Метод локального электроосаждения металла
Обновлено: 30.06.2024
Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Ившин Я. В., Кайдриков Р. А.
Исследовали процесс получения покрытий способом селективного электронатирания. Приведены основные принципы создания электролитов для электронатирания . Изучено распределение покрытия по поверхности катода
Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Ившин Я. В., Кайдриков Р. А.
The paper focuses on the process of the selective brush plating and the main basic principles of electrolytes for brush plating . The authors study the distribution of metal plating on cathode surface.
Текст научной работы на тему «Особенности процесса нанесения покрытий методом селективного электронатирания»
Я. В. Ившин, Р. А. Кайдриков
ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ МЕТОДОМ СЕЛЕКТИВНОГО ЭЛЕКТРОНАТИРАНИЯ
Ключевые слова: процесс селективного электронатирания, электролиты для электронатирания.
Исследовали процесс получения покрытий способом селективного электронатирания. Приведены основные принципы создания электролитов для электронатирания. Изучено распределение покрытия по поверхности катода
Keywords: selective brush plating, electrolytes for brush plating.
The paper focuses on the process of the selective brush plating and the main basic principles of electrolytes for brush plating. The authors study the distribution of metal plating on cathode surface.
Способ селективного электронатирания применяют для получения металлических покрытий на локальных участках больших изделий,
восстановления изношенных деталей машин, прокорродировавших участков покрытий и новых деталей с браком механической обработки. Этот процесс часто используют для нанесения цинковых покрытий, широко применяемых при защите металлов от коррозии [1,2].
Ниже приведена лишь небольшая часть преимуществ, которые даёт способ селективного электронатирания.
■ Портативность. Все оборудования и процессы
для селективного нанесения покрытий электронатиранием спроектированы и
реализованы портативно. Так как для восстановления деталей не нужна гальваническая ванна, то работа может проводиться прямо на предприятии заказчика. Это существенно уменьшает время простоя оборудования и транспортные расходы.
■ Возможность самостоятельно производить ремонт деталей непосредственно по месту их монтажа в соответствии с вашим графиком работы, независимо от посторонних услуг и бумажной волокиты.
■ Возможность восстановить деталь до нужных размеров, с минимумом или без потребности последующей механической обработки (во многих случаях).
■ Возможность наращивания металла без деформации от нагревания, что позволяет сохранить свойства металла основы.
■ Высокая скорость нанесения покрытий -десятки мкм в минуту.
■ Широкий интервал толщин осаждаемых покрытий - за один прием от 0,20 до 200 мкм.
■ Электронатиранием можно осаждать металл
непосредственно на различные основы: литую стальную, алюминиевую поверхность, нержавеющую сталь, монель, титан,
высокоуглеродистую сталь, медь, латунь, цинк -практически на любые проводящие материалы, получая при этом очень хорошую адгезию покрытия к основе.
■ Экологичность, поскольку используются небольшие объемы электролитов.
Покрытие осаждали на образцы из стали 08кп путем локального электроосаждения металла с помощью электрода - инструмента, смоченного электролитом (рис.1.).
Рис. 1 - Схема установки осаждения покрытий способом селективного электронатирания: 1 -держатель; 2 - электрод - инструмент (анод); 3 -тампон; 4 - покраваемая поверхность (катод)
Осаждаемый слой металла формируется на поверхности покрываемого образца, поляризуемого катодом. Смоченный электролитом тампон закреплен на рабочей поверхности инертного анода. Удерживаемый в тампоне электролит периодически обновляется окунанием в емкость с электролитом, которая размещается под покрываемым участком опытного образца. Катод и анод с помощью токоподводов соединены с выходными клеммами стабилизированного источника постоянного тока. Для удобства работы анод снабжен рукояткой.
Правильный выбор электрода - инструмента имеет особую важность для подготовительных и основных операций при наращивании толщины металла более чем 25 мкм или при нанесении покрытия на большую площадь. Электрод -инструмент состоит из рабочего электрода с прокладкой из пористого материала и токоподводящего держателя. Для удобства и безопасности работы стержень помещается в диэлектрическую рукоятку. Пористое покрытие рабочего электрода - инструмента изготавливают из адсорбирующего материала, практически не взаимодействующего с электролитами. В настоящее время нашли широкое применение тампоны
(адсорбирующие материалы) с абразивом и без него, а также многослойные материалы [3,4]: Тампон также играет роль изолятора, предохраняющего короткое замыкание между катодом и анодом. Чаще всего, на практике, используют лавсановый войлок или слой длинноволокнистого хлопка.
Материалом для анодов является плотный графит высокой чистоты (минимальная объемная плотность 1,74 г/см3, максимальный размер зерна
0,2 мм), платина, платинированный титан или сплав 90% платины, 10% иридия. При работе с
нейтральными или щелочными электролитами, так же могут быть использованы коррозионно - стойкие марки сталей. В данной работе использовали аноды плоской прямоугольной формы.
Держателем рабочего электрода служит стержень из нержавеющей стали. Большие держатели снабжены внутренними каналами для обеспечения поступления свежего электролита к месту контакта анода с деталью. Электрод -инструмент прикрепляют к держателю при помощи резьбового соединения или штепселя.
Известны две различные схемы электроосаждения натиранием. В первом случае, для обновления электролита в межэлектродном пространстве, анод, обернутый пористым материалом - тампоном, периодически окунают в емкость с электролитом. Во втором варианте электролит подается насосом сквозь анод и тампон с одновременным сбором и рециркуляцией вытекающего раствора. Последний вариант снабжения электролитом используется в процессах восстановления изношенных или поврежденных поверхностей для получения слоев металла значительной толщины [5,6].
Чаще всего процесс ремонта изделий происходит по одной и той же классической схеме независимо от материала основы и включает подготовительные, основные и заключительные операции, с промежуточными промывками.
• Механическая очистка поверхности.
• Химическое и электрохимическое
• Нанесение тонкого промежуточного слоя
• Нанесение основного (толстого) слоя покрытия
• Нанесение верхнего (функционального) слоя
• Определение толщины покрытия и контроль качества.
Нанесение покрытия на поверхность, имеющую царапины, поры, риски, раковины, забоины требует уделения особого внимания этим дефектам. Острые края или наплыв металла вокруг этих дефектов следует удалять галтовкой. Дефекты поверхности, глубина которых больше ширины, могут представлять проблему, потому что покрытие покрывает дефект, не заполняя его полностью. Для избегания этого, такие дефекты следует сровнять с поверхностью, путём шлифования или формования ручным инструментом, обеспечив стачивание
острых стенок дефекта и расширение его поверхности до величины, равной или большей, чем его двойная глубина.
