химический каталог




ГАЛЬВАНОТЕХНИКА

Автор Химическая энциклопедия г.р. И.Л.Кнунянц

ГАЛЬВАНОТЕХНИКА, получение на поверхности изделия или основы (формы) слоев металлов из растворов их солей под действием постоянного электрич. тока. Различают: 1) гальваностегию-нанесение на поверхность изделия тонких, обычно до несколько десятков мкм, металлич. покрытий и 2) гальванопластику - осаждение толстых, часто достигающих несколько мм, легко отделяющихся от основы (формы) слоев металла, точно воспроизводящих рельеф основы. При прохождении тока через раствор соли положит. ионы металла, образующиеся на аноде, присоединяя электроны, образуют на катоде нейтральные атомы, металл кристаллизуется и покрывает катод сплошным слоем (см. Электрокристаллизация). Разряду ионов предшествует их миграция и диффузия в растворе. Катодом служит покрываемое изделие или основа, анодом -обычно тот же металл, который выделяется на катоде. Если применяют нерастворимые аноды, в электролит периодически добавляют соединения осаждаемого металла; при этом вместо анодного растворения происходят др. анодные реакции, например выделение О2. Эффективное ср-во регулирования свойств покрытия - введение в электролит органическое добавок, которые, адсорбируясь на поверхности осаждаемого металла, меняют условия его кристаллизации. Мн. металлы выделяются на катоде совместно с Н2, который понижает выход металла по току и изменяет свойства покрытий. Скорость выделения Н2 обычно регулируют добавлением в электролит буферирующих неорганическое соединений. Для повышения электропроводности растворов в них дополнительно вводят неорганическое соли.

Гальваностегия. Используется для повышения коррозионной стойкости и износостойкости изделия, улучшения отражат. способности его поверхности, повышения электрич. проводимости и магн. характеристик, облегчения пайки, а также для декоративной отделки. наиболее распространенные процессы - цинкование, никелирование, меднение, хромирование, кадмирование и оловянирование (см. табл.).

Цинкование применяют в основные для защиты изделий из черных металлов (стали и чугуна) от атмосферной и высокотемпературной газовой коррозии. Стандартный электродный потенциал Zn более отрицателен, чем Fe, и в контакте с последним (при наличии влаги) Zn анодно растворяется, тем самым защищая Fe. Толщина покрытия - от 0,005 до 0,5 мм. Используют кислые электролиты (сульфатные, хлоридные, фтороборатные) и щелочные (цианидные, цинкатные, пирофосфатные, аммиакатные). В кислых электролитах с рН 3-5 покрывают изделия несложной формы, в т.ч. проволоку и ленту. Слабокислые (рН 5-6) электролиты на основе хлоридов или сульфатов Zn, содержащие органическое добавки, обеспечивают более высокую скорость осаждения покрытий с повыш. светорассеиваю-щей способностью. Цианидные электролиты дают возможность получать блестящие мелкокристаллич. покрытия на изделиях сложной формы, основные недостаток этих растворов - высокая токсичность. Лишены этого недостатка цинкатные электролиты, основные компоненты которых - Na2Zn(OH)4 или K2Zn(OH)4 и свободный NaOH или КОН; добавление к ним некоторых органическое соединение обеспечивает осаждение блестящих покрытий при большой скорости процесса.

НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫЕ СОСТАВЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ И РЕЖИМЫ ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ

Никелирование применяют для защиты от коррозии изделий из стали и цветных металлов (меди и ее сплавов), декоративной отделки их поверхности и придания некоторых других свойств. Никелевые покрытия по отношению к железу являются катодными и могут служить защитными только при условии отсутствия в них пор. Поэтому сталь покрывают сначала слоем Си (25-35 мкм), а затем Ni (10-15 мкм). наиболее широко применяют сульфатно-хлоридные электролиты, в меньшей степени - сульфаматные, фтороборатные, цитратные и др. Из электролитов с добавками производных бутиндиола осаждаются мелкозернистые, эластичные, ровные и блестящие покрытия. Осн. недостаток покрытий: малая коррозионная стойкость, обусловленная включениями серы. Избежать этого можно нанесением двух- или трехслойных покрытий; при одинаковой общей толщине трехслойное покрытие примерно в 1,5-2 раза более коррозионностойко, чем двухслойное, и в 3-4 раза - чем однослойное. При трехслойном никелировании первый слой осаждают из электролита с выравнивающей добавкой, не содержащей серы. Второй слой (1-2 мкм) содержит 0,1-0,2% S, третий, блестящий, - ок. 0,05% S. При контакте с агрессивной средой в порах покрытия растворяется наименее коррозионностойкий второй слой.

Повыш. стойкостью отличаются также композиционные блестящие никелевые покрытия, содержащие мелкодисперсные диэлектрическая частицы - каолин, карбиды, SiO2 и др. Осажденный на такое покрытие слой Сг приобретает микропористую структуру, которая снижает интенсивность коррозии Ni. Для декоративных целей разработано серебристо-матовое (велюровое) никелирование.

Меднение применяют перед осаждением никелевых и некоторых др. покрытий на сталь, цинк, цинковые и алюминиевые сплавы, а также для защиты стальных изделий от цементации. Используют кислые (сульфатные, фтороборатные, нитратные) и щелочные (цианидные, пирофосфатные, этилендиаминовые) электролиты. наиболее распространенный сульфатный электролит устойчив и позволяет осаждать Си со 100%-ным выходом по току. Недостаток кислых электролитов - получение из них покрытий с низкой рассеивающей способностью. Перед нанесением блестящих никелевых покрытий осаждают слой блестящей меди из сульфатного электролита с добавкой органическое веществ, которые обеспечивают выравнивание и зеркальный блеск медного покрытия. Повышение рассеивающей способности достигается уменьшением в сульфатных электролитах концентрации CuSO4 и увеличением концентрации H2SO4. Такие электролиты, содержащие также органическое добавки, применяют, например, для меднения печатных плат. Щелочные электролиты, в отличие от кислых, дают возможность осаждать Си на сталь, цинковые и др. сплавы с менее электроположительным, чем у Си, стандартным потенциалом, так как образующиеся в растворах комплексные соли Си сдвигают ее потенциал к более отрицат. значениям. Покрытия, осаждаемые из цианидных растворов, отличаются мелкозернистой структурой; они более равномерным слоем, чем покрытия из щелочных электролитов, покрывают поверхность изделия. Однако цианидные электролиты токсичны и неустойчивы по составу.

Хромирование обеспечивает нанесение покрытий, отличающихся большой твердостью, износоустойчивостью, жаростойкостью, высокой отражат. способностью, быстрой пассивацией, обусловливающей значительной коррозионную стойкость. Защитно-декоративные покрытия с зеркальным блеском осаждают слоем толщиной 0,25-0,5 мкм на детали, предварительно покрытые Си (20-40 мкм) и Ni (10-15 мкм). Блестящие покрытия повышают срок службы медицинских и др. режущих инструментов; с их помощью восстанавливают размеры деталей, повышают их поверхностную твердость и износостойкость. Покрытия большой толщины (до сотен мкм), так называемой твердый хром, осаждают непосредственно на изделия без промежуточные подслоя. Они применяются для восстановления изношенных частей моторов и др. механизмов, уменьшения износа поверхностей деталей машин. Повышению защитных свойств блестящих покрытий способствует применение двойного пористого хромирования (дуплекс). Сначала осаждается слой блестящего, без трещин, Сr, который заполняет все микроуглубления поверхности; затем наносится более тонкий слой блестящего Сг с густой сеткой микротрещин. Общая толщина -1,25-2,5 мкм. Микропористые покрытия состоят из одного слоя Сr толщиной 0,3 мкм, который осаждают на композиц. никелевые покрытия. Микротрещины и микропоры понижают плотность локальных токов коррозии и повышают коррозионную стойкость комбиниров. покрытий.

Осн. компоненты электролита-СrO3 и H2SO4. Из таких электролитов Сr осаждается с выходом по току 12-20%, остальная часть тока расходуется на восстановление Сг6+ до Сг3+ и выделение Н2. Для поддержания необходимой концентрации анионов SO42- и SiF62- в электролит добавляют малорастворимые соли-SrSО4 и K2SiF6. Такие электролиты более стабильны по составу, обеспечивают по-выш. выход по току и лучшую рассеивающую способность. Высоким выходом по току (до 40%) отличаются электролиты с добавкой NaOH, называют тетрахроматными. Они содержат также Ti, Zr и некоторые др. металлы.

Для защитно-декоративных целей применяют также покрытия "черным хромом", обладающие более высокой коррозионной и износостойкостью, чем обычные блестящие. Черный хром уменьшает отражение света поверхностью на 90%. Для черного хромирования используют растворы хромовой кислоты с добавками уксусной кислоты, оксалата железа, ванадата аммония и др.

Кадмирование применяют для защиты изделий от коррозии в атмосфере или в средах, содержащих хлориды (например, в морской воде). Используют кислые и щелочные электролиты. Применение спец. добавок позволяет получать мелкокристаллич. блестящие покрытия.

