/л Кадмий 15 г/л и цинк Л S О о юю 95 Сталь 0,5 Алюминий 99,5 60 15 Серебро 25 Л ч сс О •чТ со 50 Мадь 10 г/л 2 Никель 90 или медь
Состав раствора Компоненты Ангидрид хромовый Натрий сернокислый Аммиак водный (плотность 0,9 г/см8) Перекись водорода (3%-ная) Азотная кислота (1,41 г/см8) Этиловый спирт Фтористоводородная кислота (0,987 г/см8) Дистиллированная вода Аммиак водный (плотность 0,9 г/см8) Перекись водорода (3%-ная) Дистиллированная вода Пикриновая кислота Этиловый спирт Аммиак водный (плотность 0,9 г/см8) Перекись водорода (3%-ная) Персульфат аммония Аммиак водный (плотность 0,9 г/см8) Дистиллированная вода
Металл основы или подслоя Сталь, цинк и его сплавы Медь и ее сплавы (основа и под- слой на стали, цинке и его спла- вах) Сталь Алюминий Сталь, медь и ее сплавы Сталь Медь и ее сплавы Медь и ее сплавы, никель
Металл покрытия Zn, Cd, Ni IN Ni, Ст Ni, Сг, Ag Ag Sn Su Sn—Bi
Толщина покрытий
271
Продолжение табл. 56
Протравли- ваемый металл Медь Алюминий
Содержание, мл 10 г/л 2 ю о> сч ь* о
03
Состав раство. Компоненты Хлорное железо Кислота соляная (1,19 г/см*) Дистиллированная вода Кислота фтористоводородная (1,14 г/см8) Дистиллированная вода
3 о В С ч ч я F й ИЛИ подслоя 3 со со Ч к и OJ <и ЕЕ i Алюминий
Металл покрытия РЬ Анодно-оксид- ный
в т, — массовые доли металлов
в сплаве, %.
Магнитный и электромагнитный ме-
тоды. Эти методы позволяют опреде-
лять толщину немагнитного покры-
тия на стали, чугуне, никеле, а также
толщину магнитного покрытия на
немагнитном материале. Существуют
магнитные толщиномеры МТ-20Н,
MT-ЗОН, МТ-40НЦ и др. Так, прибор
МТ-20Н можно применять для работы
в помещении, свободном от паров кис
лот и щелочей при температуре окру-
жающей среды —10-=-40°С, относи-
тельной влажности не более 90%
(при температуре 25 °C и атмосферном
давлении). Он позволяет проверять
толщину металлопокрытий на сталях
различных марок.
Метод вихревых токов. Для этого
метода используют приборы ВТ-ЗОН
и ВТ-40НЦ. Они позволяют измерять
толщину неэлектропроводных по-
крытий, полученных на деталях
из неферромагнитного материала. Диа-
пазон измерения их 0—2000 мкм с по-
грешностью 5%. Шероховатость про-
веряемых покрытий должна быть
нс более Rz = 20 мкм.
Термоэлектрический метод. Он осно-
ван на регистрации разности напря-
жений, возникающих под действием
теплоты между основным металлом
и металлическим покрытием, вызван-
ной различием их масс и теплопровод-
ностей и зависящей от толщины по-
крытия. Метод применим для измере-
ния толщины никелевых покрытий
5—40 мкм на деталях из стали, меди,
цинка, а также из их сплавов. Погреш-
ность метода ±15%.
Метод ионизирующего излучения.
Метод основан на измерении интенсив-
ности обратного рассеяния бета-излу-
чения в зависимости от толщины по-
крытия или регис 'рации и анализа
возбужденного при помощи радио-
изотопного источника спектр? рентге-
новского излучения материала покры-
тия и основного металла. В случае
измерения толщины металлопокрытия
разница атомных номеров основного
металла и покрытия должна быть более
двух единиц. Относительная погреш-
ность этого метода ±10%. Для его
осуществления применяют толщино-
меры «Бетамикрометр-1> и «Бета-
272
Контроль свойств гальванических покрытий
57. Область примененья толщиномера <Бетамикрометр-2>
Металл подложки Ru Rh Pd Ag Os Ir Pt Au
Неметаллы + + + +
Магний + + + — +
Алюминий + + + — +
Титан + + + — +
Сталь + + + — +
Ковар + + + — +
Медь и ее сплавы + + + — +
Серебро + — +
Олово и его сплавы + + + + +
Свинец + + + + +
Пермаллой + + + + +
Примечание. Знак <-(-» означает возможность, а знак «—» — невоз-
можность применения «Бетамикрометра-2».
Рис. 125. Пересчегное устройство ПУ-2
(а) и датчик ДОТ-2 (<Г) толщиномера типа
« Бетамикрометр-2»
микрометр-2». Диапазон измерения
этих приборов 0—150 мкм. Толщино-
мер «Бетамикрометр-2» предназначен
для измерения преимущественно
толщины покрытий драгоценными ме-
таллами (табл. 57) на различных ме-
таллах и неметаллах.
Прибор состоит из пересчетного уст-
ройства ПУ-2 и датчика ДОТ-2
(рис. 125). К выходу устройства ПУ-2
можно подключать цифропередаточное
устройство типа БЗ-15 и определять
толщину непосредственно в микро-
—---------- ~ S)
метрах. Прибор можно эксплуати-
ровать в любых производственных по-
мещениях. Прибор "Бетамикро-
метр-2» работает на различных изо-
топах.
ПОРИСТОСТЬ покрытий
Метод наложения паст. Основан на хи-
мическом взаимодействии металла
Пористость покрытий
273
58. Составы паст для проверки пористости покрытий
Вид покрытия Основной металл Номер пасты Время выдерж- ки, мин Признак пористости
Все виды покрытий (кроме цин- кового и кадмиевого) Сталь 1 3 Красное окрашивание
Все виды покрытий (кроме цин- кового, кадмиевого, оловянно- го, никелевого, полученного хи- мическим способом и покрытий сплавами олово — свинец и оло- во — висмут) Медь и ее сплавы 2 5 Краско-корич- невое окраши- вание
Все виды покрытий (кроме цин- ковых и кадмиевых) Медь и сплавы 3 1 Красное окра- шивание
Все виды покрытий Цинк и его сплавы 4 5 Розово-лиловое окрашивание
Все виды покрытий Золотое, палладиевое (сплавы на их основе) и хромовое Алюминий и его сплавы Никель и его сплавы 5 5 Розовое окра- шивание
6 10 Красное окра- шивание
Серебряное, золотое, палладие- вое (сплавы на их основе) и хромовое Никель и его сплавы 7 10
подложки с реагентом в местах пор
и других несплошностей покрытия
с образованием окрашенных соеди-
нений. Этим методом определяют пори-
стость металлопокрытий на стали,
меди, алюминии, цинке и их сплавав.
Детали предварительно обезжири-
вают в спирте, бензине, трихлорэти-
лене и других органических раствори-
телях. Пасту наносят на поверхность
покрытия кистью, пульверизатором,
а также окунанием или другими спосо-
бами и выдерживают не более 10 мин.
Расход пасты составляет в среднем
50—120 г/м’. Составы паст приведены
в табл. 58.
Приготовление паст ведут следу-
ющим образом. Паста № 1: ста-дипири-
дил растворяют в 0,1 н. раствора НС1
из расчета 1 г на 100 см® раствора.
Полученный раствор смешивают с про-
пиловым спиртом в отношении объ-
мов 4:1. Диоксид титана замешивают
на полученной смеси из расчета 12—
20 г на 10 см® смеси (консистенция
кашицы). Паста пригодна к употреб-
лению в течение двух-трех недель.
Паста Ns 2 готовится путем раство-
рения дифенилкарбазида в смеси эти-
лового и пропилового спирта (отноше-
ния объемов 1:1) из расчета 1 г
на 100 см® раствора (раствор 1). На-
трий азотнокислый и алюминии уксус-
нокислый растворяют в воде из расчета
5 г каждого компонента на 100 см®
раствора (раствор 2). Растворы 1 и 2
смешивают в отношении объемов 1:1.
Диоксид титана замешивают на смеси
растворов из расчета 10—15 г на 10 см®
смеси. Паста пригодна к употреблению
в течение двух суток.
Паста № 3 готовится растворением
кадиона П в воде из расчета 2 г на
100 см® раствора (раствор 1). Аммоний
надсернокислый и аммиак (плотность
0,91 г/см®) растворяют в воде из рас-
чета 10 г первого и 10 см® второго на
100 см® раствора (раствор 2). Растворы
1 и 2 смешивают в отношении объемов
4:1. Диоксид титана замешивают на
полученной смеси из расчета 12—15 г
на 10 см® смеси. Паста готова к упо-
треблению в течение двух суток.
Паста № 4 готовится растворением
274
Контроль свойств гальванических покрытий
дифенилтиокарбазида в смеси этило-
вого и пропилового спиртов, взятых
в отношении объемов 1 : 1, из расчета
0,5 г дифенилтиокарбазида на 100 см*
раствора (раствор 1). Диоксид 'титана
замешивают на растворе 1 до конси-
стенцгч густой кашицы из расчета
20—30 г на 10 см* раствора 1. К смеси
добавляют 0,5 н. раствора гидрооксида
натрия в объеме, равном двухкратному
объему раствора 1. Смесь тщательно
перемешивают. Паста пригодна к упо-
треблению в течение двух-трех суток.
Пас га № 5 готовится растворением
алюминона в воде из расчета 2 г
алюминона на 100 см® раствора, затем
добавляют пропиловый спирт в отно-
шении объемов 3 : 1 (раствор 1). Ди-
оксид титана замешивают на растворе 1
до консистенции густой кашицы из
расчета 25—30 г на 10 см* раствора 1.
К смеси добавляют 20—25%-ный рас-
твор перекиси водорода в объеме,
равном 0,5 объема раствора 1. Смесь
тщательно перемешивают. Паста
пригодна к употреблению в течение
2—3 ч.
Пасту № 6 готовят растворением
диметилглиоксима и кристаллического
иода в смеси этилового и пропилового
спиртов, взятых в отношении объемов
3 : 1, из расчета 1 г диметилглиоксима
и 1 г иода на 100 см* раствора (рас-
твор 1). Азотнокислый натрий раство-
ряют в воде из расчета 10 г на 100 см*
раствора (раствор 2). Растворы 1 и 2
смешивают в смеси растворов 1 и 2
из расчета 10—15 г на 10 см® смеси
растворов. Паста пригодна к употреб-
лению в течение двух суток.
Паста № 7 готовится растворением
диметилглиоксима в смеси этилового
и пропилового спиртов, взятых в отно-
шении объемов 3:1, из расчета 1 г
димети.тлиоксила на 100 см® раствора
(раствор 1). Азотистокислый натрий
и углекислый аммоний растворяют
в воде из расчета 5 г каждого из ком-
понентов на 100 см* раствора (рас-
твор 2). Растворы 1 и 2 смешивают
в отношении объемов 1:1. Диоксид
титана замешивают на смеси раство-
ров 1 и 2 из расчета 10—15 г на 100 см*
смеси растворов. Паста пригодна к упо-
треблению в течение двух суток.
Цветной метод. Его применяют для
контроля микродефектов на не-
магнитных материалах. Метод осно-
ван на использовании способности спе-
циальной красной краски хорошо про-
никать в глубь поверхности дефектов,
а белой краски — хорошо впитывать
красную краску. После нанесения и
удаления красной краски с контроли-
руемой поверхности она сохраняется
внутри дефекта. Когда на счищенную
поверхность наносят белую краску,
последняя впитывает из дефекта крас-
ную и, окрашьгаясь, проявляет де-
фекты на поверхности детали.
Красная краска содержит 950 см*
бензола, 50 см® масла МК-8, 10 г
жирорастворимого темно-красного
красителя (судан IV). Белая краска
(для удобства нанесения ее кистью)
состоит из коллодия на спирто-эфир-
ной смеси (700 см®), бензола (200 см®),
растворителя РДВ (100 см*), белил
цинковых густотертых МО или цинко-
вых художественных (50 г/л). Перед
контролем детали обезжиривают
сначала в бензине, а затем в ацетоне.
Остатки растворителей удаляют
с контролируемой поверхности путем
нагревания деталей из жаропрочных
материалов при 200—250 °C, из легко-
плавких при 80—100 °C в течение
1—2 ч.
Метод наложения фильтровальной
бумаги. Он основан на химическом
взаимодействии основного металла
или подслоя с реагентом в местах пор
и других дефектов покрытия. Бумагу
накладывают на деталь таким образом,
чтобы не оставалось пузырьков воз-
духа. После снятия бумагу с отпечат-
ками пор (в виде точек или пятен)
промывают струей дистиллированной
воды и сушат на чистом стекле.
Растворы для смачивания фильтро-
вальной бумаги приведены в табл. 59.
Для выявления пор, проникающих
до латунной основы, фильтровальную
бумагу с отметками пор после про-
мывки накладывают на чистое стекло
и на нее равномерно наносят раствор
железосинеродистого калия (40 г/л).
При такой обработке желтые точки
(следы никеля) исчезают. После этого
бумагу промывают струей воды и су-
шат на стекле. Затем подсчитывают
оставшиеся на бу ячге красно-бурые
и синие пятна.
Для выявления пор, проникающих
Пористость покрытий
275
i9. Растворы, применяемые для определения пористости фильтровальной бумаго1
Признак пористости Синие точки-поры до стали, красно-бурые точ- ки-поры до меди, жел- тые точки-поры до ни- келя Синие точки-поры до стали Синие точки-поры до стали, красно-бурые до меди, желтые до никеля Синие точки-поры до стали Синие точки-поры до стали, желтые точки- поры до никеля
Время выдержки, мин ВО ю ю ю 20 45
Состав раствора Содержание, г/л 10 30 60 40 15 о 1 20
Компоненты Калий железосинероди- стый Аммоний хлористый Натрий хлористый Калий железо-синероди- стый Натрий сернокислый Калий железосинероди- стый Натрий хлористый
Основной металл или металл подложки Сталь, медь, ни- кель Сталь Сталь, медь, ни- кель Сталь Сталь, никель
Вид покрытия Хромовое (в том числе молочное) Хромовое одно- слойное Никелевое (в том числе многослой- ное) Медное Оловянное, сплав олово — висмут
276
Контроль свойств гальванических покрытий
до никеля, фильтровальную бумагу
с отпечатками пор накладывают на
чистое стекло и равномерно наносят
раствор диметилглиоксина (2 г/л)
и аммиака (25%-ный раствор 500 мл/л).
После появления в местах пор точек
или пятен ярко-розового цвета, харак-
терного для никеля, фильтровальную
бумагу промывают струей воды и сушат
на стекле. При такой обработке следы
пор, доходящие до стали и меди,
бледнеют и не мешают подсчитывать
поры, доходящие до никеля. Число
пор определяют следующим образом:
фильтровальную бумагу с отпечатками
пор накладывают на стекло с градуиро-
ванной сеткой. Число пор подсчиты-
вают в каждом квадрате отдельно.
Полученные числа складывают.
Определение пористости покрытий
с верхним слоем хрома проводят не
ранее, чем через 30 мин после оконча-
ния процесса хромирования. Среднее
число пор рассчитывают по формуле
,, /^общ
Л^ср- ——,
где АоСщ — общее число пор на кон-
тролируемой поверхности; S — пло-
щадь контролируемой поверхности,
см2.
Допускается для никелевого по-
крытия не более трех сквозных пор
на 1 см2 площади поверхности и на
1 см длины кромки. При толщине
покрытия менее 24 мкм или суммарной
толщине никеля и подслоя менее 12 мкм
пористость не нормируется. Хромовые
покрытия должны иметь не более трех
сквозных пор на 1 см2 площади поверх-
ности и на 1 см длины кромки. Пори-
стость молочного хрома толщиной до
24 мкм, защитно-декоративного мно-
гослойного толщиной до 21 мкм и
износостойкого толщиной до 40 мкм
не нормируется.
Для покрытий оловом и сплавами
олово — висмут допускается не более
трех сквозных пор на 1 см2 площади
поверхности и на 1 см длины кромки
При толщине олова или олова с под-
слоем менее 6 мкм пористость не нор-
мируется. То же самое допускается
для покрытий серебром и сплавом
серебро — сурьма (при толщине
серебра или серебра с подслоем менее
12 мкм пористость не нормируется).
Приведенная допустимость пористо-
сти касается только покрытий на дета-
лях из конструкционных сталей; на
других видах основного металла она
устанавливается в нормативно-тех-
нической документации.
Электрохимический метод. Его при
меняют для хромовых и никелевых
покрытий. Он основан на гальваниче-
ском осаждении меди на основном
металле или подслое в местах пор
и трещин покрытия. Осаждение меди
проводят в электролите состава (г/л):
медь сернокислая 200, кислота серная
20. Катодная плотность тока 0,3 А/дм2,
температура 18—30 °C, продолжитель-
ность обработки не более 1 мин. За-
грузку проводят под током.
В тех случаях, когда определение
пористости проводят с перерывом после
получения покрытий, деталь перед
осаждением меди обрабатывают
в растворе азотной кислоты (10—
20 г/л) при температуре 95 °C в течение
4 мин. Наличие трещин в покрытии
контролируют в отраженном свете под
микроскопом с 100-кратным увеличе-
нием. Для очень тонкого рисунка
трещин и более точного подсчета при-
меняют большее увеличение. Рассто-
яние, на котором подсчитывают тре-
щины, определяют с помощью оку-
ляра с микрометрической шкалой или
аналогичного прибора. Расстояние
выбирают так, чтобы при использу-
емом увеличении можно было под-
считать не менее 40 трещин.
Метод Корродкот. Метод применяют
для определения пористости много-
слойных покрытий никель — хром,
медь — никель — хром на стали
и цинковых сплавах. Он основан на
химическом взаимодействии основного
металла или металла подслоя с ком-
понентами паст. Испытания проводят
в камерах на деталях или образцах —
свидетелях площадью не менее 50 см2
и толщиной 1—3 мм. Пасту наносят
на поверхность детали чистой мягкой
кистью сначала круговыми, а затем
прямолинейными движениями. Тол-
щина слоя пасты во влажном состо-
нии должна быть 0,08—0,20 мм. Сушку
проводят в течение 1 ч на воздухе при
относительной влажности воздуха
не более 50%, температуре 18—30 °C.
Прочность сцепления покрытий
277
После сушки детали выдерживают
в испытательной камере при темпера-
туре 36—40 °C и относительной влаж-
ности воздуха 80—90% без конденса-
ции влаги. Не допускается соприкос-
новение деталей друг с другом и с эле-
ментами камеры, а также открывание
двери камеры при выдержке деталей.
Продолжительность одного цикла
испытаний 16 ч. После выдержки
в испытательной камере детали с по-
крытиями на цинковых сплавах очи-
щают от пасты с помощью мягкой
щетки или губки, промывают в холод-
ной проточной воде и осматривают
невооруженным глазом.
Стальные детали с покрытиями осма-
тривают до и после удаления пасты
с поверхности. При необходимости
более четкого выявления пор допу-
скается детали после удаления пасты
выдерживать в течение 14 ч в камере
соляного тумана или в камере с кон-
денсацией влаги. Пасту готовят следу-
ющим образом: в 50 мл дистиллиро-
ванной воды растворяют 0,035 г азотно-
кислой меди, 0,165 г хлористого железа
и 1,0 г хлористого аммония. В полу-
ченный раствор отдельными порциями
добавляют 300 г каолина. Суспензию
тщательно перемешивают стеклянной
палочкой и выдерживают в течение
2 мин до насыщения каолина. Паста
пригодна к употреблению в течение
одного дня.
Метод погружения. Он применим для
определения пористости никелевых,
хромовых, оловянных и серебряных
покрытий на стали (на малогабаритных
деталях сложной конфигурации).
При контроле используют раствор:
калий железосинеродистый 2 г,
спирт этиловый технический 200 мл,
желатину пищевую 15—25 г, кислоту
серную 0,5 н. 10 мл, воду дистилли-
рованную 790 мл. Температура рас-
твора 25—35 °C.
Раствор должен быть жидким, хо-
рошо смачивать детали и при засты-
вании покрывать равномерным слоем
всю поверхность.
Детали выдерживают в течение
5 мин при температуре 18—30 °C,
после чего на контролируемой по-
верхности подсчитывают число си-
них точек, соответствующее числу
пор.
ПРОЧНОСТЬ СЦЕПЛЕНИЯ
ПОКРЫТИЙ
К наиболее часто применяемым мето-
дам определения степени адгезии ме-
таллопокрытий с основным металлом
или подслоем относятся: полирование,
крацевание, изгиб, навивка, нанесе-
ние сетки царапин, растяжение, на-
грев, запиловка, выдавливание.
Метод полирования. Поверхность по-
крытия полируют не менее 15 с. Ско-
рость полирования 20—30 м/с. После
полирования на контролируемой по-
верхности не должно быть вздутий
или отслаиваний покрытия. Для по-
лирования применяют круги из бязи,
фетра и других материалов, а также
крокусную и хромовую пасты. Этим
методом проверяют качество сцепления
следующих видов покрытий: медью,
сплавами медь—олово, медь—цинк,
никелем, покрытие химическим ни-
келем, хромом и сплавом олово—ни-
кель.
Метод крацевання. Его применяют
для определения качества сцепления
покрытий: медью, сплавами медь—
олово, медь—цинк, цинком, кадмием,
сплавами олово—висмут, олово—цинк,
олово—никель, свинцом, сплавом
олово—свинец, серебром, сплавами
серебро—сурьма, серебро—палладий,
золотом, сплавами золото—никель, зо-
лото—кобальт, палладием и родием.
Для крацевання используют сталь-
ные и латунные щетки (для мягких
покрытий) с диаметром проволоки
0,1—0,3 мм, частота вращения щеток
1500—2800 мин-1. Поверхность покры-
тия крацуют не менее 15 с. После
крацевання на контролируемой по-
верхности не должно быть вздутий
или отслаиваний покрытия.
Метод нагрева. Он применим для
большинства покрытий металлами и
сплавами. Зависимость температуры
нагрева от материала основы и вида
покрытия представлена в табл. 60.
Детали с покрытием нагревают и вы-
держивают в течение 60 мин и охлаж-
дают на воздухе.
После нагрева на контролируемой
поверхности не должно быть вздутий
или отслаиваний покрытия. Допус-
кается охлаждать детали с покрытием
в воде при температуре 15—20 °C
378
Контроль свойств гальванических покрытий
60. Температура нагрева деталей для проверки прочности сцепления
Основной металл Температура нагрева покрытия, °C
Си, Си—Sn, Си—Zn Zn, Cd б Ni, Sn —Ni Sn, Pb, Sn—Pb, Sn—Zn, Sn—Pb Ag, Ag—Sb Au, Au—Ni, Au—Co и ДР- Pd, Rh
Сталь, чугун, сплавы 200 190 300 250 150 200 200 —
с заданным коэффи- циентом расширения Алюминий и его спла- 200 200 150 200
ВЫ Медь и ее сплавы 190 250 250 150 200 200 200
Цинк и его сплавы -—- — 140 140 —— — — —
Титан и его сплавы — — 210 210 — 200 —
Никель — — — — — 200 200 —
Серебро — — — — — — — 200
Примечание. Допустимое колебание значения температуры для всех
случаев ±10 °C.
Метод навивки. Его применяют для
покрытий: медью, сплавами медь—
олово, медь—цинк, никелем (получено
гальваническим и химическим спосо-
бом), хромом, цинком, кадмием, оло-
вом, сплавами олово—висмут, олово—
цинк, свинцом сплавами олово—сви-
нец, серебром, сплавами серебро—
сурьма, золотом (также покрытия спла-
вами на его основе), палладием и ро-
дием. Этот метод используют для оп-
ределения прочности сцепления ме-
таллопокрытий на проволоке. Прово-
локу диаметром до 1 мм навивают на
стержень утроенного диаметра; диа-
метром более 1 мм — на проволоку
того же диаметра таким образом, чтобы
образовалось не менее трех витков
с сохранением между витками рас-
стояния, равного диаметру проволоки.
Пружины диаметром проволоки до
1 мм контролируют выпрямлением;
диаметром более 1 мм — растягива-
нием пружины на двойную длину, при
этом не должно наблюдаться отслаи-
вания. Испытания рекомендуется про-
водить на образцах длиной 40—140 мм,
шириной 10—50 мм, толщиной не
более 3 мм.
Метод нанесения сетки царапины.
Его применяют для всех видов по-
крытия, за исключением хромового
и никелевого, осаждаемого химическим
способом. Он используется для оп-
ределения прочности сцепления по-
крытий толщиной не более 20 мкм.
На поверхности контролируемого по-
крытия стальным острием (твердость
материала острия должна быть выше
твердости покрытия) наносят четыре —
шесть параллельных линий глубиной
до основного металла на расстоянии
2—3 мм друг от друга и четыре —
шесть параллельных линий, перпенди-
кулярных к ним. Линии проводят
в одном направлении. На контроли-
руемой поверхности не должно быть
отслаивания покрытия.
Метод запиловки. Его применяют
для покрытий: никелем (гальваниче-
ским и химическим способом), хромом,
а также сплавами типа олово—никель
или никель—кобальт. При этом методе
контроля образец с покрытием, выре-
Твердость металлопокрытий
279
ванный из детали, зажимают в тисках
и запиливают по срезу напильником
с набором мелких зубьев. Запиловку
проводят в направлении от основного
металла к покрытию под углом 45°,
при этом не должно наблюдаться от-
слаивания покрытия. Для мелких де-
талей допускается срез с одной сто-
роны до вскрытия основного металла.
Метод применим для покрытий тол-
щиной более 5 мкм.
ТВЕРДОСТЬ МЕТАЛЛОПОКРЫТИЙ
Микротвердость покрытий проверяют
методом вдавливания алмазной пира-
миды (наконечника). Алмазный нако-
нечник с углом а вдавливается в ис-
пытуемый образец (детали) под дей-
ствием нагрузки Р (рис. 126). После
снятия нагрузки измеряют диагональ
квадратного отпечатка на поверхности
образца. Микротвердость определяют
на приборе типа ПМТ-З путем деле-
ния нагрузки Р на условную площадь
боковой поверхности отпечатка.
Нагрузку выбирают таким обра-
зом, чтобы минимальная толщина об-
разца или слоя покрытия была в 1,5
раза больше длины диагонали отпе-
чатка (d). Расстояние от центра отпе-
чатка до края образца должно быть
не меньше двойной длины диагонали
отпечатка, а расстояние от центра
отпечатка до края — не меньше двой-
ной длины диагонали отпечатка боль-
шего размера. Микротвердость по-
крытия можно проверять без разруше-
ния детали, т. е. без приготовления
микрошлифа. При этом поверхность
детали с покрытием не должна иметь
рисок, царапин и других дефектов,
что не всегда достижимо в серийном
производстве. Кроме того, малогаба-
ритные детали, имеющие радиус кри-
визны менее 1 мм, практически не-
возможно точно установить под центр
алмазного наконечника. Поэтому в
большинстве случаев замер микротвер-
дости покрытий ведут с разрушением
покрытой детали.
При разрушении детали помимо
микротвердости покрытия можно од-
новременно проверить микротвердость
основного металла, а также толщину
многослойных покрытий или исследо-
вать структуру последних. Приго-
Рис. 126. Схема проверки твердости метал-
лопокрытий алмазной четырехгранной пи-
рамидой
товление микрошлифа сводится к еле-
дующему процессу. Образец шлифа
вырезают из детали таким образом,
чтобы плоскость покрытия была строго
перпендикулярна к плоскости шлифа.
Для предотвращения разрушения по-
крытия рекомендуется наносить за-
щитный слой покрытия (до заливки
образца в шлиф) 20—30 мкм, обладаю-
щего хорошей прочностью сцепления
с контролируемым покрытием и до-
статочной твердостью.
Заливку шлифа проводят легко-
плавкими металлическими сплавами
(сплавы Вуда, Розе, Гутри и др.)
или в крайнем случае органическим
стеклом, полистиролом, серой и др.
При изготовлении шлифа во избежа-
ние смазывания металлопокрытия и
заливочных сплавов в процессе шлифо-
вания и полирования рекомендуется
вести обработку под углом 45° к по-
верхности покрытия. При этом дол-
жен быть переход обработки от гру-
бого напильника до окончательного
полирования на фетровом или сукон-
ном круге с применением паст из
оксида хрома, алюминия или магния
280
Контроль свойств гальванических покрытий
в зависимости от материала покрытия.
Для получения отчетливой границы
между покрытием и основным метал-
лом после полирования рекомендуется
проводить травление шлифа (составы
растворов для этой цели были при-
ведены ранее).
ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ ПОКРЫТИЙ
Износ является нежелательным изме-
нением поверхности предмета вслед-
ствие отрыва от нее мельчайших ча-
стиц. При этом принимается, что от-
рыв частиц может быть вызван меха-
ническими или химическими причи-
нами.
Если сравнить коэффициент сколь-
жения у различных пар металлов
(у хромированной стали с хромирован-
ной сталью 0,12; у хромированной
стали со сталью без покрытия 0,16;
у блестящего хрома с чугуном 0,06;
у закаленной стали с баббитом 0,19
и т. д.), то видно, что природа металла,
в паре с которым сопрягается данное
покрытие, оказывает значительное
влияние на износостойкость.
При исследовании износостойкости
металлопокрытий следует учитывать
и противозадирную стойкость, опреде-
ляемую коэффициентом фрикционного
упрочнения. Последний оценивается
путем измерения микротвердости по-
верхности до и после трения в режиме
задира. Чем меньше фрикционное
упрочнение, тем больше противо-
задирочная стойкость металла (сплава).
Практика показывает, что трение, на-
пример, золотых покрытий толщи-
ной —3 мкм сначала развивается в ре-
жиме задира и коэффициент трения
скачкообразно меняется от 0,5 до 1,2.
В этот период трения имеет место
интенсивное изнашивание. Во втором
периоде наступает трение в режиме
пластического оттеснения. Задир вы-
рождается при снижении толщины
покрытия вследствие изнашивания, и
коэффициент трения становится рав-
ным 0,4. В случае применения смазки
типа ВНИИНП-230 коэффициент тре-
ния уменьшается до 0,15 (золото по
золоту).
Износостойкость и прочность ме-
таллов (металлопокрытий) категории
различные, хотя и имеют много об-
щего. Прочность металлов, опреде-
ленная с учетом сил атомных связей,
в сотни раз превышает их реальную
прочность, полученную при испыта-
ниях металлических моно- и поликри-
сталлов. На практике мерой износа
принято считать убыль металла (спла-
ва) в результате истирания, опреде-
ляемую взвешиванием. Иногда износ
характеризуют изменением состояния
поверхности, которое может быть оп-
ределено, например, с помощью спе-
циальных приборов. В некоторых слу-
чаях при оценке износостойкости поль-
зуются сравнительными характери-
стиками (износ соизмеряют со вре-
менем воздействия абразива на по-
верхность контролируемой поверх-
ности покрытия).
Абразивное истирание. В ванну за-
ливают дистиллированную воду и за-
сыпают определенное количество аб-
разива. Затем через барбатер в ванну
с абразивным раствором подают сжа-
тый очищенный воздух. Детали (пред-
варительно взвешенные) во вращаю-
щемся колоколе или подвешенные на
проволоке погружают в содержимое
ванны и выдерживают в течение 1 ч.
После этого детали выгружают, про-
мывают, сушат и снова взвешивают.
Потеря массы, отнесенная к общей
поверхности деталей, является мерой
износостойкости данного металло-
покрытия.
Метод сочленения (или расчленения).
Этот метод позволяет испытывать из-
носостойкость покрытий драгоценными
металлами. Для этой цели на гнездо
(для электросоединителей) надевают
пружину, отжимают ее до требуемого
усилия (усилие проверяют посредством
специального калибровочного штыря
под определенной нагрузкой). После
этого гнездо сочленяют с рабочим
штырем. Количество сочленений (сты-
ковок) до вскрытия основного металла
(на гнезде или штыре) и есть мера из-
носостойкости золотого или серебря-
ного покрытия в нормальных атмос-
ферных условиях.
Одним из стандартизованных мето-
дов контроля износостойкости яв-
ляется метод истирания. Он основан
на определении продолжительности ис-
тирания покрытия необходимой тол-
щины при постоянной нагрузке до
Электрические параметры покрытий
281
обнажения основного металла, в срав-
нении с более мягким покрытием той же
толщины, износостойкость которого
принимается за единицу. Трущаяся
пара представляет собой плоскопарал-
лельную пластину размером 200Х
Х350 мм или диск диаметром 150—
200 мм, закрепленный неподвижно,
и свободно передвигающийся образец
с контролируемым покрытием. Шерохо-
ватость поверхности образца и пла-
стины должна быть одинаковой и не
превышать Ra = 1,25 мкм. Неподвиж-
ную пластину или диск изготовляют
из твердого сплава или любого ме-
талла с твердым покрытием. Нагрузку
выбирают в зависимости от предпола-
гаемой твердости контролируемого по-
крытия.
Одним из методов проверки износо-
стойкости металлопокрытий, приме-
няемых за рубежом, является проверка
песком, вытекающим из стеклянной
трубки длиной 915 мм на истираемую
поверхность, наклоненную под углом
45 ° к горизонту. Износ при этом оп-
ределяют по количеству песка, из-
расходованного для изменения внеш-
него вида полированного покрытия
или же по потере массы образца.
С помощью перечисленных методов
получают сравнительное значение из-
носа. Однако изделия с металлопо-
крытиями подвергаются эксплуата-
ции в течение определенного времени
и строго в конкретных условиях.
Поэтому наиболее объективной оцен-
кой испытания износостойкости яв-
ляются натурные испытания. Так,
например, износостойкость палладие-
вого покрытия толщиной 5 мкм при
нормальных условиях составляют
240 ч, а при воздействии электриче-
ского тока (500 мА, 125 В и 62,5 Вт)
она равна только 2 ч.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ
ПОКРЫТИЙ
К основным электрическим параметрам
следует отнести переходное сопротив-
ление, удельное сопротивление и про-
бивное напряжение металле- или ок-
сидных покрытий.
Удельное электрическое сопротивле-
ние. Его проверяют с применением
одинарного или двойного электроизме-
рительного моста МОД-54 с пределом
измерений 10-5 Ом (класс точности
0,05). Допускается применять при-
боры других типов с тем же пределом
измерения. Контролируемое покры-
тие осаждают на проволоку диаметром
0,1 мм и длиной 0,2—0,5 м из мате-
риала с большим электрическим со-
противлением (константан и др.). Дли-
ну проволоки и диаметр ее измеряют
до и после нанесения покрытия на оп-
тиметре ИКГ.
Проволоку с покрытием обезжири-
вают в органическом растворителе
(спирт, бензин и т. д.) и присоединяют
к соответствующим клеммам моста для
измерения сопротивления. Допуска-
ется проводить измерение на образце,
представляющем собой металлическое
покрытие, отделенное от основы ме-
талла. Удельное сопротивление
где S — поперечное сечение покрытия,
мм®; I — длина измеряемого участка
проволоки, м; Ro — сопротивление
покрытия. Ом;
^общ^?осн
^оен ^общ'
где /?общ — общее сопротивление ос-
новного металла с покрытием. Ом;
Rocb — сопротивление основного ме-
талла с учетом подслоя, Ом.
Поперечное сечение покрытия (мм2)
S = ^(D?-DS),
где £>! и £>а—диаметры проволоки со-
ответственно с покрытием и без по-
крытия, мм.
Переходное сопротивление. Контро-
лируемое покрытие осаждают на про-
волоку из меди или ее сплавов диа-
метром 1 мм. Перед измерением обра-
зец обезжиривают и подключают с по-
мощью клемм к установке, состоящей
из источника постоянного тока, ам-
перметра, эталонной катушки рео-
стата. С помощью специального при-
способления измеряют нагрузку, дей-
ствующую на верхнюю или нижнюю
проволоки. Потенциометром измеряют
падение напряжения на зажимах эта-
лонной катушки.
282
Контроль свойств гальванических покрытий
Нагрузку на контакт и силу тока
устанавливают в зависимости от требо-
ваний к контакту. Рекомендуемые
нагрузки при измерении переходного
сопротивления 10, 20, 50 и 100 мН
при силе тока 50 мА. Переходное со-
противление (Ом) определяют по фор-
муле
где КЕ — падение напряжения в кон-
такте, мВ; 1 — сила тока в цепи, мА;
, ДЕ
Здесь RBr -1— сопротивление эталон-
ной катушки, Ом (рекомендуемое зна-
чение 0,1—1,0 Ом).
Метод измерения пробивного напря-
жения. Он основан на электрическом
пробое слоя диэлектрика под воздей-
ствием применяемого электрического
напряжения на анодно-оксидных элек-
троизоляционных покрытиях на алю-
минии и его сплавах. Для измерения
рекомендуется установка УПУ-1. До-
пускается применять установки раз-
личных конструкций. Измерительные
электроды должны быть из твердого
сплава с шероховатостью рабочей по-
верхности не более Ra = 1,25 мкм
и радиусом скругления 1,5 мм. Обра-
зец обезжиривают в органических рас-
творителях типа спирта или бензина.
Напряжение измеряют так: проводят
местное удаление электроизоляцион-
ного покрытия с поверхонсти образца
и один из электродов подводят к месту
зачистки, второй — к контролируе-
мому покрытию. Напряжение, при
котором происходит пробой, равно
напряжению, зафиксированному при-
бором; измерение проводят без за-
чистки (повреждения) электроизоля-
ционного слоя (покрытия), распола-
гая электроды на расстоянии 20—
30 мм друг от друга.
Пробой происходит в двух точках
электроизоляционного покрытия S.
Пробивное напряжение равно поло-
вине напряжения, зафиксированного
прибором. Нагрузка измерительного
электрода при прилегании к поверх-
ности контролируемого покрытия в мо-
мент измерения не должна превышать
0,7 Н. Электроды следует закреплять
в заземленную головку-держатель. Из-
мерение проводят при напряжении,
постоянно возрастающем от нуля до
выбранных пределов измерения. Ско-
рость возрастания напряжения не
должна превышать 25 В/с. Измерение
проводят при температуре 18—30 °C
и относительной влажности воздуха
45—75% не ранее, чем через 1 ч
после получения покрытия. За резуль-
тат принимают среднее арифметическое
значение пяти измерений.
СПЕЦИАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА
ГАЛЬВАНОПОКРЫТИЙ
Отражательная способность покрытий.
Ее определяют методом, основанным
на определении четкости отражения
поверхностью покрытия помещенных
перед ней сетки или рисунка. Метод
не распространяется на покрытия зер-
кал. Контроль проводят на деталях
или плоских образцах размером 20Х
Х20 мм. Допускается уменьшение раз-
меров образца, например для покры-
тий драгоценными металлами. Де-
тали (образцы) перед исследованием
обезжиривают в органических раство-
рителях.
Для контроля применяют белую
плоскую пластину без поверхностных
дефектов с нанесенными на нее чер-
ной сеткой или цветной тушью ри-
сунком, выполненным универсальным
шрифтом полужирного начертания
(размер 14), а также приспособление
для установки образца таким обра-
зом, чтобы отражение сетки или ри-
сунка можно было наблюдать на рас-
стоянии примерно 300 мм под углом
30—45° (рис. 127). Свет должен па-
дать на пластину слева и сзади. В ка-
честве приспособления можно исполь-
зовать лист из органического стекла
любого размера, согнутый под пря-
мым углом.
Отражательную способность покры-
тия оценивают следующим образом:
зеркальное покрытие — четкость от-
ражения рисунка соответствует изо-
бражению в зеркале; блестящее по-
крытие — отражение рисунка четкое,
но верхний конец отражения несколько
размыт; полублестящее покрытие —
Специальные свойства гальванопокрытий
283
отражение рисунка нечеткое; матовое
покрытие — отражение рисунка за-
метно только на ближней части об-
разца. С учетом расположения об-
разца (см. рис. 127) оценивают отража-
тельную способность: по расстоянию А
очень малая до 5 мм; малая—5— 100 мм;
средняя — 100—400 мм и высокая —
свыше 400 мм. При этом обозначение
отражательной способности покрытия
соответственно Rlt Ra, R3 и Rt. Рас-
стояние А — это максимальное рас-
стояние, при котором сетка или ри-
сунок четко отражаются на поверх-
ности покрытия.
Метод определения паяемости по-
крытий. Качество паяемости может
быть оценено по растеканию дозы при-
поя или по сплошности смачивания
покрытия. В первом случае метод ос-
нован на способности припоя при за-
данной температуре и определенном
составе флюса растекаться по поверх-
ности покрытия. Метод применим для
покрытий с высокой температурой
плавления (например, серебряное, зо-
лотое, никелевое). Контроль прово-
дят на образцах-свидетелях размером
25X25X1 мм. Припой, применяемый
для пайки данного покрытия, предва-
рительно прокатывают до толщины
0,3 мм и вырубают пробы припоя
диаметром 8 мм с помощью пробой-
ника
Эти пробы обезжиривают органи-
ческими растворителями.