В силу специфики процесса селективного электронатирания и для успешного его осуществления с высокой скоростью необходимы специальные электролиты, как правило, отличные по составу от традиционных. Обычно электролиты выпускаются готовыми к использованию, стоимость их достигает до 70 долларов США за литр. Электролиты должны обеспечивать высокую скорость осаждения металла (десятки мкм в минуту) и быть малочувствительны к примесям, поскольку использованные растворы не корректируются по составу и в большинстве случаев могут быть возвращены для повторного использования.
Паспортной характеристикой пригодности каждого электролита к использованию является допустимое количество электричества на единицу объема. При осаждении покрытий с высокой поверхностной и объёмной плотностью тока, особенно при использовании малорастворимых анодов, велика роль сопряженных электродных реакций, поскольку они быстро выводят электролит из состояния баланса. Особенно жестко эти проблемы проявляются в случае селективного нанесения покрытий большой толщины, где используется небольшой объем электролита, высокая объемная и поверхностная плотность тока, малорастворимый анод, чаще всего графитовый. Кроме того, к ним предъявляется ряд других специфических требований: не агрессивность к обрабатываемым изделиям, отсутствие разложения и выделения токсичных веществ малая чувствительность к изменениям кислотности и состава, устойчивость при длительном хранении.
До настоящего времени в доступной литературе нет четких критериев, которые можно было бы использовать при разработке электролитов для процессов селективного электронатирания. Нам представляется, что одним из таких главных критериев могла бы быть буферная емкость электролита в самом широком понимании этого термина, т.е. его способность сохранять требуемые свойства в заданных пределах в различных условиях эксплуатации и процессе хранения.
Целью исследования являлась разработка принципов создания электролитов для высокоскоростного осаждения металлов методом электронатирания. Электролиты среди прочих требований должны обеспечивать заданные физикомеханические характеристики металлических осадков [4]. Для комплексного решения проблемы необходимо решить как минимум две задачи: создание предварительного тонкого хорошо сцепленного подслоя и нанесения толстых последующих слоев.
Основным требованием к электролитам первой группы является хорошая адгезия осадка к металлу основе независимо от природы основы. При этом скорость осаждения металла и выход по току имеют подчиненное значение. Достижение требуемого качества сцепления в процессах
электронатирания достигается либо ужесточением условий подготовительных операций либо осаждением тонкого промежуточного слоя перед нанесением основного толстого слоя. Второй вариант для практики является более предпочтительным, поскольку один и тот же электролит (подслой) может быть, использован при обработке изделий с основой из различных металлов и сплавов.
Вторая группа электролитов должна обеспечивать возможность осаждения толстых слоев металла с заданными физико-механическими свойствами с высокой скоростью и высоким выходом по току. При этом электролиты должны иметь высокую буферную емкость и иметь низкую чувствительность к загрязнениям.
Многочисленные исследования показали, что при электроосаждении никелевого покрытия, основное требование к которому - хорошее сцепление с основой, решающую роль играет кислотность электролита, обеспечивающая растворение оксидов и высокую буферную емкость раствора. Сопряженная реакция восстановления ионов водорода при этом не препятствует, а в некоторых случаях и способствует получению хорошо сцепленных осадков.
При осаждении толстых никелевых покрытий, решающим фактором становится скорость осаждения при соблюдении заданных механических свойств осадка. Скорость осаждения определяется произведением двух параметров: плотности катодного тока и выхода металла по току. Исследования показали, что величина максимально возможной катодной плотности тока пропорциональна буферной емкости электролита по щелочи. Поскольку при использовании малорастворимого анода в процессе электролиза образуются ионы гидроксония, то электролит в процессе работы закисляется, что приводит к снижению выхода по току металла на катоде. Отсюда следует, что для обеспечения стабильно высокого выхода металла по току, электролит должен обладать высокой буферной емкости по кислоте. Механические свойства никелевых осадков также определяются кислотностью электролита и наличием в нем примесей. Таким образом, для обеспечения осаждения покрытия хорошего качества с высокой скоростью, электролит должен обладать одновременно высокой буферной емкостью по щелочи, кислоте и загрязнениям.
Конечной целью исследования являлась разработка теоретических основ создания электролитов для высокоскоростного осаждения металлов методом электронатирания. В качестве объектов для решения поставленной задачи предполагается рассмотреть кроме электролитов никелирования также электролиты для электроосаждения меди, цинка и сплава никель -кобальт. Априорная информация и результаты предварительных исследований позволяют предположить следующие вероятные подходы к решению поставленной задачи:
• повышенное внимание к роли реакций,
осаждаемого металла, поскольку зачастую они в решающей степени определяют свойства осадка;
• создание электролитов на основе аква- и других
комплексов металлов - (аммиакатных,
• использование эффективных буферирующих добавок на основе солей органических кислот;
• обеспечение высокой концентрации ионов
осаждаемого металла в электролите путем
правильного выбора анионного состава электролита.
Решение этих задач требует выполнения ряда этапов:
• Определение влияния компонентов электролита
на его технологические характеристики и физико-механические свойства осадков: адгезию, твердость, внутренние напряжения,
шероховатость на основе анализа доступных литературных данных по электроосаждению металлов с высокой скоростью в условиях электронатирания.
• Разработка теоретических основ и создание
электролита никелирования для осаждения
предварительного подслоя. Основное требование к электролиту - универсальность и малая зависимость сцепления никелевого осадка от свойств материала основы.
• Создание теоретических основ разработки электролитов меднения и разработка ряда составов кислых и щелочных электролитов, предназначенных для заращивания глубоких впадин и осаждения толстых слоев металла. Основные требования к электролиту -обеспечение высокой скорости роста осадка, большой выход по току и большая электрохимическая емкость.
• Создание теоретических основ разработки электролитов никелирования и сплава никель -кобальт с разработкой ряда составов кислых и щелочных электролитов, предназначенных для осаждения толстых слоев металла. Основные требования к электролиту - обеспечение роста осадка с заданными физико- механическими свойствами (твердость, внутренние напряжения) при высокой скорости роста осадка и большой электрохимической емкости.
Нами разработан ряд электролитов и технологический процесс нанесения металлов методом селективного электронатирания, обладающий повышенной промышленной и экологической безопасностью производства,
некоторые их характеристики приведены в таблице.
Значительной проблемой при нанесении покрытия методом селективного электронатирания является большая неравномерность распределения металла по поверхности катода (рис.2).
Нанесение локальных гальванических покрытий
Этапы технологии локального нанесения гальванических покрытий (локальной гальваники)
Подготовка поверхности
Начальным этапом технологии идёт механическая обработка дефектного места с удалением выдавленного наружу металла, отслоения покрытия, коррозии и плавной разработки дефектного места для обеспечения лучших условий гальванического осаждения металлов.
Далее производится обезжиривание растворителем для удаления минеральных загрязнений и обезжиривание ремонтируемой поверхности под действием тока для удаления оставшихся жиров. Процесс производится в щелочном растворе, при котором деталь является катодом, а электрод – анодом. При этом на поверхности детали под действием тока происходит интенсивное выделение водорода, пузырьки которого вышибают с поверхности остатки жиров и загрязнений. Существует довольно много растворов для электролитического обезжиривания.
Следующая операция – это процесс электролитического травления, при котором деталь является анодом, а электрод – катодом. Электролит травления содержит в себе кислоту и добавки оптимизирующие процесс травления. Существует много травильных растворов для разных типов поверхностей.
Следующим этапом является очистка протравленной поверхности от продуктов травления. Этот процесс, также как и травление, идёт с обратной полярностью. На поверхности образуются пузырьки кислорода, которые вместе с абразивным воздействием оболочки электрода и комплексообразованием с компонентами раствора, очищают ремонтируемое место. Стоит заметить, что процесс очистки не подходит для поверхностей, содержащих хром и свинец, потому что эти металлы интенсивно растворяются.
После такой обработки на поверхности детали остаётся тонкая оксидная плёнка, для разрушения которой производится активация (декапирование) в специально подобранных кислых растворах. При ремонте дефектное место может содержать до 4 различных металлов, поэтому активатор должен быть универсален.
Иногда попадаются покрытия, которые стандартными методами не активируются, для этого случая у нас уже внедрён более агрессивный активатор и в стадии тестирования находится новый инновационный раствор с очень хорошими характеристиками скорости и качества снятия тонкой оксидной плёнки. Этот раствор мы готовим для ремонта хромированных поверхностей, прежде всего каландровых валов и экструзионных головок, хрома, полученного из электролитов трёхвалентного хромирования.
На фотографии представлен дефект поверхности печатного цилиндра печатной машины по жести "MAILÄNDER", образовавшийся при попадании надфиля в процессе печати.
Нанесение адгезионного подслоя
Никель является прекрасным материалом для гальваники. Есть возможность изготовления электролитов как сильнокислых, так и сильнощелочных. Благодаря высокой коррозионной стойкости и более положительному (по сравнению с железом) электродному потенциалу, последующее покрытие медью из комплексного электролита имеет высокую адгезию, превосходящую прочность медного покрытия.
В ванновой гальванике для осаждения металлов на хромоникелевые и высокохромистые стали применяется тонкий адгезионный подслой никеля. Та же самая аналогия и в нашем процессе, так как в подавляющем большинстве ремонту подвергаются хромированные поверхности. Во многих учебниках по электрохимии описан хлористый электролит предварительного никелирования, но для нашей технологии он практически не подходит потому, что при осаждении с нерастворимым анодом происходит выделение хлора, а с растворимым анодом адгезия получаемого покрытия является неудовлетворительной.
Адгезия получаемого покрытия в равной степени зависит от 2-х причин:
• подготовки поверхности с необходимой активацией;
• состава электролита предварительного никелирования.
Мы используем разработанный в лаборатории нашей компании эффективный электролит предварительного никелирования, который позволяет вместе с применением активатора, получать прочносцеплённый слой никеля с хорошей адгезией к нему последующих слоёв различных металлов.
На данный момент в лаборатории нашей компании ведётся разработка нового электролита предварительного никелирования на соединениях никеля, обеспечивающих дополнительную активацию хромового покрытия.
На фотографии представлен разделанный дефект поверхности печатного цилиндра печатной машины по жести "MAILÄNDER", подготовленный для гальванического нанесения по технологии локальной гальваники.
Нанесение слоя меди из комплексного электролита
После нанесения никелевого подслоя, по технологии, наносится слой меди толщиной 0.01мм из комплексного электролита имеющего слабощёлочную природу и низкие константы нестойкости комплексов, входящих в состав раствора. Благодаря этому электродный потенциал комплекса более отрицательный, чем потенциал никелевого покрытия, поэтому контактного вытеснения никеля не происходит и наносимый слой меди имеет очень высокую адгезию. Толщина в 0.01мм выбрана из условий получения непористого покрытия (практически любое гальваническое покрытие имеет определённое удельное содержание количества пор на площадь, которое зависит от условий электроосаждения и состава электролита). В ванновой гальванике непористым считается слой меди из комплексного электролита толщиной в 0.005мм, что выглядит логично из условий электроосаждения (плотность тока в локальной гальванике в 20 – 30 раз превышает плотность тока для подобных электролитов ванновой гальваники).
Отсутствие сквозных пор является необходимым условием перехода к следующему этапу меднения в кислом электролите, потому что кислота, содержащаяся в небольшом количестве в кислом электролите, проникая через незакрытые поры, разрушает подслой никеля. Комплексы данного электролита – “тяжёлые”, благодаря этому покрытие получается плотным, мелкозернистым и с низкими внутренними напряжениями.
Существует большое количество комплексных электролитов меднения, но только несколько из них после серьёзной доработки могут быть использованы в технологии локального нанесения гальванических покрытий, потому что существуют серьёзные сложности в получении комплексов меди с низкой константой нестойкости и высокой концентрацией основной соли меди.
На фотографии представлено дефектное место печатного вала печатной машины по жести "MAILÄNDER", с нанесённым на поверхность предварительным подслоем никеля и 10 мкм слоем меди из щелочного электролита меднения.
Нанесение слоя меди из скоростного кислого электролита
После нанесения слоя меди из комплексного электролита становится возможным применение, для дальнейшего осаждения, кислого скоростного электролита меднения. Преимуществом данного электролита является высокая скорость осаждения (25 -30мкм/мин) при плотности тока 1.5А/см2, но при определённых условиях, близких к идеальным, возможно увеличение плотности тока до 3А/см2(соответственно вырастает и скорость осаждения).
Этот электролит довольно прост по составу, но требует соблюдения определённых условий при изготовлении. Осадки получаются плотные, мелкозернистые и твёрдые. Высокая микротвёрдость осадков (до 3500 Мпа) обусловлена включением большого количества водорода в кристаллическую решётку из-за высоких плотностей тока и выделения водорода на поверхности детали при электролизе.
Импортные аналоги сделаны на базе другой соли меди. В планах нашей компании заложены: изготовление, испытания и внедрение подобного электролита.
После нанесения толстого слоя меди производится механическая обработка абразивными материалами, с помощью приспособлений, до устранения дефекта и подготовки к последующему нанесению финишного покрытия.
В технологии локальной гальваники базовыми точками, по которым ведётся ремонт, являются рядом лежащие по образующей цилиндра на неповреждённых участках. При тяжёлых случаях ремонта восстановление ведётся по показаниям индикаторной головки, закреплённой в специальных приспособлениях.
На фотографии представлено дефектное место печатного вала печатной машины по жести "MAILÄNDER", с нанесённым на поверхность предварительным подслоем никеля, 10 мкм слоем меди из щелочного электролита меднения и слоя меди необходимой толщины из электролита скоростного меднения.
Нанесение финишного износостойкого покрытия
После выводки дефектного места медью производится занижение медного покрытия относительно неповреждённой поверхности на 0.02 – 0.03 мм., при помощи тонких абразивных материалов, и на дефектное место наносится слой износостойкого покрытия из электролитов никелирования, кобальтирования, хромирования или сплавов этих металлов.
Наиболее востребованным, удобным и универсальным является электролит никелирования имеющий слабощёлочную реакцию. Наносится он также с применением адгезионного подслоя никеля. Данный электролит был разработан в лаборатории нашей компании для замены импортных аналогов, основной упор делался на получение качественных полублестящих осадков. Выход по току у данного электролита на 15 % ниже импортных аналогов, но применяемая плотность тока выше на 50%. Благодаря этому, по скорости нанесения этот электролит более эффективен. Ещё одна деталь – это высокая, по сравнению с другими электролитами никелирования, рассеивающая способность, что немаловажно при ремонте цилиндров лаковых секций печатных машин, так как в данном процессе не используется заполнение дефектного места медью из-за растворимости меди в вододисперсионных УФ лаках. Микротвёрдость получаемого покрытия – до 6000 Мпа.
Так же мы используем электролит кобальтирования с микротвёрдостью получаемых осадков 6000 – 8000 Мпа и хорошей адгезией к стальным поверхностям. Основными его преимуществами является более высокая микротвёрдость и температурная стойкость.
Есть у нас и электролит для получения покрытия сплавом никель-фосфор. Из него получаются покрытия, после температурной обработки при температуре 350 °C в течении 1 часа, имеющие микротвёрдость 10 Гпа. Данный электролит находится сейчас на этапе внедрения, его состав имеет законченный вид и весьма оригинальную технологию изготовления.
После нанесения финишного слоя необходимой толщины производится тонкая абразивная обработка дефектного места до получения необходимых геометрических размеров и шероховатости поверхности.
На фотографии представлено отремонтированное место цилиндра печатной машины по жести "MAILÄNDER", с нанесённым на поверхность, на финишном этапе, никеля из скоростного электролита никелирования.
Copyright (Нанесение локальных гальванических покрытий) Все права принадлежат авторам: Штанг Андрею и Кантимирову Александру. © 2013 - 2021
Локальная гальваника - восстановление металлических поверхностей
Локальная гальваника для восстановления металлических поверхностей и гальванических покрытий цилиндров печатных машин, ремонта каландровых валов, экструзионных головок и другого оборудования без демонтажа и разборки, на месте установки
Применяемая нашей компанией технология локального нанесения гальванических покрытий (в некоторых источниках технология называется локальным электроосаждением металлов, электронатиранием, селективным электронатиранием или селективной электрохимической металлизацией) идеально подходит для ремонта поверхности цилиндров полиграфического (печатного) оборудования. Данная технология локальной гальваники позволяет производить восстановление геометрических характеристик рабочих поверхностей цилиндров печатных машин, валов каландров и ламинаторов без демонтажа, с минимальными временными затратами, что бывает немаловажно для обеспечения бесперебойной работы дорогостоящего оборудования. Дефекты, на покрытии цилиндров печатных машин, валов ламинаторов и каландров, могут возникать от механического износа, коррозии, попадания посторонних предметов между цилиндрами.
Технология локального нанесения гальванических покрытий представляет из себя процесс электроосаждения металлов без применения традиционных ванн. Для металлизации поврежденных мест поверхностей цилиндров используются высококонцентрированные электролиты с уникальными характеристиками, которые позволяют значительно ускорить процесс осаждения металлов и получить твёрдые, износостойкие покрытия для более долговечной эксплуатации заказчиком цилиндрических валов полиграфического и экструзионного оборудования.
Для устранения дефектов применяется стандартный технологический процесс локальной гальваники, включающий в себя:
• операции по подготовке поверхности (обезжиривание, травление, очистка от продуктов травления, декапирование);
• нанесение адгезионного подслоя никеля;
• нанесение меди из щелочного электролита;
• нанесение необходимого для восстановления геометрии вала слоя меди из кислого скоростного электролита с последующей механической обработкой дефектного места;
• нанесение финишного износостойкого покрытия твёрдым никелем или кобальтом.
В зависимости от условий ремонта и требований заказчика процесс может отличаться от стандартного варианта технологии локальной гальваники.
Технология локальной гальваники
Термин электронатирание был введён в употребление советским инженером Варшавским И. И. - родоначальником технологии, в дальнейшем процесс был назван селективным электронатиранием. Я предполагаю, что для красоты, технология стала называться селективной электрохимической металлизацией и, если поискать в интернете, то под селективной электрохимической металлизацией, в своей основе, понимается процесс осаждения декоративных покрытий, который не предназначен для восстановления деталей промышленного назначения. Основным отличием нашей технологии является значительно более широкая номенклатура применяемых технологических растворов и материалов. Это даёт возможность серьёзного расширения списка ремонтируемых изделий. Название: технология локального нанесения гальванических покрытий, кратко - локальная гальваника, было нами присвоено используемому методу ремонта локальных повреждений металлических деталей для восстановления цилиндров печатных машин и валов каландров. Более 80% применяемых растворов изобретены сотрудниками нашей компании и лишь 4 электролита (из них 3 подготовительных раствора) имеют в своей основе составы фирмы "LDC".
В советское время технология электронатирания имела широкое применение в различных областях промышленности. Данная технология использовалась в основном при производстве новых изделий с применением различных приспособлений. Для ремонта и восстановления она использовалась редко, поэтому ручной вариант технологии был завезён из Европы в начале 2000-х годов, который из-за ограничений и универсализма может с успехом применяться только при ремонте цилиндров печатных машин.
Для ремонта каландровых валов и экструзионных головок оборудования по производству плёнки требуется полное восстановление износостойких, антипригарных и температуростойких характеристик покрытия. Выполнение данных условий возможно только при разработке методов активации хромового покрытия и последующего осаждения металлов из электролитов 3-х валентного хромирования или сплава никель-фосфор. Так как растворы для технологии являются не сильно агрессивными (из-за ручного применения и ограниченной стойкости материалов), то активация стандартными методами не всегда обеспечивает приемлемый уровень адгезии покрытия. Так как в полиграфии, на цилиндрах печатных машин, нет серьёзных нагрузок на ремонтируемые участки, то при правильно проведённом ремонте обеспечивается восстановление рабочих характеристик на весь жизненный цикл оборудования.
Если относиться к технологии, как к «святой корове», то можно дальше ремонта цилиндров печатных машин и не двигаться. Специалисты нашей компании обладают в полной мере знаниями о роли каждого компонента технологических растворов. Это помогает в создании и опробовании новых электролитов. Зачастую для решения поставленной задачи бывает недостаточно разработки определённого электролита, необходимо корректировать технологию и вводить новые подготовительные растворы. Предпринимаемые в нашей компании усилия, в исследовании и применении технологии локального нанесения гальванических покрытий в других отраслях промышленности, ведут к повышению качества, уменьшению времени восстановления рабочих характеристик оборудования и повышению устойчивости к неблагоприятным факторам при ремонте.
Мы готовы обеспечить индивидуальный подход к решению задач по устранению дефектов на поверхностях различного оборудования. При наличии достаточного доступа работа выполняется на месте без демонтажа оборудования. Выезд специалиста возможен в кратчайшие сроки после поступления заказа и обсуждения условий.
Локальный ремонт печатного цилиндра, восстановление вала печатной машины
Локальное восстановление поверхности печатного цилиндра печатной машины HEIDELBERG производилось при помощи технологии локального нанесения гальванических покрытий по типу: медь - никель. Локальный ремонт покрытия произведён с допуском для ремонтируемого места на отклонение профиля продольного сечения цилиндра 5 мкм. Предварительно в дефектное место был установлен медный чопик и произведена грубая абразивная обработка повреждения с удалением излишков металла. Геометрические характеристики и работоспособность печатного вала полиграфической машины восстановлены полностью. Это одна из первых моих самостоятельных работ, проведённая в городе Караганде Республики Казахстан в 2008 году.
Метод локального электроосаждения металла
Тема : Восстановление деталей электролитическими способами
План:
1.Сущность и режимы процесса.
2. Основное содержание технологического процесса.
3. Совершенствование технологических приемов получения электролитических покрытий.
1.Сущность и режимы процесса.
В основе процесса "Электролитическое наращивание" Лежит электролиз.
Электролиз — электрохимический процесс (электролиз металлов), протекающий между анодом и катодом (деталью) в электролите (водном растворе соли, кислоты или щелочи) и сопровождающийся выделением на катоде металла (рис.1, 2).
Рис.1. Принципиальная схема процесса электролитического наращивания.
Рис. 2. Схема электрохимического осаждения металла:
1—ванна; 2 — Анодная штанга; 3 — Крюк (подвеска) для завешивания анода;
4 — катодная штанга; .5 —крюк подвеска для завешивания детали (катода);
6 — ионы металла (катионы); 7 — покрытие; 8 — Анод; 9 —- деталь (катод).
При прохождении постоянного тока через электролит на аноде 3 происходит растворение металла (переход его в электролит) и выделение кислорода, а на катоде 9 (деталь) — отложение металла и выделение водорода.
Электролитические покрытия Предпочтительнее наплавки, так как:
· процессы гальванического осаждения металла не вызывают структурных изменений в деталях,
· позволяют устранять незначительные износы,
· легче поддаются механизации и автоматизации,
· можно получать равномерные по толщине покрытия с широким диапазоном твердости (от 1000 до 12000 МПа), что позволяет восстанавливать большую номенклатуру деталей, значительно от-личающихся конструктивно-технологическими характеристиками и условиями эксплуатации,
· одновременно можно восстанавливать значительное количество деталей,
· применяемые электролиты можно использовать многократно,
· технологический процесс легко поддается механизации и автоматизации.
Недостатки электролитического наращивания:
· сравнительно низкая производительность процесса,
· большой цикл подготовительных операций,
· значительное выделение вредных веществ (хлор, кислотные испарения и т, п.).
Наибольшее распространение получили осталивание (железнение), хромирование, никелирование, меднение, нанесение электролитических сплавов.
Краткая характеристика основных способов электролитического наращивания.
Железнение:
- высокая производительность наращивания (скорость осаждения металла 0,2…0,5 мм/ч),
- толстые осадки (до 2 мм и более),
- высокие физико-механические свойства,
- недорогие и недефицитные материалы,
- себестоимость восстановления – 30…50% от стоимости новой детали при одинаковой износостойкости.
- высокая твердость, жаростойкость, износостойкость покрытий, низкий коэффициент трения;
- осадки хрома обладают повышенной хрупкостью и плохой прирабаты-ваемостью;
- процесс чувствителен к изменениям температуры электролита и плотности тока,
- электролит нестабилен по составу и требует корректировки в процессе электролиза.
Увеличивает износо - и коррозионную стойкость деталей, улучшает внешний вид.
Никелирование:
- электролит нестабилен по составу и требует корректировки в процессе электролиза,
- высокая себестоимость восстановления.
Применятся для защитно-декоративных целей, как подстилающий слой при декоративном хромировании, а иногда для повышения изностойкости и восстановления деталей – поршневых колец, пальцев, плунжеров и т. п.
Режим процессов электролитического наращивания Определяется следующими основными показателями:
· состав электролита (г/л)
· плотность тока, А/дм2
· выход по току (к. п.д.), %.
Таблица 1. Примеры режимов электролитического наращивания
Вид электролитического наращивания.
Плотность тока, А/дм2
Аскорбиновая кислота - 0,5…2.
Хромовый анги-дрид - 120…150,
Серная кислота – 1,2…1,5.
Щавелевокислый алюминий – 300, Сернокислый никель – 140,
Хлористый натрий – 10.
Подробнее о режимах железнения и хромирования см. [1 с.126 – 133, табл. 30, 31].
2. Основное содержание технологического процесса.
Рис. 8. Структурная схема технологического процесса.
Технологический процесс нанесения электролитического покрытия состоит из трех этапов:
1) подготовка детали (деталей);
2) нанесение покрытия;
3) обработка детали (деталей) после нанесения покрытия.
Технологический процесс, показанный на схеме (Рис.8) может быть подробнее рассмотрен на примере железнения.
3. Совершенствование технологических приемов получения электролитических покрытий.
Существует достаточно большое разнообразие технологических приемов получения покрытий, позволяющих расширить области применения обычных способов, повысить их производительность и качество.
Электролитическое осаждение металлов на нестационарных режимах — реверсивном и асимметричном токе.
Процесс осаждения металла На реверсивном токе протекает по графику (рис. 20).
Рис. 20. График получения реверсивного тока.
В Начальный период Деталь является катодом, и, следовательно, происходит обычное осаждение металла — катодный период, который длится tк при силе тока iк; затем изменяется полярность, Деталь становится анодом — анодный период, который длится ta при силе тока iа. В этот период происходит частичное растворение зародившихся зерен; таким образом, блокируется их рост, структура измельчается, поверхность покры-тия становится гладкой. Это позволяет применять высокие плотности тока: при хромировании 120. 150 А/дм2; при железнении— 80. 100 А/дм2, что в 2. 3 раза повышает производительность наращивания.
Применение Асимметричного тока позволяет еще больше повысить производительность процесса осаждения металла.
Асимметричный ток получают наложением переменного тока про-мышленной частоты (50 Гц) на постоянный однополупериодновы-прямленный ток. Качественные покрытия получают при очень высокой плотности тока—160. 200 А/дм2.
Безванные способы применяют для восстановления крупногабаритных деталей: коленчатых валов, отверстий корпусных деталей, цилиндров двигателей и др.
К безванному осаждению металла относятся три способа: струйный, проточный, натиранием.
При струйном способе электролит подается к детали, установленной в электролитической ячейке специальной конструкции, которая играет роль Местной ванны (рис. 21, 22).
Электролитическая ячейка состоит из разъемного корпуса, подводного 1 и отводного 2 патрубков для подачи и удаления электролита из зоны электроосаждения металла. Струя электролита подается к детали через отверстия насадки — анода 4, Расположенные под углом 30. 40° к радиальному направлению струи. Это способствует улучшению перемешивания электролита, что приводит к получению мелкозернистого, плотного осадка, почти полностью исключает образование дендритных зерен (игольчатых наростов металла).
Рис 21. Струйный способ наращивания металла (электролитическая ячейка для восстановления изношенной шейки коленчатого вала):
1— Подводной патрубок; 2 — отводной патрубок; 3 — зажим; 4 — анод;
5 — нижний корпус ячейки; 6 — кабель для подвода тока; 7 — верхний корпус ячейки; 8 — уплотнительная прокладка; 9 — катод (деталь).
Рис. 22.Струйное хромирование.
В проточном электролите восстанавливают внутренние поверхности цилиндров двигателей (рис. 23) и гидроцилиндров, которые образуют местную ванну для циркулирования электролита. Он нагнетается в полость детали насосом. Расстояние между зеркалом цилиндра (катодом) и стержнем (анодом) должно быть не менее 5. 10 мм. При струйном и проточном способах восстановления деталей применяют плотность тока 180. 220 А/дм2.
Рис.23. Установка для безванного хромирования в проточном электролите.
Принципиальная схема наращивания металла Электролитическим натиранием Приведена на рис. 24 (дополнительно [1 стр.131, рис.48]).
Восстанавливаемую деталь закрепляют в патроне станка и подключают к катоду источника постоянного тока 9. Электролит из сосуда 1 с помощью капельницы с краном подается к войлочному тампону 4, Закрепленному в тампонодержателе (анод).
В межэлектродном пространстве между деталью и стержнем (это собственно местная ванна) протекает электрохимическая реакция, в резуль-тате которой на детали наращивается металл.
Этим способом можно восстанавливать и внутренние поверхности (например, отверстия корпусных деталей), при этом применяют подвижный (вращающийся) анод.
Относительное перемещение анода (катода) препятствует росту зерен, структура осадка получается мелкозернистая и ненапряженная, а поверхность очень гладкая, что в отдельных случаях позволяет исключить механическую обработку покрытия.
Рабочая плотность тока при электронатирании — 150. 180 А/дм2. Производительность этого способа в 3. 4 раза выше, чем ванных.
Рис. 24. Электролитическое осаждение металла натиранием:
1 — емкость для сбора электролита; 2 — деталь (катод); 3 — графитовый стержень (анод); 4 — тампон; 5 — пластмассовый колпачок;
6 — алюминиевый корпус; 7 — кран; 8 — резервуар с электролитом;
9 — источник тока; 10 — клемма; 11 — пластмассовая гайка;
12 — штеккер для подвода тока к аноду.
Контрольные задания и вопросы:
1.Пояснить сущность электролитического наращивания металла*.
2.Охарактеризовать положительные и отрицательные особенности восстановления деталей электролитическими способами*.
3. Охарактеризовать общее содержание режимов электролитического наращивания, привести пример*.
4. Привести структурную схему технологического процесса электролитического наращивания металла*.
5. Дать сравнительную характеристику основным способам электролитического наращивания металла: железнению, хромированию, никелированию**.
6. Изложить основное содержание технологии электролитического наращивания металлов**.
7. Охарактеризовать особенности и возможности струйных способов электролитического наращивания металлов**.
8.Охарактеризовать особенности и возможности электролитического наращивания металла в проточном электролите**.
9.Охарактеризовать особенности и возможности электролитического натирания металла**.
10.Дать сравнительную характеристику основным видам хромовых покрытий: матовый хром, блестящий хром, белый хром***.
11. Охарактеризовать особенности электролитического наращивания металлов на нестандартных режимах***.
Локальное электроосаждение металлов на анодированные поверхности микрокатодов Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»
Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Черепанов Игорь Сергеевич, Трубачев Алексей Владиславович
Рассмотрены особенности процессов локального электроосаждения металлических покрытий на частично и полностью блокированные анодными поверхностными слоями поверхности при электрохимическом контроле гальванопокрытий с восстановлением. Показано влияние геометрии позиционирования прижимной ячейки, режима электрохимического процесса и состава электролитов на возможность катодного восстановления покрытия.
Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Черепанов Игорь Сергеевич, Трубачев Алексей Владиславович
Об особенностях моделирования электрических полей в электролитах для решения задач нанесения гальванопокрытий на микрокатоды в прижимных ячейках
Выбор модели для описания распределения металла по поверхности катодов малых размеров при электроосаждении гальванопокрытий в прижимных электрохимических ячейках
Влияние внешних факторов на электрокристаллизацию медных покрытий в условиях восстанавливающего кулонометрического контроля поверхности
К вопросу о постоянстве диаметра канала растворения при электродекристаллизации металлических гальванопокрытий в прижимных ячейках
LOCAL ELECTRODEPOSITION OF METALS ON THE ANODIZING MICROCATHODES SURFACES
Features of processes of local electrodeposition of metal coverings on partially and the surfaces which are completely blocked by anodic surface layers at electrochemical control of electrodeposits with restoration are considered. Influence of geometry of positioning of a pressed cell, mode of electrochemical process and composition of electrolytes on possibility of cathodic electroplating of a covering is shown.
Текст научной работы на тему «Локальное электроосаждение металлов на анодированные поверхности микрокатодов»
ЛОКАЛЬНОЕ ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЕ МЕТАЛЛОВ НА АНОДИРОВАННЫЕ ПОВЕРХНОСТИ МИКРОКАТОДОВ
1 ЧЕРЕПАНОВ И.С., 2ТРУБАЧЕВ А.В.
1Удмуртский государственный университет, 426034, г. Ижевск, ул. Университетская, 1
Институт механики УрО РАН, 426067, г. Ижевск, ул. Т. Барамзиной, 34
АННОТАЦИЯ. Рассмотрены особенности процессов локального электроосаждения металлических покрытий на частично и полностью блокированные анодными поверхностными слоями поверхности при электрохимическом контроле гальванопокрытий с восстановлением. Показано влияние геометрии позиционирования прижимной ячейки, режима электрохимического процесса и состава электролитов на возможность катодного восстановления покрытия.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: локальное электроосаждение, анодные поверхностные слои, микрокатоды.