Оловянирование применяют для защиты изделий от коррозии в органическое кислотах, содержащихся в пищевая продуктах; значительной количество Sn расходуется на лужение консервной жести. Покрытия улучшают электрич. проводимость и облегчают пайку контактов. Оловянирование производят в кислых (сульфатных, фтороборатных), а также щелочных (станнатных, пирофосфатных и др.) электролитах. Наиб. распространены сульфатные электролиты с добавками ПАВ; из них осаждают мелкокристаллич. блестящие оловянные покрытия.

Золочение обеспечивает высокие химический стойкость и электрич. проводимость, а также декоративные свойства покрытий. Золотом покрывают электрич. контакты, лабораторная приборы, ювелирные изделия, музыкальные инструменты, спец. прожекторы и др. изделия. Осн. компонент электролитов золочения-дицианоаурат калия. Для техн. целей применяют слабокислые, нейтральные и щелочные электролиты, из которых осаждаются покрытия высокой чистоты (99,99% Аu). Для декоративной отделки изделий осаждают блестящие покрытия из электролитов, содержащих неорганическое и органическое добавки.

Серебрение широко применяют в радиопромышленности, радиоэлектронике, производстве средств связи и ЭВМ для обеспечения высокой электрич. проводимости контактов. Высокая отражат. способность серебра используется при покрытии фар, прожекторов, а его химический стойкость в щелочных растворах и органическое кислотах - при защите химический аппаратуры и приборов. Недостаток покрытий: чувствительность к соединение серы, под влиянием которых возникает пленка сульфида серебра, снижающая декоративные свойства покрытия. Разновидность наиболее распространенных цианидных электролитов серебрения - гексацианоферратный (железистосинеродистый), который менее токсичен, так как в нем отсутствует свободный KCN.

Покрытия металлами платиновой группы (Pt, Pd, Rh) применяют в радиотехн. и электронной промышлености при изготовлении электрич. контактов, для защиты поверхности серебра от потускнения и деталей точной аппаратуры от коррозии. Платиновые покрытия, в частности, применяют в химический промышлености для получения титанплатиновых анодов.

Практич. применение находят также покрытия Fe, Co, Pb, As, Sb, Bi, Ga, In, Ge, Mn и др. металлами, осаждаемыми из водных растворов. Для алюминирования используют органическое растворители.

Покрытия металлич. сплавами, содержащими два, реже три компонента, применяют для экономии одного из металлов или улучшения свойств покрытия. Получены покрытия из сплавов большинства металлов, которые может быть выделены из водных растворов, а также сплавов, содержащих W, Mo, P, S и некоторые др. элементы, в чистом виде из водных растворов не выделяющиеся.

Гальванопластика. Используется для изготовления и размножения металлич. копий. Осн. ее преимущество перед др. методами - высокая точность воспроизведения микро-и макрогеометрическая рельефа. Этим методом изготовляют матрицы для грампластинок, печатные стереотипы, клише, валки для тиснения кож, тонкие металлич. сетки, фольгу, копии с произведений искусства и др. Разновидность гальванопластики, электролитическое формование,-изготовление объемных деталей. Этим способом производят волноводные узлы для радиотехн. промышлености, трубы различные диаметра, рефлекторы, коробки для аккумуляторов, сопла, детали авиац. техники, прессформы и др.

Технология включает изготовление формы, подготовку ее поверхности, электроосаждение металла, отделение готового изделия от формы. Разработаны также комбиниров. гальванопластич. процессы, основанные на электроосаждении относительно тонкого слоя металла с последующей обволакиванием его пластмассой. Форму изготавливают из металла (сталь, Zn, Cu, A1 и др.) или из воска, гипса, пластмассы. Перед электроосаждением поверхность формы очищают от загрязнений, наносят на нее проводящий слой (если форма из неметаллич. материала), затем разделит. слой для предотвращения прочного сцепления осаждаемого металла с поветью формы. При выборе электролитов для осаждения основные слоя металла учитывают требуемые физических-механические свойства слоя, равномерность распределения тока и металла по поверхности катода, отсутствие склонности к дендритообразованию, скорость осаждения металла. Разработаны электролиты для осаждения Си, Ni, Co, Fe, Ag, Au, Zn, Sn, A1 и др.; наиболее широко применяют Си и Ni. Разработана технология осаждения жаростойких металлов и сплавов, комбиниров. слоев металлов с порошками тугоплавких соединений. Медь осаждают из сульфатных, фтороборатных, пирофосфатных, кремнефторидных, цианидных и нитратных растворов, никель — из сульфатных, хлоридных, фтороборатных и сульфаматных.

Химическая энциклопедия. Том 1 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
люди нуждающие в помощи
привод мв blf230
передвижные архивные стеллажи
мебель для домашнего кинозала

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(22.06.2017)