Войти  |  Регистрация
Авторизация

Блестящие гальванопокрытия с одновременным выравниванием (сглаживанием) поверхности



В последнее время патентная и журнальная литература уделяет много внимания получению блестящих гальванопокрытий, особенно никелевых, при одновременном выравнивании поверхности. Появилась новая характеристика электролитов, или специальных добавок, под названием «выравнивающая» или «сглаживающая» способность (Levelling Power). Предполагается, что при введении выравнивающих добавок, которые в некоторых случаях являются также и блескообразователями, можно получать блестящие покрытия при менее тщательной механической подготовке поверхности основного металла.
Выравнивание или сглаживание поверхности в процессе электроосаждения металлов наблюдается в тех случаях, когда в углублениях толщина осажденного металла больше, чем на выступах, или на выступающих участках; в подобных случаях говорят о положительной выравнивающей способности. В тех случаях, когда в углублениях и на выступах толщина электроосажденного металла одинакова, то никакого сглаживания поверхности наблюдаться не будет — «нулевая выравнивающая способность». Наконец, в тех случаях, когда на выступающих участках толщина осажденного металла больше, чем в углублениях, говорят об «отрицательной выравнивающей способности» (рис. 14).
Блестящие гальванопокрытия с одновременным выравниванием (сглаживанием) поверхности

Некоторые авторы пытались установить параллелизм между рассеивающей и сглаживающей способностью электролитов, что с нашей точки зрения неправильно. Известно, что рассеивающая способность медноцианистых электролитов несравненно больше, чем кислых, между тем как микроуглубления в кислых электролитах лучше заполняются, чем в цианистых электролитах.
Можно принять, что рассеивающая способность характеризует равномерность распределения тока и металла на макропрофиле поверхности, между тем как сглаживающая способность характеризует распределение тока и металла на микропрофиле поверхности.
Известно много добавок, например кумарин, тиомочевина, сахарин и др., в присутствии которых в процессе никелирования происходит выравнивание поверхности основного металла. Однако многие считают, что лучшей сглаживающей добавкой является кумарин.
Ввиду того что выравнивание происходит лишь на микронеровностях поверхности, очень трудно определить величину сглаживания при нанесении покрытия.
В литературе описано несколько способов определения выравнивающей способности (ВС):
1) при помощи микрошлифов, имеющих определенный профиль углублений, например матрицы граммпластинок;
2) нанесением на поверхность образца рисок определенной глубины с целью определения глубины риски до и после нанесения покрытия;
3) измерением профиля поверхности образца с помощью точных приборов с целью установления шероховатости поверхности до и после покрытия.
Первые два способа очень трудоемки, особенно второй. Третий способ более прост, но не совсем точен, ибо с его помощью можно Измерить лишь среднюю величину шероховатости образца до и после покрытия.
Нами выполнен ряд исследований для установления выравнивающей способности при никелировании с помощью и1лифов, изготовленных из матриц граммпластинок. Чтобы предупредить повреждение никелевых осадков при изготовлении шлифов, на них наносят защитный слой меди из сернокислого электролита.
Блестящие гальванопокрытия с одновременным выравниванием (сглаживанием) поверхности

Степень сглаживания количественно выражается различными способами. Из них наибольшего внимания заслуживают следующие два способа (рис. 15):
1) степень сглаживания = h1-h2/h3 * 100%,
где h1 — толщина осадка в углублении;
h2 — толщина осадка на ровной поверхности;
h3 — толщина осадка в средней части углубления;
2) степень сглаживания = h'-h''/h',
где h' — глубина впадины до покрытия;
h" — глубина впадины после нанесения покрытия.
Второй способ оценки наиболее прост и точен и был выбран нами для вычисления степени сглаживания.
Для сравнения на рис. 90 представлены микрофотографии шлифов осадков никеля, полученных из обычного никелевого электролита, с добавкой паратолуолсульфамида и с различными концентрациями кумарина в электролите.
Микрофотографии поперечного разреза показывают, что с добавкой кумарина значительно выравнивается поверхность основного металла по сравнению с поверхностью до нанесения покрытия. Наоборот, в других случаях (в электролите без добавок или с добавкой паратолуолсульфамида) не обнаружено выравнивания поверхности, т. е. степень сглаживания равна нулю.
Блестящие гальванопокрытия с одновременным выравниванием (сглаживанием) поверхности

Изменение концентрации кумарина в электролите заметно влияет на степень выравнивания поверхности образца (рис. 16). При добавлении в электролит небольшого количества кумарина (до 0,1 г/л) степень выравнивания очень быстро увеличивается прямолинейно. Максимальная степень выравнивания достигается при концентрации кумарина 0,1 г/л. При дальнейшем увеличении концентрации кумарина степень выравнивания уменьшается, а при 2,0 г/л и больше практически не изменяется.
Все это, по-видимому, связано с разницей в толщине диффузионного слоя на различных участках катода, т. е. в местах углублений и выпуклостей, и разницей в концентрации выравнивающей добавки в диффузионном слое на катоде вследствие выделения ее добавки из электролита адсорбцией или одновременным выделением в покрытие.
Можно полагать, что при малых концентрациях добавки диффузия ее на выпуклых участках намного облегчена по сравнению с углублениями, благодаря чему происходит повышение катодной поляризации на выпуклостях и выделение металла в этих местах затрудняется.
При увеличении концентрации кумарина в электролите концентрация его в прикатодном диффузионном слое сильно растет и часть его уже адсорбируется в углублении, тем самым уменьшая степень сглаживания.
При измерении катодной поляризации в широких интервалах плотности тока (0,05—3,0 а/дм2) в зависимости от концентрации кумарина было установлено, что максимальная поляризация для всех исследованных плотностей тока соответствует 0,2 г/л кумарина. Эта величина близка к той концентрации (0,1 г/л), при которой достигается максимальное выравнивание (см. рис. 16).
Все исследователи выравнивающего действия добавок исходят из диффузионно-адсорбционного механизма. Уотсон и Эдвардс считают, что выравнивающие добавки включаются в состав электролитического осадка благодаря соосаждению или адсорбции и повышают катодный потенциал в соответствии с концентрацией добавки на поверхности осадка. Включение или совместное осаждение с никелем этой добавки из раствора уменьшает ее концентрацию в прикатодном слое и приводит к установлению концентрационного градиента в нем. На шероховатой поверхности количество диффундирующих ионов или молекул к выступам катодной поверхности больше, чем к впадинам. Поэтому на выступах сосредоточивается большее количество адсорбированной или соосаждаемой добавки и более значительное повышение катодного потенциала происходит на выступающих участках поверхности, а электрический ток сосредоточивается в углублениях, способствуя тем самым сглаживанию осадка.
Детальные исследования, посвященные механизму выравнивания поверхности в присутствии специальных добавок, выполнены в Московском химико-технологическом институте им. Д.И. Менделеева. Диффузионно-адсорбционный механизм действия выравнивающих добавок был экспериментально проверен методом измерения катодной поляризации на вращающемся дисковом электроде. Варьируя режим электролиза и вращения электрода, исследователи могли установить зависимость торможения катодного процесса от скорости подачи добавки и ее поверхностной концентрации.
На рис. 17 видно, что в никелевом электролите, не содержащем выравнивающих добавок, катодная поляризация не зависит от скорости вращения электрода, в то время как при введении в электролит 0,15 г/л кумарина поляризационные кривые заметно сдвигаются в сторону электроотрицательных значений по мере увеличения числа оборотов дискового электрода. Можно исходить из того, что в углубленные участки скорость поступления выравнивающих добавок значительно меньше, чем на выступающих, следовательно, на последних катодный процесс тормозится в большей степени. Происходит перераспределение тока по микропрофилю поверхности — в углублениях осаждается больше металла, чем на плоских или выпуклых участках.
Блестящие гальванопокрытия с одновременным выравниванием (сглаживанием) поверхности

Было также установлено, что скорость удаления выравнивающей добавки должна быть достаточно большой, чтобы диффузионный поток к микровыступам был значительно больше, чем к микроуглублениям. Следовательно, повышение добавкой поляризации недостаточно, чтобы судить о ее выравнивающей способности, — необходимо, чтобы с увеличением числа оборотов электрода поляризация возрастала.
Помимо экспериментального исследования влияния скорости подачи выравнивающих добавок с помощью вращающегося дискового электрода, было изучено влияние периодических перерывов тока на потенциал катода в момент включения. Полученные данные позволили полнее объяснить диффузионно-адсорбционный механизм действия выравнивающих добавок.
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent