Гальваника

   Травление — группа технологических приёмов для управляемого удаления поверхностного слоя материала с заготовки под действием специально подбираемых химических реактивов. Ряд способов травления предусматривает активацию травящих реагентов посредством других физических явлений, например, наложением внешнего электрического поля при электрохимическом травлении, ионизацией атомов и молекул реагентов при ионно-плазменном травлении и т.п.

Основные виды травления:

химическое («жидкое»),

электрохимическое,

ионно-плазменное («сухое»).

   Травление включает в себя:

подготовку поверхности (например, механические шлифовка и  полировка, обезжиривание);

взаимодействие травителя или электролита (растворы кислот, растворы и расплавы солей и щелочей, другие органические и неорганические жидкости, плазма) с обрабатываемым материалом;

очистку поверхности от травителя и продуктов травления (как правило, это отмывка каким либо растворителем).

   Оксидирование — создание оксидной плёнки на поверхности изделия или заготовки в результате окислительно-восстановительной реакции.          Оксидирование преимущественно используют для получения защитных и декоративных покрытий, а также для формирования диэлектрических слоёв. Различают термические, химические, электрохимические (или анодные) и плазменные методы оксидирования.

Электрохимическое оксидирование  — оксидирование в электролитах, микродуговое оксидирование.

    Классификация гальванических покрытий

Учитывая требования, которые  предъявляются к эксплуатационным характеристикам деталей,  гальванические покрытия  можно условно разделить  на три типа:

- защитно-декоративные гальванические  покрытия (используются для придания  поверхностям декоративных и  защитных свойств одновременно);

- защитные электролитические  покрытия (применяются для защиты  деталей от коррозии в различных  агрессивных средах);

- гальванические покрытия  специального назначения (используются  для того, чтоб придать поверхности  металла определенных специальных  свойств, таких, как магнитные,  твердость, износостойкость, электроизоляционные  и др.). Также гальванические покрытия  специального назначения  могут  быть нанесены для восстановления  изношенных деталей

    В зависимости от механизма защитного действия все гальванические покрытия подразделяются на: катодные и анодные. По сравнению с потенциалом защищаемого металла, анодные покрытия всегда имеют более электроотрицательный, а катодные – более электроположительный потенциал. Например, по отношению к стали кадмий и цинк являются анодными покрытиями, а золото, никель, серебро, медь – катодными.

   Механизм защитного действия гальванического покрытия  во многом зависит не только от природы  металла, но и от состава эксплуатационной среды.

Свойства электролитических  покрытий

Шероховатость поверхности

Всегда после того, как  гальваническое покрытие нанесено, шероховатость  поверхности незначительно меняется. Как правило, немного увеличивается.

Твердость электролитически металлизированной поверхности

Для измерения твердости  электролитического покрытия используют прибор ПМТ-3. Алмазная пирамида, вмонтированная в него, вдавливается в покрытие под различной нагрузкой. Далее  по размерам оставшегося следа (отпечатка) и вычисляется микротвердость покрытия. Выражается данный показатель по Виккерсу в мегапаскалях.

Электрические свойства

Эти свойства важны при  изготовлении различных деталей  приборов, контактов и многого  другого. К ним относятся  контактное (переходное) сопротивление и электропроводность.

При нанесении гальванического  покрытия следует помнить, что оно  оказывает влияние и на физико-механические свойства основного (покрываемого) металла. Это вызвано свойствами самого покрытия и наводороживанием покрываемого металла.

Наводороживание сталей приводит к уменьшению их  пластичности. Степень влияния водорода на механические свойства сталей сильно зависит от ее структуры (мартенсит, тростит, аустенит  и т.д.). Например, сталь с троститной структурой  охрупчивается сильнее, чем с сорбитной. Самое сильное влияние проявляется на сталях с мартенситной структурой.  При нанесении гальванического защитного покрытия на высокопрочную сталь, которая имеет высокие внутренние напряжения, есть риск возникновения трещин.

Влияние гальванических покрытий на свойства основного металла

Сопротивление усталости

После нанесения гальванического  покрытия основной металл легче поддается  воздействию усталостных напряжений (снижается сопротивление  усталости  металла). Хромовые гальванические покрытия оказывают на сталь наиболее сильное  влияние  (особенно на высокопрочные  марки). Это обуславливается, в основном, наводороживанием стали, а также низкой пластичностью и прочностью хрома.

Наводороживание при нанесении гальванических покрытий. Наиболее сильное наводороживание наблюдается при нанесении гальванического покрытия в цианистых электролитах. В кислых электролитах наводороживание немного меньше, но, все же, достаточно для того, чтоб негативно повлиять на качество основного металла.

При нанесении гальванического  покрытия большое влияние на степень  наводороживания стали оказывают: структура и природа покрытия, состав электролита и плотность тока.

Для того, чтоб правильно оценить изменение механических свойств стали, необходимо учитывать влияние на нее не только водорода, но и самого покрытия, т.к. иногда защитное покрытие оказывает меньшее влияние, чем продиффундировавший в поверхностные слои водород. Например, чем дольше длиться процесс хромирования, тем сильнее уменьшается пластичность стали и увеличивается наводороживание. Если оценивать изменение пластичности стали при хромировании, взяв за основу испытания образцов с хромовым покрытием на изгиб, то окажется, что с увеличением продолжительности хромирования (а в результате и толщины защитного слоя) относительная хрупкость уменьшается. Из этого следует, что для того, чтоб оценить степень охрупчивания стали после нанесения гальванического покрытия, метод испытания образцов на изгиб можно применять только для мягких эластичных покрытий. Т.к. в случае твердого защитного слоя (как хромовое покрытие), метод может не дать правдивых результатов о степени наводороживания стали.

Основное влияние на наводороживание стали при нанесении гальванического покрытия оказывает концентрация адсорбированных атомов водорода, поэтому важным параметром для определения степени наводороживания можно считать и время до начала растрескивания стали.

Итак, для того, чтоб определить степень наводороживания стали при нанесении гальванического покрытия можно использовать:

- пластичность на изгибе  плоских образцов из стали  мартенситной структуры с уже  нанесенным гальваническим покрытием  (желательно использовать данный  метод для цинковых, кадмиевых  покрытий, т.е. мягких);

- пластичность стали с  гальваническим покрытием;

- отрезок времени до  начала разрушения стали при  нанесении гальванического покрытия.

Наводороживание при цинковании. Цинкование стали может проводиться в цианистых, кислых и некоторых других электролитах. Если процесс нанесения цинкового покрытия проводить  при рН 4 в сернокислом электролите, который не содержит никаких поверхностно-активных веществ (ік при этом равен 1А/дм2), то наводороживание стали протекает очень медленно. При введении ПАВ (например, сернокислого алюминия или декстрина) наводороживание значительно возрастает. То же наблюдается и при повышении плотности тока.

При гальваническом цинковании стали У8А в подогретый электролит добавляют 10г/л декстрина. Это уменьшает наводороживание.

Если процесс нанесения  гальванического покрытия проводить  в цианистых электролитах, то будет  наблюдаться достаточно сильное  наводороживание стали и, соответственно, уменьшение  ее пластичности. Высокопрочные стали в данном электролите более подвержены водородному растрескиванию.

При цинковании напряженной стали 40ХГСН2А при разных плотностях тока в хлористоаммонийном электролите водородное растрескивание не наблюдается.

Наводороживание при хромировании. При гальваническом нанесении хромового защитного слоя  наблюдается как наводороживание стали, так и самого покрытия, поэтому для удовлетворительного конечного результата процесса хромирования очень важно правильно подобрать режимы.

Большое влияние на количество проникшего в сталь водорода оказывает  температура электролита. При повышенной температуре  (около 75°С) водород  легче проникает в поверхностные  слои стали. В зависимости от природы  стали количество продиффундировавшего водорода может увеличиться в 6 – 10 раз. Это связано с возрастанием диффузии водорода при повышении температуры и способностью хрома его удерживать. Молочный хром в 1 грамме может содержать около 1,7 – 2,5 см3 водорода, а блестящий – 5,5 – 6,5 см3. При нанесении на поверхность блестящего хрома в сталь проникает почти в 10 раз меньше водорода, чем при покрытии молочным хромом.

Кроме температуры электролита  хромирования на наводороживание стали большое влияние оказывает и состав раствора (в совокупности с режимами электролиза). При ік = 90А/дм2 увеличение содержания H2SO4 с 2,5 до 7,5г/л оказывает значительное влияние на проникновение водорода в сталь при температуре электролита около 75°С (снижается диффузия), а при понижении температуры до 55°С особого влияния не наблюдается.

При гальваническом нанесении  хромового покрытия несколько меняются характеристики основного металла. Происходит уменьшение пластичности стали. Особенно хорошо это наблюдается  в первые 10 минут процесса (увеличивается наводороживание и уменьшается пластичность). О интенсивности наводороживания можно судить по количеству пузырьков водорода, которые появляются на поверхности стали в процессе электролиза. Ближе к середине и к концу процесса хромирования наводороживание стали снижается.

Наводороживание при травлении. Чем дольше длится процесс травления, тем сильнее происходит наводороживание металла, соответственно, уменьшается пластичность стали. В начале процесса травления скорость наводороживания зачастую максимальна, далее она постепенно уменьшается. Большое влияние при травлении оказывают также природа и концентрация кислоты. Например, в растворе соляной кислоты наводороживание стали меньше, чем в H2SO4. В то же время, с увеличением концентрации соляной кислоты наводороживание уменьшается, а в H2SO4 – увеличивается.

Для уменьшения степени наводороживания сталей при травлении, в травильную ванну дополнительно вводятся ингибиторы коррозии. Не все вещества данного типа уменьшают одновременно  степень растворения металла в кислоте и наводороживание. Например, тиомочевина в растворе H2SO4 очень хорошо себя проявляет при защите металла от коррозии, но усиливает наводороживание. А диэтиланилин тормозит процесс наводороживания и выступает слабым ингибитором коррозии.