Электрохимический способ покрытия неметаллических изделий металлом

Электрохимические и химические покрытия.

Электрохимические – это покрытия, осаждаемые на изделия в виде ионов металла из электролита с помощью электрического тока. Гальваника. Электрохимические покрытия в зависимости от назначения могут быть от долей микрона до десятых долей миллиметра.

Химические покрытия наносятся химическими методами за счет восстановления металлов покрытия из растворов, газовой среды без внешнего электрического тока. Химические покрытия обычно более 10 мкм не наносят.

Преимущества указанных методов в том, что не используются высокие температуры, можно создавать покрытия из чистых металлов, соединений, многослойные покрытия путем последовательного осаждения.

Химические и электрохимические покрытия условно делят на три группы: 1. защитные (от коррозии, износа); 2. защитно-декоративные; 3. специальные (твердость, износостойкость, паяемость)

Электрохимические покрытия.

По механизму защиты их подразделяют на катодные и анодные. Катодным металлическим считается покрытие более положительное, чем защищаемый металл.

(например, φ о Au, Ag, Cu, Ni, Pb > φ о стали). Защищает металл только механически. При повреждении покрытия начинается коррозия материала.

Анодное металлическое покрытие

(например, φ о Cr, Zn, Al, Mg, Cd, Ti о стали) защищает металл изделия химически, когда оно сплошное (не повреждено) и электрохимически при наличии повреждения покрытия. В этом случае начинается электрохимическая коррозия покрытия до полного его расходования.

02.04.2013 Г.

Рассмотрим процесс нанесения электрохимического покрытия на примере цинкования.

Ванну заполняют кислым электролитом водного раствора сернокислого цинка ZnSO₄ , в нее погружают изделие (К, «—»), пластинами из цинка (А «+») окружают изделие и подключают к источнику постоянного тока.

Под воздействием электрического тока электролит диссоциирует на катионы Zn + и анионы SO₄ — .Цинк оседает на изделии, анионы движутся к цинковым пластинам и растворяют их. Концентрация цинка в электролите поддерживается постоянной.

Недостаток процесса: параллельно происходит диссоциация воды. Водород наводораживает поверхность металла. Это приводит к поверхностной хрупкости металла. Процесс происходит при Т 15-40 о С, продолжительность от минуты до двух и более часов в зависимости от толщины покрытия.

Хромирование происходит при Т 35-70 о С, схема та же: катод – изделие, анод – свинцовые пластины. Состав электролита Хромовый ангидрид CrO₃ + серная кислота H₂SO₄ .В этом случае в процессе хромирования раствор обедняется хромом и требуется постоянный контроль химического состава электролита. В зависимости от Т о С и плотности тока (А/см 2 ) покрытие получается различной твердости и хрупкости. Различают мягкие покрытия и твердые (от 5мкм до 1 мм, сразу имеет сетку трещин, зрительно невидимую).

Три основные стадии нанесения электрохимических покрытий:

Подготовительные операции (очистка, обезжиривание)

Непосредственно нанесение покрытия.

Отделочная, т.е. полировка.

Качество покрытия, его внешний вид сильно зависят от температуры, плотности тока, состава электролита. Для усиления блеска иногда добавляют блескообразователи, специальные химические компоненты.

Недостатки: 1. наводораживание, 2. низкая прочность сцепления покрытия с металлом изделия. 3. Резкий переход химического состава. 4. Сложность, а порой невозможность нанесения равномерного покрытия на объемные сложные изделия, на поверхности внутри изделия.

Режим Гальванического никелирования: 450г воды, растворить 25г кристаллического сульфата никеля, 10г борной кислоты или цитрата натрия. Плотность тока 0,005 А/см 2 . Температура 30-35 о С.

Меднение: Изделие – катод; электролит: на один литр воды 250г сульфата меди (медный купорос) и 50-80г концентрированной серной кислоты (40%). Анод – медная пластина. Напряжение 3-4 В, плотность тока от 0,02 до 0,3 А/см 2 . Температура 18-30 о С. Чем сложнее форма детали, тем меньше ток.

Электронатирание. Анод – мягкая подушечка или игла, смоченные в растворе электролита с металлом покрытия. Напряжение примерно 6В, покрытие может быть никель, хром, олово, цинк, кадмий, золото, серебро. Для ускорения процесса используют электролиты высокой концентрации. Покрытия от электронатирания матовые или слегка блестящие.

Современные электрохимические методы позволяют наносить композиционные покрытия, содержащие частицы от 0,1 до 10 мкм оксидов, карбидов, боридов, нитридов, алмаз, графит, полимеры.

Источник

Электрохимические композиционные покрытия.

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

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

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

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

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

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

Процесс осаждения электрохимических композиционных покрытий обычно проводят при непрерывном или периодическом перемешивании суспензии, при этом частицы второй фазы постоянно находятся во взвешенном состоянии. Размер частиц 0,1 – 3 мкм, количество их может быть ≈10 7 на 1 см 2 поверхности.

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

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

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

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

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

Возможность образования покрытий заданного состава зависит от многих условий:

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

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

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

Деталь с композиционным покрытием сил-никель.

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

Толщина сил-никелевого слоя от 1 до 3 мкм.

Классический состав одного из таких электролитов :

Сульфат никеля 250 – 300 г/л

Хлорид никеля 50 – 60 г/л

Кислота борная 25 – 40 г/л

1,4 – Бутиндиол 0,12 – 0, 2 мл/л

Каолин КРХС 1,0 – 5,0 г/л

Аэросил А-380 0,1 – 0,5 г/л

Температура 55 – 65ºС

Катодная плотность тока 4 – 5 А/дм 2 .

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

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

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

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

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

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

Использование ультрадисперсных алмазов (УДА), имеющих сверхмалые размеры (4 – 8 нм), с развитой удельной поверхностью 200 – 450 м 2 /г, эффективность которых базируется на принципах дисперсного упрочнения и усиления свойств покрытий, открыло одно из самых перспективных направлений в создании тонкостуктурированных композиционных покрытий, обладающих лучшими качествами алмаза – твердостью, стабильностью, устойчивостью к различным агрессивным средам и многими другими.

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

Состав электролита серебрения с УДА:

Калия дицианоаргентат 74 – 92 г/л

Калий роданистый 200 – 250 г/л

Калий углекислый 20 – 40 г/л

Концентрация УДА 1 – 10 г/л

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

Структура серебряного композиционного покрытия с УДА.

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

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

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

Источник

Электрохимический способ покрытия неметаллических изделий металлом

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ЕДИНАЯ СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ И СТАРЕНИЯ

ПОКРЫТИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ И НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ НЕОРГАНИЧЕСКИЕ

Термины и определения

Unified system of corrosion and ageing protection. Metal and non-metal inorganic coatings. Terms and definitions

Дата введения 1983-01-01

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 15 марта 1982 г. N 1012 срок введения установлен с 01.01.83

Настоящий стандарт устанавливает применяемые в науке, технике и производстве термины и определения основных понятий в области металлических и неметаллических неорганических покрытий, полученных на металле или сплаве.

Термины, установленные стандартом, обязательны для применения в документации всех видов, научно-технической, учебной и справочной литературе.

Для каждого понятия установлен один стандартизованный термин. Применение терминов-синонимов стандартизованного термина запрещается. Недопустимые к применению термины-синонимы приведены в стандарте в качестве справочных и обозначены «Ндп».

Для отдельных стандартизованных терминов в стандарте приведены в качестве справочных краткие формы, которые разрешается применять в случаях, исключающих возможность их различного толкования. Установленные определения можно, при необходимости, изменять по форме изложения, не допуская нарушения границ понятий.

В случаях, когда необходимые и достаточные признаки понятия содержатся в буквальном значении термина, определение не приведено, и, соответственно, в графе «Определение» поставлен прочерк.

В стандарте в качестве справочных приведены иностранные эквиваленты стандартизованных терминов на немецком (D), английском (Е) и французском (F) языках.

В стандарте приведены алфавитные указатели содержащихся в нем терминов на русском языке и их иностранных эквивалентов.

В справочном приложении приведены термины, относящиеся к обработке поверхности, свойствам покрытий и дефектам гальванических покрытий.

Стандартизованные термины набраны полужирным шрифтом, их краткая форма — светлым, а недопустимые синонимы — курсивом.

D.
Е. Coating
F.

Слой или несколько слоев материала, искусственно полученных на покрываемой поверхности

2. Внешний слой покрытия

Ндп. Верхний слой покрытия
D. Aussenschicht des
F.

Слой покрытия, поверхность которого соприкасается с окружающей средой

Ндп. Подложка
D. Unterschicht
Е. Underlayer
F. Sous-couche

Каждый из слоев многослойного покрытия, расположенный под внешним слоем покрытия

4. Основной покрываемый металл

D. Grundmetall
E. Basic metal
F. de base

Металл или сплав, на котором получают покрытие

5. Толщина покрытия

D.
Е. Coating thickness
F. de

Расстояние по нормали между поверхностью основного покрываемого металла и поверхностью внешнего слоя покрытия

6. Местная толщина покрытия

D. Lokale
Е. Local coating thickness
F. locale de

Толщина покрытия в заданном месте

7. Минимальная толщина покрытия

D. Minimale
Е. Minimal coating thickness
F. minimale de

8. Максимальная толщина покрытия

D. Maximale
Е. Maximal coating thickness
F. maximale de

9. Средняя толщина покрытия

D.

Е. Middle coating thickness
F. moyenne de

10. Толщина слоя покрытия

D.

Е. Thickness of coating layer
F. de la couche de

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЯ

D. Kratzen
Е. Scratch-brushing
F. Aplanissage

Обработка поверхности основного покрываемого металла и (или) покрытия щетками для удаления окислов, загрязнений, уплотнения покрытия или нанесения декоративного штриха

D. Matt-Finish
Е. Mat finish
F.

Обработка поверхности основного покрываемого металла и (или) покрытия механическим, химическим или электрохимическим способом, устраняющая ее способность к зеркальному и рассеянному отражению света

D. Satin-Finish
E. Satin finish
F. Satinage

Декоративная обработка основного покрываемого металла и (или) покрытия механическим, химическим или электрохимическим способом для получения полублестящей поверхности за счет микронеровностей

14. Активация основного покрываемого металла (подслоя)

Ндп. Декапирование
D. Aktivierung
Е. Activation
F. Activation

Обработка поверхности основного покрываемого металла (подслоя) в растворах химическим или электрохимическим способом для снятия окисного слоя непосредственно перед получением покрытия

15. Химическая aктивация

Ндп. Химическое декапирование
D. Chemische Aktivierung
Е. Chemical activation
F. Activation chimique

Активация основного покрываемого металла и (или) подслоя в слабых растворах кислот, щелочей или солей

16. Электрохимическая активация

Ндп. Электрохимическое декапирование
D. Etektrochemische Aktivierung
Е. Electrochemical activation
F. Activation

Химическая активация под действием электрического тока от внешнего источника

Способы получения покрытий

17. Химический способ получения покрытия

D. Chemisches Verfahren des
E. Chemical method of coating
production
F. chimique d’obtention du

Получение металлического или неметаллического неорганического покрытия в растворе солей без электрического тока от внешнего источника.

Примечание. Примерами получения покрытий химическим способом являются: для металлических покрытий, полученных восстановлением — никелирование, меднение, серебрение и другие; для неметаллических неорганических покрытий, полученных окислением — оксидирование, фосфатирование,
хроматирование и другие. Последние применяют также для дополнительной обработки покрытия

18. Электрохимический способ
получения покрытия

D. Elektrochemisches Verfahren
des
E. Electrochemical method of coating production
F. d’obtention du

Получение металлического или неметаллического неорганического покрытия в электролите под действием электрического тока от внешнего источника

19. Катодное восстановление металла

D. Kathodische Metallreduktion
E. Cathodic metal reduction
F. сathodique de

Электрохимический способ получения металлического покрытия на металле, являющемся катодом

20. Анодное окисление металла

Ндп. Анодизационный способ
D. Anodische Metalloxydation
E. Anodic metal oxidation
F. Oxidation anodique de

Электрохимический способ получения неметаллического неорганического покрытия на металле, являющемся анодом

21. Контактный способ получения покрытия

D. Kontaktverfahren des
E. Contact method of coating production
F. par contact d`obtention du

Получение покрытия из раствора солей наносимого металла погружением основного покрываемого металла, находящегося в контакте с более электроотрицательным металлом

22. Газотермический способ получения покрытия

D. Gasthermisches Verfahren des
E. Gas-thermal method of coating production
F. gazothermique d`obtention du

Получение покрытия распылением газовой струей нагретого до жидкого или вязко-текучего состояния диспергированного материала

23. Металлизация распылением

D. Metallspritzen
E. Metal spraying
F. au pistolet

Получение покрытия распылением расплавленного металла

24. Плазменный способ получения покрытия

D. Plasma Verfahren des
E. Plasma-spraying method of
coating production
F. plasma d`obtention
du

Получение покрытия распылением плазменной струей расплавленного материала

25. Детонационный способ получения покрытия

D. Detonations Verfahren des
E. Detonation method of coating
production
F. de d`obtention du

Получение покрытия из диспергированого материала при взрыве горючего газа

26. Катодное распыление

D.
E. Cathode sputtering
F. cathodique

Получение покрытия распылением материала катода при газовом разряде

27. Конденсационный способ получения покрытия

D. Kondensations Verfahren des
E. Condensation method of coating production
F. par condensation d`obtention du

Получение покрытия испарением в вакууме наносимого материала, созданием направленного потока его частиц с последующим осаждением на поверхности основного покрываемого металла

28. Диффузионный способ получения покрытия

D. Diffusionsbehandlung
E. Diffusion treatment
F. Traitement de diffusion

Получение покрытия обогащением поверхностного слоя основного покрываемого металла химическими элементами способом диффузии

29. Горячий способ получения
покрытия

D. Schmelztauchbeschichten
E. Hot-dip metal coating

Получение покрытия пoгружением основного покрываемого металла в расплавленный металл

Получение покрытия нагреванием диспергированного материала с флюсом и связующим веществом, нанесенного на поверхность основного покрываемого металла

D. Emaillieren
E. Enameling
F.

Получение покрытия расплавлением силикатных материалов на поверхности основного покрываемого металла

D. Plattieren
E. Cladding
F. Placage

Получение покрытия соединением двух или более разнородных металлических слоев горячей прокаткой или взрывом на поверхности основного покрываемого металла

Дополнительная обработка основного покрываемого металла (покрытия)

33. Пропитка покрытия

D.
E. Impregnation of coating
F. du

Обработка покрытия заполнением пор веществом, не взаимодействующим химически с материалом покрытия

34. Наполнение покрытия

D.
E. Filling of coating
F. Remplissage du

Обработка покрытия заполнением пор веществом, образующим с ним химическое соединение

35. Окрашивание покрытия

D. des
E. Dyeing of coating
F. Teinture du

Обработка анодно-окисного покрытия заполнением пор красителем

36. Гидрофобизирование покрытия

D. Hydrophobierung des
E. Hydrophobization of coating
F. Hydrophobisation du

Обработка покрытия гидрофобизирующей жидкостью для получения на его поверхности водоотталкивающей пленки

37. Оплавление покрытия

D. Aufschmelzen des
E. Flowing of coating
F. Fusion du

D. Oxydieren
E. Oxidation
F. Oxidation

Обработка основного покрываемого металла и (или) покрытия химическим или электрохимическим способом, в результате которой на его поверхности образуется оксидная пленка

D. Passivierung
E. Passivating
F. Passivation

Обработка основного покрываемого металла и (или) покрытия химическим или электрохимическим способом, в результате которой на его поверхности образуется пассивная пленка

D. Chromatieren
E. Chromatizing
F. Chromatation

Пассивирование основного покрываемого металла и (или) покрытия, в результате которого на его поверхности образуется хроматная пленка

D. Phosphatieren
E. Phosphatization
F. Phosphatation

Обработка основного покрываемого металла и (или) покрытия химическим или электрохимическим способом, в результате которой на его поверхности образуется фосфатная пленка

D. Tonung
E. Toning
F. Virage

Декоративная обработка поверхности основного покрываемого металла и (или) покрытия химическим или электрохимическим способом для получения неметаллического неорганического покрытия, интерферирующего свет

D. Wasserstoffentfernung
E. Dehydrogenization
F.

Удаление водорода из основного покрываемого металла и (или) покрытия путем нагрева

44. Химическое покрытие

D. Chemischer
E. Chemical coating
F. chimique

45. Электрохимическое покрытие

D. Elektrochemischer
E. Electrochemical coating
F.

Металлическое или неметаллическое неорганическое покрытие, полученное в электролите под действием электрического тока
от внешнего источника

46. Гальваническое покрытие

D. Galvanischer
E. Galvanic coating
F. galvanique

Электрохимическое покрытие, полученное катодным восстановлением металла

47. Анодно-окисное покрытие

Ндп. Анодизационное покрытие

D. Anodische-Oxidschicht
E. Anodic oxide coating
F. oxyde-anodique

Электрохимическое покрытие, полученное анодным окислением металла

48. Контактное покрытие

D. Kontaktverfahren
E. Contact plating
F. par contact

49. Газотермическое покрытие

D.
E. Gas-thermal coating
F. gazothermique

50. Металлизационное покрытие

D.

E. Metal-spray coating
F.

Покрытие, полученное распылением расплавленного металла

51. Плазменное покрытие

D.

E. Plasma coating
F. plasma

52. Детонационное покрытие

D.
E. Detonation coating
F. par

53. Конденсационное покрытие

D.

E. Condensation coating
F.

54. Диффузионное покрытие

D.

E. Diffusion coating
F. par diffusion

55. Горячее покрытие

D. Schmelztauchbeschichten
E. Hot-dip coating
F. chaud

56. Эмалевое покрытие

D.
Е. Enamel coating
F.

57. Плакирующее покрытие

D. Metallplattiеren
E. Metal cladding
F. Placage de

58. Металлическое покрытие

D.
E. Metallic coating
F.

Покрытие, состоящее из металла или сплава

59. Неметаллическое неорганическое покрытие

D. Anorganischer
E. Non-metallic inorganic coating
F. non-metallique
inorganique

Покрытие, состоящее из неметаллических неорганических соединений

60. Композиционное покрытие

D.

E. Composition coating
F. composite

Покрытие, состоящее из включений металлических и неметаллических неорганических составляющих

61. Защитное покрытие

Ндп. Антикоррозионное покрытие

D.
E. Protective coating
F. protecteur

Покрытие для защиты основного покрываемого металла от коррозии

62. Защитно-декоративное покрытие

D.
E. Protective decorative coating
F. protecteur et

Покрытие для защиты основного покрываемого металла от коррозии и придания его поверхности декоративного вида

63. Декоративное покрытие

D.
E. Decorative coating
F.

Покрытие для придания поверхности основного покрываемого металла декоративного вида

64. Специальное покрытие

D.
E. Special coating
F.

Покрытие для придания определенных свойств поверхности основного покрываемого металла

65. Катодное покрытие

D. Kathodischer
E. Cathodic coating
F. cathodique

Металлическое покрытие, имеющее в данной среде электродный потенциал более положительный, чем у основного металла

66. Анодное покрытие

D. Anodischer
E. Anodic coating
F. anodique

Металлическое покрытие, имеющее в данной среде электродный потенциал более отрицательный, чем у основного металла

67. Нейтральное покрытие

D.
E. Neutral coating
F. neutre

68. Однослойное покрытие

D.

E. Single-layer coating
F. une seule couche

69. Многослойное покрытие

D.

E. Multilayer coating
F. multicouche

Покрытие, состоящее из двух или более последовательно полученных слоев

Источник