На середину обезжиренного образца
наносят одну каплю флюса, применяе-
мого для пайки данного покрытия,
накладывают дозу припоя и на при-
пой наносят еще одну каплю флюса.
Подготовленный таким образом обра-
зец помещают на зеркало расплав-
ленного легкоплавкого сплава. Тем-
пература сплава должна быть выше
конечной температуры плавления выб-
ранного припоя на (65 ± 5) °C. После
расплавления дозы припоя и выдержки
в течение времени пайки образец
осторожно, не встряхивая, снимают
с расплава и охлаждают до комнат-
ной температуры. Удаляют остатки
флюса с поверхности. Измеряют диа-
метр растекания припоя (два-три зна-
чения) и определяют площадь расте-
кания припоя. Коэффициент расте-
Рис. 127. Схема проверки отражательной
способности металлопокрытий:
1 — приспособление для установки образ-
ца; 2 — пластина с универсальным шриф-
том
кания припоя (Кр) рассчитывают по
формуле
К
где Sp — площадь, занятая припоем
после расплавления и растекания, мм4;
50 — площадь, занятая дозой припоя
в исходном состоянии, мм*. Паяемость
считают удовлетворительной, если ко-
эффициент растекания равен или
больше единицы.
Метод определения паяемости по
качеству смачивания основан на спо-
собности припоя при заданной тем-
пературе и определении состава флюса
смачивать поверхность металла. Он
применим для любых металлических
покрытий. Контроль проводят на та-
ких же образцах, что и в предыдущем
случае. Припой, применяемый для
пайки данного покрытия, нагревают
до температуры на 60—70 °C выше
температуры плавления. На образец-
свидетель наносят флюс погружением
или кистью, дают возможность стечь
излишкам флюса в течение 1 мин.
Образец погружают на 3 с. Затем
удаляют остатки флюса и охлаждают
образец до комнатной температуры.
Качество смачивания проверяют с по-
мощью лупы четырехкратного увели-
284
Контроль свойств гальванических покрытий
чения. Паяемость считают удовлетво-
рительной, если поверхность образца-
свидетеля покрыта гладким непрерыв-
ным слоем припоя. Допускается на-
личие отдельных точечных участков,
не смоченных припоем, общая поверх-
ность которых не превышает 5% пло-
щади, смоченной припоем.
Метод контроля сплошности неме-
таллических покрытий. Метод основан
на выявлении непрокрытых участков
поверхности основного металла по
отложениям выделившейся контакт-
ной меди при нанесении испытатель-
ного раствора при температуре 15—
25 °C. Небольшие образцы можно по-
гружать в соответствующие растворы.
По истечении 5 мин образец извле-
кают, промывают, просушивают филь-
тровальной бумагой и внешним осмо-
тром проверяют поверхность образца
(невооруженным глазом в помещении
с освещенностью не менее 300 лк на
расстоянии 25 см от контролируемой
поверхности).
Контроль сплошности фосфатных по-
крытий на стали проводят в растворе,
содержащем: медь сернокислую
82 мл/л, натрий хлористый 33 г, кис-
лоту соляную 0,1 н. 13 мл/л; время
выдержки 2 мин. Признаком неудов-
летворительности покрытия является:
изменение цвета капли от голубого
до желтого, светло-зеленого или крас-
ного. Для контроля сплошности ок-
сидных покрытий на стали применяют
раствор натрия хлористого (10 г/л);
время выдержки 5 мин. В случае
неудовлетворительного покрытия по-
являются точки коррозии основного
металла. Сплошность оксидных пле-
нок (покрытия) на алюминии и его
сплавах проверяют в растворе, со-
держащем в 1 л 20 мл сернокислой
меди и 20 мл НС1 (1,19 г/см3).
Внутренние напряжения металлопо-
крытий. Их определяют путем измере-
ния в течение осаждения покрытия
изменения длины образца и последую-
щего вычисления внутренних напря-
жений 1 -го рода (далее — внутренних
напряжений) металлопокрытий. Кон-
троль проводят на плоских образцах
размером 250X10X0,5—0,1 мм или
проволочных образцах диаметром до
0,3 мм и длиной 250 мм. Поверхность
образцов должна быть чистой, без
оксидов, заусенцев, расслоений и дру-
гих дефектов. При свободном подве-
шивании образцы не должны проги-
баться или скручиваться.
Для проведения контроля применяют
электролитическую ванну; устрой-
ство для закрепления образца, обес-
печивающее предварительное растя-
гивающее усилие образца (примерно
5 Н); соосность закрепленного об-
разца и индикатора изменения длины
образца; симметричность прикрепляе-
мых параллельно образцу двух или
четырех анодов (расстояние между
анодами и образцами должно быть не
менее 200 мм); равномерное, а при
сравнительных испытаниях воспроиз-
водимое, движение электролита.
Регулятор для поддерживания тем-
пературы электролита и источник по-
стоянного тока с регулятором силы
тока для каждого анода должны иметь
погрешность не более ±1 °C. Аноды
в виде прутков диаметром 8—10 мм
должны быть изготовлены из мате-
риала, применяемого для нанесения
покрытия на изделия (для плоских
образцов применяют два анода, для
проволочных — два или четыре анода).
При этом используют экран для по-
давления эффекта кромок.
К образцу прикладывают растяги-
вающее усилие, соответствующее на-
пряжению 4—10 МПа, и раствором
органического стекла в хлороформе
защищают поверхность образца (дли-
ной ~180 мм), на которую осаждается
покрытие. Аналогичным способом от
осаждения покрытия защищают все
металлические детали рабочей части
устройства, если их изоляция не обес-
печена другими способами.
Если скорость осаждения покрытия
неизвестна, то изменение длины об-
разца определяют (в зависимости от
продолжительности осаждения по-
крытия) через определенные проме-
жутки времени, а скорость осаждения
покрытия (после его осаждения) —
например, по разности массы образца
до и после осаждения покрытия, по
площади поверхности и удельной массе
покрытия. Толщину образца изме-
ряют с погрешностью не более ± 1 мкм,
массу образца взвешивают на весах
с погрешностью не более ±0,2 мг.
Определение относительного удди-
Специальные свойства гальванопокрытий
285
нения никелевых покрытий ведут ме-
тодом изгиба образца вокруг оправки.
Удлинение покрытия должно быть не
менее 8%. Для испытания покрытия
применяют образцы-свидетели раз-
мером 150Х 10Х 1 мм из металла, близ-
кого по механическим свойствам, ме-
таллу изделия. Если основным ме-
таллом является цинковый сплав, то
может быть использован лист из мяг-
кой латуни. Размер листа должен быть
таким, чтобы после вырезки по пери-
метру полос шириной не менее 25 мм
из него можно было вырезать образец.
Проведение испытаний заключается
в следующем. На одну сторону листа
наносят никелевое покрытие толщи-
ной 25 мкм при условиях (режим и
состав электролита), аналогичных на-
несению никелевого покрытия на се-
рийные детали. От листа, покрытого
никелем, на гильотинных ножницах
отрезают образец для испытания. Про-
дольные кромки со стороны, где нане-
сено покрытие, опиливают или шли-
фуют. Образец изгибают с постоянным
усилием так, чтобы покрытие находи-
лось под растягивающим напряже-
нием, действующим под углом 180°
к оси оправки до тех пор, пока оба
конца образца не станут параллель-
ными. Во время испытания образец
должен плотно прилегать к оправке.
Покрытие считают удовлетворитель-
ным, если после испытания не обра-
зуется трещина, проходящая поперек
всей выпуклой поверхности образца.
Небольшие трещины по краям об-
разца не являются браковочным при-
знаком.
пл АНАЛИЗ
ГЛАВА КОРРОЗИОННЫХ
ПОРАЖЕНИЙ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
О КОРРОЗИОННЫХ
ИСПЫТАНИЯХ
Условия эксплуатации могут быть лег-
кими (Л), средними (С), жесткими (Ж)
и особо жесткими (ОЖ)- Характери-
стика условий эксплуатации приве-
дена ранее. Изделия, выпускаемые
промышленностью, проходят корро-
зионные испытания в той климатиче-
ской среде, в которой их будут экс-
плуатировать или хранить.
Искусственным, т. е. ускоренным,
испытаниям металлы и сплавы (их
покрытия) подвергают в средах, ими-
тирующих условия их эксплуатации.
Так, например, изделия для химиче-
ской промышленности испытывают в
агрессивных средах (кислотах, щело-
чах, расплавах и т. д.) с учетом ра-
бочих давлений, температуры, аэра-
ции, наличия парожидкостной фазы
и других факторов.
Изделия, предназначенные для экс-
плуатации в городской местности, про-
ходят коррозионные испытания на
устойчивость к агрессивным средам
в камерах циклического воздействия
и влаги при концентрации сернистого
газа 150—200 мг/м8. Испытания ве-
дут при 40 °C, относительной влаж-
ности 95—98% в течение 10 ч (при
относительной влажности 100% и тем-
пературе 35 °C — в течение 2 ч).
Изделия, предназначенные для экс-
плуатации в условиях, при которых
они могут подвергаться непосредствен-
ному воздействию солнечного излуче-
ния, должны быть устойчивы к этому
воздействию при максимальной ин-
тегральной плотности теплового по-
тока 1125 Вт/м8.
Изделия, предназначенные для экс-
плуатации в тропических условиях,
испытывают на длительное действие
влаги и грибоустойчивость при 40 °C
и относительной влажности 95—98%
в течение 56 сут. В термокамере при
60 °C испытания на грибоустойчивость
проводят в течение 4 ч.
Изделия, предназначенные для экс-
плуатации в морских условиях, испы-
тывают на воздействие морского ту-
мана при 25—29 °C. Морской туман
создают распылением синтетического
раствора. В дистиллированную воду
вводят следующие соли (г/л): натрий
хлористый 27, магний хлористый 6,
кальций хлористый (безводный) 1,
калий хлористый 1. После растворе-
ния всех солей раствор распыляют
пульверизатором или центрифугой
аэрозольного аппарата через каждый
час в течение 15 мин. Туман должен
обладать дисперсностью 1—5 мкм
(90 капель) и содержать 2—3 г/м8
воды.
качественный
ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
Принцип анализа. Качественный ана-
лиз проводят для установления кор-
розионного поражения и определения
его вида путем исследования продук-
тов коррозии. Наличие в продуктах
коррозии ионов металлов различных
частей корродирующего образца сви-
детельствует об их коррозии, а нали-
чие ионов металлов отдельных со-
ставляющих его — об избирательной
коррозии. Однозначность результатов
анализа достигается применением спе-
цифических реагентов, которые с ио-
нами соответствующих металлов дают
соединения определенной окраски. Ок-
рашенные соединения различных ио-
нов с групповым реагентом могут иметь
различную или одинаковую окраску.
Для повышения точности реагентов
Качественный химический анализ
287
применяют маскирующие средства (оса-
дители, комплексообразователи, окис-
лители).
Подготовка к анализу и его проведе-
ние. В начале берут пробу. Для этого
жирным карандашом или восковой
палочкой проводят на детали круг
диаметром 0,8—1,2 см. На ограничен-
ный участок наносят две-три капли
раствора для снятия продуктов кор-
розии. Раствор с помощью пипетки
перемешивают в течение 1—2 мин,
переносят в небольшую фарфоровую
чашку или на стекло. При наличии
нерастворяющихся продуктов кор-
розии добавляют каплю раствора со-
ляной или азотной кислоты (1 : 1).
Раствор анализируют, чтобы выявить
компоненты.
Качественные реакции выполняют
на хроматографической бумаге
марки С или плотной фильтровальной
бумаге. Из бумаги вырезают листы
размером 3X3 или 4X4 см. Фильтр
разрезают на четыре части. Каждую
реакцию выполняют на отдельном ли-
сте. Иногда анализ проводят на бу-
маге, предварительно пропитанной рас-
твором специфического реагента (ин-
дикаторная бумага). Тогда каждый
лист бумаги произвольных формы и
размеров погружают на 10 с в раствор
соответствующего реагента, их сушат
на воздухе и хранят в закрытой по-
суде. Капли (объем 0,02—0,05 см3)
наносят, касаясь бумаги кончиком ка-
пилляра, т. е. не давая капле падать
свободно.
При обработке хроматограммы рас-
твором реагента-проявителя следует
избегать обильного смачивания, так
как в противном случае возможно
размывание зон. Тонкий слой прояв-
ляющего раствора наносят на дно
последнего сосуда или на стекло.
Хроматограмму обрабатывают с од-
ной (нижней) стороны наложением
ее на слой раствора-проявителя.
Определение ионов алюминия. Про-
дукты коррозии снимают 0,5—1,0 н.
раствором NaOH. На бумагу наносят
каплю анализируемого раствора, за-
тем каплю раствора алюминона. В при-
сутствии ионов алюминия появляется
красно-малиновое пятно соединений
алюминия с алюминоном. Ионы алю-
миния обнаруживают также следую-
щим образом: на бумагу наносят каплю
анализируемого раствора и в течение
30 с держат над сосудом с концентри-
рованным раствором аммиака. Затем
наносят каплю раствора ализарина
и опять в течение 30 с обрабатывают
парами аммиака. В присутствии ио-
нов алюминия на фиолетовом фоне
появляется красное пятно труднорас-
творимого соединения алюминия с али-
зарином.
Для обнаружения ионов алюминия
в присутствии ионов меди на бумагу
наносят каплю раствора железисто-
синеродистого калия, каплю анализи-
руемого раствора, каплю сернистого
натрия и четыре-пять капель 0,5—
1,0%-кого раствора соляной кислоты.
Хроматогоамму обрабатывают раство-
ром ализарина и выдерживают в те-
чение 30 с, как указано выше. В при-
сутствии ионов алюминия проявляется
красно-розовое пятно.
Определение ионов вольфрама. Про-
дукты коррозии снимают 0,5 н. рас-
твором NaOH. На бумагу наносят
каплю концентрированного раствора
соляной кислоты, затем каплю-анали-
зируемого раствора и каплю раствора
двухлористого олова. В присутствии
ионов вольфрама появляется синее
пятно пятиоксида вольфрама, окраска
которого усиливается от действия кон-
центрированной соляной кислоты.
Определение ионов трехвалентного
железа. Продукты коррозии снимают
0,1 н. раствором НС1 или HNOg.
На бумагу наносят каплю анализи-
руемого раствора, затем каплю рас-
твора роданида аммония или рода-
нида калия. В присутствии ионов трех-
валентного железа появляется красно-
коричневое пятно роданида железа.
Определение ионов двухвалентного
железа. Продукты коррозии раство-
ряют 0,1 н. раствором НС1 или HNOS.
На бумагу наносят каплю раствора
железосинеродистого калия, затем
каплю анализируемого раствора. В
присутствии ионов двухвалентного же-
леза появляется синее пятно турнбу-
левой сини. При отсутствии никеля
наличие ионов Fe2+ проверяют ди-
метилглиоксимом (появляется красно-
розовое пятно комплекса железа с ди-
метил глиоксимом).
Определение ионов золота. Продукты
288
Анализ коррозионных поражений
коррозии снимают 0,5—1 н. раствором
НС1 или HNOS. На бумагу наносят
каплю анализируемого раствора, за-
тем каплю раствора хлористого олова.
В присутствии ионов золота появляется
лилово коричневое пятно адсорбцион-
ного соединения золота и оловянной
кислоты. Для определения ионов зо-
лота в присутствии ионов палладия
на бумагу наносят каплю раствора
диметилглиоксима, затем каплю ана-
лизируемого раствора и две-три капли
воды. Хроматограмму обрабатывают
раствором хлористого олова. При на-
личии ионов золота появляется ли-
лово-коричневое пятно.
Определение ионов кадмия. Продук-
ты коррозии снимают 0,1 н. раствором
НС1 или 10%-ным раствором хлори-
стого аммония. На бумагу наносят
каплю анализируемого раствора, за-
тем каплю раствора сернистого на-
трия. При наличии ионов кадмия по-
является желтое пятно сульфида кад-
мия.
Определение ионов кобальта. Про-
дукты коррозии снимают 0,5 н. рас-
твором НС1 или HNO3. В белый фар-
форовый тигель объемом 2—5 см®
помещаю, каплю анализируемого рас-
твора, затем одну-две капли родани-
стого аммония. При наличии ионов
кобальта появляется сине-голубое пят-
но комплекса кобальта с роданидом.
Для обнаружения ионов кобальта
в присутствии железа в белый фарфо-
ровый тигель объемом 2—5 см® поме-
щают каплю анализируемого раствора,
затем каплю насыщенного водного
раствора фтористого натрия, две-три
капли раствора роданистого аммония.
При наличии ионов кобальта появ-
ляется сине-голубое пятно.
Определение ионов меди. Продукты
коррозии снимают 0,1 н. раствором
соляной кислоты, ингибированным уро-
тропином. На бумагу наносят каплю
анализируемого раствора, затем каплю
раствора а-бензоиноксима. При нали-
чии ионов меди появляется салатно-
зеленое пятно медной соли а-бензо-
иноксима. Для обнаружения ионов
меди в присутствии ионов железа и
никеля на бумагу наносят каплю
анализируемого раствора, затем че-
тыре-пять капель воды. Хромато-
грамму обрабатывают раствором ди-
фенилтиокарбазида. При наличии ио-
нов ыеди, никеля и железа вблизи
центра пятна появляется серо-зеле-
ная или зеленая зона соединения меди,
а на периферии — сине-фио 1етовая
зона соединения никеля. Ионы же-
леза с дифенилтиокарбазидом окраску
пятна не изменяют.
Определение ионов мописдена. Про-
дукты коррозии снимают 0,1 н. рас-
твором NaOH. На бумагу, пропитан-
ную раствором этилксантогената ка-
лия наносят каплю анализируемого
раствора, затем каплю 1 н. раствора
НС1. При наличии ионов молибдена
появляется красное пятно этилксанто-
гената молибдена.
Определение ионов никеля. Продук-
ты коррозии снимают 0,1 н. раство-
ром НС1 или HNOS. На бумагу нано-
сят каплю анализируемого раствора,
затем каплю раствора диметилглиок-
сима. При наличии ионов никеля по-
является красно розовое пятно.
В присутствии ионов меди и железа
никель обнаруживают следующим
образом: на бумагу наносят каплю
10%-ного водного раствора фосфорно-
кислого двухзамещенного натрия, за-
тем каплю анализируемого раствора
и каплю фосфорнокислого двухзаме-
щенного натрия. Пятно обрабатывают
диметилглиоксимом и после выдержки
над концентрированным раствором ам-
миака погружают в 5—10%-ный раст-
вор перекиси водорода. При наличии
ионов никеля на периферии появ-
ляется красно-розовая зона диметил-
глиоксимата никеля.
Определение ионов олова. Продукты
коррозии снимают 1 н. раствором ук-
сусной кислоты. В анализируемый
раствор, находящийся на стекле, по-
мещают кусочки магниевой стружки.
Каплю полученного раствора наносят
на бумагу, пропитанную раствором
сулемы. При наличии ионов олова
появляется черно-коричнзвое пятно
металлической ртути.
Определение ионов палладия. Про-
дукты коррозии снимают 1 н. раство-
ром соляной или азотной кислоты.
На бумагу наносят каплю раствора
диметилглиоксима, затем каплю ана-
лизируемого раствора. При наличии
ионов палладия появляется желтое
пятно.
Количественный химический анализ
289
)пределение ионов платины. Про-
дукты коррозии снимают 0,5—1 н.
раствором соляной кислоты. На бу-
магу наносят каплю анализируемого
раствора, затем каплю раствора хло-
ристого олова. При наличии ионов
платины появляется желто-оранже-
вое пятно соединения двухвалентной
платины. Для обнаружения ионов
платины в присутствии палладия на
бумагу наносят каплю раствора ди-
метилглиоксима, затем каплю анализи-
руемого раствора, четыре-пять капель
1—2% -кого раствора соляной кислоты.
Хроматограмму обрабатывают раство-
ром йодистого калия. При наличии
ионов платины и палладия в центре
пятна появляется желтая зона соеди-
нения палладия, а на периферии —
розовато-лиловая зона комплекса пла
тины.
Определение ионов родия. Продукты
коррозии снимают 0,5—1,0 н. раство-
ром НС1. На бумагу наносят каплю
анализируемого раствора, затем каплю
раствора хлористого олова. При на-
личии ионов родия появляется желтое
пятно продуктов восстановления ро-
дия. Для обнаружения ионов родия
в присутствии золота, платины, пал-
ладия на стекло помещают две-три
капли анализируемого раствора и кру-
пинку сульфида кадмия, перемешивают
в течение 2—3 мин. Затем на бумагу
наносят каплю фильтрата и четыре-
пять капель воды. Хроматограмму
обрабатывают раствором хлористого
олова. При наличии ионов родия по-
является желтая зона продуктов его
восстановления.
Определение ионов свинца. Продук-
ты коррозии снимают 1,0—1,5 н.
раствором уксусной кислоты. На бу-
магу наносят каплю анализируемого
раствора, затем каплю раствора йоди-
стого калия. При наличии ионов свинца
появляется желтое пятно иодида
свинца.
Определение ионов серебра. Продук-
ты коррозии снимают 0,1—0,5 н.
раствором HNO,. На бумагу, пропи-
танную раствором л-диметиламино-
бензилиденроданида, наносят каплю
анализируемого раствора. При нали-
чии ионов серебра образуется красно-
фиолетовое пятно. Для обнаружения
ионов серебра в присутствии меди и
10 Мельников П. С.
свинца на бумагу наносят каплю рас-
твора хромовокислого калия, затем
каплю анализируемого раствора, каплю
концентрированного раствора аммиака.
Пятно обрабатывают уксусной кисло-
той.
Определение ионов титана. Продук-
ты коррозии снимают 2 н. раствором
H2SO4. На бумагу наносят каплю
анализируемого раствора, затем каплю
раствора перекиси водорода. При на-
личии ионов титана появляется жел-
тое пятно .надтитановой кислоты. Для
обнаружения ионов титана в присут-
ствии железа на бумагу наносят каплю
анализируемого раствора, затем одну-
две капли раствора двухлористого
олова, каплю раствора хроматроно-
вой кислоты. В присутствии ионов
титана появляется буровато-красное
пятно.
Определение ионов хрома. Продукты
коррозии снимают 0,5 н. раствором
НС1 или HNOS. К капле анализируе-
мого раствора, находящейся на стекле,
добавляют каплю 10%-ного водного
раствора или несколько кристаллов
надсернокислого аммония, затем одну-
две капли 10%-ного раствора азотно-
кисюго серебра и две-три капли ди-
фенилтиокарбазида. При наличии ио-
нов хрома появляется сиреневое
пятно.
Определение ионов цинка. Продукты
коррозии снимают 0,5—1 н. раство-
ром NaOH. На бумагу наносят каплю
анализируемого раствора и обрабаты-
вают раствором дифенилтиокарба-
зида При наличии ионов цинка по-
является ярко-розовое пятно. Для
обнаружения ионов цинка в присут-
ствии кадмия, меди, железа, никеля,
свинца и олова на бумагу наносят
каплю 0,5 н. раствора NaOH, затем
каплю анализируемого раствора и че-
тыре-пять капель щелочи. Хромато-
грамму обрабатывают раствором ди-
фенилтиокарбазида. При наличии ио-
лов цинка на периферии пятна появ-
ляется розовая или розово-фиолетовая
зона соединения цинка.
КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ
ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
Принцип проведения анализа. Количе-
ственный анализ проводят для уста-
новления степени коррозионного пора-
290
Анализ коррозионных поражений
жения. При этом сравнивают окраску
индикаторной бумаги или раствора
по соответствующим методикам. Ана-
лизируемый и стандартный растворы
подвергают строго одинаковой обра-
ботке (по характеру, продолжитель-
ности и последовательности операций).
При этом концентрацию анализируе-
мого раствора считают равной кон-
центрации стандартного раствора,
дающего одинаковую с ним окраску
(по интенсивности и тону).
Для снятия продуктов коррозии
применяют те же растворы, что и при
качественном анализе (не более 2 см8
на 1 см8 анализируемой поверхности).
Продукты коррозии удаляют посред-
ством погружения исследуемого об-
разца в перемешиваемый раствор на
5—15 мин. Если продукты коррозии
не снимаются, то применяют катодную
обработку в тех же растворах, но
в гальванической ячейке с нераство-
римыми анодами в течение 20—40 мин
при катодной плотности тока 100—
150 мА/дм2. В случае неполного сня-
тия продуктов коррозии увеличивают
продолжительность катодной обработки
до 60 мин и катодную плотность тока
до 200 мА/дм2.
После воздействия тока продукты
коррозии смывают в том же растворе,
потирая палочкой с резиновым нако-
нечником в течение 3 мин, затем рас-
твор и осадок переносят в стакан или
фарфоровую чашку, осадок раство-
ряют и проводят анализ этого раствора.
По результатам количественного ана-
лиза вычисляют-
степень коррозионного поражения
(г/см8)
коррозии
среднюю скорость
[г/ (см2хед. времени)]
к
"1“ — ,
глубину проникновения коррозии
(смхзд. времени)
Л = -£-,
где С — концентрация ионов опреде-
ляемого металла в анализируемом рас-
творе, г/см8 (для сплавов значение С
принимают равным наибольшему зна-
чению концентрации ионов отдельных
компонентов сплава); V — объем ана-
лизируемого раствора, см8; S — ана-
лизируемая поверхность, см2; t — про-
должительность испытаний, год, ме-
сяц, сутки и т. д.; у — плотность ма-
териала образца, г/см8.
Для образца с металлическим по-
крытием дополнительно вычисляют
среднее уменьшение толщины (см) по-
крытия
«Ум
где См — концентрация ионов; ум —
плотность материала покрытия об-
разца.
По результатам количественного
анализа можно судить о скорости, ха-
рактере и механизме коррозионного
разрушения образцов, о влиянии кон-
тактов различных металлических и
неметаллических материалов на ско-
рость и характер разрушения.
Никель. Продукты коррозии с ана-
лизируемой поверхности снимают 0,5 н.
раствором НС1 или HNO# (как ука-
зано ранее). Затем определяют содер-
жание никеля в анализируемом рас-
творе. Половину полоски индикатор-
ной бумаги на 1 с погружают в анали-
зируемый раствор (для приготовле-
ния индикаторной бумаги используют
насыщенный раствор диметилглиокси-
ма в этиловом спирте). Затем в тече-
ние 10—12 с ее держат на фильтро-
вальной бумаге в вертикальном или
слегка наклонном положении (для
стекания избытка раствора) и в тече-
ние 30 с над концентрированным рас-
твором аммиака
Подобную операцию выполняют и
со стандартным раствором Содержа-
ние никеля в анализируемом растворе
определяют подбором стандартного
раствора, дающего окраску, одинако-
вую с окраской анализируемого рас-
твора. Для приготовления стандарт-
ных растворов никеля используют
хлористый никель (NiClj-eHjO), взя-
тый из такого расчета, чтобы полу-
чить в заданном объеме раствор, со-
держащий 1 мг/см8 никеля. Его рас-
творяют в 0,5 н. растворе НС1 или
Количественный химический анализ
291
HNOg. Например, для приготовле-
ния 100 см8 раствора используют
0,4049 г хлористого никеля.
Расчет: молекулярная масса
NiCl,'6HaO= 237,7 (58,7 мг Ni); сле-
довательно, для приготовления 100 см®
раствора, содержащего 1 мг/см® ни-
келя, понадобится хлористого никеля
х-^=о.«49г.
Из полученного раствора готовят стан-
дартные растворы. Для разбавления
применяют 0,5 н. раствор НС1 или
HNOS.
Стали 12Х18Н9Т, 14Х17Н2, 95X18,
30X13. Продукты коррозии с анали-
зируемой поверхности снимают 0,5 н,
раствором НС1 или HNO3. Содержа-
ние железа в анализируемом растворе
определяют посредством погружения
в него индикаторной бумаги и сравне-
ния ее окраски с окраской такой же
бумаги, погружаемой в стандартный
раствор. Для приготовления бумаги
используют 10%-ный водный раствор
сульфасалициловой кислоты. При на-
личии железа индикаторная бумага
окрашивается в желтый цвет.
Для приготовления стандартных
растворов 1 мг/см® стали растворяют
при нагревании в минимальном объ-
еме (3—10 см®) концентрированной
соляной кислоты. Если сталь не рас-
творяется, то добавляют такой же
объем (3—10 см*) концентрированного
раствора HNO,. После упаривания
(не досуха) и обработки двумя пор-
циями воды по 3—5 см* (каждый раз
упаривают не досуха) раствор пере-
носят в мерную колбу и доводят объем
до метки, добавляя 0,5 н. раствор
НС1 или HNOS. Разбавляя получен-
ный раствор, готовят стандартные рас-
творы с содержанием сплава 0,01—
0,08 мг/см® (через 0,01 мг). Для раз-
бавления применяют 0,5 н. раствор
НС1 или HNOg.
Сталь с цинковым покрытием. Про-
дукты коррозии удаляют 5%-ным рас-
твором уксуснокислого аммония. Ин-
дикаторную бумагу для обнаружения
железа готовят, как указано ранее,
а для обнаружения цинка берут рас-
твор, содержащий 0,3—0,5 г дифенил-
тиокарбазида в 100 см* этилового
10*
спирта. Стандартный раствор готовят
путем растворения 1 мг/см* цинка
в 5% -ном растворе уксуснокислого
аммония. Концентрацию цинка в ис-
ходном растворе проверяют титрова-
нием трилоном Б. Разбавляя получен-
ный раствор, готовят стандартные рас-
творы с содержанием цинка 0,01—
0,08 мг/см*. Для разбавления приме-
няют 5%-ный раствор уксуснокислого
аммония.
Сталь с кадмиевым покрытием. Про-
дукты коррозии снимают 0,1 н. рас-
твором уксусной кислоты. Для при-
готовления индикаторной бумаги
используют 0,5% -ный стандартный
раствор кадиона ИРЕА. Для получе-
ния стандартного раствора кадмия
3CdSO4-8H2O растворяют в 0,1 н.
растворе уксусной кислоты. Разбав-
ляя его 0,1 н. раствором уксусной кис-
лоты, готовят стандартные растворы с
содержанием кадмия 0,01—0,08мг/см®.
Ковар с никелевым или никель-хро-
мовым покрытием. В белую фарфоро-
вую чашку диаметром 5—8 см нали-
вают 1 см® анализируемого раствора,
добавляют 20—50 мг тонко растер-
того порошка фтористого натрия и
2 см® насыщенного раствора рода-
нида аммония в ацетоне. Голубую
окраску раствора сравнивают с ок-
раской стандартных растворов, обра-
ботанных аналогичным образом.
Медь с никелевым или никель-хромо-
вым покрытием. Продукты коррозии
снимают 0,5 н. раствором НС1, ин-
гибированным уротропином. Для на-
сыщения бумаги используют 10%-ный
водный раствор диэтилдитиокарбоната
натрия. При наличии никеля часть
анализируемого раствора (2—5 см®)
насыщают порошком трилона Б (20—
50 мл), который добавляют в анализи-
руемый раствор. Раствор тщательно
перемешивают. Затем им обрабатывают
индикаторную бумагу. При наличии
меди образуется соединение, окрашен-
ное в желто-коричневый цвет. Для
приготовления стандартных растворов
меди 1 мг/см® хлористой меди CuClsx
Х2Н2О растворяют в воде. Из полу
ченного раствора готовят растворы,
содержащие 0,01—0,10 мг/см* меди,
разбавляя 0,5 и. раствором соляной
кислоты.
Медь с оловянным покрытием. Про-
292
Анализ коррозионных поражений
дукты коррозии снимают 0,5 и. рас-
твором HjSOi или НС1, ингибирован-
ным уротропином. Для приготовле-
ния стандартных растворов олова хло-
ристое олово растворяют в 0,5 н.
растворе НС1. Из полученного рас-
твора готовят стандартные растворы
с содержанием олова 0,005—
0,050 мг/см3. При наличии меди в ана-
лизируемом растворе ее маскируют
тиомочевиной. Для этого 10—30 мг
тонко растертой тиомочевины добав-
ляют в анализируемый раствор и ин-
тенсивно перемешивают с 1 см’ этого же
раствора в фарфоровой чашке диаме-
тром 5—8 см, затем добавляют 1 см3
буферного раствора и 1 см* гемато-
ксилина. Контрольная проба имеет
желтую окраску.
Латуни с никелевым или никель-хро-
мовым покрытием. Продукты корро-
зии снимают 0,5 н. раствором НС1,
ингибированным уротропином .Для об-
наружения цинка используют 0,2 н.
раствор NaOH. Содержание цинка
определяют методом сравнительного
колориметрирования лилово-розовой
окраски дитиозоната цинка в анали-
зируемом и стандартных растворах.
Для приготовления стандартных рас-
творов цинка хлористый цинк раство-
ряют в воде. Если раствор мутный,
то добавляют одну-две капли концен-
трированного раствора НС1. Концен-
трацию цинка в исходном растворе
проверяют титрованием трилона Б.
Из полученного раствора готовят стан-
дартные растворы с содержанием цинка
0,005—0,060 мг/см3, разбавляя 0,2 и.
раствором NaOH.
Для приготовления раствора дитио-
зонат (0,5 г на 100 см3 раствора)
растворяют в хлороформе. Цинк об-
наруживают следующим образом. К ос-
татку кислого раствора добавляют 5 н.
раствор NaOH, чтобы получить рас-
твор, содержащий 0,2 г-экв/дм3 NaOH
(0,2 н. раствор). Подставляя значения
концентраций исходного раствора кис-
лоты (0,5 и.) и конечного раствора ще-
лочи (0,2 н.), получают (см3)
у О'^Ккисл
ШвЛ //щ.л-0,2 ‘
Если при нейтрализации кислого
раствора щелочью выпадает осадок.
ему дают отстояться в течение 30 мин,
а затем фильтруют через плотный
фильтр. Осадок на фильтре промывают
в 0,2 н. растворе щелочи, смешивая
основной фильтрат с промывкой жидко-
стью. Полоску бумаги погружают на
1 с последовательно в анализируемый
раствор и в раствор дитиозоната в
хлороформе. Окраски сравнивают с ок-
раской стандартного раствора.
МЕТОДЫ ОЦЕНКИ
КОРРОЗИОННЫХ ПОРАЖЕНИЙ
Методы оценки коррозионных пора-
жений основаны на визуальном оп-
ределении характера и площади кор-
розионных очагов. Определение ведут
невооруженным глазом или с помощью
оптических средств с увеличением
в 2,5—4,0 раза. При оценке очагов
коррозии различают следующие осо-
бенности: разрушение точечное с пло-
щадью отдельной точки, равной 0,01 см;
совокупность более трех точек, рассто-
яние между которыми меньше 0,1 см3,
описывают прямоугольной фигурой;
за площадь очага принимают площадь
этой фигуры.
В случае разрушения пятнами кор-
розионные очаги имеют максимальную
площадь >0,1 см2. Совокупность бо-
лее трех пятен площадью 1,0 см3,
расстояние между которыми менее
0,2 см, описывают прямоугольной фи-
гурой. За площадь разрушения при-
нимают площадь этой фигуры. При
пятнах площадью более 1,0 см3 можно
принимать (замерять) собственные пло-
щади пятен.
По результатам измерения площа-
дей коррозионных очагов находят об-
щую площадь разрушения
л
S = — 100,
•Jo цен
где п — количество коррозионных оча-
гов на оцениваемой поверхности; S/ —
площадь одного коррозионного очага,
см1; 50цеи — площадь оцениваемой
поверхности, см3.
Применяют следующие показатели
коррозии: К — для металлов и спла-
вов без покрытий; Хи н—для металлов
Методы оценки коррозионных поражений
293
61. Показатели коррозии гальванопокрытий
Поверхность
коррозионного
разрушения, %
К в Ко
Показатели коррозии
«и. п|
Лм п2
К и Км
С образованием
солеобразных продуктов
С образованием
оксиднообразных
продуктов
До 1
Св. 1 до 3
> 3—5
» 5—10
» 10—20
» 20—30
» 30—50
» 50—80
Более 80
2
3
4
5
6
7
8
9
10
2
2
3 »
4
5
6
7
8
9
1
1
2
3
4
5
6
7
8
1
1
1
2
2
3
4
5
6
Примечание. При отсутствии на металлических поверхностях видимых
невооруженным глазом коррозионных разрушений с образованием на них полу-
прозрачных пленок, продуктов коррозии и пленок побежалости, устанавливают
показатель коррозии 1; при наличии коррозионных разрушений с образованием
солеобразных и оксидообразных тродуктов коррозии К и Кы устанавливают по
разрушению с более высоким показателем.
и сплавов с неметаллическими неор-
ганическими покрытиями; Кл. пк —
для металлов и сплавов с лакокрасоч-
ными покрытиями; Ко — для основ-
ного металла; Лм — для внешнего
слоя; Км. ui и Км. па— Для покрытий
С одним и двумя подслоями.
Детали из металлов и сплавов с по-
крытием или без покрытия могут иметь
следующую коррозию: с образованием
пленок побежалости; с образованием
оксидообразных продуктов; с образо-
ванием солеобразных продуктов. Если
оксидо- и солеобразные продукты не-
различимы по цвету (например, для
цинка и алюминия), то их относят
к солеобразным. Когда коррозию
слоев многослойного покрытия нельзя
отличить по цвету, то коррозионные
разрушения относят к разрушению
одного любого подслоя. Одинаковые
или близкие по составу многослойные
покрытия (Nt хим+ гальв) оцени-
ваются как один слой покрытия. По-
казатели коррозии для металлов в
сплавов до и после нанесения гальва-
нических покрытий приведены в табл.
61 и 62.
Показатели коррозии для металлов
и сплавов с хроматированными цинко-
выми и кадмиевыми покрытиями све-
дены в табл. 63.
В случае отслаивания покрытия или
его отдельных слоев показатель кор-
розии находят по формуле
К 10
°- log (100-So) ’
где So — отношение площади, на ко-
торой произошло отслаивание покры-
тия, к общей оцениваемой площади, %.
При этом Ко округляют до целого
числа, а площади отслаивания ме-
нее 10% и более 90% принимают рав-
ными соответственно 5 и 10. Для де-
талей с неметаллическими неорганиче-
скими покрытиями показатели кор-
розии устанавливают по табл. 64,
а для деталей с лакокрасочными по-
крытиями (после испытаний на влаго-
устойчивость и воздействие соляного
тумана) оценивают согласно табл. 65.
62. Показатели коррозии покрытий драгоценными металлами
Поверхность коррозионного разрушения основного металла, % Коррозионные разрушения покрытий
серебром и сплавами на его основе золотом, металлами платиновой группы и сплавом на их основе Показатель коррозии *О и
Вид Поверхность, % Вид Поверхность, %
До 0,2 Потускнение До 100 — — 1
Пленка побежалости До 10 Потускнение До 100 2
Св. 0,2 до 0,5 Пленка побежалости Плотная темная пленка Рыхлая, матовая плен- ка Св. 10 до 50 До 0,5 » 1 Пленка побежалости До 10 3
Св. 0,5 до 1 Пленка побежалости Плотная темная пленка Рыхлая матовая пленка Св. 50 Св. 5 до 10 > 1 > 3 Пленка побежалости Плотная темная пленка Плотная темная пленка До 50 > 1 > 1 4 4 4
Св. 1 до 3 Плотная темная пленка Рыхлая матовая пленка Св. 10 до 5 > 3 > 5 Пленка побежалости Плотная темная пленка Св. 50 От 1 до 5 5 5
Св. 3 до 5 Плотная темная пленка Рыхлая матовая пленка Св. 20 до 30 > 5 » 10 Плотная темная пленка Плотная темная пленка Св. 5 до 10 > 5 » 10 6 6
Продолжение табл. 62
Поверхность коррозионного разрушения основного металла, % Коррозионные разрушения покрытий Показатель коррозии Ко и Км
серебром и сплавами на его основе золотом, металлами платиновой группы и сплавом на их основе
Вид Поверхность, % Вид Поверхность, %
Св. 5 до 10 Плотная темная пленка Рыхлая матовая пленка Св. 30 до 40 » 10 » 20 Плотная темная пленка Рыхлая матовая пленка Св. 10 до 20 » 10 7 7
Св. 10 до 30 Плотная темная пленка Рыхлая матовая пленка Св. 40 до 50 > 20 » 30 Плотная темная пленка Рыхлая матовая пленка Св. 40 до 30 > 10 » 20 8 8
Св. 30 до 50 Плотная темная пленка Рыхлая матовая пленка Св. 50 до 80 > 30 > 50 Плотная темная пленка Рыхлая матовая пленка Св. 30 до 50 » 20 > 30 9 9
Св. 50 Плотная темная пленка Рыхлая матовая пленка Св. 80 > 50 Плотная темная пленка Рыхлая матовая пленка Св. 50 » 30 10 10
294 Анализ кор роз юнных поражений I Методы оценки коррозионных поражений
Примечание. Если перечисленные покрытия являются верхними слоями многослойных покрытий, то показа-
тели коррозии Км.п1 и К„. щ устанавливают по табл. 61; плотной темной пленкой считают пленку темно-коричневого
и темно-лилового цвета.
296
Анализ коррозионных поражений
63. Показатели коррозии для хроматированных цинковых и кадмиевых
покрытий
Поверхность моррозноиного разрушения основного металла, % Корроановные разрушения покрытие Показатель коррозия «о и Км
Вид Поверхность, %
— Изменение цвета хроматной плен- ки До 100 1
До 0,5 Разрыхление хроматной плен- ки Св. 50 3
Св. 0,5 до 1 » 1 » 3 » 3 » 5 » 5 » 10 » 10 » 30 » 30 >50 > 50 Коррозия покры- тия До 5 Св. 5 до 10 > 10 > 20 > 20 > 30 > 30 » 50 > 50 > 80 » 80 4 5 6 7 8 9 10
Примечание. Если покрытие цинком или кадмием является верхним
слоем многослойного покрытия, то показатели Км. ш и Км. Diустанавливают
по табл. 61.
После испытаний не допускается
коррозия основного металла: в выво-
дах и других токоведущих деталях
изделия сечением до 0,02 см2; в кон-
тактирующих и настроечных элемен-
тах; в корпусных и оболочковых дета-
лях, обеспечивающих вакуум и их
герметизацию при толщине стенок
до 0,05 см, а также в зоне спая и
сварки (металл — стекло, металл —
керамика, металл — металл), на ши-
рине 0,2 см, считая от середины зоны;
в других деталях, если коррозия мо-
жет привести к отказу изделий при
хранении и эксплуатации.
Требования к коррозионной стой-
кости изделий при испытаниях уста-
навливаются обычно после накопле-
ния необходимой информации. Оценка
коррозионной стойкости изделий на
сохраняемость ведется после исте-
чения года, половины и всего срока
испытаний. Коррозионную стойкость
образцов металлов, сплавов и покры-
тий при испытаниях на климатических
испытательных станциях оценивают
в первый год через 3, 6, 12 месяцев,
а в последующие годы — через 1 год.
При оценке коррозионных пораже-
ний (продуктов коррозии) необходимо
придерживаться следующих терминов
и их определений. Деталями наруж-
ного оформления считаются детали,
доступные воздействию внешней среды
при условии сохранения целостности
изделия. За показатель коррозии при-
нимается результат коррозионного
процесса, выражаемый через количе-
ственные или качественные изменения
корродирующего металла или кор-
розионной среды, обозначаемой бук-
вами или цифрами
Оксидообразные продукты корро-
зии — это продукты коррозии, имею-
Цвет продуктов коррозии металлов и покрытий
297
64. Показатели коррозии
для неметаллических покрытий
Корроаионное разрушение покрытий Показатель коррозии
Вид Поверхность, %
Изменение цве- та защитной пленки До 50 Св. 50 1 2
Разрыхление защитной плен- ки До 50 Св. 50 3 4
Коррозия ос- новного ме- талла До 1 Св. 1 до 3 » 3 > 5 » 5 » 10 > 10 > 30 » 30 » 50 » 50 4 5 6 7 8 8 10
щие цвет оксида пленки и (или) ок-
сида корродирующего металла (сплава),
сквозь который неразличим основной
цвет металла (сплава). К солеобраз-
ным продуктам коррозии относят рых-
лые или нитеобразные продукты кор-
розии, имеющие цвет средних и основ-
ных солей или гидрооксидов корро-
дирующего металла (сплава). Под раз-
рыхлением защитной пленки следует
понимать разрушение верхнего слоя
пленки, связанное с ее набуханием.
ЦВЕТ ПРОДУКТОВ КОРРОЗИИ
МЕТАЛЛОВ И ПОКРЫТИЙ
Алюминий, магний и их сплавы имеют
продукты коррозии белого цвета (как
оксидообразные, так и солеобразные,
в том числе гидраты оксидов). У спла-
вов, содержащих более '% меди, имеют
место красно-коричневые пятна кор-
розии.
Вольфраму присущи коричневые и
серо-коричневые цвета при оксидооб-
66. Показатели коррозии
для лакокрасочных покрытий
Вид разрушения покрытий Показа- тели корро- зии ^лк. п
Едва заметное изменение цвета 1
Незначительное изменение цвета, незначительная по- теря блеска 2
Изменение цвета, потеря блеска, незначительная бронзировка 3
Незначительное меление. Трещины и сетки, видимые при увеличении до 10* 4
Сыпь, пузыри, трещины, видимые невооруженным глазом, отслаивание покры- тия , коррозия основного металла или металлическо- го покрытия 5
разных, а также серые, белые и желто-
серые при солеобразных продуктах
коррозии.
Железо и его сплавы (Fe не менее
50%) при оксидообразной коррозии
имеют черный, коричневый и красно-
коричневый цвет, а при солеобразных
соответственно красно-коричневый,
коричневый или желто-коричневый.
Для сплавов, содержащих более 25%
никеля, характерны светло-зеленые
пятна.
Кадмий покрывается серыми, светло-
коричневыми или коричневыми оксидо-
образными и белыми солеобразными
продуктами коррозии. Медь имеет
оксидообразные продукты коррозии
красно-коричневого, красно-оранже-
вого, черного и темно-серого цвета,
а солеобразные ее продукты окрашены
в синий, сине-зеленый или зеленый
цвет. На латуни наблюдается белый
налет продуктов коррозии вследствие
обесцинкования.
Молибден образует черные, сине-
черные, фиолетовые и серо-фиолетовые
оксидообразные, а также желтовато-
бурые и зеленые солеобраэные про-
298
Анализ коррозионных поражений
дукты коррозии. У никеля и его спла-
вов оксидообразные продукты имеют
темно-серый цвет, а солеобразные —
желто-зеленый, светло-зеленый и зе-
леный цвет.
Серебру присущи коричневые и
темно-коричневые цвета при оксидо-
образных продуктах коррозии (серебро
практически не образует солеобразных
продуктов коррозии). Цинк имеет бе-
лые цвета как для оксидо-, так и для
солеобразных продуктов коррозии.
Олово при оксидообразных продук-
тах имеет темно-коричневый, серо-
коричневый, темно-серый и серый цве-
та, а при солеобразных — соответст-
венно серый, белый и желтый. Олово —
свинец, олово—висмут, олово—сви-
нец—висмут и другие сплавы на ос-
нове олова при оксидообразных про-
дуктах коррозии дают серо-коричне-
вый, желто-коричневый, темно-серый
и серый цвета, а при солеобразных —
серый, белый и желтый. Оксидообраз-
ные продукты коррозии свинца имеют
желто-коричневый и серо-черный, а
солеобразные — белый и светло-се-
рый цвета.
Алюминий и его сплавы (Д16, Д1,
АД1) с кадмиевым покрытием имеют
белый цвет продуктов коррозии основ-
ного металла (сплавы, содержащие
более 1% меди — красно-коричневые
точки), а на внешнем слое образуются
солеобразные белые или оксидообраз-
ные серые и серо-коричневые про-
дукты коррозии. Для этих же сплавов
с никелевым покрытием (гальваниче-
ским или химическим) характерны
красно-коричневые точки (для спла-
вов, содержащих более 1% меди) —
продукты коррозии основного металла,
а также желто-зеленые, светло-зеле-
ные и зеленые цвета при солеобразных
продуктах коррозии внешнего слоя
и темно-серый, коричнево-серый, серо-
зеленый при оксидообразных.
Стали (10, 20, 0, Ст8кп) с кадмиевым
хроматированным покрытием имеют
коричневый и красно-коричневый
цвета коррозии основного металла,
белый — при солеобразных и серый
(серо-зеленый) при оксидообразных
продуктах коррозии внешнего слоя.
Эти же стали с хромовым покрытием
по никелевому подслою имеют корич-
невый и красно-коричневый цвета кор-
розии основы, желто-зеленый, светло-
зеленый и зеленый цвета коррозии
первого подслоя, а также серый (серо-
зеленый) цвет продуктов коррозии
внешнего слоя при оксидообразных
и темно-фиолетовый (темно-зеленый)
при солеобразных продуктах корро-
зии. Те же стали, покрытые сплавом
олово — висмут с подслоем меди, ок-
рашиваются в синий, сине-зеленый и
зеленый цвета (первый подслой), а во
внешнем слое при солеобразных про-
дуктах в серый, белый, желтый и при
оксидообразных — в темно-коричне-
вый, серо-коричневый и темно-серый
цвета. Цинковые покрытия, нанесен-
ные на перечисленные выше стали,
образуют белые солеобразные, а также
белые и светло-серые оксидообразные
продукты коррозии внешнего слоя.
Ковар 29НК с хромовым покрытием
по подслою меди и никеля образует
красно-коричневые и желто-зеленые
продукты коррозии основного металла,
сине-зеленые и зеленые — первого
подслоя, желто-зеленые, светло-зеле-
ные и зеленые — второго подслоя,
а также серые (серо-зеленые) цвета
при оксидообразных или темно-фиоле-
товые и темно-зеленые при солеобраз-
ных продуктах коррозии внешнего
слоя. Золотые покрытия (без подслоя)
по ковару имеют серый и коричневый
цвета оксидообразных продуктов кор-
розии внешнего слоя. Если же ковар
29НК покрыт золотом по никелевому
подслою, то основной металл дает
красно-коричневый и желто-зеленый
продукты коррозии, подслой первый —
желто-зеленый, светло-зеленый или зе-
леный, а внешний слой — темно-се-
рый, коричневый при оксндообразных
продуктах коррозии.
Сплав олово — висмут и олово —
свинец по никелевому подслою обра-
зуют синие, сине-зеленые и зеленые
продукты коррозии первого подслоя,
а также темные и коричневые при на-
личии коррозии внешнего слоя. По-
следние следует отнести и к сплаву
олово — висмут с подслоем золота.
Медь (MI, МБ) и бронза (БрОФ,
БрОЦ, БрКМЦ, БрБ2), покрытые
оловом, сплавом олово—висмут или
олово—свинец по никелевому под-
слою, дают синий, сине-зеленый и
зеленый цвета коррозии основного
Цвет продуктов коррозии металлов и покрытий 299
металла, желто-зеленый, светло-зеле-
ный и зеленый цвета коррозии пер-
вого подслоя, а также белый, серый
и желтый при солеобразных продук-
тах коррозии внешнего слоя и темные
и коричневые оттенки при оксидообраз-
ных продуктах.
У хромового покрытия с подслоем
никеля (по меди и бронзе) внешний
слой образует серо-зеленые или желто-
фиолетовые продукты коррозии. Ука-
занные медные сплавы с золотым по-
крытием по никелевому подслою об-
разуют лишь темно-серые и коричне-
вые оксидообразные продукты кор-
розии внешнего слоя (помимо зеленова-
тых продуктов коррозии никелевого
подслоя). Никелевое покрытие на меди
и ее сплавах (кроме латуни) приводит
к образованию зеленых оттенков, у со-
леобразных и коричневатых у оксидо-
образных продуктов коррозии внеш-
него слоя.
Латунь с никелевым покрытием
имеет коррозию основного металла
в виде белых и светло-зеленых продук-
тов, а во внешнем слое при этом обра-
зуются темно-серые, коричнево-серые
и серо-зеленые оттенки у оксидообраз-
ных продуктов коррозии. Серебряное
покрытие на латунях во внешнем слое
образует оксидообразные продукты ко-
ричневого и темно-коричневого цвета.
С\Г ПРИГОТОВЛЕНИЕ
ГЛАВА и КОРРЕКТИРОВАНИЕ
ЭЛЕКТРОЛИТОВ
РАСТВОРЫ
для ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ
ОПЕРАЦИЙ
Растворы для обезжиривания. Их гото-
вят последовательным растворением
всех компонентов в теплой воде. Тве-
рдый едкий натр (или жидкий 40—42% -
ной концентрации) растворяют, поме-
стив его в герметически закрытый
специальный аппарат. В приготовлен-
ный раствор добавляют ПАВ. Коррек-
тирование растворов производят не
реже одного раза в месяц по данным
химического анализа на содержание
NaOH, NasCOs и тринатрийфосфата
или других компонентов ПАВ добав-
ляют в раствор периодически.
Растворы для травления стальных
деталей. Их готовят в зависимости от
плотности серной или соляной кислот.
В приготовленный раствор кислоты
добавляют при перемешивании ката-
пин марки КИ-1, уротропин или дру-
гой ингибитор. Раствор корректируют,
добавляя смеси кислоты с ингибито-
ром.
Раствор для травления деталей из
меди и ее сплавов готовят, осторожно
добавляя в азотную кислоту серную,
а затем необходимое количество хло-
ристого натрия. При накоплении в ра-
створе более 20 г/л меди травильный
раствор заменяют новым.
Раствор для травления литейных
алюминиевых сплавов. Его готовят
растворением в теплой воде гидрата
оксида кальция (4—5 г/л); pH =
= 11,54-13,5. После обработки 15 дм*
поверхности деталей в 1 л раствора
последний подлежит замене. Для ос-
ветления таких деталей раствор гото-
вят при осторожном введении фтористо-
водородной кислоты в азотную. За-
мену раствора проводят в зависимости
от продолжительности работы.
Раствор для травления деталей и
сборочных единиц из меди и ее спла-
вов, паянных мягкими припоями, го-
товят следующим образом. В раствор,
содержащий 262 г/л уксусной кислоты,
вводят при непрерывном перемешива-
нии 840 г/л фосфорной кислоты. Пере-
кись водорода (100 г/л) вводят непо-
средственно перед загрузкой деталей
в раствор.
Раствор для активирования. В рас-
твор, содержащий 100 г/л соляной
кислоты, вводят при непрерывном
перемешивании 50 г/л уротропина.
Перемешивание продолжают до пол-
ного растворения последнего. Полу-
ченный раствор выдерживают при ком-
натной температуре в течение суток.
В это время происходит взаимодейст-
вие соляной кислоты с уротропином.
Растворы для подготовки титана и
его сплавов. РаствОр для снятия ока-
лины готовят с учетом плотности азот-
ной кислоты. В полученный раствор
добавляют при перемешивании фто-
ристый аммоний. Раствор заменяют
новым по мере его загрязнения про-
дуктами травления окалины.
Для гидридной обработки раствор
готовят с учетом плотности серной
кислоты. В приготовленный раствор
небольшими порциями добавляют на-
трий хлористый, предварительно раст-
воренный в воде. Для приготовления
такого раствора используют химически
чистую серную кислоту.
Раствор для гидридно-цинкатной об-
работки готовят следующим образом.
К металлическому цинку (в виде
стружки) постепенно небольшими
порциями при тщательном перемеши-
вании вводят необходимое количество
фтористоводородной кислоты. Раствор
со стружкой периодически (через 30—
60 мин) перемешивают. Через сутки
Электролиты для гальванических покрытий
SOI
в этот раствор добавляют этиленгли-
коль и тщательно перемешивают, за-
тем дают отстояться осадку; раствор
фильтруют и анализируют.
ЭЛЕКТРОЛИТЫ
ДЛЯ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ
ПОКРЫТИЙ
Электролиты цинкования. Для циани-
стого цинкования электролит готовят
путем раздельного растворения циа-
нистого натрия и едкого натра в мини-
мальном (небольшом) количестве воды.
Оксид цинка растворяют отдельно
в воде до пастообразного состояния
и постепенно при тщательном переме-
шивании добавляют его в раствор циа-
нистого натрия. После растворения
основной массы оксида цинка вводят
раствор едкого натра и тщательно
перемешивают. Полученный раствор
декантируют в рабочую ванну, добав-
ляют в него водный раствор сернистого
натрия и глицерина и доливают до
заданного объема. Электролит кор-
ректируют не реже 2 раз в месяц.
Аммиакатный электролит. Готовят
его растворением хлористого аммония
в горячей, а уротропина — в холодной
воде. В процессе растворения хлори-
стого аммония температура раствора
понижается. Растворы соединяют, подо-
гревают до 70—80 °C, добавляют 25%-
ный аммиак из расчета 100 мл/л и
при интенсивном перемешивании всы-
пают оксид цинка.
В случае приготовления электролита
с борной кислотой в горячей воде
(90—95 °C) растворяют хлористый ам-
моний и отдельно борную кислоту,
затем в раствор хлористого аммония
вводят оксид цинка и добавляют рас-
твор борной кислоты. Клей заливают
холодной водой на 24 ч, нагревают до
60—80 °C и полученную равномерно
размешанную массу выливают в от-
фильтрованный раствор. После этого
доливают ванну водой до заданного
объема. Электролиты корректируют
не реже 2 раз в месяц. Вредными при-
месями в них являются железо (не
более 3 г/л) и медь (не более 0,2 г/л).
Сульфатный электролит. Сульфаты
цинка, натрия и аммония растворяют
в горячей воде, фильтрую" растворы
в ванну и заливают водой до рабочего
объема. Декстрин разводят в холодной
воде при тщательном перемешивании,
нагревают до температуры 60—80 °C
и переливают в ванну через мелкую
сетку. Значение pH корректируют до-
бавлением серной кислоты. Приготов-
ленный таким образом электролит про-
рабатывают при катодной плотности
тока 0,2—0,3 А/дм2 до получения ка-
чественных покрытий.
Электролиты кадмирования. Для
сульфатно-аммонийного электролита в
горячей воде (70—80 °C) растворяют
отдельно сернокислый аммоний, серно-
кислый кадмий и уротропин. Получен-
ные растворы фильтруют и в ванну до-
бавляют раствор диспергатора НФ
марки Б (или другой диспергатор),
затем тщательно перемешивают и оп-
ределяют pH. Для понижения pH
добавляют 3% -ный раствор серной
кислоты (до получения pH = 5,0).
Вещество ОП-Ю (или другое ПАВ)
предварительно растворяют в теплой
воде и вводят непосредственно в рабо-
чую ванну. Объем электролита в ванне
доводят до определенного уровня и
анализируют его состав. Вредными
примесями являются свинец, олово,
мышьяк, сурьма (0,02 г/л каждого),
никель, железо (0,5 г/л каждого).
Цианистый электролит готовят рас-
творением в минимальном количестве
воды цианистого натрия (едкого натра,
сернокислого натрия и сернокислого
никеля). Оксид кадмия растворяют
аналогично оксиду цинка. После пол-
ного его растворения добавляют рас-
твор едкого натра (если электролит
готовят из оксида кадмия), а затем
растворы сернокисло! о натрия и серно-
кислого никеля. Раствору дают от-
стояться и декантируют его в рабочую
ванну. Вредными примесями являются
серебро, свинец, олово, сурьма
(0,05 г/л каждого), мышьяк (0,005 г/л).
Содержание карбонатов не должно
превышать 100 г/л.
Электролит кадмирования, содер-
жащий метатитанат калия готовят
следующим образом. Диоксид титана
сплавляют с едким калием (8: 20
по массе) при 300—400 °C в течение
10—20 мин. Неостывшую пасту мета-
титаната калия растворяют в растворе,
содержащем 50 г/л КОН, при 50—
302
Приготовление и корректирование электролитов
80 °C в течение 1—2 ч при перемеши-
вании. Для растворения пасты берут
100 мл раствора КОН на 8 г исходного
диоксида титана. Полученную суспен-
зию охлаждают до комнатной темпера-
туры и фильтруют. Раствор, содер-
жащий 6—8 г/л титана в виде мета-
титаната калия, вводят в электролит
кадмирования из такого расчета, чтобы
концентрация титана (в пересчете на
титан) в нем составляла 0,4—0,7 г/л.
Электролит для осаждения сплава
кадмий — олово готовят следующим
образом. В подогретой до 40°C воде
растворяют сульфат кадмия, затем
добавляют рассчитанное количество
разбавленной (1:1) серной кислоты и
сульфат олова. После тщательного
перемешивания раствор фильтруют и
доливают раствор ОП-7 или ОП-Ю
(разбавление 1 : 2) и смесь эквимоле-
кулярных количеств этаноламина и
иодида калия (разбавление в воде
1 : 10). После введения каждого ком-
понента электролит тщательно пере-
мешивают, фильтруют и прорабаты-
вают в течение 3 ч при катодной плот-
ности тока 1 А/дм®.
Электролиты меднения. Цианистый
натрий растворяют в воде и при пере-
мешивании в раствор вводят цианистую
медь.
Цианистый натрий вводят в соответ-
ствии с рецептурой. После отстаивания
раствор декантируют в рабочую ванну
и вводят остальные компоненты, пред-
варительно растворенные в воде. За-
тем раствор перемешивают и прораба-
тывают при плотности тока 0,2—
0,3 А/дм® до получения качественных
осадков на катоде.
При отсутствии Цианистой меди
электролит можно приготовить из
свежеосажденного основного карбо-
ната меди. Чтобы избежать потерь
цианидов, при приготовлении электро-
лита используют сульфат натрия, ко-
торый предварительно переводит ионы
Си®4 в ионы Си+.
Цианистый электролит при отсут-
ствии CuCN можно также приготовить,
используя соль Шевреля. В. этом слу-
чае в горячей воде (60—70 °C) раство-
ряют сернокислый натрий, к нему
добавляют постепенно при перемеши-
вании раствор сернокислой меди, на-
гретой до той же температуры. При
этом выпадает в осадок соль Шевреля,
а раствор обесцвечивается. Раствор
сливают, а осадок 2—3 раза промы-
вают теплой водой. Далее отдельно
растворяют в теплой воде (30—40 °C)
цианистый натрий и постепенно до-
бавляют раствор к осадку соли Шев-
реля до полного растворения послед-
ней.
Железистосинеродистый электролит
готовят на основе соли Шевреля.
Свежеосажденную соль Шевреля про-
мывают слабым (8 г/л) раствором ед-
кого калия, для чего раствор щелочи
добавляют в эту соль, хорошо пере-
мешивают и выдерживают в течение
2 ч; затем раствор декантируют. Одно-
временно с этим растворяют желези-
стосинеродистый калий, раствор до-
водят до кипения и при перемешива-
нии вводят в него раствор соли Шев-
реля. Полученную массу кипятят
40 мин и вводят концентрированный
раствор едкого калия, нагретый до
кипения. После этого смесь продол-
жают кипятить в течение 4 ч. Горя-
чий раствор фильтруют в рабочую
ванну через фильтр из сукна, вводят
сегнетову соль (виннокислый калий—
натрий) и разбавляют водой до рабо-
чего уровня.
Пирофосфатный электролит готовят
растворением в теплой воде медного
купороса и при интенсивном перемеши-
вании добавлением в него сухого
размельченного пирофосфата натрия
до образования комплексной соли пиро-
фосфата меди. В полученный раствор
вводят в зависимости от состава элек-
тролита или двухзамещенный фосфор-
нокислый натрий, растворенный в теп-
лой воде, или азотнокислый натрий,
тоже растворенный в теплой воде,
или азотнокислый калий. Корректи-
руют электролит 2 раза в месяц.
Для сернокислого электролита мед-
ный купорос растворяют в горячей
воде и фильтруют в рабочую ванну.
После остывания раствора в него
вводят серную кислоту и разбавляют
водой до заданного объема. Вредной
примесью является железо (более
20 г/л).
Этилендиаминовый электролит гото-
вят растворением сернокислой меди
в горячей воде с последующим ох-
лаждением до 40—45 °C. Затем рас-
Электролиты для гальванических покрытий
303
творяют этилендиамин в количестве
550—750 мл/л (20%-ный раствор) или
150—200 мл/л (70%-ный раствор).
Раствор приобретает сине-фиолетовый
цвет. Далее в него осторожно при пере-
мешивании добавляют 50—60 г/л сер-
ной кислоты. Электролит прорабаты-
вают при рабочей плотности тока до
pH = 7,04-7,8.
Основную углекислую медь раство-
ряют в 100%-ной кремнефтористой
кислоте.
Электролиты никелирования. Соли,
входящие в состав электролитов нике-
лирования, растворяют в теплой воде,
а борную кислоту и фтористый нат-
рий — в кипящей. Растворы деканти-
руют в рабочую ванну и доливают во-
дой до требуемого уровня. Получен-
ный электролит тщательно перемеши-
вают и определяют pH. Для повыше-
ния pH в электролит осторожно при
интенсивном перемешивании добавляют
0,3%-ный раствор едкого натра, а для
понижения pH 1 и. раствор серной
кислоты (1 мл/л).
После приготовления электролита,
его подвергают химической и селек-
тивной очистке. Химическая очистка
заключается в добавлении 2 мл/л
перекиси водорода при pH = 5,0 и
в интенсивном перемешивании раство-
ра в течение 30 мин с последующим до-
бавлением 3 г/л активированного угля
и перемешиванием раствора сжатым
воздухом, очищенным от масел. После
этого раствор фильтруют в рабочую
ванну так, чтобы не взмучивался шлам,
находящийся на дне электролизера.
После химической очистки электролит
прорабатывают при катодной плотно-
сти тока 0,1—0,2 А/дм’, энергично
перемешивая его сжатым воздухом до
получения светлого никелевого пок-
рытия.
Расход добавок, определяемый по
количеству электричества, прошед-
шего через электролит, следующий
(г/(А-ч)]: бутиндиол 0,04; формалин
0,04; нафталин 1,5; дисульфокислоты
динатриевая соль 0,5; надсернистый
калий 0,5. Сульфонол добавляют один
раз в сутки, хлорамин В — один раз
в неделю. Концентрацию водородных
ионов контролируют ежедневно. Вред-
ные примеси в электролитах никели-
рования (г/л): железо более 0,2,
медь более 0,01 и цинк более 0,01.
Электролиты хромирования. Хромо-
вый ангидрид растворяют непосредст-
венно в рабочей ванне. Раствору дают
отстояться и проверяют содержание
хромового ангидрида и серной кислоты.
При составлении саморегулирующегося
электролита в ванну с раствором хро-
мового ангидрида для нейтрализации
избытка небольшими порциями (во
избежание бурного вспенивания раст-
вора) вводят карбонат стронция
(1,53 г на 1 г серной кислоты), при
этом в растворе образуется 1,9 г
сернокислого стронция. Недостающее
количество сернокислого стронция и
кремнефтористый калий вводят сог-
ласно рецептурным данным. Нагре-
тый до 50—60 °C раствор периодиче-
ски (2—3 раза в час) перемешивают
в течение 10—12 ч, взмучивая осадок.
Для приготовления электролита чер-
ного хромирования взятые компо-
ненты растворяют в воде. В раствор
хромового ангидрида при перемешива-
нии добавляют раствор уксуснокисло-
го бария и азотнокислого натрия. При
составлении электролита фтористово-
дородную или борную кислоту в раст-
воры вводят в последнюю очередь.
Приготовленный электролит прора-
батывают под током (5—10 А/ч). Ко-
личество железа в хромовых электро-
литах не должно превышать 15 г/л.
Если содержание хрома в электролите
выше допустимого, то электролит про-
рабатывают при максимальной катод-
ной и наименьшей анодной плотности
тока. Саморегулирующийся электро-
лит корректируют один раз в месяц
сернокислым стронцием (1 г/л) и
кремнефтористым калием (6 г/л).
Электролиты оловянирования. При
составлении щелочного электролита
олово в виде станната натрия или
хлорида растворяют в небольшом ко-
личестве воды. Одновременно раство-
ряют щелочь и добавляют половину
расчетного количества перекиси во-
дорода. Затем вводят раствор олова при
интенсивном перемешивании, добав-
ляют перекись водорода и уксусно-
кислый натрий. Раствору дают отсто-
яться, декантируют его в рабочую
ванну и доводят до заданного объема
водой. После этого электролит энер-
гично перемешивают и прорабатывают
304
Приготовление и корректирование электро At'.пое
при соотношении анодной и катодной
плотностей тока, равном 1:3, до
появления на анодах золотистой
пленки.
Для кислого электролита сернокис-
лое олово растворяют, перемешивая
в воде, подкисленной серной кислотой.
Дав раствору отстояться в течение
10—12 ч, его фильтруют в ванну и до-
бавляют серную кислоту до нормы.
Отдельно растворяют сернокислый
натрий и фильтруют раствор в ванну.
После этого добавляют вещество
ОС-20, предварительно растворенное
в горячей воде. Электролит тщательно
перемешивают и прорабатывают при
катодной плотности тока до получе-
ния светлого и плотного осадка. До-
бавляя вещество ОС-20, корректируют
электролит в зависимости от внешнего
вида покрытия.
При отсутствии готовой соли SnSO*
раствор готовят кимчческим способом,
вводя Дч,ро пкообразное олово в раст-
вор сернокислой меди, подкисленной
HjSO«, и нагревая до 70—80 °C при
интенсивном перемешивании. Содер-
жание сернокислой меди должно быть
эквивалентно (по стехиометрии) со-
держанию сернокислого олова, ука-
занному в рецепте. При этом медь
вытесняется оловом; ее отделяют, и
раствор, содержащий избыток серной
кислоты, прорабатывают постоянным
током до полного удаления оставшейся
в нем меди.
Для приготовления хлористо-фто-
ридного электролита фтористый нат-
рий сначала растворяют при 50—
60 °C в воде, затем в раствор вводят
SnCl( при перемешивании. Во избежа-
ние гидролиза хлористого олова раст-
вор NaF предварительно подкисляют
соляной кислотой. После фильтрова-
ния к раствору добавляют НС1 до
достижения требуемого значения pH
и вводят остальные компоненты.
Пирофосфатный электролит готовят
следующим образом В подкисленной
соляной кислотой воде растворяют хло-
ристое олово (61 г/л SnClg-2HaO) и
к раствору добавляют 60 г/л-пирофос-
фата натрия, необходимого для об-
разования осадка SntPtO7. Осадок за-
тем фильтруют, промывают и раство-
ьяюг в оставшемся количестве пиро-
фосфата натрия таким образом, чтобы
в растворе был из( чток его, соответ-
ствующий содержанию в электролите
примерно 360—400 г/л NaJW ЮНЭО.
Взамен пирофосфата рекомендуется
применять триполифосфат натрия или
калия —более доступный дешевый про-
дукт, образующий в водных растворах
комплексное соединение с ионами ме-
таллов.
Триполифосфатный электролит го-
товят растворением NajPsOm или
КзР8О1в в воде. Затем при интенсив-
ном перемешивании к раствору до-
бавляют хлористое олово, фильтруют
и вводят заранее приготовленный
раствор столярного клея или пептона
в воде. После этого добавляют хлори-
стый аммоний и иодистый калий в ко-
личестве, указанном в рецептуре.
Фторборатный электролит гото-
вят растворением в борфтористоводо-
родной кислоте гидрата закиси олова.
Последний получают при взаимодей-
ствии едкого натра с подкисленным
НС1 раствором хлористого олова, со-
держащего олово в таком количестве,
которое соответствует его количеству
в данном фторборатном электролите.
Полученный осадок гидрата закиси
олова отделяют от раствора NaCl,
промывают и вводят в раствор бор
Лтиристоводородной кислоты.
Электролиты серебрения. Для при-
готовления цианистого электролита в
азотнокислое серебро вводят отфиль-
трованный раствор цианистого калия.
Образовавшийся оёадок цианистого
серебра растворяют в избытке циани-
стого калия. При этом образуется циа-
нистый комплекс серебра. В получен-
ный раствор добавляют углекислый
калий и разбчвляот водой до заданного
объема.
Роданистосинеродистый электролит
готовят добавлением раствора желези-
стосинеродистого калия (желтая кро-
вяная соль) в растворе азотнокислого
серебра. Для создания щелочной среды
вводят раствор углекислого калия.
Смесь трех компонентов доводят до
кипения. В момент изменения окраски
раствора от белой до коричневой, что
гвидетельствует о начале образования
гидрата оксида железа, постепенно при
перемешивании добавляют перекись
водорода, после чего раствор кипятят
в течение 1,0—1,5 ч. Осадок гидрата
Электролиты для гальванических покрытий
305
окгчда железа фильтруют и промы-
вают несколько раз горячей водой.
Мелкозернистый осадок оксида железа
полностью удерживается на фильтре
и не переходит в раствор. Затем в рас-
твор вводят роданистый калий, пред-
варительно растворенный в вод, в
отфильтрованный.
К цианистому калию добавляют
30%-ную перекись водорода и остав-
ляют раствор на 12 ч. Затем добавляют
1—2 г/л активированного угля и не
позднее чем через 2 ч раствор циани-
стого калия фильтруют. После этого
азотнокислое серебро растворяют в воде
и при перемешивании добавляют в рас-
твор цианистый калий. В результате
реакции образуется цианистый комп-
лекс серебра. Далее в цианистом ка-
лии растворяют элементарный селен
и добавляют в электролит. Диспер-
гатор НФ высушивают в сушильном
шкафу при 80— 99 °C в течение 30 мин.
Сухой продукт измельчают, ряст юря-
ют в горячей воде и добавляют в
электролит. Этамон ДС вводят в виде
50%-ного водного раствора непосред-
ственно в электролит. Допустимое со-
держание примеси меди в электролите
менее 10 г/л, железа менее 3 г/л,
ртути менее 0,5 г/л и карбонатов не
более 100 г/л. После пропускания
электрического тока в количестве
10 А-ч/л в электролит следует до-
бавлять 0,025 г/л селена, 0,03 г/л
диспергатора НФ в такой же последо-
вательности, как описано выше.
Электролиты золочения Для циани-
стого электролита дицианоаурат калия
растворяют в дистиллированной воде,
кипятят в течение 5—10 мин, охлаж-
дают и фильтруют. Затем в этот раствор
вводят цианистый калий, растворен-
ный в дистиллированной воде. При
отсутствии дицианоаурата калия его
готовят следующим образом. Золото-
хлористоводородную кислоту раство-
ряют в небольшом объеме теплой воды
и к полученному раствору медленно
при перемешивании добавляют 25%-
ный раствор аммиака (10 мл на 1 г
золота). Выпавший осадок «грему-
чего золотая многократно промывают
в горячей дистиллированной воде
до полного удаления запаха аммиака,
не допуская образования сухого осад-
ка. Влажный осадок растворяют в 30—
40%-ном растворе цианистого калия
(1,0—1,5 г цианистого калия на 1 г
золотя).
Электролиты для палладирования.
Для приготовления аминохлоридного
электролита хлористый палладий рас-
творяют в концентрированном раство-
ре аммиака при нагревании до получе-
ния прозрачного раствора тетраами-
нодлорида палладия желтого цвета.
Полученный раствор фильтруют, до-
бавляют хлористый аммоний и кор-
ректируют до требуемого pH, вводя
аммиак. Малеиновый ангидрид вводят
в электролит путем непосредственного
пастворения его в малом объеме элект-
ролита.
Фосфатный электролит паллади-
рованья готовят следующим образом.
Хлористый палладий растворяют в
концентрированном растворе аммиака,
взятом в отношении 1 : 3, при нагре-
вании до получения прозрачного раст-
вора тетрааминохлорида палладия
желтого цвета. В отфильтрованный
раствор добавляют концентрирован-
ную соляную кислоту, тщательно пе-
ремешивают до полного выпадения
осадка диаминхлорида палладия оран-
жевого цвета. После проверки пол-
ноты осаждения осадок фильтруют,
промывают 4—5 раз в 2%-ном раст-
воре соляной кислоты и 2 раза в хо-
лодной воде. Расчетное количество фос-
фатов растворяют в половинном объеме
воды и кипятят в течение 15—20 мин
с последующим фильтрованием. Далее
осадок диаминохлорида палладия не-
большими порциями при перемешива-
нии растворяют в нагретом почти до
кипения растворе фосфатов. Бензой-
ную кислоту вводят в электролит пос-
ле его приготовления путем непосред-
ственного растворения кислоты в ма-
лом объеме электролита.
Для приготовления сульфоматного
электролита палладирования хло-
ристый аммоний и нитрат натрия раст-
воряют в половинном объеме воды.
Затем отдельно растворяют хлористый
палладий в 25%-ном растворе аммиака.
Полученный тетрааминохлорид пал-
ладия вводят в раствор, содержащий
хлористый аммоний и нитрат натрия,
и, добавляя аммиак, корректируют
pH до 8—9. После этого сульфамино-
вую кислоту растворяют в минималь-
306
Приготовление и корректирование влектролитов
ном количестве воды (80 г кислоты и
60—80 мл воды), добавляя раствор
аммиака, корректируют pH до 8—9
и вводят в раствор, содержащий пал-
ладий.
После приготовления электролит
выдерживают при 30—32 °C в течение
6 ч и прорабатывают на инертных элект-
родах при катодной плотности тока
1—2 А/дм* в течение 2—*ч. Следует
помнить, что желтая окраска электро-
лита свидетельствует о недостатке ам-
миака в электролите. Мадеиновый ан-
гидрид (0,05 г/л) добавляют по мере
ухудшения внешнего вида покрь'тия
(1—2 раза в месяц). Бензойную кислоту
вводят в количестве 0,1—0,2 г/л пос-
ле двух-трех корректировок хлори-
стым палладием. Сульфаминовую ки-
слоту добавляют в электролит после
ее нейтрализации аммиаком до pH =
= 8. Фосфорнокислые соли аммония
и натрия вводят в соотношении 1,0 : 1,8
после их предварительного растворе-
ния в небольшом объеме воды, кипя-
чения и фильтрации.
Для приготовления электролита
палладирования, содержащего моно-
эганоламин, хлористый палладий при
нагревании растворяют в 10%-ном
растворе соляной кислоты. В другом
сосуде готовится раствор моноэтанол-
амина. После этого при перемешивании
раствор хлористого палладия медлен-
но добавляют к раствору моноэтанол-
амина. Получается раствор соломен-
но-желтого цвета, в лотовом раство-
ряют сульфат аммония, сахарин или
пиридин. Для приготовления и кор-
ректирования электролита необходимо
применять дистиллированную или
деионизированную воду. Корректиро-
вать такой электролит можно др 30 раз.
После этого проводится полная реге-
нерация электролита. Корректирова-
ние заключается в восстановлении его
первоначального состава и pH. При
снижении блеска покрытий добавля-
ют 0,3 г/л сахарина или пиридина
после пропускания катодного тока
(3 А-ч/л).
Электролиты для родирования. Для
получения сернокислого электролита
хлористый родий растворяют в горя-
чей дистиллированной воде (70—
80 °C), подкисленной серной кислотой.
Затем к раствору хлористого родия
добавляют небольшими порциями го-
рячий (70—80 °C) 40%-ный раствор
едкого калия (1 г хлористого родия
и 5, 7 г едкого калия).
Розовая окраска свидетельствует о
полном осаждении гидрооксида. Пол-
ноту осаждения проверяют путем до-
бавления к раствору двух-трех капель
фенолфталеина. Осадку гидрата ок-
сида родия дают отстояться, много-
кратно (10—12 раз) промывают его
горячей водой (70—80 °C) методом де-
кантации от ионов хлора (качественная
реакция с азотнокислым серебром).
Гидрооксид родия практически не рас-
творяется в воде, что позволяет пол-
ностью выделить его из раствора.
Свежеосажденный гидрооксид ро-
дия растворяют при перемешивании
в нагретой до 70—80 °C серной кисло-
те, разбавленной в соотношении 1 : 2
и взятой в количестве, указанном в ре-
цептуре электролита. В случае непол-
ного взаимодействия гидрооксида ро-
дия с серной кислотой добавляют
10 мл 33%-ного раствора перекиси
водорода. Процесс ведут при нагрева-
нии и перемешивании.
При наличии готовой соли серно-
кислого родия приготовление электро-
лита сводится к растворению ее в воде
и добавлению необходимого количе-
ства серной кислоты. Для устойчи-
вости родиевого комплекса в раствор
при перемешивании вводят 10 мл
33%-ного раствора перекиси водорода
и кипятят 10—15 мин.
Электрохимический способ приго-
товления сеонокислого электролита
родирования основан на растворении
металлического родия в растворе сер-
ной кислоты в присутствии перекиси
водорода. Электролизер должен быть
изготовлен из термостойкого стекла.
Впаянные в верхней части его боковь'л
стенок родиевые или платиновые про-
волоки диаметром 1—3 мм исполь-
зуются как контакты. В качестве элект-
родов применяют родиевые пластины,
которые предварительно активируют
в растворе соляной кислоты, взятой
в соотношении 1 : 2, переменным током
при плотности 50 А/дм* в течение
3—5 мин до получения светлого от-
тенка. После активирования электроды
промывают в воде, сушат в сушильном
шкафу при 100 °C н течение 30 мин.
Электролиты для гальванических покрытий
307
охлаждают, взвешивают на аналити-
ческих весах и загружают в электроли-
зер. Ванну-электролизер заполняют
раствором серной кислоты (48—52 г/л)
и включают в сеть переменного тока
частотой 50 Гц через трансформатор.
Ваннь работает в течение 10—20 мин
при плотности тока 20—30 А/дм*,
затем в раствор по каплям добавляют
необходимое количество перекиси во-
дорода (табл. 66).
Процесс ведут при 20 °C. Повышение
температуры способствует образова-
нию пассивных пленок на поверхности
родиевых электродов и, следователь-
но, резко снижает скорость раствоое-
ния родия. Родиевые пластины необ-
ходимо активировать в соляной кисло-
те. После растворения требуемого ко-
личества родия электролит кипятят
в течение 20—30 мип. В электролите
допускается наличие примесей меди
и железа до 1 г/л каждого, никеля до
2 г/л и серебра не более 0,05 г/л.
Аминохлоридный электролит роди-
₽ования готовят следующим образом,
[ри нагревании и интенсивном пере-
мешивании растворяют 25 г хлори-
стого родия в 100 мл воды, добавляют
25%-ный раствор аммиака. Цвет раст-
вора постепенно изменяется от темно-
красного до желто-коричневого, при
этом выпадает осадок. Полученную
смесь нагреьпют при 90—95 °C до
получения прозрачного раствора жел-
того цвета. В нем растворяют углекис-
лый аммоний и разбавляют его горя-
чей водой до объема, равного 1 л.
Значение pH следует корректировать,
добавляя аммиак или соляную кисло-
ту. Допустимые примеси меди и железа
не более 1 г/л (каждого), никеля не
более 2 г/л, а серебра до 0,05 г/л.
Электролиты для рутенирования.
Сложный комплекс рутения готовят
следующим образом. Рутений (50 г)
в виде раствора его хлористой соли
в соляной кислоте смешивают с 300 г
сульфаминовой кислоты и доводят
объем смеси до 2 л. Раствор кипятят
в емкости с обратным холодильником
и после охлаждения до комнатной
температуры отделяют фильтрованием
60% образовавшегося рутениевого
комплекса, представляющего собой
темно-красные кристаллы. После упа-
ривания фильтрата отделяют еще 30%
66. Скорость растворения родия
Плот ность тока, А/дм1 Скорость Опти- мальная концен- трация перекиси водоро- да, г/л
раство- рения родия, г/см1 разло- жения перекиси водо- рода, гдсм’-ч)
20 0,002— 0,005 0,002— 0,003 0,8—1,5
40 0,006— 0,007 0,003— 0,004 1,5—2,0
60 0,008— 0,009 0,005— 0,010 2,0—2,5
образовавшегося комплекса (первый
комплекс). Кристаллы промывают в
воде, изготовленной из льда, и высу-
шивают.
Второй комплекс представляет со-
бой соединение из класса двуядерных
с /V-связью. Далее полученный комп-
лекс растворяют в горячей воде, кор-
ректируют pH до необходимого зна-
чения введением НС1, Н£$О4 или
сульфаминовой кислоты и раствор
фильтруют. Во время электролиза pH
раствора корректируют введением раз-
бавленного аммиака (1 : 1). Образо-
вание NC1S подавляю? введением суль-
фамата аммония. Его добавляют в ко-
личестве 1—2 г на 1 г осажденного ру-
тения.
Нитрозохлоридный электролит ру-
'еы'рования готовят путем перевода
металлического рутения в раствори-
мое в воде соединение посредством его
сплавления со смесью гидрооксида и
нитрата калия, хлорированием руте-
ния при низких температурах или
анодным растворением рутения. Руте-
ний сплавляют с КОН и KNOj в со-
отношении 1,8 : 2,5. Предварительно
щелочь расплавляют в серебряном
тигле, после чего вводят небольшими
порциями смесь рутения с селитрой.
Образовавшийся зеленого цвета рас-
плав выливают на стальную или ка-
фельную плитку. В результате сплав-
ления и последующего растворения
сплава в горячей воде получают раст-
вор рутенатов.
Для приготовления из него необхо-
308
Приготовление и корректирование ялектролитов
димых соединений используют два
способа. При первом способе приготов-
ления к раствору рутенатов по каплям
добавляют H2SO4 (для нейтрализации
свободной щелочи и создания слабо-
кислой реакции), затем бромат натрия
и небольшое количество перйодата
калия. Перегонку проводят при на-
гревании в слабом противотоке воз-
духа. Образовавшийся при этом оксид
рутения RuO< в виде бурых паров улав-
ливают в поглотительных сосудах с
НС1. В результате такой отгонки об-
разуется комплексное соединение
Н2 [R4OHCI5]. Для использования
указанного способа требуется специ-
альное оборудование. При втором спо-
собе приготовления рутений осажда-
ется щелочью и содой из подкисленного
раствора рутенатов.
Электролиты для платинирования.
Для приготовления аминонитритного
электролита хлорид платины смеши-
вают с нитритом натрия, взятом в де-
сятикратном избытке. При слабом на-
гревании пластина восстанавливается
до двухвалентной, и образуется плато-
нитрит Naj [Pt (NOj)4]. К раствору
платонитрита добавляют аммиак. При
этом выпадает цис-изомер диамино-
нитрита платины Pt (NH3)j (NO2)2. По-
лученный осадок очищают путем мно-
гократной кристаллизации. Чис-
тые кристаллы имеют вид светло-жел-
тых игл. Растворимость диаминонит-
рита платины в воде мала; она заметно
возрастает при добавлении аммиака.
Для приготовления сульфаматного
электролита используют сульфамино-
вую кислоту (NH2SOsH) марки «хч»
и комплексное соединение
[Pt (NH3)S (NOg)s[. Это соединение по-
лучают из HgPtCle.
ЭЛЕКТРОЛИТЫ ДЛЯ
ОСАЖДЕНИЯ ПОКРЫТИЙ
СПЛАВАМИ
Электролиты для покрытий сплавом
олово—висмут. При тщательном пере-
мешивании в воду вводят небольшими
порциями серную кислоту (плотность
1,84 г/см*) и растворяют сернокислое
олово и хлористый натрий. После этого
в небольшом количестве электролита
растворяют сернокислый висмут, взя-
тый в виде сухой соли. Содержимое
тщательно перемешивают и перелива-
ют в готовый раствор. Затем вводят
вещество ОС-20, предварительно рас-
творенное в теплой воде. Электролиту
дают отстояться в течение 12 ч, де-
кантируют в рабочую ванну и прора-
батывают в течение 3—4 ч при плот-
ности тока 0,5—1,0 А/дм2.
Электролит для блестящего покры-
тия сплавом олово—висмут готовят
следующим образом. В дистиллиро-
ванную воду, перемешивая, вводят
серную кислоту и небольшими пор-
циями сернокислое олово, предвари-
тельно растворив его. В полученный
раствор добавляют вещество ОС-20
(как указано выше), формалин, хлори-
стый натрий и продукт конденсации.
Последним вводят сернокислый вис-
мут, растворенный в небольшом коли-
честве электролита. Раствор тщательно
перемешивают.
Продукт конденсации готовят спе-
циально. Для приготовления 1 л
продукта смешивают 730 мл ацетона
с 330 мл гидрооксида аммония и
400 мл 50% -него раствора едкого натра.
К смеси в вытяжном шкафу добав-
ляют по каплям, непрерывно переме-
шивая и охлаждая до 30 °C, 400 мл
уксусного альдегида. Ампулы с ук-
сусным альдегидом предварительно ох-
лаждают в холодной воде до темпера-
туры 15—18 °C (температура кипения
альдегида 22°C). При добавлении ук-
сусного альдегида к смеси происходит
реакция конденсации и образуется
продукт коричневого цвета. Через
5—10 мин продукт разделяется на
два слоя: верхний — коричневый и
нижний — почти бесцветный. Бес-
цветный слой — это раствор едкого
натра, его можно использовать вто-
рично. Верхний слой — нейтрализо-
ванный продукт конденсации — дол-
жен быть светло-коричневым и про-
зрачным. Продукт сохраняют в за-
крытых бутылях темного цвета. Фор-
малин, вещество ОС-20 и продукт кон-
денсации добавляют в электролит в
зависимости от внешнего вида покры-
тия после пропускания тока 15—
18 А-ч/л в количестве, равном поло-
вине первоначального.
Электролиты для покрытий сплавом
олово—свинец. Необходимое количе-
Электролиты для осаждения покрытий сплавами
309
ство борфтористоводородной кислоты
разделяют на две части. Одну часть
насыщают свинцом путем введения
предварительно смоченных водой солей
свинца (оксид свинца или углекислого
свинца). Другую часть борфтористо-
водородной кислоты насыщают оло-
вом. Для этой цели смоченную водой
углекислую медь вводят в кислоту
небольшими порциями при посто-
янном перемешивании. Образуется
раствор борфтористоводородной меди.
В полученный раствор борфтористо-
водородной меди, подогретой до 50—
55 °C, вводят металлическое олово
в виде гранул или стружки.
Для ускорения реакции количество
олова увеличивают на 1/8. Момент
окончания реакции определяют по
цвету раствора (он должен быть про-
зрачным). Следы меди в растворе уда-
ляют путем контактного осаждения
на стальную пластину. Отстоявшийся
раствор декантируют в рабочую ванну.
В готовый электролит вводят растворен-
ные в горячей воде клей и гидрохинон,
разбавляют электролит до необхо-
димого объема, тщательно перемеши-
вают и анализируют.
В случае, когда при работе с анода-
ми, изготовленными из сплава олово—
свинец, осадок содержит свинца боль-
ше нормы, в электролит при его нор-
мальном составе добавляют 1 г/л клея
и прорабатывают в течение 2—3 ч.
Если количество свинца, находяще-
гося в электролите, больше допусти-
мого, то избыток его осаждают серной
кислотой из расчета 0,25 мл серной
кислоты на 1 г свинца.
Кремнефтористый электролит го-
товят химическим или электрохимиче-
ским насыщением свинцом и оловом
раствора HaSiFe. Насыщение электро-
лита оловом проводить в отдельном
объеме раствора HjSiFe путем обра-
зования промежуточного продукта
CuSiFe. После насыщения свинцом и
оловом растворам дают отстояться и
их декантируют в ванну, добавляя в
раствор клей.
Электролиты для покрытий сплавом
олово—цинк. Для приготовления пи-
рофосфатного электролита сернокис-
лый цинк, сернокислое олово и пиро-
фосфат натрия растворяют в воде (каж-
дый компонент отдельно). Раствор
сернокислого цинка вводят в раствор
пирофосфата натрия, при этом обра-
зуется пирофосфорнокислая соль
цинка, и в растворе остается избыток
пирофосфата натрия.
В горячий раствор этой соли при
тщательном перемешивании добавляют
раствор сернокислого олова. При этом
избыток пирофосфата натрия взаимо-
действует с сернокислым оловом, об-
разуя пирофосфорнокислую комплекс-
ную соль олова. Полученный электро-
лит фильтруют, разбавляют водой до
рабочего объема, перемешивают и про-
веряют содержание олова, цинка и
свободного пирофосфата. После этого
в электролит добавляют лимоннокис-
лый аммоний, азотнокислый аммоний
и клей, предварительно замоченный в
воде, и тщательно перемешивают. Про-
работка электролита не требуется.
Цианистый электролит готовят сле-
дующим образом. Соединяют растворы
станната натрия и комплексной циа-
нистой соли цинка. Для приготовле-
ния раствора станната четыреххлори-
стое олово растворяют в меньшем коли-
честве теплой воды. Отдельно раство-
ряют едкий натр и добавляют к нему
при энергичном перемешивании рас-
твор четыреххлористого олова. Раст-
вор анализируют, проверяя содержа-
ние олова и щелочи.
Раствор комплексной цианистой со-
ли цинка готовят растворением свеже-
осажденного гидрооксида цинка в циа-
нистом калии. Его осаждают при тща-
тельном перемешивании из раствора,
содержащего сернокислый цинк и ед-
кий натр. Полученному гидрооксиду
цинка дают осесть, жидкость удаляют
декантацией, а осадок промывают во-
дой. Цианистый калий растворяют от-
дельно и добавляют при тщательном
перемешивании к осадку гидрооксида
цинка до полного растворения послед-
него. При корректировании электро-
лита олово следует вводить в виде стан-
ната, а цинк в виде комплексной циа-
нистой соли. Электролит в процессе
работы не должен содержать двухва-
лентных ионов олова.
Электролиты для покрытий сплавом
олово- никель. Хлористый никель и
фтористый аммоний растворяют в теп-
лой воде. Раствор подкисляют соляной
кислотой (1,19 г/см8) до pH = 3,5-=-
310
Приготовление и корректирование влектролитов
4,0. При температуре выше 70 °C
в раствор вводят хлористое олово при
тщательном перемешивании. Раствору
дают отстояться (не менее 12 ч),
фильтруют и прорабатывают при плот-
ности тока 0,3 —0,5 А/дм® в течение
3—5 ч. Значение pH электролита кор-
ректируют, добавляя соляную кислоту.
Электролиты для покрытий сплавом
медь—цинк. Цианистый электролит го-
товят растворением соли Шевреля, как
указано выше, а раствор цинковой
соли — по методике приготовления ци-
анистого электролита цинкования. Оба
раствора сливают в рабочую ванну
и разбавляют водой до заданного объе-
ма.
Для получения пирофосфатного
электролита готовят раствор пиро-
фосфата меди. Для этого в раствор сер-
нокислой меди вводят раствор пиро-
фосфорнокислого натрия. Раствор пи-
рофосфата цинка готовят из сернокис-
лого цинка и пирофосфорнокислого
натрия. Полученные растворы соеди-
няют и добавляют щавелевую кислоту,
борную кислоту и углекислый натрий,
предварительно растворенные в воде.
Борную и щавелевую кислоту добав-
ляют в электролит один раз в месяц,
а остальные компоненты — не менее
2 раз в месяц.
Электролиты для покрытий сплавом
медь—олово. Растворы станната и
NaOH вводят в предварительно при-
готовленный железосинеродистый
электролит меднения. Раствор станната
получают химическим методом, для
чего к раствору SnCl4- 5HSO добавляют
NaOH при интенсивном перемешива-
нии и охлаждении. Образующийся
осадок гидрооксида олова растворяют
в избытке щелочи. Для нормальной
работы температура электролита дол-
жна быть 50—60 дС.
Электролиты для покрытий сплавом
серебро—сурьма. Цианистый комплекс
готовят, как указано выше. В этот
раствор добавляют сурьмяновинно-
кислый калий и едкое кали, отдельно
растворенные в растворе сегнетовой
соли. После этого в полученный рас-
твор добавляют раствор углекислого
калия. Электролит тщательно пере-
мешивают.
Для блестящего электролита гото-
вят сначала цианистый комплекс се-
ребра и блескообразующие добавки
(селена элементарного и диспергатора
НФ), как указано выше. После этого
отдельно растворяют треххлористую
сурьму в растворе триэтаноламина.
На 1 масс, долю сурьмы в пересчете
на металл приходится 8 масс, долей
триэтаноламина и 4 доли воды.
Треххлористую сурьму растворяют
в эмалированном сосуде при тщатель-
ном перемешивании в течение 30—
60 мин. При этом происходит нагрева-
ние, но температура раствора не дол-
жна превышать 70 °C. Приготовленный
комплекс сурьмы вводят в электролит.
Отдельно растворяют борную кислоту,
нейтрализуют ее половинным количе-
ством едкого кали. Охлажденный рас-
твор вводят в электролит. В электро-
лите допустимы примеси меди до
10 г/л, железа до 3 г/л, ртути до
0,05 г/л и карбонатов до 100 г/л.
Электролит для осаждения сплава
серебро—кадмий. Его готовят следую-
щим образом. Раствор 1-й. В объ-
еме воды, равном 1/3 заданного объема
электролита, растворяют сульфосали-
пиловую кислоту, и раствор нагревают
до 80 °C, затем в него вводят оксид
кадмия при перемешивании до полного
его растворения. Раствор 2-й.
Отдельно растворяют в объеме 1/50
части общего объема азотнокислое
серебро, после чего в раствор прилива-
ют гидрооксид аммония до полного
растворения осадка, образующегося
при вливании раствора аммиака (около
50 мл/л). Раствор 2-й вливают в 1-й
раствор при перемешивании и в полу-
ченный объем электролита добавляют
последовательно гидрооксид аммония
100 мл/л, необходимое количество кис-
лого виннокислого калия, сернокис-
лый никель, растворенный предвари-
тельно в воде; pH электролита доводят
до 8,5—9,0 гидрооксидом аммония или
серной кислотой.
Электролит для осаждения сплава
Ag—Cd, содержащий сульфированное
касторовое масло. Его готовят следую-
щим образом. Отдельно растворяют
азотнокислое серебро и оксид кадмия
(по методике, приведенной для при-
готовления электролитов цианистого
серебрения и кадмирования). Затем
в смесь этих растворов вводят серно.
Растворы для химических покрытий.
311
кислый натрий. При полном растворе-
нии последнего в электролит добав-
ляют при перемешивании сульфиро-
ванное касторовое масло и затем вводят
отдельно растворенный в воде серно-
кислый никель.
Электролиты для покрытий сплавами
на основе эолота. Электролит для
осаждения сплава золото—серебро го-
товят посредством растворения в воде
дицианоаурата калия и кипячения
в течение 5—10 мин; затем раствор
охлаждают и фильтруют. Далее гото-
вят цианистый раствор серебра обыч-
ным способом. В раствор дицианоау-
рата калия вливают цианистый рас-
твор серебра. Все растворы готовят
с использованием дистиллированной
воды.
Для осаждения сплавов-Аи—Ni и
Аи—Со электролиты готовят следую-
щим образом. Лимонную кислоту и
лимоннокислый калий растворяют в
воде, нейтрализуют раствором едкого
калия до pH = 4,54-5,0, затем добав-
ляют раствор дицианоаурата калия.
К полученному объему добавляют рас-
творенный в воде сернокислый никель
или сернокислый кобальт. Электролит
корректируют, добавляя дицианоаурат
калия. Ежедневно также корректи-
руют и pH электролитов введением ли-
монной или ортофосфорной кислоты,
предварительно нейтрализовав его
едким кали. В электролите допуска-
ется наличие примесей меди, никеля
и серебра (не более 0,1 г/л каждого).
При отсутствии дицианоаурата калия
эту комплексную соль готовят анод-
ным растворением металлического зо-
лота с применением пористой керами-
ковой диафрагмы.
Электролиты для осаждения сплава
палладий—никель. На водяной бане
при температуре 70—80 °C растворяют
соль хлористого палладия в присут-
ствии небольшого количества 20—
25%-ного аммиака. Хлористый никель
растворяют в дистиллированной воде.
Выпавший осадок гидрооксида никеля
переводят в раствор добавлением ам-
миака. Затем в раствор вводят хлори-
стый аммоний, предварительно раст-
воренный в дистиллированной воде.
После чего полученный раствор сли-
вают в рабочую ванну, доводят до тре-
буемого объема и при необходимости
корректируют pH аммиаком. В про
цессе непрерывной работы электролит
корректируют солями палладия и ни-
келя.
Электролит для осаждения сплава
свинец—марганец. В одной части воды,
подщелоченной до pH = 84-10, рас-
творяют последовательно трилон Б
и оксид свинца. В другой части воды
при температуре 25—30 °C готовят
раствор цитрата аммония, в котором
затем растворяют металлический мар-
ганец. Приготовленные растворы сли-
вают вместе и вводят добавки клея и ла-
урилсульфата натрия или моющего
средства «Прогресс». Приготовленный
электролит прорабатывают на пос-
тоянном токе в течение 1—2 ч при
/к = 0,54-1,0 fiJnM? на некондицион-
ных деталях.
Электролит борфтористоводородного
свинцевания готовят посредством рас-
творения борной кислоты в растворе
плавиковой кислоты (добавляют ма-
лыми дозами при перемешивании).
При этом электролит разогревается.
Для охлаждения в него добавляют ма-
лыми дозами холодную воду. В полу-
ченный раствор при непрерывном пере-
мешивании в виде густой кашицы
вводят карбонат свинца. После декан-
тации полученный электролит пере-
водят в рабочую ванну и добавляют
необходимое количество столярного
клея.
Электролит для висмутировання го-
товят путем растворения NaBiOj в
соляной кислоте с образованием
NaBiCl4 и выделением хлора. Поэтому
растворение производят под тягой при
нагревании и перемешивании. Для
корректирования электролита исполь-
зуют в основном соляную кислоту.
РАСТВОРЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКИХ
ПОКРЫТИЙ
Раствор химического никелирования.
Соль никеля, уксуснокислый натрий,
борную кислоту, хлористый аммоний
растворяют в дистиллированной воде
температурой 40—45 °C. Затем вводят
гипофосфит натрия, тиомочевину или
малеиновый ангидрид. Приготовленный
раствор фильтруют через бязь. Тио-
мочевину вводят в виде раствора, со-
держащего 1 г/л основного вещества.
312
Приготовление и корректирование влектролитое
67. Расход едкого натра
зависимости от кислотного числа
Кислотное число олеиновой кислоты Количество едкого натра, мл, при концентрации, г/л
400 при плотности 1,33 г/см1 500 при плотности 1.39 г/см*
1,60 7,1 5,7
1,70 7,6 6,2
1,80 8,0 6,5
1,90 8,5 6,8
1,95 8,7 6,9
2,00 8,9 7,1
Малеиновый ангидрид вводят так же,
предварительно растворив в воде. Пос-
ле этого добавляют 6,0—6,2 мл/л
уксусной кислоты для получения pH =
= 4,1-=-4,3 или 0,2—0,3 мл/л для по-
лучения pH = 4,5-ь5,0. При наращи-
вании покрытия толщиной 30 мкм
производят корректирование раствора
через каждые 30 мин введением раство-
ра едкого натра (4 мл 10%-ного или
40 мл 1%-ного раствора NaOH на 1 л
раствора химического никелирования).
Раствор для контактно-химического
серебрения. Комплекс железистосине-
родистой соли серебра готовят так
же, как и при электрохимическом се-
ребрении. Значение pH раствора уста-
навливают добавлением азотной кис-
лоты, разбавленной в соотношении
1 : I. В процессе серебрения каждые
30 мин корректируют pH раствора
введением комплексной соли серебра.
Алюминиевую или магниевую пла-
стину помещают в чехол из хлопча-
тобумажной ткани.
Раствор для химического оловяниро-
вания. К раствору соляной кислоты
(1,19 г/смв) добавляют расчетное ко-
личество двухлористого олова и тща-
тельно перемешивают до полного раст-
ворения последнего. Затем вводят хло-
ристый натрий и тиомочевину. Рас-
твор имеет одноразовое использование.
Раствор для фосфатирования стали.
Препарат <Мажеф» растворяют и на-
гревают до температуры 55—65 °C.
После выдержки при этой температуре
в течение 30—40 мин в него добавляют
азотнокислый цинк и фтористый нат-
рий. При уменьшении общей кислот-
ности в раствор добавляют препарат
«Мажеф» и азотнокислый цинк. При
длительной работе в фосфатирующем
растворе накапливается нераствори-
мый осадок, который раз в неделю
следует удалять из ванны.
Олеинонатриевая эмульсия для
обработки легированных сталей гото-
вится следующим образом. Олеино-
вую кислоту (25 г/л) смешивают с рас-
твором едкого натра. Смесь кислоты
в растворе едкого натра разбавляют
до заданного объема. Необходимое
количество раствора определяют по
табл. 67 в зависимости от кислотного
числа олеиновой кислоты.
НОРМЫ РАСХОДА
ГЛАВА 4U МАТЕРИАЛОВ
МАТЕРИАЛЫ
НА ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ
И СПЕЦИАЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ
Нормы расхода химикатов на электро-
химические и химические покрытия и
подготовительные операции рассчи-
тывают на 1 м’ покрываемой поверх-
ности независимо от толщины покры-
тия. Исключение составляют процессы
хромирования, химического никели-
рования и осаждения металлов и
сплавов из цианистых электролитов,
для которых нормы расхода даются
на 1 мкм толщины покрытия.
Норма расхода материалов — это
максимально допустимое количество
материала (в принятых единицах из-
мерения) для изготовления единицы
готовой продукции с учетом совершен-
ствования технологии и применения
новых прогрессивных материалов.
Нормы расхода материалов представ-
лены в табл. 68—81.
Нормы расхода анодного материала
(металла или сплава) устанавливают,
исходя из толщины слоя покрытия
(1 мкм с учетом технологических от-
ходов и потерь). В случае механической
и электрохимической полировки слоев
при нанесении многослойных покры-
тий следует учитывать увеличение тол-
щины каждого слоя покрытия на 2—
3 мкм.
Нормы расхода материалов для де-
талей различных групп сложности
(простой и сложной конфигураций)
рассчитывают отдельно. Сложную кон-
фигурацию имеют детали с глухими
отверстиями, внутренней резьбой, а
также детали типа стаканов, коробок,
муфт и т. д. Норма расхода (кг) хи-
микатов на такие изделия
Я = Ю-’ЯуЛ,
где Яу — удельная норма расхода,
г/м1; F — площадь обрабатываемой
поверхности. При расчете норм рас-
хода необходимо учитывать регенера-
цию материалов.
Удельные нормы химикатов уста-
навливают, исходя из расхода мате-
риалов на химическое взаимодей-
ствие с металлами, продуктами кор-
розии, жировыми загрязнениями и не-
избежных потерь материалов вслед-
ствие их уноса деталями и приспособ-
лениями в вентиляцию, на фильтрацию
и корректировку.
Удельную норму расхода хромового
ангидрида рассчитывают по формуле
Я, = ОГ + gyC + g„Ct + gHC =
= <(G + gBC) + CUy + gK), (1)
где G — расход хромового ангидрида,
г/м’, при толщине слоя хрома 1 мкм;
t — толщина покрытия, мкм; gy—
потери хромового ангидрида на унос
электролита деталями и приспособле-
ниями, л/м’ (gy = 0,125—0,175 л/м’
в зависимости от группы сложности
деталей); С — концентрация хромо-
вого ангидрида в электролите, г/л;
gB — потери хромового ангидрида на
унос в вентиляцию, л/(м2-мкм) (для
твердого и декоративного хромирова-
ния 0,05 и для молочного —0,1);
gH — потери СгОв на корректировку
и фильтрацию [принимают равным
0,05 л/(м’-мкм)]_
Масса хромового покрытия 7,0 г,
содержание хрома в хромовом ангид-
риде 0,5 г/ч.
Тогда
0 = 7.0/0,5= 14 г.
Так, например, при молочном хро-
мировании при концентрации СгО,
250 г/л имеем Ят = (39Z + 44) для
первой группы сложности и Яу—
314
Нормы расхода материалов
= (39/ + 56) для третьей группы слож-
ности. При хромировании с примене-
нием защитных средств (хромпротект,
поплавки) вводят поправочный коэф-
фициент 0,9.
Удельную норму расхода циани-
стого натрия независимо от группы
сложности деталей для заданной тол-
щины покрытия рассчитывают по фор-
муле
„ l(gy + вк) С + U>+gBC) П 100
НУ =---------------м-------------’
где gy = 0,08 л/м8; gH = 0,05 л/м8;
D — количество цианистого натрия,
разлагающегося при покрытии 1 м8
на 1 мкм толщины, г/м8; gB=0,015 л/м8;
М — процентное содержание циани-
стого натрия в исходном продукте,
равное 90%.
Например, удельная норма расхода
для цинкования без подогрева
Яу = 0,144С + 0.017С/ + 3,244/.
При расчете удельных норм расхода
химикатов на химическую или элект-
рохимическую обработку деталей не
в стационарных ваннах вводят по-
правочный коэффициент: для погруж-
ных колокольных и барабанных ванн
1,5; для колоколов, заполняемых элект-
ролитом после каждого цикла 1,8;
для автоматических и полуавтоматиче-
ских линий 0,8.
Временные удельные нормы расхода
(г/м8) материалов, применяемых при
разработке и внедрении новых рецеп-
тур, рассчитывают по формуле
Яв = gC,
где g — технически неизбежные потери
рабочего раствора, л/м8; С — концен-
трация материала в растворе или элек-
тролите.
Расход вспомогательных материалов
(шлифпорошок, паста ГОИ, полиро-
вальные круги, фланель, батист, мар-
ля, бязь, сукно, вата, применяемые
для фильтрации растворов, чехлов
для анодов, для протирки деталей,
а также бумага, проволока, полиэти-
леновая пленка и др.) устанавливает
предприятие в зависимости от специ-
фики производства. В табл. 68 при-
ведены нормы расхода материалов на
подготовительные и специальные опе-
рации.
МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ
ПРИ ОСАЖДЕНИИ
МЕТАЛЛОПОКРЫТИЙ
Нормы расхода материалов, приме-
няемых при осаждении металлопокры-
тий, приведены в табл. 69—74
МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ
ПРИ ОСАЖДЕНИИ
НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ
Нормы расхода материалов для неор-
ганических покрытий даны в табл. 75.
МЕТАЛЛЫ ДЛЯ ПОКРЫТИЙ
Норму расхода растворимых анодов
для заданного вида и толщины покры-
тия на изделие определяют по формуле
Н= lO-»HyFt,
где Н — норма расхода растворимых
анодов, кг; Ну — удельная норма
расхода растворимых анодов на 1 мкм
толщины покрытия, г/(м8-мкм); F—
площадь обрабатываемой поверхности,
м8; / — толщина покрытия, мкм.
Удельную норму расхода раство-
римых анодов на 1 м8 поверхности
покрываемых деталей устанавливают
для толщины покрытия 1 мкм, исходя
из массы покрытия, технологических
потерь и отходов. Ее определяют по
формуле
Ну= G Ц + Ю-« (g, — ga)],
где G — масса 1 м8 покрытия при тол-
щине слоя 1 мкм; gj — потери на
шламообразование, составляющие в
среднем 3% массы покрытия; ga —
неиспользуемые остатки анодов, со-
ставляющие в среднем 3% массы
покрытия. Тогда с учетом отходов и
потерь (gj и ga) удельная норма,
г/(м8-мкм), Ну — 1.06G.
Для 1 м8 покрытия при толщине
слоя 1 мкм Ну численно равна плот-
ности металла покрытия:
Ну= 1,06у,
где у — плотность металла, г/см’.
Материалы на подготовительные и специальные операции
315
68. Нормы расхода материалов на подготовительные и специальные операции
Технологическая операция Материал Удельная норма расхода, г/м*, для деталей, относящихся к группе сложности
простой сложной
Очистка поверхности деталей в органических растворителях или моющих средствах Триэтиленхлорид Фреон-113 Препарат МЛ-51 Моющее средство Т МС-31 Паста синтетическая «Триалон» Бензин, уайт-спирит или разбавитель РДВ 100 100 20 30 20 100 150 150 30 50 30 150
Обезжиривание стальных талей де- Натрий едкий Т р инатр ийфосфат Стекло натриевое жидкое Препарат ОС-20 Натрий углекислый Сульфанол НП-1 Синтанол ДС-10 Моноэтаноламин Венская известь 40 55 4 2 25 3 4 8 90 50 70 5 3 30 3,5 4,5 12 110
Обезжиривание деталей из алюминия, титана и их спла- вов Натрий едкий Тринатрийфосфат Натрий углекислый Синтанол ДС-10 Стекло натриевое жидкое Моющее средство «Дет- амин» «Импульс» 8 28 20 1 12 15 12 32 30 3 18 20
Обезжиривание деталей из ди, никеля, молибдена и сплавов ме- их Натрий едкий Натрий углекислый Тринатрийфосфат Стекло натриевое жидкое Венская известь Синтанол ДС-10 Моющее средство «Про- гресс» 15 12 20 2,5 80 2 2 25 18 30 3 100 3 3
Осветление алюминия и сплавов его Кислота азотная Кислота фтористоводо- родная 250 8 300 11
316
Нормы расхода материалов
Продолжение табл. 68
Технологическая операция Материал Удельная норма расхода, г/м1, для деталей, относящихся к группе сложности
простой СЛОЖНОЙ
Травление деталей из углеро- дистой и низколегированной стали Кислота серная Кислота соляная Присадка КС Ингибитор катапин Сульфанол НП-3 Уротропин Калий иодистый 140 140 2,5 4 4 35 0,8 60 0,1 2 70 240 150 1,5 200 120 50 280 4 3,5 100 320 140 380 14 500 360 160 450 270 300 350 600 180 180 3,5 6 6 45 1,2 80 0,1 4 90 320 200 3,5 250 160 68 370 5 4,5 150 360 180 425 18 600 400 180 500 330 360 400 700
Обработка деталей из углеро- дистой и низколегированной стали в антикоррозионном рас- творе Натрий азотнокислый или моноэтаноламин Натрий углекислый
Травление деталей из корро- зионно-стойкой стали, титана и его сплавов Перекись водорода Кислота соляная Кислота серная Кислота плавиковая Кислота азотная
Снятие травильного шлама с деталей из стали, титана и его сплавов Ангидрид хромовый Кислота серная Кислота азотная Натрий хлористый Кислота фтористоводо- родная
Травление деталей из меди и ее сплавов Кислота серная Кислота соляная Ангидрид хромовый Кислота азотная Натрий хлористый Кислота ортофосфорная Кислота уксусная Натрий азотнокислый Натр едкий
Травление деталей из сплавов железо — никель — кобальт Кислота азотная Кислота уксусная Кислота соляная Кислота серная
Материалы на подготовительные и специальные операции
317
Продолжение табл. 68
Технологическая операция • Материал Удельная норма расхода, г/м1, для деталей, относящихся к группе сложности
простой СЛОЖНОЙ
Травление деталей из молибде- Натрий едкий 200 250
на н его сплавов Калий желеэосинероди- 55 70
Кислота азотная 720 900
Перекись водорода 150 200
Кислота серная 180 220
Натрий хлористый 3 5
Натрий едкий 60 80
Травление деталей из алюми- Натрий хлористый 24 30
Натрий углекислый 15 20
ния и его сплавов Кислота серная 85 120
Кислота фтористоводо- 11 15
родная Кислота азотная 400 540
Кислота ортофосфорная 60 80
Калий кремнефтористый 4 6
Кислота соляная 35 40
Кислота серная 60 70
Декапирование Калий двухромовокис- 2 3
лый Кислота борфтор истово- 40 50
дородная Калий цианистый 10 20
Химическое полирование дета- Кислота ортофосфорная 350 400
лей на стали Кислота азотная 36 40
Кислота соляная 23 26
Кислота серная 350 400
Химическое полирование дета- Кислота азотная 135 190
лей из ковара Кислота уксусная 150 210
Кислота соляная 3 4
Химическое полирование дета- Кислота ортофосфорная 600 800
лей из никеля и его сплавов Ангидрид хромовый 20 25
Глицерин 15 25
318
Нормы расхода материалов
Продолжение табл. 68
Технологическая операция Материал Удельная норма расхода, г/м*, для деталей, относящихся к группе сложности
простой сложной
Химическое полирование дета- Кислота ортофосфорная 370 450
лей из меди и ее сплавов Кислота азотная 90 130
Кислота уксусная 50 70
Тиомочевина 0,2 0,4
Химическое полирование дета- Кислота ортофосфорная 350 400
лей из алюминия и его сплавов Кислота серная 275 350
Ангидрид хромовый 35 40
Электрохимическое полирова- Кислота ортофосфорная 1400 1600
ние деталей из углеродистой Кислота серная 105 105
стали Ангидрид хромовый 160 180
Электрохимическое полирова- Кислота ортофосфорная 350 400
ние деталей из коррозионно- Кислота серная 380 450
стойкой стали и молибдена Ангидрид хромовый 30 40
Электрохимическое полирова- Кислота ортофосфорная 400 500
ние меди, алюминия и их сила- Ангидрид хромовый 60 70
ВОВ Кислота серная 320 380
Триэтаноламин 3 5
Каталин БПВ 0,5 1.5
Нейтрализация Сода кальцинированная 12 20
Тринатрийфосфат 8 12
Осветление после травления Кислота азотная 140 200
деталей из алюминия и его Ангидрид хромовый 45 50
сплавов Кислота серная 85 120
Осветление деталей после цин- Кислота азотная 15 25
кования и кадмирования Кислота серная 2 3
Ангидрид хромовый 35 70
Пассивирование деталей после Кислота азотная 15 25
цинкования и кадмирования Кислота серная 1,6 2,0
Ангидрид хромовый 35 45
Пассивирование деталей после Калий хромовокислый 8 10
серебрения Калий едкий 10 20
Материалы, применяемые при осаждении металлопокрытий
319
Продолжение табл. 68
Технологическая операция Материал Удельная норма расхода, г/м1, для деталей, относящихся к группе сложности
простой сложной
Пассивирование деталей из ме- ди и ее сплавов Ангидрид хромовый Кислота серная 25 2.5 270 60 2 30 3,5 300 65 3
Пассивирование деталей из ле- гированных сталей Кислота азотная Ангидрид хромовый Кислота серная
69. Нормы расхода материалов на электролитические и химические покрытия
Технологическая операция Материал Удельна расход ДЛЯ Д( относя к гр слож простой я норма а, г/м1, сталей, щнхся уппе ности сложной
Цинкование Оксид цинка Натрий цианистый (или калий цианистый) Натрий едкий Глицерин Натрий сернистый Цинк сернокислый Натрий сернокислый Алюминий сернокислый Декстрин Аммоний хлористый Желатина Цинк хлористый Цинк сернокислый Натрий пирофосфорнокислый Кислота борная Клей мездровый 7 См. та 16,5 1 3 40 20 5,3 1.6 52 0,2 17 10,5 35 5,3 0,6 8 бл. 72 19 2 5 50 25 6,3 2,0 63 0,3 21 12,5 42 6,3 1,0
Цинкатная обработка Цинка оксид Натрий едкий Олово двухлористое Натрий цианистый 4 20 0,3 4,5 5 25 0,4 6,0
Кадмирование Кадмия оксид Натрий цианистый 8,5 См. та 10 бл. 72
320
Нормы расхода материалов
Продолжение табл. 69
Технологическая операция Материал Удельная норма расхода, г/м®, для деталей, относящихся к группе сложности
простой сложной
Кадмирование Натрий сернокислый Касторовое сульфированное масло Никель сернокислый Кадмий сернокислый Кислота серная Клей мездровый Фенол Аммоний сернокислый Уротропин Аммоний хлористый Натрий хлористый Тиомочевина Вещество вспомогательное ОП-10 8,5 0,85 0,3 9 8,5 1,3 1,3 5,0 3,7 50 7,5 1.8 0,1 10 1.0 0,4 11 10 1.6 1.6 5,5 4,5 65 9,0 2,2 0.2
Меднение Медь цианистая Натрий (калий) цианистый свободный Натрий углекислый Калий — натрий виннокислый Аммоний роданистый Натрий едкий Медь сернокислая Натрий пирофосфорнокислый Натрий фосфорнокислый дву- замещенный Натрий сернокислый Аммоний сернокислый Этилендиамин (основание) в в пересчете на 100% Кислота серная 14 См. таб 6,0 14 3,0 3,0 10 45 10 12 12 12 25 18 л. 71 7,5 1о 3,5 3,5 13 50 13 15 15 15 35
Никелирование деталей из стали, меди и ее сплавов Никель сернокис пый Магний сернокислый Натрий сернокислый Кислота борная Натрий хлористый Натрий фтористый Нафталин-1,5 дисульфокисло- ты динатриевая соль Формалин Сульфанол Хлорамин Б 70 10 20 8 4 2 1.5 0,5 0,01 0,5 80 14 25 10 5 3 2,0 1.0 0,015 1."
Материалы, применяемые при осаждении металлопокрытий
321
Продолжение табл. 69
Технологическая операция Материал Удельна расход Для де относя к гр слож простой я норма а, г/м1, талей, щихся уппе ностн сложной
Никелирование деталей из алюминия и его сплавов Никель сернокислый Натрий сернокислый Кислота борная Натрий хлористый Калий надсернокислы*. 45 8 6,5 0,5 0,5 70 10 10 1,0 1.0
Никелирование деталей из коррозионно-стойкой стали Никель сернокислый . Кислота соляная 35 130 50 190
Никелирование химиче- ское Никель сернокислый Гипофосфит натрия Натрий уксуснокислый Тиомочевина Кислота аминоуксусная Натрий лимоннокислый Ангидрид малеиновый Аммоний сернокислый Кислота уксусная 100 120 50 0,010 35 150 5 , 130 65 НО 130 60 0,015 40 180 6 150 75
Контактное никелирова- ние деталей из алюми- ния Никель хлористый Кислота ортофосфорная 50 650 55 700
Хромирование Ангидрид хромовый Кислота серная Препарат <Хромин> Калий кремнефтористый Стронций сернокислый Барий уксуснокислый Кислота борная Железо щавелевокислое Кислота уксусная Калий (натрий) фтористый Аммоний фтористый По фор 0,9 0,05 5 1.0 1.5 3 16 1.2 3 0.1 муле (1) 1,2 0,10 6 1,5 2,0 5 20 1.8 4 0,2
Оловя иирсвание Натрий оловяннокислый Натрий едкий Натрий уксуснокислый Перекись водорода Олово сернокислое Кислота серная Натрий сернокислый Препарат ОС-20 Фенол 10 25 5 8 7 12 6,5 1,5 4 15 35 6 10 9 18 9 2,5 5
11 Мельников П. С.
324
Нормы расхода материалов
Продолжение табл. 69
Технологическая операция Материал Удельная норма расхода, г/м1, для деталей, относящихся к группе сложности
простой сложной
Натрия станнат (в пересчете на олово) Цинк цианистый Калий цианистый Натр едкий 9 1,0 См. та 2 11 1,5 5л. 74 3
Покрытие сплавом оло- во — цинк Цинк сернокислый Олово сернокислое Натрий пирофосфорнокислый Аммоний азотнокислый Олово четыреххлористое Цинка окись Гидразин сернокислый Желатина Этилендиамин (20%-ный) 1,7 2,1 50 0,2 18 1,6 3 0,5 2 2,6 3,0 60 0,3 23 2,0 4 1,0 3
Покрытие сплавом сере- бро — сурьма Серебро азотнокислое Калий цианистый Калий углекислый Калий сурьмяновиннокислый Калий—натрий виннокислый Калий едкий Калий железистосинеродистый Калий роданистый Селен элементарный Диспергатор НФ Сурьма треххлористая См. та 3 0,10 8 0,8 5 20 0,001 0,08 0,15 5л. 74 4 0,15 10 1,0 10 25 0,005 0,10 0,18
70. Удельная норма расхода цианистого натрия
Вид покрытия Электрохимический эквивалент * X ₽ Масса покрытия за 1 А-ч с учетом т|к Масса 1 и* покрытия при толщине 1 мкм Количество тока, не- обходимое для осажде- ния 1 мкм.м*, А ч Потери NaCN на разложение при покрытии 1 ма на 1 мкм, г/(м’-мкм)
без подо- грева с подо- гревом
Цинкование 1,22 80 0,98 7,2 7,3 2,92 3,65
Меднение 2,372 70- 1,66 8,9 5,4 2,16 2,7
Хромирование 2,097 80 1,68 8,64 5,0 2,0 2,5
Материалы, применяемые при осаждении металлопокрытий
325
Продолжение табл. 70
Вид покрытия Электрох ими пески ft эквивалент К Масса покрытия аа I Ач с учетом т)к Масса- 1 м‘ покрытия при толщине 1 мкм Количество тока, не- обходимое для осажде- ния 1 мкм-м*, Ач Потери NaCN на разложение при покрытии 1 м* на 1 мкм, г/(м’- мкм)
без подо- грева с подо- гревом
Латунирование (Zn 40% и Си 60%) 1,90 70 1,33 8,20 6,1 2,44 3,05
Сплав Zn—Sn (Zn = 75% и Sn = 25%) 1,47 70 1,03 7,23 7,02 2,8 3,5
Сплав Си—Sn (Си = 60% и Sn = 40%) 2,31 70 1,62 8,15 5,03 2,05 2,5
Сплав Си—Sn (Си = 88% н Sn = 12%) 2,36 70 1,65 8,7 5,28 2,1 2,64
Примечание. Принята следующая норма потерь цианидов на раз-
ложение: без подогрева 0,4 г/(А-ч); с подогревом 0,5 г/(А-ч).
71. Нормы расхода цианистого натрия при меднении
в зависимости от его концентрации в электролите
Средняя толщина покрытия, мкм Концентрация NaCN в электролите г/л
16 30 60 80
1 4,8/5,4 7,2/7,8 10,5/11,1 15,3/15,9
3 10,2/11,9 13,1/14,9 17,0/18,8 22,8/24,6
6 18,1/21.6 21,7/25,3 26,7/30,4 34,1/37,7
9 26,0/31,3 36,4/35,9 36.4/41,9 45,1/50,8
12 34,0/41,2 39,3/46,5 46,2/53,6 56,6/63,8
18 49,9/60,7 56,7/67,6 65,7/76,7 79,2/90,0
24 65,9/79,2 74,3/88,7 85,2/99,7 102,0/116,0
30 81,9/99,7 91,6/109,3 104,7/122,7 124,0/141,0
36 97,9/113.9 109,3/130,3 124,2/146,2 147,0/168,0
42 113,5/138,7 12b 3/151,8 143,7/169,2 169,9/195,0
48 128,6/15с,2 144,3/172,3 163,2/192,2 192,0/221,0
Примечание. В числителе даны значения концентрация без подогрева,
в знаменателе — с подогревом.
326
Нормы расхода материалов
72. Нормы расхода цианистого натрия при цинковании, кадмировании
и покрытии сплавом олово — цинк (олова 2Б%, цинка 76%)
Средняя толщина покрытия, мкм Концентрация NaCN в электролите, г/л
во ; 150 120 40
Цинке ванне Кадмиро- вание Покрытие сплавом Sn—Zn
1 17,8/18,6 27,4/28,2 21,5/22,1 9,5/10,35
2 27,3/29,8 39,0/41,4 30,1/31,8 17,1/19,45
6 41,7/46,5 56,4/61,2 42,9/46,3 38,4/33,15
9 56,0/63,2 73,8/81,1 55,4/60,8 39,7/46,85
12 70,2/80,0 91,0/101,1 68,3/75,2 51,3/60,35
18 99,0/113,0 125,0/140,6 93,8/104,6 73,8/87,85
24 127,0/146,8 160,6/180.1 119,8/133,3 96,8/115,8
30 156,0/180,0 195,4/219,6 145,3/162,3 119,2/142,8
36 185,0/213,0 229,6/253,1 170,8/190,8 141,9/169,8
42 213,0/246,4 264,6/298,1 196,3/219,3 164,8/197,6
48 243,0/281,0 299,6/339,6 222,1/249,3 182,2/214,8
Примечание. В числителе даны значения концентрации без подо-
грева, в знаменателе — с подогревом.
73. Норма расхода цианистого натрия при осаждении покрытий
сплавами медь — цинк, олово — медь
Концентрация NaCN в электролите, г/л
Средняя толщина покрытия, мкм 10 60 16 • 26 ••
Медь - - цинк Олово - медь
1 4,5/5,2 10,9/11,6 4,7/5,3 6,33/6,83
3 10,5/13,6 18,3/20,4 9,9/11,7 11,8/13,3
6 19,5/23,8 19,4/33,6 17,6/21,2 20,8/23,0
9 28,4/35,0 40,4/46,8 25,2/30,6 28,2/32,7
12 37,6/46,1 51,5/60,1 33,0/40,2 36,4/42,4
18 55,7/68,4 73,7/86,5 48,3/59,2 52,8/61,8
24 73,8/90,6 95,6/113,0 63,7/78,2 69,1/81,1
30 91,9/113,4 118,0/139,0 79,0/97,2 85,6/100,6
36 109,7/135,4 140,0/166,0 94,2/116,2 102,1/120,0
42 127,4/157,7 162,0/192,0 109,7/135,2 118,6/139,6
48 145,7/180,4 181,0/219,0 126,2/156,2 134,6/158,6
* Для сплава, ь котором олово 12%, меди 88%.
** Для сплава, в котором олова 40%, меди 60%.
Примечание. В числителе даны значения концентрации без подо-
грева, в знаменателе — с подогревом.
Металлы, применяемые при осаждении неметаллических покрытий
327
74. Нормы расхода цианистого калия при осаждении некоторых
металлопокрытий
Вид Кон- цен- Норма расхода, г/м1, при средней толщине покрытия, ы км
покры- тия Тра- ЦйЯ, г/л I 3 6 9 12 16 18 21 24
Sn—Zn 45- 13,1 22,2 35,8 49,4 62,9 76,4 90,1 103,6 117,6
Ag-Sb 100 28,4 47,0 75,1 103,0 131,1 159,2 187,1 215,2 —
Ag 55 16,1 27,1 43,9 60,4 77,0 93,9 110,5 127,2 —
Ag • 150 36,4 52,1 75,8 99,3 123,0 146,7 170,3 194,0 —
Ag ♦* 85 20,7 29,6 — — — — — — —
Au 25 6,0 8,6 12,6 16,5 — — — — ——
Au—Sb 30 9,0 15,7 25,7 — — — — — —
• Блестящее покрытие.
** Предварительное покрытие.
75. Удельные нормы расхода материалов, применяемых при получении
неметаллических неорганических покрытий
Технологическая операция Материал Удельная норма расхода, г/м1, для деталей, относящихся к группе
простой СЛОЖНОЙ
Фосфатирование Препарат <Мажеф» Цинк азотнокислый Цинк монофосфат Натрий азотнокислый Барий азотнокислый Кислота ортофосфорная Марганца диоксид 60 34 39 0,8 24 2,0 7,0 80 42 49 1,0 28 2,5 8,5
Обработка деталей после фосфатирования Калий бихромат Масло индустриальное Жидкость гидрофобизирующая ГКЖ-94 Бензин 20 80 80 160 25 100 90 180
Химическое оксидирова- ние углеродистой и низ- колегированной стали Натр едкий Натрий азотистокислый Т ринатрийфосфат Натрий азотнокислый Марганца перекись 275 60 26 30 350 80 36 35 15
Обработка стальных де- талей после химического оксидирования Мыло хозяйственное Масло индустриальное 15 80 20 100
328
Нормы расхода материалов
Продолжение табл. 75
Технологическая 1 операция । Материал Удельна расхода для де относя к гр] простой я норма . г/м1, гал^й, щихся Иппе сложной
Химическое оксидирова- ние меди и ее сплавов Натр едкий Калий надсернокислый Медь углекислая Аммиак водный 6 20 18 80 8 25 22 100
1 Химическое оксидирова- ние оцинкованных дета- лей Никель сернокислый Аммоний роданистый Цинк хлористый Свинец уксуснокислый 24 6 6 6 40 10 10 10
Химическое оксидирова- ние алюминия и его сплавов Натрий углекислый Натрий (калий) хромовокис- лый Натр едкий Кислота ортофосфорная Аммоний фтористый Аммоний фосфорнокислый двухаамещенный Ангидрид хромовый Натрий кремнефтористый Калий фтористокислый Калий железосинеродистый Кислота фтористоводородная 13 4 3 60 3 2 6 4 1,5 0,6 4 18 6 4 70 4 3 7 8 2 1,0 5
Химическое оксидирова- ние магниевых сплавов Калий двухромовокислый Кислота азотная Квасцы алюмокалиевые Кислота уксусная Аммоний сернокислый Ангидрид хромовый 40 80 7 15 3,5 4 х 50 120 10 20 4 5
Анодное окисление алю- миния и его сплавов Кислота серная Кислота щавелевая Ангидрид хромовый Кислота сульфосалициловая Кислота борная Калий-титан щавелевокислый Кислота лимонная 100 40 35 70 1.4 32 1,2 150 45 45 80 1.7 37 1.7
Металлы, применяемые при осаждении неметаллических покрытий
329
Продолжение табл. 75
Технологическая операция Материал Удельна расход! Для де относя к гр Простов я норма 1, г/м1, талей, щихся уппе сложной
Наполнение анодной пленки Калий (натрий) двухромово- кислый Натрий углекислый Ангидрид хромовый Раствор органического кра- сителя Жидкость гидрофобизирующая ГКЖ-94 Бензин 2Б 6 6 7 80 160 35 7 7 8 90 180
Анодное окисление ма- гниевых сплавов Натрий двухромовокислый Аммоний фтористый Кислота ортофосфорная 30 120 во 40 150 60
Пассивирование стали уг- леродистой Кислота ортофосфорная Ангидрид хромовый 25 67 30 75
Пассивирование стали коррозионно-стойкой Кислота азотная Натрий двухромовокислый Кислота ортофосфорная Ангидрид хромовый 210 10 40 100 250 15 50 120
Пассивирование меди и ее сплавов Калий (натрий) двухромово- кислый Кислота серная Ангидрид хромовый Натрий хлористый 35 0,5 40 0.4 40 1,6 55 0,6
Оплавление покрытий оловом или сплавом оло- во — свинец Масло касторовое Глицерин Диэтиламин солянокислый 100 160 20 200 200 50
При использовании анодов из не-
скольких сплавов плотность сплава у0
определяют по формуле
100
ТсС Л1, . м, | м, >
Ti Yi
где Af, , Mj и Mt — содержание ком-
понентов в сплаве, %; ft, ft и ft —
плотность каждого компонента, вхо-
дящего в сплав, г/см*. В случае не-
соответствия т]к и т]а допускается пе-
рерасчет металла покрытия на соль,
содержащую металл покрытия, и на-
оборот.
Норму расхода нерастворимых ано-
дов (катодов) на изделие рассчитывают
на планируемый год по формуле
И = \O~*KcK'fCnlhSy,
где Кс — коэффициент сменяемости
анодов в год; К' — коэффициент от-
330
Нормы расхода материалов
76. Расход металла в пересчете на соль того металла
Металл ✓ Соль металла Химическая формула соли и металла Количество, г
соли, содержа- щей 1 г металла металла в 1 г соли
Медь Купорос медный Медь цианистая CuSO4-5H,O CuCN 3,93 1,41 0,2Ь 0,71
Никель Никель сернокислый Никель хлористый N1SO4-7H,O К1С1,-6Н,0 4,78 4,10 0,21 0,24
Цинк Цинк сернокислый Цинка окись Цинк цианистый ZnSH4.7H1O ZnO Zn(CN), 4,4С 1,24 1,79 0,23 0,81 U,56
Хром Ангидрид хромовый CrO8 1,92 0,52
Кадмий Кадмий сернокислый Кадмия оксид 3CdSO4-8H,O CdO 2,28 1,14 0,43 0,88
Олово Олово двухлористое Олово сернокислое SnCl.-2HaO SnSO4-7H,O 1,80 1,80 0,ЬЗ 0,55
Свинец Свинец углекислый Свинца оксид 2PbCOg-Pb(OH), PbO 1,24 1,08 0,81 0,93
77. Нормы расхода растворимых анодов
Вид покрытия Металл анода Плотность, г/см1 Удельная норма расхода, г/м1
Меднение Медь 8,95 9,50
Никелирование Никель 8.8Q 9,40
Оловянирование Олово 7,28 7,70
Цинкование Цинк 7,20 7,60
Кадмирование Кадмий 8,64 9,20
Латунирование Латунь 8,20 8,70
Олово — свинец Олово — свинец 9,30 9,80
Олово — цинк Олово — цинк 7,20 7,72
Олово — никель Никель Олово 8,80 7,28 3,20 5,02
Олово — висмут Олово 7,28 9,00
Свинцовое Свинец 11,34 12,00
Металлы для покрытий
331
78. Нормы расхода анодного металла прн нанесении покрытий драгоценными mi
79. Результаты пересчета
расхода солей драгоценных металлов
на чистый металл
Соль Содер- жавие металла в 1 г соли, г Количе- ство соли, эквива- лентное 1 Г металла. г
Серебро азотно- кислое 0,635 1,575
Палладий хло- ристый 0,600 1,667
Дицианоаурат калия 0,687 1,462
Родий хлори- стый 0,366 2,732
ношения суммарной ширины анодов
(катодов) к длине ванны (К' = 0,6);
К’ — коэффициент отношения длины
анода (катода) к глубине ванны (К’ =
= 0,8); п — количество анодных (ка-
тодных) штанг; I — длина ванны, см;
h — глубина ванны, см; S — толщина
анода (катода), см; у — плотность ме-
талла или сплава анода (катода),
г/смя. Подставив в эту формулу зна-
чения К' и К’, получим норму рас-
хода (кг)
Н = 10-‘-48KcnttSy.
В нормы расхода для серебрения
входят 10—15% серебра в виде
AgNOj (или KAg (CN),) и 85—90%
в виде растворимых анодов. В нормы
расхода при золочении включают
только металлическое золото, но при
оформлении заявки учитывают и ди-
цианоаурат калия (~18% общего
количества золота). Принято, что
металлического палладия в хло-
ристом палладии должно быть не менее
59%, а металлического родия в хлори-
стом родии не менее 32,5%. Металли-
ческого золота в дицианоаурате калия
должно содержаться не менее 66,6%.
Для покрытия родием и палладием
в заявке указывают только соли этих
металлов. Палладий и платину для
анодов получают по заявке; они счи-
таются нерастворимыми В табл. 76
332 Нормы расхода материалов Материалы для удаления покрытий 333
80. Коэффициент сменяемости нерастворимых анодов или катодов 81. Удельные нормы расхода материалов для удаления покрытий
Технологическая операция Материал анода (катода) Коэффициент сменяемости Вид покрытия Обрабаты- ваемый металл Способ обработки Состав раствора Удельная норма расхода химика- тов, г/ы>
Хромирование Свинец или сплав РЬ—Sn (6—10% сурьмы) Сплав свинец — олово (6—10% олова) 2,0 3.0 Компоненты Концен- трация, г/л
Цинковое Сталь, медь, 1 алюминий и их сплавы Химиче- ское Кислота серная Ингибитор ката- пин Кислота соляная 100—150 5—8 80—100 22.0 1.0 25,0
Анодное окисление алюминия и его сплавов Свинец Алюминий А00 0,5 1,0
Полирование электрохимиче- ское: никеля алюминия сталей меди Свинец или сталь кор- розионно-стойкая Сталь коррозионно-стой- кая или свинец Свинец Медь 1.0 1,0 1,0 2,0
Сталь, медь и ее сплавы Электро- химический Электро- химический Натрий циани- стый Натрий едкий 90—100 100—120 10,0 15,0
Кадмиевое Сталь, медь и ее сплавы Химиче- ский Аммоний азотно- кислый 100—150 15,0
Обработка деталей в щелочных растворах, электрохимическое удаление никеля Железо Свинец 2,0 0.2
указан расход металла покрытия в пе- ды (из материалов марок НПА-1, ресчете на соль того же металла. Обыч- НПА-2 плотностью 8,80 г/см*) прямо но этими данными пользуются при угольного (4-г-12х 100-е-250х 400х работе на нерастворимых анодах. X 1500 мм) или овального сечения В табл. 77 и 78 представлены удель- (80x 35 мм — большая и малая оси ные нормы расхода растворимых ано- овала). Оловянные аноды (из матери- дов, используемых при осаждении ос- алов марок 01 и 02 плотностью новных металлопокрытий. 7,28 г/см“) выпускают прямоугольного В табл. 79 приведены результаты сечения [от 12x 200x 500 до ЗОх пересчета солей драгоценных металлов х55х 900 мм]. Свинцовые аноды (из на чистые металлы. материалов марок Cl, С2, СО плот- При цинковании применяют рас- ностью 11,34 г/см*) изготовляют пря- творимые аноды (из материалов марок моугольного сечения (30x 55x 900 мм). Ц0, Ц1, Ц2 плотностью 7,2 г/см’) Для покрытия сплавом олово—свинец прямоугольного сечения различных применяют аноды, изготовленные из размеров [от 5х 500х 1000 (толщина х материалов ПОС 40 и ПОС 60. Их X ширина х длина) до 12х 500х удельная норма расхода соответственно Х700 мм]. равна 10,0 и 9,4 г/м*. При кадмировании используют ано- В табл. 80 приведены значения коэф- ды (из материалов марок КдО, Кд1 фициента сменяемости нерастворимых плотностью 8,64 г/см*) прямоуголь- анодов или катодов, применяемых, ного сечения (например 4x100x 400 например, при хромировании, анодном или 8х 300хЮ00мм). В качестве мед- окислении металлов и т. д. ных анодов применяют медь марок МО, Ml, М2 плотностью 8,95 г/см*; МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ УДАЛЕНИЯ они имеют прямоугольное (от 2х 100х ПОКРЫТИЙ ХЗОО до 15x1000x 2000 мм) иль овальное поперечное сечение [77х Нормы расхода материалов, затрачи- ХЗО мм — большая и малая оси ваемых на снятие металлических и овала]. оксидных покрытий приведены в При никелировании используют ано- табл. 81-.
Сталь, медь и ее сплавы Химиче- ский Аммоний азотно- кислый Кислота соляная 100—150 10-12 10,0 2,0
Сталь Химиче- ский Ангидрид хромо- вый Кислота соляная 200—250 10—15 15,0 15,0
Сталь Электро- химический Натрий циани- стый 90—100 7,5
Никелевое Сталь, медь, алюминий, цинк и их сплавы Электро- химический Кислота серная Глицерин 1100— 1200 20—25 55,0 1.2
Сталь Химиче- ский Кислота серная (1,82 г/см*) Кислота азотная (1,30 г/см«) Железо серно- кислое 100 200 5 180 200 10
334
Нормы расхода материалов
Продолжение табл. 81
Вид покрытия Обрабаты- ваемый металл Способ обработки Состав раствора Удельная норма расхода химика- тов, г/м*
Компоненты Концен- трация, г/л
Алюминий, сталь коррозион- но-стойкая Химиче- ский Кислота ааотная (1,4 г/см*) 938-940 500
Никелевое Электро- химический Натрий азотно- кислый Натрий азоти- стокислый Натрий углекис- лый Натрий хлори- стый 285 9—10 3—4 2 40 3 2 1
Сталь, медь и ее сплавы Электро- химический Натрий едкий 50—60 10
Оловянное Медь и ее сплавы Химиче- ский Кислота соляная 350 70
Алюминий Химиче- ский Кислота азотная 700 100
Медь и ее сплавы Химиче- ский Кислота соляная 1040 35
Сталь Химиче- ский Ангидрид хромо- вый Аммоний серно- кислый 250—300 100—120 25 10
Медное Сталь, медные сплавы Электро- химический Ангидрид хромо- вый Кислота серная 100—150 15—25 20 3
Сталь Химиче- ский Аммоний надсер- нокислый Аммиак 75—80 300—350 30 130
Сталь, никель Электро- химический Натрий циани- стый Натрий едкий 90—150 15 30 5
Алюминий Электро- химический Кислота серная (1,83 г/см») 80—100 10
Материалы для удаления покрытий
335
Продолжение табл. 81
Вид покрытия Обрабаты- ваемый металл Способ обработка Состав раствора Удельная норма расхода химика- тов, г/м*
Компоненты Концен- трация, г/л
Хромовое Медь и ее сплавы Электро- химический Кислота соляная 150—200 15
Сталь Электро- химический Натрий едкий 100—125 15
Цинковые сплавы Электро- химический Натрия сульфид Натрий едкий 30 20 10 7
Олово — висмут Сталь Электро- химический Кислота серная 700 70
Медь и ее сплавы Электро- химический Кислота соляная 100 15
Свинцовые, олово — свинец Сталь, медь и ее сплавы Электро- химический Кислота соляная 100 15
Алюминий Химиче- ский Натрий 50—80 10
Сплав медь — цинк Сталь Химиче- ский Кислота ааотная 700 35
Анодное Алюминий к его сплавы Химиче- ский Кислота азотная Кислота орто- фосфорная Ангидрвд хромо- вый 938 35 20 40 3,5 2,0
i Оксидное Алюминий и его сплавы Химиче- ский Кислота азотная Ангидрид кремо- вый 150 150 10
Магний и его сплавы Химиче- ский Натрий едкий 300—500 15
Фосфатное Сталь, цинк Химиче- ский Кислота соляная Кислота соляная Натрин едкий 200 100—150 150—200 10 10 10
336
Нормы расхода материалов
Продолжение табл. 81
Вид покрытия Обрабаты- ваемый металл Способ обработки Состав раствора Удельная норма расхода химика- тов, г/м1
Компоненты Концен- трация, г/л
Эматалиро- вание Алюминий и его сплавы Химиче- ский Кислота ортофос- форная Ангидрид хромо- вый 35 40 3,5 4,0
При выполнении различных техно-
логических операций происходят тех-
нические потери растворов и электро-
литов (табл. 82).
Гьпощадь обрабатываемой поверх-
ности (м!) изделия для той или иной
технологической операции в гальвани-
ческом цехе определяется в целом
на изделие по формуле
/= rt
F=10-« 2 Fnint + Fp,
6=1
где Fat — площадь l-й детали, дм*;
п/—количество 1-х деталей; 1=1,
2, 3, т — номер детали; Fp —
учитываемая часть площади подвески
и контактов.
Площадь погруженной части под-
вески Fp не должна превышать 15%
обрабатываемой поверхности деталей
при расчете норм расхода химикатов;
площадь неизолированной погружен-
ной части подвески при расчете норм
анодов не должна превышать 8% об-
рабатываемой поверхности деталей для
стационарных ванн и около 2% —
для колокольных и барабанных. Пло-
щадь поверхности деталей вновь ос-
ваиваемых изделий находится при-
ближенным расчетом, путем приведе-
ния отдельных частей поверхности к
правильным геометрическим фигурам.
Для расчета норм расхода материа-
лов при запуске ванны, например,
для кадмирования необходимы сле-
дующие исходные данные: размер и
объем ванны; коэффициент заполне-
ния ванны; толщина кадмиевых ано-
дов; число анодных штанг; толщина и
площадь покрытия; группа слож-
ности конфигурации деталей; состав
электролита.
В случае определения потребности
в материалах на запуск нового обору-
дования рекомендуется применять
формулу
Р8 = Ю-»о^8С,
где Рв — потребность в химикате, кг;
о — объем ванны, л; Ка — коэффи-
циент заполнения = 0,74-0,9
объема ванны); С — концентрация ма-
териала в растворе или электролите,
г/л.
82. Технические потери растворов и
электролитов
Технологическая операция Потери, л/м*
Обезжиривание черных металлов 0,8—1,0
Обезжиривание цветных металлов 0,5—0,6
Электрополирование стали 0,9—1,1
Электрополирование цветных металлов 0,5—0,6
Химическое полирование 0,6—1,0
Травление 0,8—0,9
Декапирование 0,3—0,4
Нейтрализация 0,25-0,40
Пассивирование корро- зионно-стойких сталей 0,4—0,5
Анодное оксидирование 0,6—0,8
Химическое оксидирова- ние 0,8—1,0
Фосфатирование 0,9—1,0
Осаждение металличе- ских покрытий . 0,2—0,3
ГЛАВА
27
НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ
СТОЧНЫХ ВОД.
РЕГЕНЕРАЦИЯ
ЭЛЕКТРОЛИТОВ
И РАСТВОРОВ
В ГАЛЬВАНИЧЕСКОМ
ПРОИЗВОДСТВЕ
ТЕХНИКА*. ПРОМЫВКИ
Удельный расход воды в большинстве
гальванических цехов составляет око-
ло 2 мв на 1 м8 обрабатываемой по-
верхности. Основными причинами не-
рационального водоиспользования яв-
ляются: несовершенство системы про-
мывки изделий; отсутствие анализа
качества исходной воды для промыв-
ки; низкий уровень нормирования,
контроля и регулирования расхода
воды; нарушение режима проведения
промывочных операций; низкая куль-
тура производства на отдельных пред-
приятиях; отсутствие технико-эко-
номического обоснования применения
различных систем промывки изделий
и др. Поэтому вопрос экономии про-
мывных вод и их многократного ис-
пользования является вопросом пер-
востепенной важности.
В настоящее время в гальваниче-
ских цехах применяют воду из го-
родских и технических водопроводов,
от узла локальной системы водопод-
готовки (артезианские скважины и др.),
а также деминерализованную воду,
получаемую после очистки сточных
вод на ионообменных колонках. По
качеству эта вода пригодна для про-
мывки после обезжиривания, травле-
ния, декапирования и других процес-
сов подготовки поверхностей деталей,
а также после нанесения на них покры-
тия в цианистых растворах цинка,
кадмия и меди.
Незначительные осложнения при
промывке изделий после никелирова-
ния возникают вследствие специфи-
ческой пассивации покрытия из-за
насыщения циркуляционной воды ки-
слородом, что препятствует последу-
ющему хромированию. Поэтому необ-
ходимо добавлять в ванну промывки
после никелирования свежую воду и
проводить декапирование в серной
кислоте. Еще в большей степени это
явление проявляется при нанесении
серебряных или золотых покрытий,
осаждаемых из цианистых электроли-
тов на никелевый подслой, получае-
мый из кислотных электролитов.
Дистиллированную воду в гальва-
нических цехах расходуют в большом
количестве для приготовления раство-
ров химического никелирования и
электролитов для осаждения покрытий
драгоценными металлами и сплавами
на их основе, а также для составления
ванн блестящего никелирования и мед-
нения. Рекомендуется дистиллирован-
ную воду использовать и в ваннах-
сборниках (уловителях) после рабо-
чих ванн, применяемых при нанесении
покрытий драгоценными металлами.
Ванны-сборники устанавливают после
ванн хромирования, никелирования,
лужения, серебрения, золочения, пал-
ладирования, родирования и платини-
рования и т. д.
Предельно допустимая концентра-
ция основных веществ в промывных
водах на выходе из гальванического
цеха должна соответствовать (не бо-
лее) значениям, указанным в табл. 83.
Предельно допустимые концентра-
ции вредных веществ в 'водоемах са-
нитарно-бытового водоиспользования
приведены в табл. 84.
НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ СТОЧНЫХ ВОД
Сточные воды, поступающие на ней-
трализацию, по составу загрязнений
можно подразделить на следующие
группы: кислотосодержащие с pH <
< 6,5; щелочесодержащие с pH >
> 8,5; кислою- или щелочесодержа-
щие при наличии солей тяжелых ме-
таллов с pH = 2,8<-11,5; цианосодер-
338
Нейтрализация сточных вод. Регенерация злектролитов
83. Предельно допустимая
концентрация Сп основных веществ
в промывных водах на выходе
на гальванического цеха
Основное вещество Сп- г/л
NaOH (общая щелочность) 0,1
HjSOj (общая кислотность) 0,06
Свинец борфторнстоводород- 0,015
Свинец фенолсульфоновый 0,05
Смесь кислот (в пересчете на HjSO.) 0,1
Ангидрид хромовый 0,012
Цинк сернокислый 0,015
Цинк азотнокислый 0,03
Цианид (в пересчете на NaCN) 0,015
Кадмий борфтористоводо- родный 0,03
Кадмий сернокислый 0,025
Олово двухлористое 0,015
Олово сернокислое 0,020
Станнат натрия 0,025
Красители 0,01
Медь сернокислая 0,05
Железо Хлористое 0,5
Железо сернокислое 0,7
Калий роданистый 0,017
Калий двухромовокислый 0,035
Палладий хлористый 0,01
Родий сернокислый 0,01
Соль <Мажеф> 0,1
Натрий углекислый 0,01
Натрий двухромовокислый 0,025
Натрий азотнокислый 0,1
Примечание. Значения Сп
для солей металлов даны в пересчете
на металл.
84. Предельно допустимые
концентрации (ПДК) вредных веществ
в водоемах санитарно-бытового
водоиспольэовання
Вредное вещество ПДК. мг/л
Анилин Бензол Бериллий (Ве*+) 0,1 0,5 0,0002
Пгюдо..жение табл. 84
Вредное вещество ПДК. мг/л
Ванадий (Vs+) 0,1
Вольфрам (W*+) 0,1
Диэтиламин 2
Кобальт (Со,+) 1
Аммиак (по азоту) 2
Кадмий (Cd*+) 0,01
Медь (Cus+) 0,1
Никель (Ni,+) 0,1
Сульфиды —
Титан (Ti<+) 0 1
Уксусная кислота 0 5
Молибден (Мов+) 0,5
Мышьяк 0,05
Нитраты (по азоту) 10
Роданиды 0,1
Ртуть (Hg’+) 0,005
Свинец (РЬ,+) 0,1
Селен vSe®+) 0,001
Сурьма (Sbs+) 0,05
Теллур (Те*+) 0,01
'Уротропин 0,5
Ферроцианиды 0,5
Фтор (F~) 0,2
Цианиды (кроме цианндфер- 0,1
патов) Хлор активный
Цинк (Zn1+) 1,0
Бензин 0,1
Винилсиликонат натрия 2,0
(ГКЖ-12)
Железо (Fes+) 0,5
Керосин 0,1
Толуол 0,5
Хром (Сг8+) 0,5
Хром (Сг’+) 0,1
Этиленсиликонат натрия 2,0
(I КЖ-Ю)
Примечание. При преду-
предительном санитарном надзоре пре-
дельнодопустимую концентрацию каж-
дого вещества, входящего в комплекс,
следует уменьшать во столько раз,
сколько вредных веществ содержится
в водоеме.
Нейтрализация сточных вод
339
жащие с pH < 13,0; хромосодержа-
щие с pH = 2,34-8,8.
На многих предприятиях гальвани-
ческие цеха располагают на втором
этаже, а станцию нейтрализации на
первом. При этом значительно облег-
чаются поступление и обработка тех-
нологических сточных вод без приме-
нения промежуточных накопителей и
насосов. Кислота- и щелочесодержащие
сточные воды поступают по одной,
хромосодержащие — по другой, а
цианосодержащие — по третьей линии
(нитке).
При реагентном способе нейтрали-
зации сточные водь* из гальванического
цеха самотеком поступают в накопи-
тель — железобетонную емкость, фу-
терованную внутри диабазовой плит-
кой или резиной, а из накопителя —
в реактор-монжюс, рассчитанный на
работу под давлением. Реактор изго-
товляют из стали с облицовкой внут-
ренней поверхности поливинилхлори-
дом. Процесс нейтрализации в реак-
торе длится 7—15 мин (с учетом вре-
мени на загрузку и выгрузку) и конт-
ролируется по значению pH. Чем
выше значение pH сточных вод (кис-
лотощелочных), поступающих на
нейтрализацию, том меньше времени
требуется на их обработку. Момент
окончания нейтрализации таких вод
определяется по показаниям рН-метра.
Нейтрализацию таких вод обеспечи-
вают едким натром, кальцинированной
содой или серной кислотой. Едкий
натр (жидкий) добавляют в ванну
(реактор) непосредственно из бочек
с помощью щелочестойкого насоса,
а остальные компоненты — из буты-
лей или пакетов.
Обезвреженные сточные воды из
реактора-монжюса направляются в
расширитель, т. е. в стальную, фу-
терованную винипластом или рези-
ной ванну, выполняющую функции
предварительного отстойника. От-
стой из ванны выбирают 1—2 раза
в квартал. Из расширителя нейтрали-
зованные воды самотеком поступают
в отстойники (или сборники), распо-
ложенные на прилегающей к гальвани-
ческому цеху территории. Отстойники
работают по принципу сообщающихся
сосудов. Вода из первого отстойника
непрерывно уходит в канализацию.
а шлам переходит во второй (отстой-
ники изготовлены из железобетона).
Шлам из второго отстойника поступает
самотеком в бак-приемник, располо-
женный в вакуумном отделении в полу-
подвале. Далее шлам поступает на
вакуум-фильтр, снабженный вакуум-
насосом, обеспечивающим отсос воды
из шлама, и кольцевым насосом, слу-
жащим для выброса воды в канализа-
цию.
Пастообразный шлам (в виде сырого
порошка) автоматически скребками
вакуум-фильтра соскабливается в про-
тивень, с которого потом удаляется
в специальную емкость и вывозится
с территории завода.
Одним из известных методов ней-
трализации цианосодержащих сточ-
ных вод или отработанных электроли-
тов является их электрохимическое
разложение. Участок обезвреживания
цианидов располагают на первом эта-
же, и сточные воды самотеком посту-
пают в накопитель, представляющий
собой стальной бак, облицованный
внутри винипластом. Из накопителя
воды периодически направляются в
стальные ванны, футерованные также
винипластом. Число ванн обусловлено
общим количеством сточных вод, со-
держащих цианиды. Ванны-электроли-
зеры снабжены катодными и анодными
штангами, бортовыми вентиляцион-
ными отсосами, барбатерами для сжа-
того воздуха, а также индивидуаль-
ными выпрямителями постоянного то-
ка. При этом катоды изготовляют из
стали типа 12Х18Н9Т, а аноды — из
графита.
Для повышения электропроводности
сточных вод в них перед электролизом
вводят хлористый натрий в количе-
стве 5 г/л. После этого сточные воды
в ванне-электролизере перемешивают
сжатым воздухом в течение 10—15 мин
Режим нейтрализации: iK = 24-
3 А/дм*, SB = 1,5 дм*/л, Sa : SK =
= 1:1, напряжение 36 В, температура
15—30 °C, продолжительность электро-
лиза 2,5—3,0 ч. Пооцесс нейтрализа-
ции заканчивают при полном отсут-
ствии цианидов. В процессе электро-
лиза на катодах и дне ванны скаплива-
ется шлам, который удаляют 2—3
раза в год. Шлам сжигают в электро-
печи при температуре 1000—1200 °C
340
Нейтрализация сточных вод. Регенерация влектролитов
и в виде порошка, состоящего из
смеси металлов (медь, никель и др.),
отправляют на заводы вторичной пе-
реработки цветных металлов.
Цианосодержащие сточные воды или
отработанные электролиты нейтрали-
зуют также воздействием хлора, гипо-
хлорита или хлорной извести. Окис-
ление цианида в сточных водах гипо-
хлоритом протекает в несколько ста-
дий с разложением на СО2 и Nt.
Наличие тяжелых металлов в цианид-
содержащих сточных водах обусло-
вливает повышенный расход хлора.
При обезвреживании циана (щелочные
растворы) гидраты тяжелых металлов
выпадают в осадок.
При нейтрализации цианосодержа-
щих сточных вод газообразным хло-
ром последний поступает из резервуа-
ра непосредственно в испаритель, обо-
греваемый горячей водой, а затем че-
рез систему клапанов в нейтрализатор.
Диффузоры для ввода хлора находят-
ся на дне ванны. Мелкие пузырьки
хлора полностью адсорбируются рас-
твором, не достигая зеркала ванны.
После чего содержимое ванны перека-
чивают в емкость для дальнейшей
нейтрализации.
Для нейтрализации сточных циано-
содержащих вод применяют также
способ окисления их с помощью пере-
киси водорода или озона. Однако аг-
рессивное влияние Н,О, на материалы
оборудования и значительное изме-
нение концентрации перекиси водорода
в процессе ее хранения не позволяют
широко использовать этот способ. При
нейтрализации таких вод озоном (Оа),
требуется весьма громоздкое оборудо-
вание (для этой цели применяют озо-
наторы ОПТ-121, ОПТ-510 и др.).
В случае нейтрализации сточных
цианосодержащих вод хлором (или
его соединениями) минимальный рас-
ход активного хлора принимают рав-
ным 3 масс, долям на 1 масс, долю
циана. Для полного окисления циа-
нидов количество хлора обычно уве-
личивают более чем в 2 раза. При
наличии ионов меди количество
хлора должно быть больше в 3,0—
3,5 раза при частичном окислении и
в 7,5—8,0 раз — при полном окисле-
нии. В случае никеля эти соотношения
еще выше. При одновременном при-
сутствии меди и никеля для полного
окисления цианидов применяют 8—
9-кратный расход хлора. При нейтра-
лизации циана хлорной известью в
25—35%-ном растворе белильной жид-
кости содержится 13—15% активного
хлора. За рубежом при нейтрализации
цианистых растворов предпочтение от-
дается способу воздействия газообраз-
ным хлором. При этом цианиды окис-
ляются до диоксида углерода и азота
и, естественно, pH сточных вод или
отработанных растворов понижается
до 9,0. Поэтому к таким растворам
добавляют едкий натр.
Следует помнить, что в случае при-
менения для нейтрализации циано-
содержащих сточных вод гипохлорита
натрия, последний на холоде разлага-
ется медленно, но с повышением тем-
пературы реакция образования газо-
образного хлора ускоряется. При ис-
пользовании гипохлорита необходимо
строго следить за значением pH, кото-
рое обычно поддерживают в пределах
8,5—10,0, так как в процессе окисле-
ния цианидов происходит некоторое
подщелачивание сточных вод и замед-
ление реакции за счет снижения окис-
лительного потенциала хлора или об-
разование хлорциана и синильной
кислоты (при pH <8,5). Обычно при
нейтрализации применяют 2% -ный
раствор гипохлорита натрия (при pH —
= 10,5). Для более эффективной очи-
стки таких вод посредством гипохлори-
та натрия последний получают из
поваренной соли на электролизных
установках ЭН-25 очистных сооруже-
ний.
Для очистки хромовокислых вод
применяют ионообменные установки,
так как химические методы экономи-
чески менее целесообразны (однако
ими продолжают пользоваться).
Эффективна для полной очистки вод
синтетическая смола на основе стирол-
дивинилбензола. Она характеризуется
высокой стойкостью к кислому и силь-
ноокисляющему действию таких вод
и обладает значительной обменной ем-
костью. Концентрированные растворы,
содержащие более 25—40% хромовой
кислоты, следует разбавлять водой
перед проведением ионного обмена.
Если в сточных водах содержится
10%-ная хромовая кислота, то можн
Нейтрализация сточных вод
341
провести до 300 процессов обмена.
Ионообменных наполняют мелкими
зернами смолы (менее 1 мкм), помещен-
ными на дно фильтра в цилиндриче-
ском сосуде. При регенерации сточных
вод, содержащих хромовые соединения,
рекомендуется вести очистку при мень-
шем содержании хромовой кислоты
о водах, так как это дает возможность
использовать ионообменник малых
габаритов, позволяющий сделать его
эксплуатацию более экономичной. По-
сле накопления в ионообменнике по-
сторонних металлов его промывают
10% -ной HjSOt или НС1.
Непроточную воду из перього сбор-
ника. в котором постепенно накапли-
ваются хромовая кислота и посторон-
ние металлы, очищают с помощью ка-
тионного обменника. Анионный об-
менник, обогащенный хромовой кисло-
той, промывают5—15%-ным раствором
едкого натра. При этом хромовая ки-
слота вначале получается в виде раст-
вора хромата натрия, который затем
пропускают через использованный ка-
тионный обменник для удаления ме-
таллов.
На некоторых предприятиях внедрен
электрокоагуляционный метод обез-
вреживания хромсодержащих вод, ко-
торый предусматривает электрохи-
мическую их обработку. Промывные
воды пропускают через электролизер,
в котором имеется пакет вертикально
расположенных стальных пластин, слу-
жащих электродами. Пластины под-
ключены к источнику тока напряже-
нием 12—24 В таким образом, что
катодные и анодные пластины череду-
ются; расстояние между пластинами
6—8 мм. При этом на катоде происхо-
дит образование трехвалентного хро-
ма, а вследствие защелачивания ка-
тодной поверхности, гидрооксиды хро-
ма и других металлов выпадают на дно
ванны в виде шлама. Анодный про-
цесс характеризуется растворением
железа, окислением органических при-
месей и коагуляцией всех коллоидных
частиц, в том числе и гидрооксидов
железа. В конечном итоге образуются
шламы, которые необходимо захора-
нивать или сжигать в электропечах
до получения металлических поро-
шков.
К сварному стальному корпусу
электрокоагулятора приварен лоток
для слива очищенных стоков из него.
Вставленный в корпус блок электродов
состоит из ряда чередующихся катод-
ных и анодных пластин. Способ креп-
ления пластин при сборке электрод-
ного блока стержневой, с точной фик-
сацией зазора между ними при помощи
прокладок из диэлектрика. Для изо-
ляции проводов от стального корпуса
в последний по всему периметру встав-
ляют винипластовые пластины. Дно
корпусной изоляции перфорировано
отверстиями диаметром 5 мм. Расстоя-
ние между пластинами в блоке 6—
8 мм, количество пластин в блоке
25 шт., а размер пластины 300 X
Х1000 мм (при толщине 3—5 мм).
Плотность тока при нейтрализации
составляет 1—2 А/дм8. Источником
тока является выпрямитель типа
ВАК-24. Электрокоагуляционная ус-
тановка рассчитана на очистку до
10 м8 сточных вод в час. Ее обслужива-
ет один человек, который наблюдает
за показаниями измерительного при-
бора выпрямителя и проводит анализ
стоков до и после их нейтрализации.
Для предупреждения возникновения
пассивной пленки на электродах в на-
чале каждой смены осуществляют про-
работку установки в непроточном ре-
жиме с добавлением в нее насыщенного
раствора NaCl или обработанного рас-
твора соляной кислоты. Установка
предназначена для очистки сточных
вод, концентрация хрома в которых
не превышает 70 мг/л. Блок электро-
дов меняется через три недели (при
непрерывной двухсменной работе).
К недостаткам этого способа можно
отнести постоянное шламление элект-
родов и необходимость захоронения
шламов. Для предотвращения полного
зашламления через 5—6 рабочих смен
необходимо электроды от шлама очи-
щать струей воды.
Достоинства такого метода — отсут-
ствие реагентного хозяйства и упро-
щение схемы очистных сооружений.
Этот метод может быть применен
и для нейтрализации стокоь от эмуль-
гированных масел и нефтепродуктов
и некоторых тяжелых металлов (Zn,
Ni, Cd, Си и др.).
Промывные фторсодержащие стоки
поступают в усреднитель вместимостью
942
Нейтрализация сточных еод. Регенерация влектролитов
16 м*. Оттуда они насосом подаются
в реактор вместимостью 10 м*. После
заполнения реактора согласно пока-
заниям pH-метра подается раствор из-
вести, перемешивается в течение
15 мин. Далее по показаниям датчика
вводится сернокислый глинозем с по-
мощью дозатора «Димба». Затем про-
водятся химический анализ и отстаи-
вание продолжительностью 4 ч. После
этого сточные воды направляются в
шламоуплотнитель.
Обработка фторсодержащих сточ-
ных вод и растворов осуществляется
также посредством превращения рас-
творимых фторидов в нерастворимый
фторид кальция при воздействии из-
весткового молока. Процесс нейтрали-
зации осуществляется в ванне из бе-
тона. Раствор перемешивают двумя
пропеллерными мешалками, распо-
ложенными на одном валу, приводи-
мом во вращение электродвигателем.
При этом имеется устройство для конт-
роля pH известковой взвеси, поступа-
ющей в ванну самотеком. Средняя про-
должительность пребывания извест-
кового молока в ванне составляет
10 ч. Эффективное удаление фтори-
дов происходит при высоком значении
pH и длительной выдержке с исполь-
зованием интенсивного перемешивания.
На некоторых предприятиях кис-
лото- и щелочесодержащие стоки, а
также обезвреженные циано- и хром-
содержащие стоки нейтрализуют на
ионообменных установках. При этом
также смешанные стоки сначала по-
ступают в усреднитель, состоящий из
двух емкостей по 50 м* каждая, далее
насосами подаются на блок предвари-
тельной подготовки, состоящий из ме-
ханических и угольных фильтров для
удаления из сточных вод взвешенный
веществ, масла и органических соеди-
нений. Сток под действием силы тяже-
сти поступает в промежуточный бак
для сбора осветленных стоков, а затем
насосом подается на три линии по-
следовательно установленных фильт-
ров, Две линии рабочие и одна — для
регенерации. Обессоленная вода под
остаточным напором подается в галь-
ванический цех.
После истощения улавливающей спо-
собности смол фильтры выводят на
регенерацию. Регенерация фильтров
производится в следующем порядке:
продувка воздухом, подаваемым снизу
в течение 3 мин; взрыхлйющая про-
мывка восходящим током воды с це-
лью разрыхления смолы (для этого
используется вода от предыдущей про-
мывки катионита после регенерации,
которая очищается на реагентной ус-
тановке); регенерация фильтров 1%-
ным раствором серной кислоты; от-
мывка обессоленной водой фильтров
после вывода регенерата (вода гото-
вится для этой цели на специальной
установке). Регенерация анионнтовых
фильтров производится в той же после-
довательности. Стоки регенерации ио-
нообменной установки собираются в
усреднителе, после нейтрализации и
проведения химического анализа ос-
ветленная вода сбрасывается в го-
родскую канализацию.
ПУТИ СНИЖЕНИЯ РАСХОДА
ПРОМЫВНЫХ ВОД
При учете затрат на обезвреживание
1 кг различных компонентов загряз-
нений в сточных водах следует при-
держиваться единого эквивалента за-
грязнений. В качестве эквивалента це-
лесообразно брать стоимость очистки
1 кг соединений хрома (по Сг,+), тогда
затраты на 1 кг циана и 1 кг кислотно-
щелочных соединений будут соответ-
ственно эквивалентны Q,9 и 0,47 кг
хрома.
При определении концентрации ком-
понентов в каждом стоке загрязнений
необходимо принимать во внимание
потери растворов (электролитов) при
электролитических процессах (табл.85).
Расчет расхода средств на нейтрали-
зацию сточных вод (по приведенной
выше методике), выполненный на од-
ном из предприятий, показывает, что
стоимость обезвреживания 1 кг за-
грязнений составляет 3,8 руб., а при
сокращении недопотребления в галь-
ваническом цехе на 20% — уже 3,4
руб. Однако такая методика расчета
не всегда подкрепляется практичес-
кими затратами на очистку сточных
вод. На самом деле затраты на очистку
составляют около 0,3 руб/м* сточной
воды. В настоящее время себестоимость
водоснабжения и очистки сточных вод
в большинстве гальванических цехов
Пути снижения расхода промывных вод
343
86. Потери растворов при основных электролитических процессах
Потери раствора, мл/м*
Электролитический процесс беа ван в-у ловителей при величин ванн-уловителеб
1 2 3 1 2 3
Цинкование, кадмирование, меднение, никелирование, лу- жение на подвесках в кислые электролитах 120 150 195 75 80 90
Хромирование, декапирование — — — 115 120 125
Хромирование износостойкое — — — 175— 375 90 180— 380 95 185— 385 100
Цинкование, кадмирование, меднение, латунирование, лу- жение на подвесках в щелоч- ных электролитах 130 160 210
Серебрение и золочение на подвесках Нанесение покрытия в коло- колах и барабанах: 30—40 25—40 35—40
в кислых электролитах 220 280 370 90 100 115
щелочных электролитах 230 290 380 НО 115 130
Анодное оксидирование алю- миния и его сплавов 285 315 380 — — —
Оксидирование меди и ее спла- вов 65 95 140 — — —
Примечания: 1. Принятые обозначения: 1—простые детали; 2 —
детали средней сложности; 3 — сложнопрофилированные детали.
2. Значения потерь приведены с учетом подогрева и перемешивания элек-
тролитов; при работе без втих условий электролиза потери принимают на 5—
8% меньше. Л
составляет примерно 8—10% себесто-
имости гальванических покрытий (если
учесть ущерб водным ресурсам от
загрязнения их сбросами, то эта се-
бестоимость будет значительно выше).
Одним из путей сокращения расхода
воды в гальванических цехах является
замена стационарных ванн высоко-
производительными автоматическими
агрегатами для нанесения металличе-
ских и оксидных покрытий.
Другой путь экономии промывных
вод — изменение маршрута движения
деталей на подвесках (барабанах и
колоколах) в автоматических линиях,
применяемых при нанесении металло-
покрытий. например при кадмирова
нии, серебрении, золочении и т. д.
Рассмотрим следующий пример. В
большинстве случаев золочение мало-
габаритных деталей осуществляют по
подслою нчкеля. При этом детали
после никелирования промывают в
ванне-сборнике .(непроточная вода). за-
тем в проточной холодной воде. После
чего детали загружают в ванну пред-
варительного золочения и далее в ванну
основного золочения (без промывки
в воде). Затем детали (после золочения)
промывают последовательно в трех
ваннах-сборниках (непроточная вода),
в холодной и горячей проточной воде
и окончательно — в непроточной ди-
стиллированной воде.
344
Нейтрализация сточных вод. Регенерация влектролитое
При таком маршруте имеет место не
только значительный расход про-
мывной воды, но и загрязнение ванны
предварительного золочения ионами
никеля, что нередко приводит к пре-
ждевременной замене цианистого
электролита предварительного золо-
чения.
На некоторых предприятиях такой
маршрут движения деталей в автома-
тических линиях заменен следующим.
Детали после никелирования поступа-
ют в ванну-сборник (для улавливания
остатков электролита никелирования).
Затем они направляются в третий
сборник для улавливания остатков
электролита золочения; далее во вто-
рой и в первый уловители для золо-
чения. После этого детали поступают на
предварительное золочение, основное
золочение и далее по описанному ранее
маршруту. В этом случае отпадает
необходимость промывки деталей после
никелирования в проточной воде, а
также происходит полная нейтрализа-
ция остатков кислого электролита ни-
келирования. принесенных деталями
и подвесками в ванну-сборник для
щелочных электролитов золочения.
Вместе с тем электролит предвари-
тельного золочения разбавляется не
промывной водой (после никелиро-
вания), а непроточной водой с первого
уловителя электролитов основного зо-
лочения. Содержимое первого, вто-
рого и третьего уловителей после зо-
лочения подвергают упариванию до
сухого остатка (сухой остаток сдают
на заводы по вторичной переработке
драгоценных металлов).
Третий путь экономии промывных
вод, применяемый и в нашей стране и
за рубежом, — регенерация металлов
из промывных вод и отработанных
электролитов.
Однако все перечисленные выше пути
снижения расхода промывных вод в
гальванических цехах не являются
единственными и вполне исчерпыва-
ющими.
РЕГЕНЕРАЦИЯ РАСТВОРОВ,
СОДЕРЖАЩИХ РАЗЛИЧНЫЕ
МЕТАЛЛЫ
Для очистки загрязненных растворов
созданы и эксплуатируются установки
У ГОС-i и УГОС-2, в которых исполь-
зуются ацетил целлюлозные или этил-
целлюлозные мембраны. Мембраны
имеют поры диаметром 10-в мм, тол-
щину около 0,2 мкм. Давление на жид-
кость 63 МПа. Производительность
установок 95 и 450 л/ч соответственно.
Процесс гиперфильтрации (обратный
осмос) используют для растворов с
pH = 3,8-j-4,8, так как щелочные
растворы разрушают мембраны. Этот
способ целесообразно применять для
отделения воды и получения концен-
тратов электролитов никелирования,
оловянирования и других слабокислых
растворов. Преимущество такого спо-
соба — возможность сохранения блес-
кообразователей и выравнивающих до-
бавок, имеющих повышенную стои-
мость.
Сущность обратного осмоса заклю-
чается в следующем. Под давлением
извне растворитель проникает через
пористые мембраны, а растворенные
вещества, имея более крупные моле-
кулы, задерживаются мембраной, что
позволяет отделить воду и повысить
концентрацию веществ, находящихся
в разбавленных растворах.
Для очистки промывных вод после
хромирования, химического медне-
ния, пассивирования цинковых и
кадмиевых покрытий на основе элек-
тродиализа (метод разделения при-
сутствующих в воде ионов солей в элек-
трическом поле электролизера) при-
меняют установки ЭДУ-400.
Принцип (механизм) действия таких
установок заключается в следующем.
Травильный раствор (в производстве
печатных плат), освобожденный от
виннокислой меди, подается в элек-
тролизер, где катодное и анодное
пространство разделены катионнтовой
и анионитсвой мембраной В резуль-
тате электродиализа К+ и Na+ кон-
центрируются в катодной зоне, где
на электроде выделяется водород и
образуются вследствие этого гидро-
ксильные ионы в сочетании с ионами
калия и натрия, т. е. гидраты оксида
этих металлов. Такой раствор исполь-
зуют для корректировки рабочего рас-
твора химического меднения.
Английской фирмой ФСЛ этот метод
применен в сочетании с электролизом
для извлечения меди и регенерации
Регенерация растворов, содержащих различные металлы
345
медно-хлоридного кислого раствора,
используемого для травления в произ-
водстве печатных плат. Отработанный
травильный раствор, содержащий пре-
имущественно одновалентные ноны
меди, с целью охлаждения подается
через теплообменник в анодную зону
электролизера. Проходя анодную
зону, одна часть одновалентных ионов
меди окисляется за счет анодного
процесса до двухвалентного состояния,
а вторая часть ионов Cut проникает
через мембрану в катодную зону и
разряжается на катоде до металла.
Следовательно, в электролизере
протекает реакция, противоположная
той, которая происходит при травле-
нии меди. Регенерированный раствор
хлорида меди через теплообменник
возвращается в установку и этим за-
вершается цикл движения раствора.
В катионной зоне металлическая
медь сбрасывается в сепаратор, где
происходит отделение меди от раство-
ра, а затем она поступает в разгрузоч-
ное устройство. Порошок чистой меди
(99,8%) периодически извлекается
из разгрузочного устройства и направ-
ляется на предприятия химической
промышленности для приготовления
солей меди или используется в порош-
ковой металлургии, например для
изготовления медно-графитовых и
других изделий.
На предприятиях Японии, где
в больших объемах применяют травле-
ние алюминиевых деталей, гидролизу
подвергают отработанный щелочной
травильный раствор с высокой
концентрацией алюмината натрия
(NaAlOa). Гидролиз осуществляется
в отдельной емкости добавлением к рас-
твору горячей воды. В результате
чего образуются NaOH и оксид алю-
миния.
Для быстрого отделения А1,Оа в ре-
актор добавляют небольшую порцию
порошкообразного оксида алюминия,
частицы которого служат центрами
кристаллизации. По окончании про-
цесса раствор NaOH возвращается
в травильную ванну, а выпавший
порошок AlaOs используется для про-
изводства абразива (корунда).
В ОПА для регенерации хромово-
кислого раствора, применяемого для
удаления медного покрытия со сталь-
ной основы, используют способ элек-
трохимического выделения меди на
катоде. В результате получают ценные
вещества: сульфаты меди и хрома.
Механизм регенерации заключается
в следующем. Отработанный раствор
подается в электролизную ячейку,
в которой анодное пространство от-
делено от катодного катионным филь-
тром. В растворе, омывающем графи-
товый анод, происходит окисление О’*
с образованием хромовой кислоты.
В катодное пространство проникают
через катионный фильтр ионы меди,
и медь осаждается на катоде, изго-
товленном из коррозионно-стойкой ста-
ли. По мере накопления меди она
отделяется от катода в виде листа,
а раствор, освобожденный от меди,
восстанавливает свою травящую спо-
собность.
Существует значительное количе-
ство способов извлечения серебра из
растворов ванн-уловителей или отра-
ботанных цианистых электролитов:
электрохимический, химический кон-
тактный, ионообменный и т. д. Так,
серебро в виде металла осаждают на
цинковые пластины с дальнейшим пере-
водом в азотнокислое серебро и далее
(через AgCl) в дицианоаргентат калия,
который используют для корректи-
рования рабочей ванны. Степень из-
влечения серебра при этом составляет
примерно 93%.
В Польше для очистки сточных вод
используют формалин. При этом
серебро, медь, палладий извлекаются
в виде порошков, цинк и кадмий в виде
оксидов, хром — в виде гидрооксида
хрома. Этим же методом возможно
обезвреживание цианосодержащих
стоков. Побочными продуктами при
этом способе обезвреживания являются
уротропин, гликолевая кислота, карба-
мид, оксамид и другие ценные ком-
поненты. Вода, очищенная от солей,
при этом содержит избыток непро-
реагировавшего формалина, который
обрабатывают затем перекисью водо-
рода. Оборудование LAFT (Польша)
не требует больших производственных
площадей.
Процесс может быть легко авто-
матизирован.
346
Нейтрализация сточных вод. Регенерация влектролитов
Фирма Organo (Япония) и некоторые
предприятия в СССР для очистки циа-
носодержащих сточных вод применяют
озон. В этом случае не образуется таких
ядовитых соединений, как хлористый
циан (в случае нейтрализации хлором).
Известна установка фирмы Tanaka
(Япония) для извлечения драгоценных
металлов. Катод в этом случае пред-
ставляет собой нелрерывнодвижущи-
еся твердые электропроводные ча-
стицы, заполняющие рабочую ка-
меру, что позволяет интенсивно про-
водить процесс. Недостатком этого
метода является необходимость даль-
нейшей переработки насыщенного
золотом металла (катодных частиц).
Известен процесс экстракционного
извлечения серебра и волота из циани-
стых щелочных, кислых или нейтраль-
ных электролитов. Конечным про-
дуктом такого метода регенерации дра-
гоценных металлов является дициано-
аурат или дицианоаргентат калия.
Такне концентрированные растворы
используют для корректирования
электролитов.
ОО ОХРАНА ТРУДА
ГЛАВА в ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ
ЦЕХАХ
ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ
Гальванические цеха располагают
вблизи сборочных цехов или цехов,
изготовляющих основную массу де-
талей, подвергаемых химической или
электролитической обработке. По-
скольку гальванические цеха отно-
сятся к категории вредных произ-
водств, их размещают у наружных
стен зданий. Как правило, цех металло-
покрытий имеет два этажа, первый
этаж делают техническим (он заменяет
подвальное помещение), а на втором
этаже размещают все производственное
оборудование. Подвал или техниче-
ский этаж позволяет значительно упро-
стить разводку вентиляционной си-
стемы. При наличии подвала упро-
щается слив растворов электролитов
из основных рабочих ванн в запасные
емкости самотеком. При отсутствии
подвала все коммуникации проклады-
вают под полом путем устройства
специальных каналов для вытяжной
вентиляции и каналов для всех осталь-
ных трубопроводов. Поэтому одно-
этажные гальванические цеха ис-
пользуют только при небольших объ-
емах производства.
По взрыво- и пожарной безопасности
эти цеха относятся к категории Д,
по классу помещений они не являются
взрыво- и пожароопасными. Исключе-
ние составляют участки с применением
горючих материалов, которые отно-
сятся к категории В, а по классу взры-
воопасности к II—Па классам (на-
пример, участки с применением орга-
нических растворителей). Все обору-
дование для гальванических покрытий,
включая оборудование для обезжири-
вания в органических растворителях,
травления и прочих процессов, рас-
полагают в одном общем зале.
Участки для работы с цианистыми
электролитами должны быть изолиро-
ваны или отделены от основного поме-
щения цеха перегородкой (на высоте
до 1,5 м от пола перегородка должна
быть сплошной).
Автоматы или полуавтоматы с циа-
нистыми электролитами располагают
в общем помещении цеха, если при
этом обеспечивается безопасность ра-
боты их конструкцией, а содержание
ядовитых газов и паров в воздухе
рабочей зоны не превышает ПДК
(предельно допустимой концентра-
ции).
Помещение для промывки деталей
в органических растворителях должно
быть огнестойким и расположено в од-
ноэтажном здании или на первом этаже
многоэтажного здания с наружной
стороны общего производственного
помещения с отдельным выходом на-
ружу. Помещение для разлива кислот
и щелочей изолируют от общего произ-
водственного помещения цеха, а также
от помещений, в которых хранятся
эти вещества (химикаты).
Приточные вентиляционные ка-
меры устанавливают у наружных стен
для обеспечения возможности забора
свежего воздуха. Однако чаще венти-
ляционные камеры располагают в под-
вале или на техническом этаже. Воз-
можны и другие варианты размещения
вентиляционных установок, например
в специальных <вставках> между це-
хами.
Станция для очистки сточных вод
находится полностью или частично
на территории гальванического цеха
или вынесена в отдельно стоящее
здание. В последнее время на террито-
рии таких цехов предусматривают
только сбор всех видов стоков, а очи-
стные сооружения размещают вне галь-
ванического цеха. Иногда • цехах
металлопокрытий проводят первую
34S
Охрана труда в гальванических цехах
стадию очистки хромо- и циано-
содержащих сточных вод, а оконча-
тельную нейтрализацию и осаждение
тяжелых металлов ведут в общезавод-
ских сооружениях.
Места установки выпрямителей для
питания постоянным током выбирают
индивидуально, в соответствии с об-
щими планировочными решениями.
Выпрямители с силой тока выше
3200 А, имеющие отдельный трансфор-
матор, на уровне подмостков автоматов
не устанавливают. Не следует выпря-
мители устанавливать на площадках
производственного этажа. Фильтры
для непрерывной фильтрации электро-
литов, буферные емкости и прочее
комплектующее оборудование можно
размещать в отделении гальванопо-
крытий около автоматов или в подвале
(на техническом этаже).
При расположении оборудования
необходимо предусматривать пло-
щадки для складирования деталей,
а при подаче деталей конвейером —
оставлять места для их прохода. При
установке автоматов (автоматических
линий) для металлических или оксид-
ных покрытий непосредственно на
полу трудно размещать под подмо-
стками все коммуникационные трубо-
проводы таким образом, чтобы они
были легко доступны для осмотра
и ремонта. Поэтому устанавливают
автоматы на высоте 0,5—1,0 м над
полом. Эго дает возможность более
свободного обслуживания всех комму-
никационных линий.
Полы в отделениях и на участках,
где работы связаны с применением
агрессивных растворов, должны быть
водонепроницаемь'ми и химически
стойкими к воздействию агрессивных
сред (кислот, щелочей и других хими-
катов). Под автоматами и другими
видами оборудования специальную хи-
мическую защиту полов проводят толь-
ко в зоне установки этого оборудова-
ния. С этой целью под автоматами
делают специальные поддоны с борти-
ками. Пол внутри поддонов выполняют
с гидроизоляцией из рулонных мате-
риалов и сверху выкладывают кислото-
упорным кирпичом или керамической
плиткой из химически стойких мате-
риалов в зависимости от характера
растворов, которые могут попадать на
пол. Для разделения стоков различных
растворов пол внутри поддонов под
автоматами выполняют с уклонами
в сторону трапов, не допускающих
смешивания стоков.
Специальной химической защите
подлежат также все фундаменты под
оборудование и отдельные конструк-
ции, включая фундаментные болты.
Полы из керамической плитки делают
в отделениях шлифования-полирова-
ния, на участках с источниками по-
стоянного тока и в помещениях для
холодильных установок. Бетонные
полы используют в помещениях для
изготовления кругов, склейки ленты,
приготовления полировальных паст,
в помещениях для вентиляционных
установок, кладовых деталей, химика-
тов и кислот. В экспресс-лабораториях,
комнатах мастера полы покрывают
линолеумом или поливинилхлоридной
плиткой.
Стены и колонны всех производствен-
ных помещений цеха и участков при-
готовления растворов облицовывают
глазурованной плиткой на высоту 2 м
от пола, верх стен и колонн окраши-
вают синтетической, полимерцемент-
ной или масляной краской светлого
тона. Окраске подлежат также метал-
лические конструкции ферм, воздухо-
воды и все трубопроводы. Оборудова-
ние внутри цеха должно быть зазем-
лено для защиты от статического
электричества и вторичных проявле-
ний молнии.
Склады деталей размещают обычно
в торце цеха или вдоль основного
проезда и перегородками не отделяют.
При двухэтажном расположении
цеха детали на второй этаж подаются
грузовыми лифтами. На складах пред-
усматривается хранение деталей
ь стеллажах или автоматических шта-
белерах.
На предприятиях применяют цен-
трализованный монтаж деталей на
подвески. Однако каждый автомат или
группа автоматов могут иметь само-
стоятельный конвейер, с помощью ко-
торого подвески с деталями транспор-
тируются с монтажных участков на
загрузочно-разгрузочные площадки
автоматов. При автоматической за-
грузке в колокольные автоматы детали
подаются непосредственно в загрузоч-
Техника безопасности и промышленная санитария
349
ный бункер. На небольших предпри-
ятиях, где применение конвейеров не
выгодно экономически, для транспор-
тирования пользуются колесным
транспортом.
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
И ПРОМЫШЛЕННАЯ САНИТАРИЯ
Для обеспечения безопасной работы
необходимо знать допустимые кон-
центрации токсичных и вредных ве-
ществ, входящих в состав растворов
и электролитов, использовать наиболее
прогрессивные методы контроля за
состоянием воздушной среды помеще-
ния, исправностью оборудования и
приборов, уделять как можно больше
внимания условиям хранения и транс-
портирования ядохимикатов и др. Для
обеспечения безопасности обслужива-
ющего персонала работы с хлориро-
ванными углеводородами (трихлор-
этилен, хладон и т. д.) необходимо
проводить в помещениях с индиви-
дуальной приточно-вытяжной венти-
ляцией. При очистке деталей в таких
растворах следует не допускать уноса
последних, а также применять обору-
дование (установки для обезжирива-
ния) в герметичном исполнении.
Ванны с цианистыми и цианидфер-
ратными электролитами должны быть
оборудованы двусторонней бортовой
вентиляцией и блокировкой. Кон-
центрированные цианистые растворы
следует готовить в отдельном изолиро-
ванном помещении, снабженном об-
особленной вентиляцией и всеми сред-
ствами безопасности (шланговым
противогазом, сигнализацией, блоки-
ровкой и др.). Обслуживающий персо-
нал, работающий с цианистыми соеди-
нениями, должен находиться на
рабочем месте в шланговом или спе-
циально предназначенном противо-
газе. Список работников, имеющих
доступ к цианидам, утверждается глав-
ным инженером предприятия. Полу-
чение цианидов и других ядохимикатов
со склада материального снабжения
и их транспортирование к месту рас-
фасовки в гальваническом цехе осу-
ществляет комиссия во главе с началь-
ником цеха и представителя отдела
охраны труда. Вскрытие барабанов
с цианидами и приготовление кон-
центрированных растворов должно
вестись на специальных установках.
При работе с растворителями не
следует допускать искрообразовання
и накопления статического электриче-
ства, а также близкого контакта с элек-
тро- или теплоносителями. Необхо-
димо учитывать, что хлорированные
углеводороды (в отличие от бензина,
керосина, ацетона и других раствори-
телей) токсичны. Плотность паров три-
хлорэтилена и перхлорэтилена
в 4,5 раза выше, чем воздуха. При этом
скорость отсоса должна быть 20 м*/мин
на 1 м* границы раздела пар — воздух.
Отсос паров растворителя необходимо
осуществлять через отверстие, рас-
положенное в нижней части кожуха
установки для обезжиривания.
При соблюдении правил обезжири-
вание в хлорированных углеводородах
можно считать безопасным процессом.
Однако необходимо помнить, что из-
быточная концентрация таких рас-
творителей приводит к головной боли,
чрезмерной усталости, раздражению
кожи и слизистых оболочек. На воз-
духе эти растворители быстро уда-
ляются из организма. При работе
с хлорированными углеродами откры-
тые участки кожи рекомендуется сма-
зывать ланолиновой мазью, которая
снижает сухость кожи.
Хлорированные углеводороды с низ-
кой температурой испарения (ниже
40 °C), например хлористый метилен,
следует хранить в плотно закрытых
контейнерах, а смоченную ветошь не
выбрасывать. Одним из основных пре-
имуществ хлорированных углеводо-
родов перед легковоспламеняющимися
жидкостями (бензин, керосин, ацетон)
является их пожарная безопасность.
К проведению подготовительных опе-
раций и нанесению гальванических
покрытий допускаются рабочие в со-
ответствующей спецодежде (комбине-
зоне или халате, резиновых сапогах
и резиновых перчатках). При загрузке
и разгрузке деталей, особенно из тра-
вильных растворов, ванн обезжирива-
ния, цианистых и других токсичных
электролитов, а также при розливе
кислот и щелочей в ванны, дроблении
и взвешивании различных химикатов
необходимо пользоваться защитными
очками.
350
Охрана труда в гальванических цехах
86. Предельно допустимые
концентрации наиболее известных
газов и пыгн ядовитых веществ
Ядовитые вещества ПДК мг/м* .
Цианистый водород 0,3
Хромовый ангидрид 0,1
Оксид углерода 20
Оксид этилена 1
Хлористый водород 5
Серная кислота 2
Азотная кислота 2
Аммиак 20
Анилин 3
Бензол 20
Трихлорэтилен 50
Сероводород 5
Окислы азота 5
Свинец н его соединения 0,01
Ртуть металлическая 0,01
Мышьяковистый водород 0,3
Бензин 100
Спирт метиловый 50
Ацетон 200
Керосин 300
Озон 0,1
Примечание. При наличии
в воздухе нескольких вредных веществ
их суммарная концентрация не должна
превышать допустимого значения для
наиболее вредного соединения.
При попадании кислот в цианистые
электролиты образуется синильная
кислота — сильнейшее отравляющее
вещество, наличие которого даже при
незначительной концентрации в окру-
жающей атмосфере опасно для жизни
человека. Поэтому все детали после
обработки в кислотах перед загрузкой
в цианистые электролиты и после
обработки в них следует тщательно
промывать. Данные о ПДК ядовитых
газов и пыли l воздухе приведены
в табл. 86.
Электролиты для хромирования
в процессе работы выделяют значитель-
ное количество испарений и мелких
капель хромовой кислоты, разруша-
юще действующих на кожу, слизистые
оболочки и дыхательные органы чело-
века. С целью уменьшения уноса
хромового электролита в вентиляцион-
ные каналы и предотвращения испаре-
ния и разбрызгивания его, в раствор
вводят <Хромин» или зеркало электро-
лита покрывают кусочками пенопласта.
Рабочие должны работать в кислото-
стойкой защитной одежде. Слизистую
оболочку носа, а также руки перед
работой рекомендуется смазывать
медицинским вазелином.
В гальванических цехах следует
иметь горячую и холодную воду для
смывания вредных веществ, попавших
на рабочего, а также аптечку, уком-
плектованную средствами для ока-
зания первой помощи при отравлении
и ожогах. Лица, допущенные к выпол-
нению гальванических операций
и прошедшие предварительный меди-
цинский осмотр, должны ежемесячно
проходить инструктаж по технике без-
опасности с регистрацией в специаль-
ном журнале.
При травлении деталей в крепких
кислотах необходимо под ваннами
иметь вытяжные шкафы (помимо обще-
обменной вентиляции в цехе) с ме-
стным отсосом или специальные укры-
тия — кабины типа вытяжных шкафов.
Вентиляция от ванн с цианистыми
электролитами должна быть авто-
номной.
Освещенность на рабочих поверх-
ностях (на полу) должна быть не менее
20 лк при лампах накаливания и 75 лк
при люминесцентных лампах. Све-
тильники должны иметь герметически
закрытую арматуру с изоляцией, стой-
кой к воздействию химикатов и по-
вышенной влажности. Для освещения
взрывоопасных помещений необхо-
димо применять светильники мощно-
стью не более 200 Вт.
Трубопроводы для кислых растворов
следует изготовлять из винипласта,
керамики или других кислотостойких
материалов, для цианисто-щелочных
растворов — из стали или чугуна.
Температура растворов, спускаемых
по трубопроводам, должна быть не
выше 60 °C. Стальные и чугунные
трубопроводы необходимо покрывать
битумом и лаком. Гальванические цеха
должны иметь промышленную канали-
зацию для стока загрязненных произ-
водственных вод и фекальную — для
фекально-хозяйственных стоков.
Техника безопасности и промышленная санитария
351
Гальваники перед началом работы
должны смазывать слизистую обо-
лочку носа, руки и лицо вазелином,
ланолином или специальными мазями
по рекомендации врачей-дерматоло-
гов. К работе на ваннзх с ядовитыми
электролитами не допускаются лица
с повреждениями кожи на руках и
лице и предрасположенные к кожным
заболеваниям. Вб."И"ь рабочих мест
должны находиться 3%-ный раствор
борной кислоты или слабый раствор
уксуса для нейтрализации щелочи
и 2%-ннй раствор пищевой соды для
нейтрализации кислоты При ожоге
крепкими кислотами и щелочами необ-
ходимо в течение 15—20 мин обмычат!
кожу струей чистой воды из водопро-
вода, после чего на о'ожженный уча-
сток кожи положить бинт с примочкой:
при ожогах кислотами — из раствора
соды, а при >жогах щелочью — из
слабого раствора уксуса или борной
кислоты.
Одной из причин профессиональных
заболеваний у работников гальвани-
ческих цехов является значительный
перепад температуры и влажности.
Поэтому вопрос микроклимата в цехах
гальванопокрытий имеет первосте-
пенную важность. В холодный и пере-
ходный периоды года температура для
работ категории Па должна быть
равной 17—23 °C, для категории Пв —
15—21 °C; относительная влажность
не более 75%, а скорость движения
воздуха не более 0,3 м/с для работ
категории Па и 0,4 м/с — катего-
рии Пв. В теплый период года тем-
пература не дс лжна быть выше средней
температуры наружного воздуха
более чем на 3 °C, а относительная
влажность при 27 °C не более 60%;
скорость движения воздуха при этом
не должна превышать 0,5 м/с.
Обезжиривать детали хлорирован-
ными углеводородами разрешается
только в герметически закрытых, авто-
матизированных или механизиро-
ванных аппаратах с водян 'м охла-
ждением, оборудованных на нежащей
вентиляцией. Во избежание образова-
ния монохлорэтилена (самовоспламе-
няющееся ядовитое вещество) после
обезжиривания трихлорэтиленом не
разрешается погружать детали в креп-
кие щелочи и минеральные кислоты
без предварительной промывки.
Запрещается работать с три: лорстиле-
ном вблизи источников высоки: тем-
ператур.
Во избежание взрыва (вследствие
возможного образования гремучего
газа) при работе ванн электролитиче-
ского обезжиривания необходимо
периодически снимать пену с поверх-
ности раствора любым приспособле-
нием, изготовленным из цвел но-о ме-
талла, и складывать ее в специальный
ящик для отходов. Вблизи ванн не
допускается работа с открытым огнем
и искрообразование от короткого за-
мыкания полюсов, контактирования
подвесок со штангой или соударения
стальных предметов или деталей. Де-
тали, упавшие на дно ванны, следует
извлекать только специальными при-
способлениями (магнитом, щипцами
и т. д.) при отключенном электриче-
ском токе и нагревателях.
В крупных травильных отделениях
(на участках) следует предусматривать
механизированный разлив кислоты
с применением трубопроводов й медных
бачков, устанавливаемых над каждой
ванной. Ванны с кислотами должны
размещать так, чтобы верхние борта
их находились на расстоянии 0,9—
1,0 м от пола или настила и рабочим
не приходилось бы нагибаться над
паннами при загрузке или выгрузке
деталей. Загрузка (выгрузка) крупно-
габаритных деталей в такие ванны
(из ванн) должна осуществляться толь-
ко с применением подъемно-транспорт-
ных сооружений и приспособлений.
Травильные растворы в установках
большой емкости следует подогревать
при помещи кислотостойких тепло-
обменников, а перемешивание осуще-
ствлять механическими мешалками
или сжатым воздухом. Запрещается
подогревать растворы серной кислоты
до температуры свыше 60 °C, а соляной
кислоты свыше 40 °C. Следует совер-
шенно исключить применение для трав-
ления в условиях производства смеси
уксусной и хлорной кислот, так как
при наличии в смеси хлорной кислоты
более 55% смесь склонна к воспла-
менению и взрыву. Для уменьшения
выделения водорода и вредных паров
в раствор рекомендуется при
травлении черных металлов вво-
352
Охрана труда в голЬваничест х цехах
кет, пенообразователи ОП-Ю, ОП-7,
уникод и другие вещества. Не допу-
скается применение серной кислоты,
загрязненной мышьяковистыми соеди-
нениями сверх количества, предусмо-
тренного стандартом на эту кислоту.
При химической обработке магния
и его сплавов необходимо строго сле-
дить, чтобы - концентрированная
азотная кислота не Попадала ла них.
При концентрация HNOj выше 30 г/л
возможно загорание деталей из маг-
ниевых сплавов. Не разрешается за-
гружать изделия из магниевых сплавов
в расплавленные щелочи. Электро-
оборудование на участке травления
этих сплавов должно быть во взрыво-
безопасном исполнении.
Травление титана и его сплавов при
температуре выше 460 °C ^особенно
тонких листов в нагар-гованном со-
стоянии) в расплаве каустика недо-
пустимо ввиду возможности загорания
тигана в расплаве, что может привести
к взрыву и разбрызгиванию щелочного
расплава. При загорании титана в рас-
плаве щелочи необходимо немедленно
выключить нагрев ванны и выгрузить
детали. Не допускается соприкоснове-
ние титана и его сплавов с дымящейся
азотной кислотой. Для гашения горя-
щего титана следует применять сухой
песок, доломитовую пыль, непенные
огнетушители, заряженные порошко-
выми веществами. Применение воды,
углекислоты и азота для тушения
титана не разрешается.
При работе с цианистыми электро-
литами для очистки выбрасываемого
вентилятором загрязненного воздуха
должен быть установлен фильтр, погло-
титель или сооружена водяная завеса.
В нерабочее время все циаьистые ванны
должны быть закрыты плотными
крышками. Совместное хранение циа-
нистых веществ и кислот запрещается.
Отработанные цианистые растворы,
шлам и осадки сразу же после чистки
ванны должны быть нейтрализованы
водными растворами щелочи и же-
лезного купороса (при условии при-
менения защитных средств).
Электролиты для хромирования
содержат сильно агрессивное веще-
ство — хромовый ангидрид, а также
кремнефтористый калий и другие ве-
щества, входящие в некоторые элек-
трольтн хромирования. Вредность
процесса усугубляется тел, что экс-
плуатация таких ванн ведется при
температуре 50—90 °C и высокой плот
ностн тока. Поэтому ванны для хро-
мирования должны быть оборудованы
бортовой вентиляцией. Для умень-
шения образования над ваннами хро-
мирования тумана рекомендуется зер-
кало вачны покрыгать стеклянными
или пластмассовыми полыми шари-
ками, задерживающими унос мель-
чайших частиц электролита.
Нельзя допускать контакта хромо-
вого ангидрида со спиртами, уксусной
кислотой, маслами, керосином и дру-
гими горючими жидкостями. При
случайном попадании электролита
на кожу лица и рук следует удалять
его 5%-ным раствором гипосульфита
с последующей промывкой холодной
водой; при попадании электролита
в глаза, необходимо промыть их 1%-
ным раствором гипосульфита, а затем
водой. При приготовлении кремне-
фтористоводородного электролита хро-
мирования нужно соблюдать следу-
ющие предосторожности: в сосуд
с двойным дном насыпать кварц, кото-
рый следует нагреть кипящей водой
до 70—80 °C; затем кварц облить
плавиковой кислотой (для охлаждения
раствора добавлять лед или холодную
воду). В приготовленный раствор вве-
сти свинцовый 'глет.
Для обеспечения безопасной экс-
плуатации электрооборудования необ-
ходимо у опасного электрооборудова-
ния вывешивать предупредительные
надписи и плакаты; при работе с элек-
трооборудованием чс допускать, чтобы
рабочий стоял на влажном или метал-
лическом полу.
Поражение электрическим током
характеризуется потерей сознания,
мгновенным появлением судорог,
ослаблением или полной остановкой
сердечной деятельности и дыхания.
Наиболее опасным для человека счи
тается переменный ток частотой 50—
60 Гц, силой 0,1 А я напряжением
свыше 250 В.
В гальванически* цехах при наличии
высокой влажности паров кислот и ще-
лочей происходит ускоренное старе-
ние изоляции электропроводов, что
может вызвать короткое вамыкание
Техника безопасности и промышленная санитария
353
87. Температура вспышки
и самовоспламенения некоторых
вещестг ирг нормальном атмосферном
давлении
Вещество Температура, °C
ВСПЫШКИ самовоспла- менения
Анилин Ацетон Бензин Бензол Вазелин Глицерин Кероси1. Ксилол Сера Природные газы Масла растительные Метиловый спирт Парафин Толуол Этиловый спирт Этиловый эфир Сажа Т рансформаторное масло 71 —20 —25 —16 150 160 28 20 >170 ~0 160 5 12 —40 135 600 500 230 580 200 500 250 >550 >350 >300 550 400 188 >240
и загорание проводов, поэтому в уста-
новленные сроки следует производить
профилактический ремонт всего
электрооборудования цеха.
Запас кислот в цеховых кладовых
не должен превышать двухсуточной
потребности. Хранить кислоты необ-
ходимо в специальном помещении
с кислотоупорными полами и стенами
в закрытых кислотостойких резерву-
арах или в таре завода-поставщика.
Сосуды для каждого вида кислоты
должны иметь отличительную окраску.
Запрещается хранение кислот совме-
стно с другими химическими веще-
ствами и материалами. Химические
вещества в гальваническом цехе сле-
дует хранить в специально оборудо-
ванном помещении раздельно, по груп-
пам, в зависимости от их способности
к химич< скому воздействию. Твердый
едкий натр хранят в железных бара-
12 Мельников П. С.
88. Пределы взрываемости (%) смесей
некоторых газов и паров с воздухом
(при давлении 0,1 МПа и комнатной
температуре)
Газ или пар Предел взрывае- мости
Аммиак 15,5—27,0
Ацетальдегид 4—57
Бензин 1—7
Бензол 1,4—9,5
Водяной газ 6—70
Гексан 1,2—7,0
Гептан 1—6
Керосин 1,0—7,5
Метиловый спирт 5,5—37,0
Метил хлористый 8—20
Генераторный газ 20—75
Оксид пропилена 2—22
Светильный газ 5—35
Сероокись углерода 11,5—28,5
Сероуглерод 1—50
Толуол 1,3—7,0
Циклогексанон 1—9
Этил бромистый 7—11
Этил хлористый 3,5—14,8
Оксид этилена 3—80
Этиловый спирт 3,3—19,0
Этиловый эфир 1—40
банах, а жидкий — в железных бан-
ках; летом, как исключение, жидкий
NaOH хранят в стеклянных бутылях.
Меры противопожарной безопасно-
сти. В табл. 87 и 88 приведены неко-
торые данные о температурах вспышки
и воспламенения, а также пределы
взрываемости основных веществ и
газов, применяемых в гальванических
цехах.
Пламя можно потушить одним из
следующих способов (или их комбини-
рованием): удалением горючего мате-
риала из зоны пожара; прекращением
доступа кислорода: охлаждением горя-
щего вещества ниже температуры его
воспламенения. Температурой вос-
пламенения следует считать темпера-
туру, при которой вещество при крат-
ковременном приближении к поверх-
ности его пламени загорается и про-
должает гореть. В тех случаях, когда
температура вспышки вещества срав-
нительно низкая (менее 20—50 ®С),
температура воспламенения или сов-
354
Охрана труда в гальванических цехах
падает с ней или выше на несколько
градусов. Если же температура вспыш-
ки вещества достаточно высокая, то
обычнотемпературавоспламенения зна-
чительно превышает ее (разность между
ними достигает десятков градусов).
Основные огнетушительные сред-
ства, применяемые в обычных усло-
виях: вода (в виде струн или распы-
ленная), химическая пена (для ее полу-
чения применяют огнетушители),
воздушно-механическая пена, СОа
и сухой песок. Для тушения горящих
веществ в небольших сосудах при-
меняют различные покрывала из асбе-
сга или других негорючих материалов.
Вода применяется для тушения гли-
церина, дивинила, канифоли, каучука,
мазута, нефти, парафина, серы, ски-
пидара, смол, сургуча, углей, целлу-
лоида, целлюлозы (в виде струи или
в распыленном состоянии в зависимо-
сти от природы горящего вещества).
Песок является универсальным
средством пожаротушения С его
помощью тушат алюминии, калий,
кальций, карбид кальция, магний,
натрий, формальдегид и другие веще-
ства, разлитые в небольшом количе-
стве на поверхности пола, а также
горящие щелочные, щелочно-земельные
и другие металлы. Пену из огнетуши-
телей применяют для пожаротушения
анилина, ацетона, бензина, бензола,
глицерина, керосина, лаков, олифы,
сероуглерода, спиртов, эфиров и др.
Спирты и эфиры с высокой температу-
рой кипения (выше 175 °C) можно ту-
шить водой. Для тушения небольшого
количества горящих веществ, которые
нельзя тушить водой, применяют также
порошковые (сухие) огнетушители.
В процессе хранения тех или иных
химикатов в гальванических цехах
и на складах материально-техниче-
ского снабжения при определенных
условиях возможно выделение раз-
личных газов, которые могут привести
к взрыву или самовоспламенению. Не-
совместимые газы, образующие газовые
смеси, которые могут химически вза-
имодействовать при обычных усло-
виях, следующие: оксид азота + кис-
лород; аммиак + галлоиды (или
галлоидоводороды); аммиак + оксиды
хлора; ацетилен + хлор; этилен +
+ хлор. Такие соединения (смеси).
как водород-f- хлор, оксид угле-
рода + хлор, углеводороды (алифа-
тические) + хлор, реагируют при
освещении, а смеси оксид азота +
+ хлор, селеноводород + кислород,
сероводород + кислород, сероводо-
род + сернистый газ, теллуроводо-
род + кислород реагируют в при-
сутствии паров воды.
В гальванических цехах во всех
случаях, когда необходимо оказать
медицинскую помощь пострадавшему,
в частности и при травматических
повреждениях, следует, как правило,
обращаться к дежурным медицинским
работникам, в ближайшие здравпунк-
ты, лечебные учреждения, а в отдель-
ных случаях вызывать «скорую по-
мощь:». Однако первую медицинскую
помощь до появления медицинских
работников пострадавшим должны
оказать сотрудники цеха.
При химических ожогах необхо-
димо предпринимать следующие
меры. В случае ожогов кислотами
и щелочами немедленно начать (и про-
должать в течение 5—10 мин) обильное
обмывание пораженного участка
водой, желательно под некоторым дав-
лением (под краном). Обожженный
пораженный участок обрабатывают
нейтрализующими растворами: 2%-
ный раствор NaHCO3 или слабый рас-
твор аммиака — при ожогах кисло-
тами; 1%-ный раствор лимонной
кислоты (или уксусной) — при ожогах
щелочами. При попадании кислоты
или щелочи в глаз необходимо вначале
промыть его большим количеством
воды; затем — разбавленным рас-
твором NaHCOs (при попадании кис-
лоты) или насыщенным раствором бор-
ной кислоты (при попадании щелочи).
При ожогах фосфором или серой
надо сбросить горящую одежду или
накинуть на пламя смоченные водой
ткани (полотенце, халат и т. д.). По-
тушить горящий фосфор (серу) струей
воды из-под крана или 1—2%-ным
раствором CuSO4, удалить (пинцетом)
все видимые частицы фосфора или
серы, наложить на ожог повязку,
обильно смоченную в 2%-ном растворе
медного купороса или в 5%-ном рас-
творе NaHCOg, или в 3—5%-ном рас-
творе КМпО4. В холодное время года
наложить сухую стерильную повязку.
ГЛАВА
29
РАСЧЕТ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ПРОЦЕССОВ НАНЕСЕНИЯ
ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ
ПОКРЫТИЙ
Общие положения. Экономическую эф-
фективность внедрения новых техно-
логических процессов нанесения
гальванических процессов следует
определять на основе сравнения пока-
зателей внедряемого варианта с пока-
зателями исходного (базового) вариан-
та. За базу сравнения принимают дей-
ствующие и наиболее распространен-
ные на предприятиях технологические
процессы нанесения покрытий.
Необходимым условием определе-
ния сравнительной экономической
эффективности является сопостави-
мость вариантов по объему производ-
ства (квадратные метры поверхности
покрытия) и недействующим на расчет-
ный период ценам, тарифам и ставкам.
Если разработка, внедрение и освоение
новой техники предусматриваются на
несколько лет, основные экономические
показатели необходимо корректиро-
вать по базовому варианту с учетом
их изменений к моменту внедрения
новой техники за счет дальнейшего
освоения и лучшего использования
применяемой техники.
Основные и дополнительные пока-
затели экономической эффективности.
Основными показателями экономи-
ческой эффективности внедрения
технологических процессов нанесения
гальванических покрытий являются:
капитальные вложения; себесто-
имость продукции по изменяющимся
видам затрат; сроки окупаемости капи-
тальных вложений и коэффициенты
эффективности; производительность
труда (количество продукции на од-
ного рабочего). К дополнительным
показателям экономической эффек-
тивности относят: снижение трудо-
емкости процесса нанесения покры-
тий на детали; экономию материалов;
количество продукции, получаемой
с 1 ма производственной площади;
12*
уменьшение потерь времени на времен-
ную нетрудоспособность при про-
фессиональных заболеваниях.
Капитальные вложения необхо-
димо рассчитывать отдельно по базо-
вому и внедряемому варианту. Общие
капитальные вложения (руб.) рассчи-
тывают как сумму всех единовремен-
ных затрат на внедрение данного тех-
нического варианта по формуле
К = КПЛ + Ко + К„. Т + Кп>
где ^пл — стоимость производственной
площади, руб.; К к. т — стоимость
коммуникаций и средств для обеспе-
чения техники безопасности, руб.;К0—
стоимость оборудования, руб.; К и—
затраты на разработку нового техно-
логического процесса, руб.
Дополнительные капитальные вло-
жения (руб.) определяют как разность
общих капитальных вложений по
сравниваемым вариантам:
Кд = К2 — Ki.
где Кг и К.\ — общие капитальные
вложения во внедряемый и базовый
варианты, руб.
В процессе расчета экономической
эффективности учитывают число
ванн, необходимых для нанесения дан-
ного покрытия,
где В — годовая программа нанесения
покрытий на детали, м“; Т — время
выдержки деталей в ванне, ч; Фв —
годовой фонд времени работы обору-
дования с учетом коэффициента ис-
пользования оборудования, ч; S —
единовременная загрузка одиночной
ванны, м2; k — коэффициент загрузки
(обычно принимается равным 0,8).
Годовая экономия от изменения се-
бестоимости продукции (текущие за-
356
Расчет вффективности процессов нанесения гальванических покрытий
траты). Изменение себестоимости или
годовую экономию (руб.) определяют
путем сравнения себестоимости годо-
вого выпуска покрытых деталей в ба-
зовом и внедряемом вариантах по
формуле
Э= Сг — С„
где Сх и Са — себестоимость годовой
программы нанесения покрытий на
детали в базовом и внедряемом вари-
антах, руб.
В состав себестоимости входят сле-
дующие затраты: заработная плата
с начислениями, стоимость химикатов,
стоимость тепло- и электроэнергии,
амортизационные отчисления и затраты
на текущий ремонт оборудования.
Фонд заработной платы (руб.) при
работе на стационарных ваннах
Ф = tBzPDaDo,
где t — трудоемкость нанесения 1 м’
покрытия, чел./ч; В — годовая про-
грамма нанесения покрытия на де-
тали, м2; z — тарифная ставка рабо-
чего, руб/ч; Р — коэффициент вы-
полнения норм; Da — коэффициент,
учитывающий дополнительную зара-
ботную плату (1,05—1,10); Do — коэф-
фициент, учитывающий отчисления
на социальное страхование (1,06—
1.Ю).
Фонд заработной платы (руб.) при
наличии норм численности для обслу-
живания оборудования (автомати-
ческих линий) определяют по формуле
Ф = РСФоО012,
где R — норма численности для обслу-
живания оборудования в одну смену,
чел.; С — число смен работы линий;
Фо —- среднемесячная заработная
плата одного рабочего, руб.; Do —
коэффициент, учитывающий отчисле-
ния на социальное страхование; 12 —
число месяцев в условном году.
Затраты на химикаты (руб.)
I
2 Сх = ХудВЯЮОО,
1
где 2^-х — сумма затрат на различные
химикаты для выполнения годовой
программы нанесения покрытий на
детали, руб.; Хуя — удельная норма
расхода одного вида химикатов на
нанесение 1 м1 покрытия с учетом
заданной толщины покрытия, г; В —
годовая программа нанесения покры-
тий на детали, м2; Н — стоимость
1 кг химикатов, руб.
Стоимость электроэнергии
__ ипв-1
Ст в 0,7-1000 Цв’
где U — напряжение на ванне. В; П —
плотность тока на 1 дм2 поверхности,
А/дм2; В — годовая программа на-
несения покрытий на детали, м2; т —
время выдержки деталей в электро-
лите, ч; 0,7 — коэффициент полезного
действия; 1000 — коэффициент пере-
вода в киловатт-часы; Ца — стоимость
1 кВт-ч технологической электро-
энергии, коп.
Суммарная стоимость электроэнер-
гии, потребляемой вспомогательным
оборудованием (руб.)
Сс о = МакакцТСЦа,
где А1в — установленная мощность
электропотребителей, кВт; ka —
коэффициент загрузки электропотре-
бителей, учитывающий недогрузку
потребителей по мощности и времени
работы; kn — коэффициент, учитыва-
ющий потери силы тока в сети; Т —
годовой фонд времени работы электро-
нагревателей при работе в одну сме-
ну, ч; С — число смен работы потреби-
телей; Цв — стоимость 1 кВт-ч элек-
троэнергии, руб.
Для укрупненных расчетов произ-
ведение ksk3 принимают равным 0,7.
Стоимость пара, сжатого воздуха
и воды, расходуемых на технологи-
ческие цели за год,
Ся = ЬВЦ,
где b — норма расхода данного вида
энергии для нанесения 1 м2 покрытия;
В — годовая программа нанесения
покрытия на детали, м2; Ц — сто-
имость единицы данного вида энергии
(или технологической воды).
Затраты на текущий ремонт и со-
держание гальванического оборудо-
вания принимают равными 3—5% сто-
имости оборудования.
Затраты, входящие в себестоимость
нанесения покрытий на детали. За-
траты на переделку покрытия следует
определять процентом забракованных
Расчет вффективности процессов нанесения гальванических покрытий
357
деталей с учетом затрат на покрытие
по каждому из сравниваемых вариан-
тов отдельно. Стоимость неисправи-
мого брака определяется суммой пол-
ной цеховой себестоимости забрако-
ванных деталей (по себестоимости заго-
товительного цеха) и полной цеховой
себестоимости операции нанесения по-
крытия (за вычетом стоимости лома
отходов и суммы, удержанной с ви-
новных). Если в сравниваемых вари-
антах изменяется численность рабо-
чих, то при определении затрат на
годовую программу нанесения по-
крытий на детали учитывается размер
накладных расходов по охране труда
(спецодежда, молоко, вытяжная вен-
тиляция). Накладные расходы по
охране труда в гальванических цехах
составляют 6—8% заработной платы.
Внедрение мероприятий, в резуль-
тате которых обеспечивается рост объ-
ема производства продукции, при-
водит к относительной экономии
условно-постоянной части накладных
расходов, т. е. расходов, не связанных
с изменением выпуска продукции (за-
работная плата цехового и управлен-
ческого персонала, затраты на осве-
щение и отопление помещения, затраты
на исследования, разработки н т. д.).
Экономию постоянной части наклад-
ных расходов (руб.) рассчитывают по
формуле
ЭуП — Нуп
где НуП — годовая сумма условно-
постоянной части накладных расходов
по базовому варианту, руб.; Вн —
выпуск продукции в натуральном вы-
ражении но внедряемому варианту, м!;
Вс — выпуск продукции в натураль-
ном выражении по базовому вариан-
ту, м2.
Срок окупаемости и коэффициент
экономической эффективности. Срок
окупаемости дополнительных капи-
тальных вложений
Kt — Ki ^доп
7 ок ~ Cj —Сг-------Э~ ’
где /Сдоп — дополнительные капиталь-
ные вложения, руб.; Э — годовая
экономия, руб.
Коэффициент экономической эффек-
тивности дополнительных капиталь-
ных вложений является величиной,
обратной сроку окупаемости, и харак-
теризует экономию, приходящуюся
на 1 руб. единовременных капитальных
вложений:
Е — С1~С]
1
________ Э______________
Ki ---------------------К\ Кдоп 7"ок
Нормативный коэффициент экономи-
ческой эффективности Е = 0,12.
Фактор времени при определении
экономической эффективности. При
длительных разработках технологи-
ческих процессов нанесения гальва-
нических покрытий (более двух лет)
и различном распределении капиталь-
ных вложений по периодам в расчете
экономической эффективности сле-
дует учитывать фактор времени. За-
траты (руб.), производимые в различ-
ное время, находят по формуле
Кт = Ко(1+^)Т.
где Кт — эквивалентные капитало-
вложения через Т лет, руб.; Ко —
капиталовложения в текущем пери-
оде, руб.; Е — нормативный коэффи-
циент эффективности для приведения
разновременных затрат (принимают
равным 0,08); Т — период времени, год.
Показатели роста производительно-
сти труда. В качестве единого для всех
видов работ показателя, отражающего
рост производительности труда, сле-
дует принимать экономию рабочей
силы (%):
др
где Л/? — численность высвобожден-
ных рабочих; R — общая численность
рабочих. Снижение трудоемкости (%)
ДА; = 100,
h
где и /а — трудоемкость нанесения
1 м2 покрытия в сравниваемых вариан-
тах, чел.-ч.
Численность относительно высво-
бождаемых рабочих
ДЯ = -^-,
1 р
где А/ — изменение трудоемкости на-
несения 1 м2 покрытия, чел.-ч; В —
358
Расчет вффективности процессов нанесения гальванических покрытий
годовая программа нанесения покры-
тий на детали в сравниваемых ва-
риантах, м2; Т-р — годовой фонд вре-
мени одного рабочего (в среднем равен
1835 чел.-ч).
Годовая экономическая эффектив-
ность внедрения новой техники. При
сравнении нескольких вариантов
основным показателем экономической
эффективности является минимум за-
трат. Наиболее эффективный вариант
определяется минимумом приведенных
затрат:
Зпнп ~ С 4“
или
Зщш = К + ТВС.
где С — себестоимость годовой про-
граммы нанесения покрытий на детали
по тем же вариантам, руб.; Ев —
нормативный коэффициент сравни-
тельной экономической эффективно-
сти; К — капитальные затраты по
каждому варианту; Тв — срок окупа-
емости.
Годовая экономия от внедрения но-
вой техники (руб.) определяется из
разности приведенных затрат базо-
вого и внедряемого вариантов:
Эе. в = (Ci + EBKi) — (Cs + EBKt),
где С] и Cs — себестоимость годовой
программы нанесения покрытий на
детали в базовом и внедряемом вариан-
тах, руб.; Ki и — общие капиталь-
ные вложения в базовом и внедряемом
вариантах, руб.; Ев — нормативный
коэффициент сравнительной эконо-
мической эффективности.
Изменяющиеся элементы текущих
затрат и экономических показателей.
Текущие затраты на доставку горючих
и взрывоопасных материалов в цех
со склада (руб.)
Фт = /-262г,
где t — время, затрачиваемое в сутки
на транспортирование взрывоопасных
и горючих химических материалов, ч;
262 — число рабочих дней в году;
г — среднечасовая заработная плата
такелажника, руб.
Коэффициент увеличения съема
продукции с 1 м2 производственной
площади при интенсификации процес-
сов нанесения покрытий находят по
формуле
где SH я $0 — съем продукции с 1 м2
производственной площади при ин-
тенсифицированном и обычном про-
цессах нанесения покрытий, м2.
Возможная годовая программа на-
несения покрытий при интенсифици-
рованном процессе
Ев — Eq — kc,
где Во — годовая программа нанесения
покрытий на детали при обычном про-
цессе нанесения покрытия, м2; kc —
коэффициент увеличения съема про-
дукции с 1 м2 производственной пло-
щади при интенсификации процессов
нанесения покрытий.
Применение нетоксичных электро-
литов способствует уменьшению по-
терь времени на временную нетрудо-
способность при профессиональных за-
болеваниях и увеличивает объем вы-
пускаемой продукции (м2), который
следует рассчитывать по формуле
В — Bi — Вд,
где Bv — плановая годовая программа
нанесения покрытий на детали, м2;
Вп — объем дополнительно покрыва-
емой поверхности, м2.
Вд = Wt.
Здесь W — выработка продукции на
одного человека, м2; t — потери вре-
мени на временную нетрудоспособ-
ность при профессиональных заболе-
ваниях, ч.
Экономия фондов социального стра-
хования. Экономия фондов социаль-
ного страхования (руб.) достигается
за счет сокращения времени нетрудо-
способности при профессиональных
заболеваниях, достигаемого в ре-
зультате применения нетоксичных
электролитов вместо цианистых:
Эс. с = «Фо-12.
где R — среднегодовое число больных
рабочих с временной нетрудоспособ-
ностью (определяется по статистиче-
ским данным предприятия); Фо —
среднемесячная заработная плата
Расчет эффективности процессов нанесения гальванических покрытий
359
одного рабочего, руб.; 12 — число
месяцев в условном году.
Экономия от внедрения износостой-
ких покрытий. Экономию в сфере про-
изводства (руб.) от увеличения долго-
вечности деталей за счет меньшей
потребности в эксплуатации более дол-
говечных деталей определяют по фор-
муле
а _____г ____£•.
-'и. п — т ,
где Ci и С» — сумма текущих затрат
на производство годовой программы
деталей с первоначальной и повышен-
ной долговечностью, руб.; kn =
= Ttl7\ — коэффициент повышения
долговечности, который следует
определить по формуле (7, и Тг —
срок службы деталей с первоначальной
и повышенной долговечностью).
Экономия от внедрения нормативно-
технической документации. Экономию
от внедрения нормативно-техниче-
ской документации определяют с уче-
том внедрения типовых технологи-
ческих процессов нанесения галь-
ванических покрытий, приведенных
в технической документации и сокра-
щения длительности цикла подготовки
производства гальванопокрытий. Эко-
номию от сокращения цикла подго-
товки производства в результате вне-
дрения нормативно-технической до-
кументации следует определять,
исходя из следующих факторов: сни-
жения трудоемкости работы техноло-
гов за счет сокращения исследователь-
ских и экспериментальных работ
благодаря наличию типовых решений;
привлечения инженерно-технических
работников более низкой квалифика-
ции для подготовки производства; со-
кращения расхода материалов на ис-
следовательские и экспериментальные
работы.
Экономия от сокращения длитель-
ности цикла подготовки производства
является единовременной на полный
период производства новых изделий.
Длительность производства новых из-
делий принята равной пяти годам,
т. е. коэффициент приведения равен
0,2. Годовую экономию от сокращения
цикла подготовки производства (руб.)
при внедрении нормативно-техниче-
ской документации рассчитывают
по формуле
Зп. год =
где Эп — сокращение стоимости рас-
ходуемых материалов, руб.; k — коэф-
фициент приведения.
Суммарная годовая экономия от вне-
дрения нормативно-технической до-
кументации на данном предприятии
(руб.):
Эн. Т. Д = 2 ^Т. Т. П + Эп. ГОД,
где 2 ^т. т. п — годовая экономия от
внедрения типовых технологических
процессов, приведенных в норма-
тивно-технологической документации,
руб.; Эп. год — годовая экономия от
сокращения цикла подготовки произ-
водства в результате внедрения доку-
ментации, руб.
РАСЧЕТ ПОТРЕБНОСТИ
ГЛАВА OU ОБОРУДОВАНИЯ,
РАБОЧИХ
И ТЕПЛОЭНЕРГИИ
ДЛЯ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО
ЦЕХА
Основное и вспомогательное оборудо-
вание. Требуемое количество оборудо-
вания в гальванических цехах рас-
считывают, исходя из вида и площади
покрытия деталей (площадь покрытия
деталей — в квадратных дециметрах
или квадратных метрах). Для деталей
сложной конфигурации, имеющих при-
мерно одинаковую толщину, расчет
поверхности покрытий ведут по фор-
муле
F =
\0ту’
где F — покрываемая площадь, дма;
g — масса детали, г; т — толщина
детали, мм; у — плотность, г/см8.
Метод обработки деталей зависит
от размеров и их конфигурации, а так-
же от вида покрытия. Крупные детали
обрабатывают на подвесках, а мел-
кие — в барабанах или колоколах
(возможно на сетках). К малогабарит-
ным деталям следует относить детали
массой до 100 г и длиной до 100 мм.
При этом необходимо учитывать, что
при покрытии в барабанах (колоколах)
мелкие детали могут слипаться, сты-
коваться, всплывать, скручиваться ме-
жду собой (например, пружины) и т. д.
Анодировать или хромировать мелкие
детали в барабанах или колоколах
нельзя, так как каждая деталь требует
индивидуального и жесткого (на-
дежного) контакта. При анодировании
допускается для малогабаритных
деталей (заклепки, гайки и др.) при-
менять перфорированные стаканы
или корзины.
При многослойных декоративных
покрытиях детали, смонтированные на
подвесках, необходимо обрабатывать
только с применением непрерывного
автоматизированного процесса. При
химических видах покрытий все детали
помещают в сетки, корзины или кас-
сеты (в ряде случаев применяют коло-
кола и барабаны). Подвески в таких
случаях применяют редко из-за слож-
ности конфигурации деталей.
Расчет годовой программы проводят
отдельно для каждой детали. Иногда
при большой номенклатуре выпуска-
емых изделий проектирование ведут
по специальной программе. Из общего
количества выпускаемых изделий вы-
бирают наиболее характерные, для
которых проводят все расчеты. Для
остальных изделий (деталей) при расче-
тах применяют коэффициенты подобия.
Расчет оборудования и количества
рабочих в основном производят со-
гласно утвержденным фондам вре-
мени (табл. 89 и 90).
При нанесении покрытий на детали
на подвесках в массовом и крупно-
серийном производстве при про-
грамме более 30 м2/ч применяют ав-
томаты кареточного типа как наи-
более производительные, при неболь-
шой программе — автоматы автоопера-
торного типа. Единовременную за-
грузку устанавливают в зависимости
от характера и габаритных размеров
обрабатываемых деталей, вида по-
крытия. метода обработки, типа при-
нятого оборудования. Она может быть
взята по площади покрытия деталей,
их массе или количеству.
По данным предприятий, средние
нормы загрузки (мг) на 1 м2 площади
подвески принимаются равными:
для защитных покрытий 1—1,2; для
декоративных 0,75—0,9; при анодиро-
вании 2—2,4; при химических покры-
тиях на подвесках 2—2,4. Для защит-
ных и защитно-декоративных по-
крытий в колоколах на один колокол
емкостью 80 л (диаметр основания
колокола 0,5 м) загрузка составляет
1,0—1,5 м8; в барабанах на один бара-
бан емкостью 50 л — 2 ма.
Расчет потребности оборудования, рабочих и тепмзнергии
361
89. Расчетный годовой фонд времени работы оборудования
гальванических цехов
Количество смен Номи- нальный годовой фонд времени, Потери от годового фонда времени, % Действи- тельный годовой фонд времени, ч Номи- нальный годовой фонд времени, ч Потери от номи- нального годового фонда времени, % Действи- тельный годовой фонд времени, ч
Н еавтоматизированное Автоматизированное
оборудование оборудование
Одна 2070 2 2030 — — —
Две 4140 3 4015 4140 8 3810
Три 6210 4 5960 6210 10 5590
При твердом хромировании на 1 м
длины штанги ванны загружают 0,1—
0,2 м2. При химических покрытиях
в ваннах насыпью в корзинах загрузка
равна 10—12 м2 (или около 100 кг
на 1 м8 электролита). При цинковании
или кадмировании, наприьер, на одну
подвеску размером 0,6X0,9 м можно
установить детали, поверхность кото-
рых была бы не более 0,6—0,7 м2.
При покрытии мелких деталей на-
сыпью в колоколах или барабанах
единовременная загрузка зависит
в первую очередь от объема барабана
(колокола) Для электрохимических
процессов объем загружаемых деталей
составляет около 30% объема бара-
бана, а для колоколов — 15—20%
объема колокола. При химических
покрытиях объем загружаемых деталей
в барабан должен быть не более 70%
объема барабана.
Общее время обработки деталей
включает в себя технологическое (1,)
и вспомогательное (т,) время: т = ti +
т,. Технологическое время зави-
сит от продолжительности процесса
на данной операции. Вспомогательное
время — это дополнительное время,
затраченное на загрузку и выгрузку
деталей из ванн.
При гальваническом осаждении
металлопокрытий продолжительность
процесса зависит от природы осажда-
емого металла, толщины слоя, плот-
ности тока, выхода по току:
ту1000-60
Т1 ~ ’
где т — толщина покрытия, мм; у —
плотность осаждаемого металла,
г/см8; 1н — плотность тока, А/дм2; Е —
электрохимический эквивалент, г/(А X
X ч); т) — выход металла по току, %.
Расчет продолжительности про-
цесса металлопокрытия в колоколах
или барабанах ведут с учетом того,
что не все детали одновременно под-
вергаются покрытию. Поэтому расчет
проводят по средней плотности тока.
90. Действительный годовой фонд времени рабочих
Продолжи- тельность рабочей недели, ч Продолжи- тельность основного отпуска, дни Номинальиый годовой фонд времени, ч Потери времени от номиналь- ного фонда времени, % Расчетный годовой фонд впеменн рабочего, ч
41 15 2070 10 I860
41 18 2070 11 1840
41 24 2070 12 1820
362
Расчет потребности оборудования, рабочих и теплознереии
Неравномерное пересыпание деталей
в барабанах, а также частичное исти-
рание покрытия при этом приводит
к тому, что продолжительность про-
цесса металлопокрытия увеличи-
вается на 25—30% по сравнению
с расчетным временем.
Продолжительность промывных опе-
раций колеблется в широких пределах
(0,25—5,00 мин). При покрытии дета-
лей в колоколах (барабанах) продол-
жительность промывки несколько
выше, чем при покрытии на подвесках.
Для автоматов с жестким циклом
время промывки равно ритму выдачи
приспособлений минус время переноса
подвесок из ванн в ванну. В остальных
случаях время промывки деталей на
подвесках составляет 15—25 с, а при
покрытии насыпью 30—60 с. Вспомо-
гательное время на загрузку и вы-
грузку деталей определяют в зависи-
мости от типа оборудования (прибли-
зительно оно равно 0,5—5,0 мин).
Автоматические линии металло-
покрытий в большинстве случаев рабо-
тают без остановки на обеденный
перерыв. Поэтому при расчете обору-
дования время на организацию и про-
ведение первоначальной загрузки
не учитывают, считая, что оно ком-
пенсируется временем обеденных
перерывов. Если время полного техно-
логического цикла в автомате велико
и составляет более 3 ч, обычно назна-
чают трехсменный режим работы.
При расчете производительности
ванн для ручной обработки учитывают
их размеры. В соответствии с произ-
водственной программой и принятой
единовременной загрузкой одной
ванны рассчитывают количество за-
грузок на годовую программу
где X — количество загрузок на годо-
вую программу; Р — годовая про-
грамма, ма, кг или шт. (подвесок);
у — единовременная загрузка, ма, кг
или шт. (подвесок).
Суммарное время, необходимое
для выполнения всей программы, опре-
деляют по формуле
хХ
Тс= 60 ’
где общее время обработки деталей
(мин) х = ti 4- Ts.
При этом количество ванн
тс
Т ’
л
где Т — годовой фонд рабочего вре-
мени оборудования, ч.
Количество принятых к установке
ванн должно быть всегда больше рас-
четного с учетом коэффициента их
загрузки, равного 0,90—0,95.
Коэффициент загрузки ванны на-
ходят по формуле
где п и пх — соответственно количе-
ство ванн расчетное и принятое.
Производительность ванны (ма/мин,
кг/мин или шт/мин)
р, 760-7
X
Габаритнг е размеры ванн рассчита*
вают, исходя из внутренних их раз-
меров. Внутренняя длина ванны (м
или мм)
/ви = П^1 + (Я1 — 1) I» +
где 1г — размер подвески по длине
ванны; lt — расстояние между под-
весками; 1г — расстояние между тор-
цовой стенкой и краем подвески; лх —
количество загружаемых на одну
штангу подвесок. Расстояние между
подвесками в ванне принимают равным
30—100 мм в зависимости от размера
и конфигурации деталей, а расстояние
между торцовой стенкой ванны и краем
подвески считают равным 50—100 мм
(~100 мм при загрузке деталей в ванну
посредством электротельфера).
Внутренняя ширина ванны (м или
мм)
W'bh = niW'i + + 2W, + nJD,
где VFx — максимальный размер дета-
лей по ширине ванны; Wt — рассто-
яние между анодом и ближайшим
краем детали; — расстояние между
внутренней стенкой продольного
борта ванны и анодом; л, — количество
катодных штанг; п3 — количество
анодных штанг; D — толщина анода.
Расчет потребности оборудования, рабочих и теплоянергии
363
Расстояние принимают равным
100—150 мм, а расстояние Ws =
= 50 мм (при наличии змеевика 80—
100 мм). Толщину анодов учитывают
в том случае, если их загружают
в специальные корзины; при исполь-
зовании анодов в виде пластин толщи-
ной до 15 мм они в расчет не при-
нимаются.
Внутренняя высота ванны (м или
мм):
Лвн = Ла4- Ла + Лэ + Л«,
где Л| — высота подвески без под-
весочного крюка; Ла — расстояние ст
дна ванны до нижнего края детали;
Л3 — высота электролита над верхним
краем подвески (~50 мм); Л4 — рассто-
яние от поверхности зеркала электро-
лита до верхнего края бортов ванны.
Расстояние Ла принимают равным 150—
200 мм, а расстояние Л4 = 100-е-150 мм.
Объе” электролита в ваннах опре-
деляют по формуле
V = /Вн^ вн (Лвн Лн).
При расчете ванн колокольного или
барабанного типа задаются размерами
погружаемых в них колоколов и бара-
банов. Размеры колокольных и ба-
рабанных ванн принимают по каталогу
гальванического оборудования Тамбов-
ского механического завода или по
другим типовым конструкциям.
Объем (л) шестигранного барабана
находят по формуле
F_ Зг«Уз
к “ 2 ’
где г — радиус описанной окружно-
сти, дм; / — длина барабана, дм.
Количество деталей, загружаемых в ба-
рабан, принимают равным 25—35%
(для гальванических покрытий) и
50—70% (для химических покрытий)
от объема V барабана.
Массу деталей Q (кг), соответству-
ющую данному объему (л), рассчи-
тывают по насыпно'й массе деталей,
т. е. их массе в 1 л объема g:
Q = eVt-
Площадь покрытия 1 кг деталей
в зависимости от конфигурации и
массы составляет примерно 5—
20 дм2. Следовательно, поверхность
покрытия одной загрузки
S = QSf,
где S/ — площадь покрытия 1 кг дета-
лей, дм2.
Внешнюю длину и диаметр барабана
по сравнению с внутренними разме-
рами увеличивают соответственно
на 100—200 и 100—150 мм. Оьъем
колоколов
V = (K2 + '2 + to)4L,
где R — радиус основания конуса (дно
колокола); г — радиус верхней части
колокола (принимают равным ~0,8Z?);
Л — высота колокола. Объем деталей,
загружаемых в колокол, принимают
равным примерно 15% объема коло-
кола.
При расчете производительности
подвесочных автоматов (кареточного
типа) пользуюточ стандартными раз-
мерами подвесок, м: 0,4X0,6; 0,4Х0,9;
0,4X1,1; 0,6X0,6; 0,6X0,9; 0,6X1,1.
Однако размеры подвесок могу’ быть
иными в зависимости от производи-
тельности данного технологического
процесса нанесения металлопокрытия.
Ритм выдачи подвесок, соответству-
ющий годовой программе, опре-
деляют по формуле
п . T-60gy
* р ,
где R — расчетный ритм выдачи под-
весок (по программе), мин; Т — годо-
вой фонд времени оборудования, ч,
g — количество одновременно выда-
ваемых подвесок; у — загрузка на
одну подвеску, м2; Р — годовая про-
грамма, м2. Кареточные автоматы мо-
гут работать с ритмом (0,7—1,0)4-
(3,0—3,5) мин. Часовая программа,
т. е. производит?льность, автомата
(м2/ч)
Q = 60gp
Ri ’
где — принятый ритм работы авто-
мата, мин. При этом средняя загрузка
деталей на подвеску gcp = PlPr (здесь
Рг — годовая программа по количе-
ству подвесок).
364
Расчет потребности оборудования, рабочих и тепловнергии
Требуемое количество автоматов п
определяют отношением принятого
ритма 7?! к расчетному R или отноше-
нием годовой программы Р к произ-
водительности одного автомата TQ.
Расчет автоматов жесткого цикла ведут
по формуле
Р
П~ QT ’
где Р — годовая программа, м2; Т —
годовой фонд рабочего времени обору-
дования, ч. Ритм работы автомата
и его производительность определяют
исходя из 100%-ной загрузки ванн
покрытий. Количество ванн покрытий
т
т~ R ’
где т — продолжительность процесса;
R — расчетный ритм. При этом про-
должительность процесса т = +
+ т», где тг — технологическое время,
мин; та — вспомогательное время, мин.
Вспомогательное время принимают
равным 2—3 мин.
Расчет источников постоянного
тока заключается в определении силы
тока, потребляемой ваннами, с уче-
том требуемого напряжения:
I — SiniK,
где I — расчетная сила тока на ванну,
A; 1К — плотность тока, А/дм2; Sx —
площадь покрытия одной подвески,
дм2; п — количество подвесок, одно-
временно загружаемых в ванну.
Силу тока, подводимую к ваннам,
по сравнению с расчетной увеличивают
на 15%.
Напряжение на ванне <р склады-
вается из падения напряжения на
преодоление омического сопротивле-
ния электролита <ро, алгебраической
разности электродных потенциалов
<ра — <рк и падения напряжения в кон-
тактах и проводниках первого рода фф
Оно выражается уравнением
Ф = Фо + (Фа — Фк) + Фф-
Падение напряжения рассчитывают
по формуле
фо х-100’
где 1И — плотность тока, А/дм2; I —
расстояние между деталями и анодом.
см; х — удельная электропроводность
электролита, Ом-1-см-1.
Если катодная и анодная плотности
тока различны, расчет ведут по средней
проходной плотности тока:
фо х-100 ’
где ia —анодная плотность тока, А/дм2.
Выпрямители выбирают по номи-
нальному значению выпрямленного
напряжения для различных процес-
сов. Рекомендуемое номинальное
напряжение выпрямителя для элек-
трохимических процессов различное:
при цинковании, кадмировании, луже-
нии, свинцевании, меднении (циа-
нистое) принимают 6 В; при никели-
ровании, хромировании, электро-
химическом обезжиривании 9—12 В;
при анодировании, электрополирова-
нии 18—24 В.
Расчет шлифовально-полироваль-
ного оборудования ведут по формуле
Р
n~^rg’
где Г — годовая программа, шт.
или м2; g — производительность одного
станка, шт. или м2; Т — годовой фонд
времени оборудования, ч. Коэффи-
циент загрузки станков обычно при-
нимают равным не более 0,8—0,9.
Количество основных и вспомога-
тельных рабочих. Рабочие гальвани-
ческих цехов делятся на производ-
ственных (основных) и вспомогатель-
ных. К производственным относятся
рабочие, занимающиеся непосред-
ственно выпуском продукции (монта-
жом деталей на подвески), гальваники,
обслуживающие ванн! t и автоматиче-
ские линии, шлифовщики и полиров-
щики, гидропескоструйщики и т. д.
К вспомогательным относятся слесари,
монтеры, кладовщики, лаборанты,
уборщицы, подсобные и транспортные
рабочие и др. Нормы для расчета
количества работающих в гальвани-
ческих цехах, указаны в табл. 91.
Расчет количества основных рабо-
чих ведут, исходя из трудоемкости.
Трудоемкость на одно изделие находят
по фактической затрате времени (по су-
ществующим нормам) на обработку
каждой детали, входящей в состав
Расчет потребности оборудования, рабочих и тепловнереии
365
91. Нормы для расчета вспомогательных рабочих, контролеров
и инженерно-технических работников гальванических цехов
(% числа работающих)
Количество производ- ственных рабочих в цехе Производственные рабочие Все рабочие без контролеров
Вспомогательные рабочие (без контролеров) Контролеры ОТК Инженерно- технические работники Служащие Младший обслужи- вающий персонал
Цех металло- покрытий шлнфо- вально- полиро- вальное отделе- ние
гальваниче- ского цеха сектора тех- нического контроля ОТК
с автома- тизиро- ванным оборудо- ванием с механи- зирован- ным обо- рудова- нием
До 25 75—85 40—45 35 10 10 2 —-
25—50 70—80 35—40 35 9 10 1,5 1,2 1
50—100 65—75 — 30 8 10 1 1,2 1
Св. 100 60—70 — 25 7 9 1 1 1
изделия. При проектировании расчет
трудоемкости t на одно изделие ведут
укрупненно по средней трудоемкости
на 1 м® поверхности 1ср (чел.-ч/м®)
и общей поверхности одного изделия
т (м«):
Для защитно-декоративных по-
крытий трудоемкость рассчитывают
отдельно на покрытие и на шлифование
и полирование, затем суммируют. Сред-
нюю трудоемкость на 1 м® поверхности
определяют отношением годовой
трудоемкости к годовой программе
по поверхности обработки:
, пГР
‘ср — р
где п — общее количество производ-
ственных рабочих; 7р — годовой фонд
времени одного рабочего, чел.-ч, Р —
годовая программа, м®; лТр — трудо-
емкость на годовую программу, чел.-ч.
Основные статьи удельной себе-
стоимости при нанесении гальвано-
покрытия (% к общей стоимости)
могут быть выражены следующими
данными: зарплата 20—30%; мате-
риалы и химикаты 10—30%; энерге-
тика 15—30%; эксплуатационные (це-
ховые) расходы 10—25% и амортиза-
ция оборудования и зданий 10—20%.
Штучное время на операцию (мин)
1UO
Т'ш — Т’оп
Неполное штучное время (мин) на
партию деталей
7- _Гоп
1 ш. и — —
и)100’
где Топ — оперативное время (основное
плюс вспомогательное), мин; п —
число деталей в партии, шт.; а —
затраты подготовительно-заключи-
тельного времени, времени на обслу-
живание рабочего места, отдых и есте-
ственные надобности, % оперативного
времени.
Основное (технологическое) время
на партию деталей, т. е. время актив-
ного наблюдения рабочего за процес-
сом покрытия (мин), находят по фор-
муле
Т Tok
Tol~~iT
где То — технологическое время на-
хождения детали в ванне, мин; k —
коэффициент, учитывающий активное
наблюдение за процессом покрытий;
п — число деталей в партии, шт.
366
Расчет потребности оборудования, рабочих и теплоэнергии
Расчет нормы штучного времени
на деталь (мин) в соответствии с тех-
нологическим процессом покрытия
выполняют так:
Т'ш = 4~
+ (Тдп Ч- Лт + • • • + 7шп)>
где Тщн — неполное штучное время,
мин; Тцд, Tai, .... 7ШП — время на
штучные операции, встречающиеся
в данном технологическом процессе,
мин.
Нормативы на монтаж, демонтаж,
изоляцию являются нормой штучного
времени. Расчет норм штучного вре-
мени гальванопокрытий (мин) для
деталей, обрабатываемых в сетках,
колоколах, барабанах, проводят
по формуле
В этом случае штучные операции отсут-
ствуют.
Нормативы времени шлифовально-
полировальных работ включают основ-
ное машинно-ручное время То, вспомо-
гательное время Тц (перемещение дета-
лей с рабочего стола к полировальному
кругу, на перенос обработанных дета-
лей в тару и т. д.). Норма штучного
времени (мин)
7-ш-<7-о + Г,)(1 + А),
где То — норма основного времени,
мин; Тв — норма вспомогательного
времени, мин; К — время на органи-
зацию и техническое обслуживание
рабочего времени, % к оперативному
времени (То + Тъ).
Суммарное время на техническо-
органчзационные и обслуживающие
работы, время на отдых и личные
надобности устанавливают в процен-
тах к оперативному времени. Оно
составляет 14% (9% — время техни-
ческо-организационного обслужива-
ния рабочего места; 5% — время на
отдых и личные надобности). Затраты
времени на подготовку к обработке
новой партии изделий складываются
из следующих элементов подготови-
тельно-заключительного времени: по-
лучение наряда и сдача готовой про-
дукции 3 мин; установка и снятие
круга, наладка круга и станка, под-
готовка к работе 3 мин.
Потребность теплоты, электроэнер-
гии и воздуха. Количество пара, не-
обходимого для нагрева растворов,
определяют по количеству теплоты,
расходуемой для разогрева ванн до
нужной температуры, и теплоты для
поддержания рабочей температуры
ванны:
Орав = Qi + ,
где Qj — количество теплоты для
разогрева раствора или воды и мате-
риала ванны; Qs — расход теплоты
для компенсации тепловых потерь
в окружающую среду. Количество те-
плоты (Дж) определяют по формуле
Qi = (KciY + c2Gj C3G2) (tK — tB),
где V — объем жидкости, м8; сг —
удельная теплоемкость жидкости,
кДж/(кг-К); у — плотность жидко-
сти, кг/м8; са — удельная теплоемкость
материала ванны, кДж/(кг-К); Gj —
масса корпуса ванны, кг; Gs — масса
футеровки ванны, кг; с8 — удельная
теплоемкость футеровки, кДж/(кг-К);
tR — конечная температура нагрева,
°C; tn — начальная температура, °C.
Количество теплоты, необходимое
на компенсацию тепловых потерь
в окружающую среду,
Qs = 81 + 81.
где gt — потери теплоты нагретой
жидкости через стенки (теплопровод-
ностью, конвекцией и лучеиспуска-
нием) , gs — потери теплоты на испаре-
ние жидкости с открытой поверхности.
Количество пара (кг) на разогрев
растворов определяют по формуле
Орав
Р = ~,—
8 —8’
где g' — удельное количество теплоты
пара, кДж/кг; g" — удельное количе-
ство теплоты уходящего конденсата,
кДж/кг.
Примерный расход пара для разо-
грева 1 м’ раствора и воды (давление
пара 0,3 МПа): при температуре 40, 60,
80, 100 °C соответственно равен 50,
95, 140 и 190 кг. В этом случае расход
пара велся от начальной температуры
20 °C при времени разогрева 1 ч. Для
Расчет потребности оборудования, рабочих и теплоэнергии
367
ванн с паропроводящей рубашкой рас-
ход пара принимают с коэффициентом
1 ,5, а при нагреве теплообменниками —
о коэффициентом 1,1.
При электрическом нагреве ванн
расчет электронагревателей ведут
с учетом диаметра и длины проволоки:
d = 0,0405pPs/(Bt/2), Z= P/(31,42d),
где р — удельное сопротивление про-
волоки, Ом-м; Р — мощность нагрева-
теля, Вт; В — удельная нагрузка
нагревателя, Вт/см2 (для нагревателей
типа ЭН-1 принимается равной
3,5 Вт/см2); U — напряжение, В;
d — диаметр проволоки, мм; I —
длина проволоки, м.
Для электрического нагрева ванн
применяют шесть или три трубчатых
нагревателя мощностью 4—5 кВт.
Если количество теплоты, необходимой
для нагрева электролита, составляет Q
(Дж), то соответствующий расход элек-
троэнергии (Вт-ч)
W = Q/3600.
При этом количество теплоты опре-
деляется отношением
Q = VyBCe AZ + 8-
где V — объем электролита, л; ув —
плотность электролита, равная 1,1;
се — удельная теплоемкость электро-
лита, Дж/(кг-ч); g — потери теплоты,
Дж; Д?= ta — t0 [где ta — темпера-
тура, которую необходимо поддержи-
вать в электролите; t0 — первоначаль-
ная температура электролита (до
включения нагревателя)]. Приближен-
ный расчет расхода электроэнергии
(Вт-ч) можно выполнить по формуле
Г = (1,1V + g)/3600.
Потери теплоты g составляют при
отсутствии термоизоляции 30% от Q,
а при наличии термоизоляции 20%.
Мощность электронагревателя
М= W7t,
где т — время разогрева электро-
лита, ч.
На поддержание температуры рас-
ходуется примерно 5% начального
расхода электроэнергии. Этот расход
(Вт-ч) находят по формуле
IV, = g/3600.
Потери теплоты складываются из по-
терь через стенки ванны, потерь через
зеркало электролита и потерь, свя-
занных с нагревом обрабатываемых
деталей. Потери (Дж/ч), связанные
с нагревом деталей, могут быть при-
ближенно рассчитаны по формуле
gi = Рсц Ua — <д),
где р — масса деталей (средняя за
1 ч), кг; сд — удельная теплоемкость
материала деталей, Дж/(кг К); г8 —
температура электролита; /д — темпе-
ратура деталей.
В гальванических цехах подача и на-
грев приточного воздуха достигаются
посредством калориферов. Расход теп-
лоты на нагрев воздуха (Дж/ч)
Q = Vec (ZK — ZH),
где VH — количество воздуха, подле-
жащее нагреву, м3; с — весовая тепло-
емкость воздуха (при 20 °C равная
1,2 кДж/(кг-К); tK — температура
нагретого воздуха; tB — наружная
температура воздуха.
Теплоотдача калорифера
1ГК = Fk (ZT ZB),
где F — поверхность нагрева калори-
фера; k — коэффициент теплоотдачи
(для воды 20—24, а для пара 25—
28 кДж/(ма-градус); /т — средняя
температура теплоносителя: <т =
= (/Е — <к)/2 (/в — температура те-
плоносителя воды и tK — температура
конденсата).
Находящиеся в гальванических
цехах ванны с вредными выделениями
оборудуются бортовыми отсосами.
Объем удаляемого воздуха (м8/ч) через
бортовые отсосы от ванн шириной
0,4—2,5 м следует определять по
формуле
L = Т0.«(6.4В — 1,55) lkhk7ka,
где Z.0,4 — удельный объем воздуха
(м3/ч) на 1 м длины ванны шириной
0,4 м при расстоянии уровня раствора
от верхней кромки ванны ft = 120 мм;
В — ширина ванны, м; Z — длина
ванны, м; — коэффициент, учитыва-
ющий расстояние от верхней кромки
ванны до уровня раствора; — коэф-
фициент, учитывающий уменьшение
объема воздуха, удаляемого бортовыми
отсосами (при укрытии зеркала испа-
368
Расчет потребности оборудования, рабочих и теплоэнергии
рения ванн поплавками 6у = 0,75;
пеной ky = 0,5); 6а — коэффициент,
учитывающий уменьшение объема
воздуха, удаляемого бортовыми от-
сосами от ванн автоматических линий
(принимается равным 0,8).
При расчете объема удаляемого воз-
духа из вытяжных шкафов для обез-
жиривания мелких деталей органи-
ческими растворителями, для при-
готовления растворов, а также для
травления деталей в кислотах следует
предусматривать скорость всасывания
воздуха в рабочих проемах 0,5 м/с.
Скорость воздуха в рабочем проеме
вытяжных шкафов для травления меди
и ее сплавов должна быть 1,0—1,5 м/с,
при этом 2/3 общего объема воздуха
должно удаляться из нижней зоны.
В случае применения опрокинутых
бортовых отсосов объемный расход
воздуха (м’/ч), отсасываемого от ванн,
находят по формуле
Q=gkTl,
где g — объемный расход воздуха на
1 м длины ванны, м8/ч; 6Т — коэффи-
циент. учитывающий токсичность
выделяющихся веществ (принимается
равным 0,8—1,0); I — длина ванны, м.
Для ванн с передувкой объемный
расход 0Пд (м’/ч) воздуха, необходи-
мый для обеспечения передувки, опре-
деляется следующей формулой:
Спд = 30066*/,
где k — коэффициент, зависящий от
температуры раствора (значение
этого коэффициента в зависимости от
температуры принимается равным 1
для 70—95 °C; 0,85 для 60 °C; 0,75
до 40 °C и 0,5 для 20 °C); Ь — ширина
ванны, м; I — длина ванны, м.
Объемный расход отсасываемого
воздуха (м’/ч) Q0TC = 6/?пд. Во избе-
жание засорения щель притока должна
иметь высоту h не менее 5—7 мм. Вы-
сота щели отсоса рассчитывается исхо-
дя из соотношения Н = 16/1. Средняя
скорость движения воздуха в щели
передувки должна составлять Упд =
= 6,67 м/с, но не более 10—12 м/с.
Средняя скорость в щели отсоса VOTC=
— 2,5 м/с. Применение передувок
уменьшает объемный расход воздуха
на бортовой отсос примерно втрое
при расходе на сдувание, равном 20%
расхода на отсос.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Антропов Л. И. Теоретическая
электрохимия. М.: Высш. шк.,
1969. 512 с.
2. Бусев А. И., Ефимов И. П. Сло-
варь химических терминов. М.: Про-
свещение, 1971. 208 с.
3. Вайнер Я- В., Дасоян М. А.
Технология электрохимических пок-
рытий. Л.: Машиностроение, Ле-
нингр. отд-ние, 1972. 464 с.
4. Вишомирскис Р. М. Кинетика
электроосаждения металлов из комп-
лексных электролитов. М.: Наука,
1969, 244 с.
5. Воскресенский П. И. Техника
лабораторных работ. М.: Химия, 1969.
720 с.
6. Ильин В. А. Цинкование, кад-
мирование, оловянирование и свин-
цевание. Л.: Машиностроение,
Ленингр. отд-ние, 1983. 87 с.
7. Крузенштерн А. Гальванотехника
драгоценных металлов: Пер. с нем./
Под ред. Н. П. Кудрявцева. М.:
Металлургия, 1974. 136 с.
8. Кудрявцев Н. П. Электролитиче-
ские покрытия металлами. М.:
Химия, 1979. 352 с.
9. Лайнер В. И. Защитные покры-
тия металлов. М.: Металлургия,
1974. 560 с.
10. Левин А. И. Теоретические ос-
новы электрохимии. М.: Металлур-
гия, 1972. 543 с.
11. Макарова Н. А., ЛебедеваМ. А.,
Набокова В. Н. Металлопокрытия
в автомобилестроении. М.: Машино-
строение, 1977. 244 с.
12. Мельников П. С. Технология
производства электрических соеди-
нителей. М.: Энергия, 1979. 112 с.
13. Мельников П. С. Справочник
по гальванопокрытиям в машино-
строении. М.: Машиностроение, 1979.
296 с.
14. Никандрова Л. И. Химические
способы получения металлических по-
крытий. Л.: Машиностроение, Ле-
нингр. отд-ние, 1971. 104 с.
15. Рабинович 3. Я., Хавин М. Л.
Краткий химический справочник. Л.:
Химия, 1978. 392 с.
16. Сайфуллин Р. С. Комбиниро-
ванные электрохимические покрытия
и материалы. М.: Химия, 1972. 167 с.
17. Сайфуллин Р. С. Композицион-
ные покрытия и материалы. М.: Хи-
мия, 1977. 272 с.
18. Хотянович С. И. Электроосаж-
дение металлов платиновой группы.
Вильнюс: Мокслас, 1976. 149 с.
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
А
Автоматы автооператорного типа — Назначение 249
— Типы — см. под их названиями, например, линия автоматическая
серебрения УАТП
Агрегаты кареточного типа — Назначение 248
— Производительность 248
Алюминий — Контактная коррозия 22
— Коррозионная стойкость 19, 20
Анализ химический качественный — Определение продуктов коррозии для ме-
таллических и неметаллических материалов 289 — Принцип 289, 290
— количественный — Определение ионов 286 — Подготовка к анализу
287 — Принцип 286
Анодирование в электролите ортофосфорном 236
— сернокислом 234, 235
— сульфасалицнловом 235
— хромовокислом 235
Анодирование молочное 236
— твердое 235
Б
Бериллий — Особенности коррозии 19
Биокоррозия — Особенности процесса 13, 14
— Стандартные потенциалы металлов в морской воде 14
В
Ванны гальванические — Конструктивные особенности 247, 248
Висмут — Микроструктура анодного висмута 36
— Область применения 37
— Свойства 37
— Структура 37
Воды промывные — Потери растворов при основных электролитических про-
цессах 343 — Пути снижения расхода 342—344
— сточные — Нейтрализация 337—342
Вольфрам — Свойства 35
— Структура 35
Восстановление катодное — Недостатки 83 — Применяемые электролиты 83 —
Принцип процесса 40
— из комплексных ионов — Схема 41
— из простых ионов — Схема 40
— сплавами — Общие закономерности 45, 46
Восстановление покрытия из газовой среды 92
Выглаживание алмазное 70
Предметный указатель
371
Г
Галтовка вибрационная 71
— магнитно-гидроабразивная 71
— механическая 71
Д
Дефекты и неполадки при никелировании 132—134
Ж
Железнение — Особенности процесса 91, 121
— Режим осаждения 122—124
— Составы электролитов 122—124
Железо — Микроструктуры сталей 26
— Свойства 25—27
3
Затраты, входящие в себестоимость нанесения покрытий на детали — Расчет
356, 357
Золото—Кинетика его восстановления на катоде 214, 215
— Свойства 36, 37
— Структура 36
Золочение — Неполадки и дефекты 225
— Особенности процесса 90, 91
— Составы электролитов 215—219
— Режимы 215—219
— Удаление некачественных покрытий 225, 226
И
Износостойкость покрытия—Методы проверки — см. под их названиями, на-
пример, Метод сочленения (или расчленения)
Индирование — Особенности процесса 91
Иридий — Режимы нанесения покрытий 209
— Свойства 35
— Составы электролитов 209, 210
— Структуры 35
Испытания коррозионные — Общие сведения 286
Истирание абразивное 280
К
Кадмий — Микроструктура анодного кадмия 34
— Скорость коррозии 33
— Структура 33
Кадмирование — Особенности процесса 92 — Режимы 191—194 — Составы элек-
тролитов 191—194
Кобальт — Свойства 2
Кобальтированне — Особенности процесса 87, 126, 127
— Режимы осаждения 126, 127
— Составы электролитов 127, 128
372
Предметный указатель
Ковар с никелевым или никель-хромовым покрытием — Количественный ана-
лиз 291
Коррозия атмосферная — Степень коррозии металлов от условий эксплуатации
и вида атмосферы 12
— в морской воде — Особенности процесса 13
— водородная — Особенность процесса 11
— газовая — Особенности процесса 10 — Способы защиты 11
Коррозия подземная — Глубина каверн 11 — Особенности процесса 11
— от блуждающих токов — Особенности процесса И, 12
Коррозия туннельного типа 18
— химическая — Виды — см. под их названиями, например, Коррозия га-
зовая
— электрохимическая — Особенности процесса 8, 9 — Правило п/89 — При-
менение закона Фарадея 9
Коэффициент сменяемости нерастворимых анодов или катодов 392
— экономической эффективности 357
Л
Латуни с никелевым или никель-хромовым покрытием — Количественный ана-
лиз 292
Линия автоматическая для гальванопокрытий (карусельного исполнения) 250,
251
— серебрения УАТП 250
Лужение — Особенности процесса 87, 88
М
Магний — Особенности коррозии 19
Материалы для изготовления гальванических ванн 245
— для удаления покрытий 332, 336
— на подготовку и специальные операции 313—332
— футеровочные 245—247
Меднение — Особенности процесса 88, 89
Медь с никелевым или никель-хромовым покрытием — Количественный ана-
лиз 291
— с оловянным покрытием — Количественный анализ 291, 292
Меры противопожарной безопасности 353, 354
Металлопокрытия — Восстановление ионов водорода при осаждении покрытий
43—45
— Выбор вида и толщины 55—65
— Качество деталей перед нанесением покрытия 52, 53
— Наименование и обозначение покрытий 54
— Требования к деталям после нанесения покрытий 53, 54
Металлы — Физико-механические свойства 20, 21
— Физико-химические свойства 20
Метод вихревых токов 271
— гравиметрический — Его принцип 269, 271
— измерения пробивного напряжения 282
— ионизирующего излучения 271
— капельный — Виды покрытий, проверяемые этим методом 262, 263
— контроля сплошности неметаллических покрытий 284
— корродкот — Назначение 277 — Принцип 277, 278
— крацевання 277
— кулонометрический — Принцип 264, 267, 268 — Составы электролитов
269 — Схема кулонометрической установки 268
Предметный указатель
373
— магнитный 271
— металлографический — Принцип 268 — Растворы для травления шли-
фов 270, 271
Метод наложения паст 272, 273 — Составы паст для проверки пористости по-
крытий 273
— фильтровальной бумаги — Принцип 274 — Растворы, применяемые для
определения пористости 275
Метод навивки 278
— нагрева 277
— нанесения сетки царапин 278
— определения паяемости покрытий 283
— оценки коррозионных поражений 292—297
— погружения — Назначение 277 — Принцип 277
— полирования 277
Метод промывки деталей — Критерий окончательной промывки 243
— комбинированный 242
— погружной 242
— струйный 242
Метод сочленения (или расчленения) 280, 281
— термоэлектрический 271
— цветной — Назначение 274 — Принцип 274
— электроструйный — Принцип 261 — Растворы 265, 266
— электрохимический — Назначение 276 — Принцип 276
Механизм восстановления сплавов на основе золота 219—221
— катодного восстановления хрома 12
— образования анодно-оксидных покрытий 233, 234
Н
Напряжения внутренние металлопокрытий 284, 285
Никелирование — Никелевые аноды 132 — Область применения 129 — Особен-
ности осаждения 130, 131 — Свойства покрытий 129, 132, 133
— в барабанах и колоколах — Особенности процесса 134, 135 — Режимы
135 — Состав электролитов 135
— в электролитах-коллоидах 135
— с применением шаблон-гильзы — Особенности процесса 135
Никель — Количественный анализ 290, 291
— Кривые анодной поляризации 28
— Микроструктура 28
— Расчет 290, 291
— Скорость коррозии 28
Нормы расхода анодного металла при нанесении покрытий драгоценными метал-
лами 331
Нормы расхода материалов для деталей различных групп сложности — Расчет 313
— для удаления покрытий удельные 333—336
— на подготовительные и специальные операции — Удельные нормы 315—
319
— ^на электролитические и химические покрытия — Удельные нормы 319—
— применяемых при получении неметаллических и неорганических покры-
тий удельные 327—329
Нормы расхода растворимых анодов 330
Нормы расхода химикатов на электрохимические и химические покрытия — Пра-
вила расчета 313
— Удельные— Пример расчета 313
Нормы расхода цианистого калия при осаждении некоторых металлопокрытий 327
374
Предметный указатель
Нормы расхода цианистого натрия при меднении в зависимости от его концен-
трации в электролите 325
— при осаждении покрытий сплавами медь—цинк, олово—медь 326
— при цинковании, кадмировании и покрытии сплавами олово—цинк 326
— удельная 324, 325
О
Обезжиривание металлов 72, 73
Оборудование вспомогательное — Типы — см. под их названиями, например.
Оборудование для крацееания
— гальваническое зарубежных фирм — Его преимущества 252 — Разно-
видности 251, 252
— для крацевания — Производительность 254
— для локальных и селективных покрытий 252, 253
— для обезжиривания — Разновидности 254, 255
— для промывки и сушки — Разновидности 255
— для фильтрации электролитов — Разновидности 255, 256
— для шлифования и полирования — Разновидности 254
Обработка гидропескоструйная 71 — Состав рабочей смеси 71
— специальными дисковыми щитками-кругами 68
Окисление анодное меди и ее сплавов — Состав электролитов 238
— сталей — Назначение 231 — Режимы 238 — Состав электролитов 238
— титана и сплавов — Назначение 238 — Режимы 238 — Состав электро-
лита 238
Оксидирование химическое металлов и сплавов 238 — Назначение 238, 239
— Неисправности 239
— Режимы 239, 240
— Составы электролитов 239, 240
Олово — Область применения 34
— Свойства 34
— Скорость коррозии 34
Оловянирование — Основные дефекты 202, 203
— Режимы 199—203
— Удаление некачественных покрытий 203
Определение ионов — алюминия 282;
— вольфрама 283;
— двухвалентного железа 287;
— золота 287, 288;
— кадмия 288;
— кобальта;
— меди 288;
— молибдена 288;
— никеля 288;
— олова 282;
— палладия 288;
— платины 289;
— родия 289;
— свинца 2;
— серебра 289;
— титана 289;
— хрома 289;
— цинка
Осаждение серебра на оксидированный алюминий 183
Осветление кадмиевых и цинковых покрытий 241, 242
Осмий — Режимы нанесения покрытий 209
— Составы электролитов 209
Охрана труда в гальванических цехах — Основные требования 347—349
Предметный указатель
375
П
Палладий — Применение в гальванотехнике 32
— Свойства 32
Палладирование — Неполадки 171 — Особенности процесса 89, 90 — Регенера-
ция и очистка электролитов палладирования 171 — Режимы 169, 170 — Свойства
покрытий 169 — Составы электролитов 169, 170
— блестящее 172
Пассивирование меди и медных покрытий 242
Пасты, применяемые при полировании — Составы 69, 70
Платина — режимы осаждения покрытий 210
— Свойства 35, 210
— Составы электролитов 210
— Структура 35
Платинирование — Особенности процесса 91
Плотность тока катодная допустимая 192
Подготовка под гальванопокрытия изоляционных материалов 81, 82
— металлов 73—81
Показатели коррозии покрытий 293—295
— роста производительности 357, 358
— экономической эффективности 355
Покрытия анодно-оксидные — Применение 232, 233 — Свойства 232, 233
— висмутовые 163, 164
— вольфрамом 104
— галием 91, 102, 103
— германием 103, 104
— золотые 213
— из алюминия 99—101
— из бериллия 99
— из титана 102
— индием 105
— кадмиевые 190, 191
— композиционные химические 97, 98
— марганцем 120, 121
— медные 151
— медь—графит комбинированные 150
— медью и ее сплавами 140
— молибденом 104
— мышьяком 162
— на основе хрома композиционные 117
— неметаллические 65—67
— никель-борные 92
— оловянные 198, 199
— палладием 172, 173
— рением 107
— свинцовые — Применение 228
— серебряные 175, 176
Покрытия сплавами на основе железа 124—126
— золота 223, 224
— кадмия 194—197
— меди — см. под их названиями, например, Сплав медь—цинк (латунь)
— никеля 138, 139
— олова 203—208
— палладия 173, 174
— платины 211, 212
— свинца 230, 231
— серебра 180—183
376 Предметный указатель
Предметный указатель 577
— цинка 159—161
Покрытия сплавом хром—ванадий 117
— теллуром 107
— хромовые 111, 112
— цинковые 152, 153
Потери растворов в технических электролитах 336
Правило порогов устойчивости 9
Пределы взрываемости смесей некоторых газов и паров с воздухом 353
Приборы для регулирования плотности тока 258
Продукты коррозии металлов и покрытий — Их ".зет 297—299
Процесс растворения металлов и сплавов анодный 46, 47
Р
Растворы для активирования 300
— контактно-химического серебрения 312
— обезжиривания 300
Растворы для травления литейных алюминиевых сплавов 300
стальных деталей 300
Растворы для фосфатирования стали 312
— химических покрытии — Разновидности 312 — см. под их названиями,
например, Растворы химического никелирования
Растворы, содержащие различные металлы — Их регенерация 344—346
— химического никелирования 311
Расход металла в пересчете на соль этого металла 330
Расчет потребности для гальванических цехов оборудования 360—364 — Годовой
фонд времени его работы 361
— рабочих 364—366 — Действительный годовой фонд времени рабочих 361
— электроэнергии, теплоты, воздуха 366—368
Результаты пересчета расхода солей драгоценных металлов на чистый металл 331
Рений — Свойства 35
— Структура 35
Родий — Свойства 31, 32
Родирование — Режимы 167, 168 — Свойства покрытий 166 — Составы электро-
литов 167, 168 — Удаление из электролитов органических примесей 168 — Уда-
ление покрытии 168
— магнитных дисков — Износостойкость 168 — Подготовка и состав элек-
тролитов 169
Рутенирование — Назначение 165
— Режимы 165, 166
— Составы электролитов 165, 166
С
Санитария промышленная 380, 351
Свинец — Свойства 37
— Структура 37
Свинцевание — Особенности применения 93
— Режимы 228—230
— Составы электролитов 228, 229
— Удаление некачественных покрытий 230
Свойства гальванопокрытий специальные — см. под их названиями, например.
Способность, отражательная покрытий
Серебрение — Особенности процесса 89
— избирательное (локальное) — Область применения 183, 184 — Особенно-
сти процесса 184 — Разрез со~ы 183
— по никелевому подслою 184, 185
— радиационных экранов — Назначение 185 — Состав электролитов 185
Серебро — Микроструктура анодного серебра 33
— Недостатки 32
— Структура 32
Силумины 22 — Их коррозионная стойкость 22
— Микроструктура 22
Сопротивление переходное 281, 282
— электрическое удельное 281 — Проверка 281
Составы электролитов оловянирования 199—203
Спайка деталей медь — холодная 150
Сплав магнитный Ni—Fe — Особенности осаждения 138
— Режимы 138
— Состав электролитов 138
Сплав медь—молибден — Назначение 148 — Неполадки 148 — Режимы 148______
Составы электролитов 148
— медь—никель — Назначение 148 — Недостатки 148 — Режимы 148 —
Составы электролитов 148
— медь—олово (бронза) — Назначение 146 — Режимы 147, 148 — Составы
электролитов 147, 148
— медь—свинец — Назначение 148 — Составы электролитов 148
— медь—цинк — Режимы 146 — Свойства покрытий 146 — Составы элек-
тролитов 146
— никель—кобальт — Режимы 136 — Свойства покрытий 136 — Составы
электролитов 136
— никель—молибден — Режимы 157 — Свойства покрытий 137 — Составы
электролитов 137
— никель—рутений — Режимы 137 — Свойства покрытий 137 — Составы
электролитов 136
— никель—хром — Режимы 137 — Свойства покрытий 137 — Составы элек-
тролитов 137
Способность выравнивающая — Понятие 49
— микрорассеивающая — Понятие 49
— отражательная покрытий — Способы оценки 282, 283 — Схема проверки
283
— рассеивающая — Определение PC 48 — Ячейка Кудрявцева 48
Способы механические подготовки деталей под гальванопокрытия — см. под их
названиями, например, Галтовка
Способы осаждения покрытий диффузионные 92, 93
— конденсационные (вакуумные) 93, 94
— методом КИБ 94
— методом натирания — Составы электролитов 95, 96
— химические — см. под их названиями, например. Никелирование
Способы предварительной обработки — Режимы 138
— Составы электролитов 138
Срок окупаемости — Расчет 357
Стали с кадмиевым покрытием — Количественный анализ 291
— 12Х18Н9Т, 14Х17Н2, 95X1830X13— Количественный анализ 291
Сурьма — Оласт ь применения 35
— Свойства 35
— Структура 35
Сушка деталей с покрытием 244
Т
Твердость металлопокрытий 279
Температура вспышки и самовоспламенения некоторых веществ при нормальном
атмосферном давлении 353
378 Предметный указатель
Предметный указатель
379
Термообработка деталей с покрытием 244
Термооксидирование никелевых покрытий 135
Техника безопасности в гальванических цехах 349—353 — ПДК газов и иных
ядовитых веществ 350
Титан — Микроструктура 24
— Скорость коррозии 23
Ток катодный — Пути улучшения его распределения 50, 51
— реверсивный поляризующий 192
Толщиномер <Бетамикрометр-2» — Область применения 272
Тонирование химическое 240
— электрохимическое 240
Точение алмазное 70
У
Установки для реверсирования тока — Принцип работы 256
— Разновидности 256
Устройства для контроля концентрации меди в растворе — Принцип работы 257
Устройства для регулирования температуры электролита — Разновидности 258
— уровня электролитов — Принцип работы 258
— pH электролита — Разновидности 257, 258
Ф
Фактор времени при определении экономической эффективности 357
Фосфатирование химическое — Подготовка поверхности 241
— Состав электролитов 240
— Ускорители 240, 241
Фрезерование алмазное 70
X
Хроматирование оловянных покрытий 242
Хромирование — Возможные неполадки 117—119 — Особенности процесса 91 —
Режимы 113—115 — Составы электролитов 113—115
— высокоскоростное—Назначение 115 — Применяемые электролиты 115
— с использованием реверса — Применяемые электролиты 116 — Режимы
116
— ультразвуковое—Применяемые электролиты 116—Режимы 116
Ц
Цеха гальванические — Автоматизация производства 258—260
Цинк — Микроструктура анодного цинка 31
— Параметры решетки 30
— Скорость коррозии 31
Цинкование—Неполадки и дефекты 158
— Особенности процесса 91, 92, 153, 154
— Удаление дефектов покрытия 159
Э
Экономия годовая от изменения себестоимости продукции — Расчет 355, 356
— от внедрения износостойких покрытий — Расчет 359
— от внедрения нормативно-технической документации — Расчет 359
— фондов социального страхования — Расчет 358
Эксплуатация изделий в различных климатических условиях — Виды допустимых
сочетаний металлов 15—18
Электрокристаллизация — Закономерности 41—43
Электролиз — Катодная плотность тока 39
— Толщина покрытия 39
— Формулы для расчета 39, 40
Электролиты — Анионы 38 — Катоды 38 — Понятие 38 — Технологические ха-
рактеристики — см. под их названиями, например. Способность рассеивающая
— аммиакатные—Выбор анодов 145 — Режимы 145 — Свойства покрытий
из них 145 — Составы электролитов 145
— кадмирования 36!
— меднения 302, 303
— никелирования 303
— оловянирования 303, 304
— палладирования 305, 306
— платинирования 308
— родирования 306
— рутенировании 307
Электролиты для осаждения покрытий сплавом медь—олово 310
— медь—цинк 310
— на основе золота 311
— олово—висмут 309
— олово—никель 309, 310
— олово—цинк 309
— свинец—марганец 311
— серебро—кадмий 310
— серебро—сурьма 310
— палладий—никель 311
— Ад—Cd, содержащим сульфированное касторовое масло 310, 311
Электролиты нецианистые 215 — Особенности осаждения 156—Режимы 156
157 — Составы электролитов 156, 157
— меднения — См. под их названиями, например. Электролиты сернокислые
Электролиты пирофосфатные — Назначение 144 — Свойства покрытий из них
145 — Состав 144, 145
— сернокислые — Компоненты 143 — Режимы 143 — Составы электролитов
— цианидзргентные — Компоненты 179 — Режимы 179, 180 — Состав 179,
180
— цианидферратние — Особенности процесса 178
Электролиты цианистые — Назначение 191 — Недостатки 154 — Особенности
осаждения 193, 194 — Режимы 154 — Составы электролитов
— кислые 214
— меднения — Особенности процесса 141—Режимы 142, 143—Свойства
141 — Составы электролитов 142
— щелочные 214
Электролиты этилендиаминовые — Назначение 143
— Недостатки 144
— Состав электролитов 143, 144
Электрооборудование — Разновидности 256
Электроосаждение дисперсной меди — Область применения 149
— Режимы 150
— Состав электролитов 150
Элементы изменяющиеся текущих затрат и экономических показателей — Расчет
358
Эматалирование — Режимы 236
380 Предметный укавателъ
— Составы электролитов 236
Эффективность годовая экономическая внедрения новой техники — Расчет 358
— процессов нанесения гальванических покрытий — Расчет 355—359
Я
Язва коррозионная 18
СПРАВОЧНОЕ ИЗДАНИЕ
Мельников Петр Степанович
СПРАВОЧНИК ПО ГАЛЬВАНОПОКРЫТИЯМ В МАШИНОСТРОЕНИИ
Редактор Т. Д. Онегина
Переплет художника Е. С. Васильева
Художественный редактор В. Д. Лыськов
Технический редактор Т. С. Старых
Корректоры; О. Е. Мишина, Л- А. Дгупьева
ИБ № 6831
Сдано в набор 17.05.90. Подписано в печать 25.09.90. формат бОхЭО'/и Бумага офсетная
№ 2. Гарнитура литературная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 24.0. Усл. кр -отт. 24,0.
Уч.-изд. л. 32,81. Тираж 20 000 экз. Заказ 99. Цена 6 р.
Ордена Трудового Красного Знамени издательство «Машиностроение!,
107076, Москва, Стромынский пер., 4
Типография № 6 ордена Трудового Красного Знамени
издательства «Машиностроение! при Государственном комитете СССР по печати
193144, Ленинград, ул. Моисеенко, 10.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРОДУКЦИЯ ВСЕГО МИРА
ДЛЯ СССР
Так называется новый, прекрасно оформленный
рекламно-информационный журнал, подготовленный
издательством «Машиностроение», американским из-
дательством «Thomas International» и МФ СП «Аспект».
Журнал продолжит серию аналогичных периоди-
ческих изданий, публикуемых издательством «Thomas»
для Японии, Франции, ФРГ и ряда др. стран
Цель издания — ознакомление советских специали-
стов с последними достижениями техники и техноло-
гии США, стран Западной и Восточной Европы.
В специальном разделе будут размещаться объяв-
ления инофирм, желающих организовать совместные
предприятия с советскими партнерами.
Подписчик может бесплатно заказать каталог на
любую продукцию, представленную в журнале.
Периодичность издания — 2 номера в год. Стоимость
подписки—10 руб.
Для приобретения журнала необходимо перевести
указанную сумму на расчетный счет издательства
«Машиностроение» № 362214 в Бауманском отделении
ЖСБ г. Москвы, МФО 20135.
Копию платежного поручения просим выслать по
адресу: 107076, Москва, Стромынский пер., 4. Изда-
тельство «Машиностроение», отдел рекламы. Частным
подписчикам журнал высылается наложенным пла-
тежом по письму-заказу. В письме просим указать
место работы и должность.
Справки по телефону: 269-71-41.
ПРЯМОЙ ВЫХОД НА ФИРМЫ США!
НЕОЖИДАННЫЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ
ПО ЭКСПОРТУ И ИМПОРТУ!
ВЫГОДНЫЕ КОНТРАКТЫ БЕЗ
ПОСРЕДНИКОВ!
Нет ничего проще!!!
В этом Вам поможет „Справочник амери-
канских экспортеров” („AMERICAN EXPORT
REGISTER”), подготовленный фирмой США
„Tomas International Publishing”.
Издательство „Машиностроение” распро-
страняет новое издание справочника 1991 г.
В двух томах — 2700 страниц.
„Справочник американских экспортеров44 —
это:
• все области промышленности,
• 155000 видов экспортных товаров и услуг,
• почтовые и телеграфные адреса фирм, те-
лефоны, телексы, телефаксы, имена ответст-
венных лиц,
• адреса банков, занимающихся экспортными
операциями,
• указатель морских и авиационных компа-
• ний, транспортирующих грузы,
• адреса управлений торговли в любом штате
США.
Запрашивайте интересующую Вас инфор-
мацию, Вам всегда будут рады ответить по
телефону: 269-71-41.
ВНИМАНИЮ РУКОВОДИТЕЛЕЙ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ И ОРГАНИЗАЦИ
ВСЕХ ОТРАСЛЕЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ
на Вашу продукцию и разработки
Ваши предложения о сотрудничестве
с коллегами других отраслей
о Ваших возможностях в оказании
услуг населению
и другие виды РЕКЛАМЫ
и ОБЪЯВЛЕНИИ
Г ПРИМЕТ
И
^ПУБЛИКУЕТ
МНОГОТЫСЯЧНЫМ
ТИРАЖОМ
В СВОИХ
ПЕРИОДИЧЕСКИХ
И
к КНИЖНЫХ J
ku ИЗДАНИЯХ
Г\ Издательство
| • МАШИНОСТРОЕНИЕ •
Об условиях
размещения рекламы
обращаться по адресу:
107076, .Москва, Стромынский лер., 4
тел. 26^-71-41