Анодное растворение металлопокрытия в процессе электрохимического контроля гальванических покрытий сопровождается образованием поверхностной солевой пленки, обладающей различной толщиной и пористостью, при этом особое поведение систем локального осаждения может быть связано со структурой солевой анодной пленки, а также с обнажением части поверхности металла [1]; на электродах с такой поверхностью рост металлического осадка описывается математической моделью, имеющей в своей основе уравнения смешанной кинетики [2].
Сцепление гальванического осадка с поверхностью подложки через анодные слои достигается за счет возникновения химических связей между металлом и составными частями слоев [3, 4]. При этом устойчивые корреляции обнаружить сложно, и литературные данные по этому вопросу противоречивы, что говорит о необходимости дальнейших исследований и рассмотрении каждой конкретной системы "металл - анодный слой -подложка" в отдельности. Следует отметить, что большинство выводов в работах по осаждению покрытий на поверхностные пленки относится к предварительно сформированным по заданному режиму анодным оксидам, прочность сцепления которых с металлом подложки достаточно высокая [4], чего нельзя однозначно сказать об анодных солевых пленках, что предполагает отдельное рассмотрение проблемы.
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТОКА И МЕТАЛЛА ПО ПОВЕРХНОСТИ, ПОКРЫТОЙ СПЛОШНОЙ ПЛЕНКОЙ
Влияние наличия солевой плохопроводящей пленки на поверхности электрода на результаты расчета полей рассмотрены нами ранее [1]. Ниже приводятся экспериментальные данные относительно осаждения металлов на электроды, покрытые сплошной пленкой (имеется в виду не строение, а процент покрываемой поверхности металла).
Аналитическое решение задачи поля в ячейке с учетом омического падения напряжения в электродах для плоскопараллельной геометрии и линейной поляризационной характеристики представляет собой сложное математическое выражение, содержащее ряды, и применимое только для случая линейной зависимости сопротивления от длины электрода [5]. Модельные представления, рассмотренные нами в [1], при построении точной математической модели осаждения в прижимных ячейках на анодную солевую пленку также наталкиваются на определенные трудности.
Теория стационарных процессов на пористых электродах имеет преимущественно качественный характер, поскольку сопряжена с существенным числом упрощений
[6, с. 86-91]. Кроме того, даже принятые упрощения не всегда справедливы для рассматриваемых нами систем.
Основной особенностью осаждения металлов на плохопроводящие пленки является постепенное изменение сопротивления электрода при прохождении тока. Если дисковый катод со сплошной пленкой на поверхности имеет токоподвод в центре, то при катодной поляризации в растворе, содержащем ионы осаждаемого металла, происходит тангенциальный рост осадка от токоподвода к периферии электрода [7]. При этом одновременно осадок растет в нормальном направлении, причем на ней сказывается роль диффузионного фактора ограничения скорости процесса, если процесс протекает в диффузионной области; в то же время тангенциальная составляющая может полностью определяться закономерностями замедленного разряда и не зависеть от диффузионных ограничений.
При экспериментальном моделировании использовалась методика разборного катода в цилиндрической ячейке [5], имитирующей прижимную ячейку. При принятой геометрии ячейки распределение тока по длине сборного электрода практически не зависит (начиная от некоторой величины) от межэлектродного расстояния. Из экспериментальных данных вытекает важное следствие о том, что на электродах меньшей площади ток распределен менее равномерно, т. е. микрокатоды, покрытие сплошной пленкой с высоким сопротивлением характеризуются неравномерным распределением тока.
Рассмотрим вопрос с учетом особенностей структуры пористого слоя. Осаждение металла в прижимной ячейке при его катодном восстановлении теоретически возможно на поверхность слоя и в донную часть пор. Упрощенно представим пористый слой условно-ячеистого строения: каждая ячейка имеет гексагональную форму и в ее центре имеется вертикальная пора диаметром (рис., позиция А) [8]. Общая площадь £ пористого слоя суммируется из площади донной части пор 8П и площади поверхности внешнего слоя 8с:
где п - количество пор (ячеек) на поверхности, dо - диаметр окружности, вписанной в правильный шестиугольник поверхности гексагональной ячейки.
Вопрос о локализации процесса осаждения металла на анодных пленках изучается давно и выводы из результатов исследований не столь очевидны; особо подчеркивается зависимость от свойств пленки и состава электролита [9]. Поскольку и дно поры, и поверхность ячейки имеют один состав, то с точки зрения энергозатрат образование твердой фазы на дне и на поверхности равновероятны. Снижение вероятности кристаллизации на дне поры может быть обусловлено, например, затратой энергии на вытеснение катодного водорода из поры-капилляра [9]. На основании самых общих представлений, исходя из положений диффузионной кинетики электрохимических процессов, также вытекает, что осаждение металла на поверхности слоя выгоднее, чем в донной части узких пор.
Рис. Упрощенная схема строения пористого анодного слоя (А); схема, поясняющая требование точности позиционирования ячейки при восстановлении покрытия (Б)
С другой стороны, для поддержания высокой скорости процесса необходимо избегать обеднения электролита в порах ионами металла. Количество электричества Q, пропущенного через систему
где и, Я, С - соответствующие электрические параметры цепи «металл-пленка-электролит»; I - импульс поляризации.
Полное закрытие пор металлом, осаждаемого на поверхность слоя, происходит за время t¡^; полное истощение электролита в порах наступает за время t2. Оба временных периода определяются выражениями вида:
где Д - функции характеристик осаждаемого металла; у, - функции параметров системы металл - поверхностный слой.
Адгезия наносимого покрытия к подложке через анодный неметаллический слой включает механическую и химическую составляющие [11], при этом первая поддается остаточно точной количественной оценке на основании общих зависимостей силы отрыва от механических и структурных характеристик покрытия, вторая составляющая поддается лишь приближенной теоретической и косвенной экспериментальной оценке. В последнем случае предполагается, что анионы рабочего раствора электролита могут служить адгезионно-активными функциональными группами, связывающими за счет химического взаимодействия ионы осаждаемого металла, при этом степень связывания определяется энергетикой образования химических связей и зависит от геометрии и поляризуемости анионов.
ОСАЖДЕНИЕ МЕТАЛЛА НА ПОВЕРХНОСТЬ, СОДЕРЖАЩУЮ ОСТРОВКОВЫЕ НЕОДНОРОДНОСТИ
Авторами работы [12] был детально исследован процесс врастания лежащих на горизонтальном катоде инертных частиц в металлический осадок при осаждении медных покрытий из кислого и дифосфатного электролитов, что обсуждалось нами ранее [13]. В более поздних работах отмечено [14], что прилипание частиц к катоду зависит от става раствора, плотности тока и времени электролиза и обусловлено дисперсионными силами и силами осмотического давления. Высокий силовой барьер и низкое осмотическое давление являются причинами отсутствия прилипания.
В отдельных случаях для удаления солевых пленок с поверхности может быть рекомендована дополнительная операция, предшествующая электроосаждению металла, для реализации которой нами предложено патентное решение [15]. На участок поверхности, подвергнутый растворению, опускается цилиндрический зонд, торцевая часть которого представляет собой абразивный материал, при этом диаметр торца зонда равен диаметру капилляра прижимной ячейки; при помощи механического привода зонд совершает возвратно-вращательные движения, реализуя механическую обработку поверхности
анализируемого участка, подготавливая, таким образом, поверхность подложки к нанесению покрытия, при этом особое значение имеет точность позиционирования зонда.
Неточность позиционирования ячейки на поверхность образца в дополнение к электрохимической неоднородности может создавать неоднородности геометрические. Для восстановления вытравленного участка покрытия ячейка должна устанавливаться таким образом, чтобы стенка канала наконечника совпадала с границей участка (положение ad на рис., позиция Б). Смещение ее в положение а от аd приведет к ситуации, смоделированной на рис. (позиция Б): в новом положении а канал наконечника задает профиль поверхности катода, условно состоящий из прямолинейного участка (покрытие) и сужающегося участка с поверхностью Краевые условия задачи для условно замкнутой электродом (г=И) области даются как [16]:
где а - удельная электропроводность среды; а - переходное сопротивление кольцевой части микрокатода; V - потенциал внутренней (по отношению к электролиту) обкладки двойного электрического слоя; I, AE - катодный ток и поляризация соответственно.
На этом примере можно рассмотреть еще ряд особенностей постановки и решения задач поля. Если поляризационная характеристика нелинейна, то удельная поляризуемость, выражающая скорость изменения потенциала с плотностью тока, корректируется нелинейным условием, например, тафелевской зависимостью
DES-I = a + b ln i,i = -s-. (8)
Выражению (8), как известно, подчиняются процессы в области электрохимической (не диффузионной) кинетики; рассматриваемая ситуация характерна для начальных этапов осаждения, когда диффузионные ограничения еще не столь существенны. Такая задача является нелинейной, для данного случая результаты расчетов вполне ожидаемы (разностная краевая задача решалась авторами [16] методом верхней релаксации, расчет - методом Ньютона с линеаризацией нелинейного краевого условия (7) с использованием для повышения точности метода экстраполяции Ричардсона). В качестве критерия равномерности распределения тока Fk принимается отношение
где ii, i2 - плотности тока в лунке и на кольцевом участке соответственно.
Уменьшение глубины лунки вызывает более равномерное распределение тока, при этом влияние оказывают два фактора. Первый обуславливает увеличение плотности тока в лунке при уменьшении ее площади как участка с меньшей поляризуемостью. Второй вызывает уменьшение максимальной плотности тока в лунке при уменьшении угла между касательной к поверхности лунки в точке r=ad и плоскостью z=0. Увеличение радиуса лунки приводит к более равномерному распределению тока на катоде. Таким образом, возникающая при дефекте позиционирования геометрия профиля поверхности вызывает дополнительную неравномерность распределения тока (и металла) по поверхности катода. Кроме того, следует учитывать, что дно лунки представляет собой металл основы, что вновь приводит к электрохимической неоднородности поверхности.
2. Рудой В.М., Останина Т.Н., Даринцева А.Б. и др. Электроосаждение меди на металлнаполненную композитную основу // Электрохимия. 2010. Т. 46, № 6. С. 747-752.
3. Александров Я.И. О сцепляемости электроосажденного металла с алюминием через анодный оксид // Электрохимия. 1976. Т. 12, № 3. С. 350-354.
4. Александров Я.И., Богоявленский А.Ф., Матяж Н.К. О содержании фосфат- и сульфат-ионов в окисной пленке на алюминии, анодно-окисленном в растворах Н3РО4-Н2Б04 // Защита металлов. 1977. Т. 13, № 3. С. 367-369.
6. Ксенжек О.С., Жембель Е.М., Калиновский Е.А., Шустов В.А. Электрохимические процессы в системах с пористыми матрицами. Киев : Вища школа, 1983. 219 с.
7. Рудой В.М., Петрова Н.А. Нестационарная модель роста осадка на неэквипотенциальном электроде // Электрохимия. 1983. Т. 19, № 6. С. 737-741.
8. Гаврилов С.А., Белов А.Н. Электрохимические процессы в технологии микро- и наноэлектроники. М. : Высшее образование, 2009. 257 с.
9. Худяков В.Л. Опыт применения анодных окисных пленок при хромировании алюминия // Труды 1 межвузовской конф. «Анодное окисление металлов». М. : Машиностроение, 1964. С. 292-309.
10. Кругликов С.С., Рудягина О.Т., Балашов М.А. Микрораспределение электроосажденного металла при гальваническом покрытии деталей, изготовленных методом порошковой металлургии // Защита металлов. 1975. Т. 11, № 5. С. 625-629.
12. Полукаров Ю.М., Гринина В.В. Исследование процесса зарастания инертных частиц, лежащих на горизонтальном катоде // Защита металлов. 1975. Т. 11, № 1. С. 27-30.
13. Черепанов И.С., Тарасов В.В., Трубачев А.В., Чуркин А.В. Влияние внешних факторов на электрокристаллизацию медных покрытий в условиях восстанавливающего кулонометрического контроля поверхности // Химическая физика и мезоскопия. 2008. Т. 10, № 1. С. 91-95.
15. Черепанов И.С., Тарасов В.В., Трубачев А.В. Устройство для интегрального контроля толщины металлических гальванопокрытий с последующим электрохимическим восстановлением // Патент РФ № 2357237. 2009.
16. Иванов В.Т., Галимов А.А., Глазов Н.П. Численное исследование распределения тока на катоде сложной формы с применением ЭВМ / В сборнике «Прикладная электрохимия». Казань : Изд-во КХТИ, 1983. С. 72-74.
LOCAL ELECTRODEPOSITION OF METALS ON THE ANODIZING MICROCATHODES SURFACES
1Cherepanov I.S., 2Trubachev А.V. :Udmurt State University, Izhevsk, Russia
2Institute of Mechanics, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Izhevsk, Russia
SUMMARY. Features of processes of local electrodeposition of metal coverings on partially and the surfaces which are completely blocked by anodic surface layers at electrochemical control of electrodeposits with restoration are considered. Influence of geometry of positioning of a pressed cell, mode of electrochemical process and composition of electrolytes on possibility of cathodic electroplating of a covering is shown.
KEYWORDS: local electrodeposition, anodic surface layers, microcathodes.
Читайте также: