Регион:

Факторы влияющие на равномерность гальванических покрытий


Переходя к рассмотрению приемов, необходимых для получения равномерных и гладких гальванических покрытий, следует помнить два основных правила, являющихся следствием законов Ома и Кирхгофа:

  1. В электролите ток всегда течет по линии наименьшего сопротивления и, следовательно, наибольшее количество тока проходит через те участки электролита, где расстояние между анодами и деталями является наименьшим;
  2. Наибольшие количества электричества стекают с острых кромок, угловых участков и с заостренных концов прутковых анодов.

В связи с этим наибольшее количество металла осаждается на углах, ребрах и острых выступах деталей (рис. 5.8).

Это явление настолько закономерно, что оно может происходить на заусенцах и даже на микровыступах поверхности (рис. 5.9), вследствие чего покрытая поверхность становится матовой и даже шероховатой, если только для осаждения не выбраны выравнивающие электролиты.

Равномерность гальванических покрытий зависит от многих факторов и в, первую очередь, от состава электролита и режима работы.

Схема распределения тока при осаждении металла на профилированных деталях

Рис. 5.8. Схема распределения тока при осаждении металла на профилированных деталях:
1 - деталь; 2 - аноды.

Схема осаждения гальванических покрытий на микровыступах поверхности в электролитах, не обладающих выравнивающим действием

Рис. 5.9. Схема осаждения гальванических покрытий на микровыступах поверхности в электролитах, не обладающих выравнивающим действием:
1 - микровыступы поверхности; 2 - наросты покрытия.

Состав и выбор электролита

В зависимости от состава электролиты можно разделить на две группы: простые и сложные. К первой группе относятся в основном все кислые электролиты, ко второй - щелочные и кислые электролиты. В сложных электролитах ток распределяется более равномерно даже на деталях сложного профиля, поэтому и покрытия получаются равномерными по толщине.

Способность электролита давать равномерные по толщине покрытия на деталях сложной формы характеризуется величиной, которая называется рассеивающей способностью электролита.

Для улучшения условий осаждения необходимо подбирать электролиты с высокой рассеивающей способностью. Наибольшей рассеивающей способностью обладают сложные электролиты и, в первую очередь, цианистые, наименьшей - хромовые электролиты.

Электрические режимы

Улучшение электрического режима осаждения может производиться реверсированием тока, т.е. периодическим переключением полюсов так, чтобы процесс анодного растворения покрытия по количеству расходуемого электричества составлял не более 10-15 % от общего расхода постоянного тока. Сущность этого способа заключается в периодическом переключении полюсов на шинах ванн посредством автоматического реле времени. Соотношение катодных и анодных периодов обработки деталей в электролите обычно выбирают равным от 10:1 до 15:1. Например, процесс осаждения металла длится 10 с, а процесс анодного растворения, полученного покрытия - 1 с и так в течение всего заданного времени осаждения. В процессе реверсирования тока на поверхности деталей происходят следующие явления:

  1. Частичное растворение металлического покрытия, происходящее наиболее интенсивно на вершинах дендритных наростов, создающих шероховатость покрытия, в результате чего поверхность металлического слоя периодически сглаживается, светлеет и к концу процесса становится полублестящей;
  2. Пузырьки водорода, находящиеся на поверхности деталей, при анодном переключении полностью исчезают, чем устраняется частый вид брака - питтинг, т.е. крупная водородная пористость покрытия. Под действием кислорода, выделяющегося на деталях при анодном переключении, частично снижается насыщение покрытия водородом, создающее так называемую водородную хрупкость деталей;
  3. Параллельно с явлениями, происходящими на катоде, при переключении полюсов устраняется пассивирование растворимых анодов, имеющее место при повышенных плотностях тока. Этим достигается возможность повышать плотность тока в 23 раза при сохранении высокого качества покрытий;
  4. Наряду с указанными положительными свойствами следует учитывать, что реверсирование тока на 10-15 % снижает фактический выход по току, а следовательно, и скорость осаждения.

Метод реверсирования тока пригоден для всех видов гальванических покрытий кроме никелирования, для которого анодное переключение даже на доли секунды приводит к отслаиванию покрытия.

Весьма эффективным (особенно при хромировании) является первоначальный «толчок» тока, т.е. многократное повышение плотности тока в течение первых секунд с последующим снижением ее до рабочей величины. Иногда такое толчкообразное, импульсное осаждение металла может применяться в течение всего процесса с периодическим выключением тока через каждые несколько секунд.

Наконец, для получения ровных, беспористых покрытий с равномерно сглаженной поверхностью можно рекомендовать применение асимметричного переменного тока промышленной частоты (рис. 5.10).

При пропускании через диоды переменный ток делится на две ветви, каждая из которых способна давать выпрямленный ток. При равенстве сопротивлений в обеих ветвях в гальваническую ванну поступает обычный переменный ток с частотой 50 Гц, и осаждения или растворения металла не происходит. При установке в обеих ветвях реостатов, позволяющих регулировать силу анодного и катодного процессов, в ванне может происходить либо анодное растворение металла, либо гальваническое осаждение, или смешанный процесс катодного осаждения металла, прерываемый 50 раз в секунду за счет его анодного растворения. При этом если установить реостаты так, чтобы на процесс осаждения тратилось 80-90 % тока, а остальной ток расходовался на анодное растворение получаемого покрытия, то наблюдается сглаживание покрытия, как это имеет место при осаждении покрытий с реверсированием тока. Этот метод пригоден для всех видов электролитов.

Диаграмма распределения силы тока в установке питания ванн асимметричным переменным током

Рис. 5.10. Диаграмма распределения силы тока в установке питания ванн асимметричным переменным током.

Геометрические факторы

Из геометрических факторов, влияющих на равномерность осаждения, следует отметить величину расстояния между анодами и покрываемыми деталями. Она обычно не принимается во внимание при решении вопроса о равномерности покрытий, но пренебрегать ею нельзя. На рис. 5.11 представлена схема размещения детали крестообразного сечения в двух гальванических ваннах с различной шириной. В маленькой ванне (рис. 5.11, а) расстояние между пластинчатыми анодами и различными участками детали 1 составляет соответственно 100 и 200 мм. В широкой ванне (рис. 5.11, б) для разных участков той же самой детали 1 расстояние до пластинчатого анода равно 500 и 600 мм и разность расстояний составляет не 100 %, как в первом случае, а лишь 20 %, что намного улучшает равномерность покрытия.

Особенно существенно эта разность сказывается при хромировании.

Схема влияния расстояний между деталью и анодами на равномерность

Рис. 5.11. Схема влияния расстояний между деталью и анодами на равномерность в узкой ванне (я) и в широкой (б):
1 - деталь; 2 - ванна.

Существенное влияние на равномерность распределения покрытия оказывают пластинчатые аноды, завешиваемые на анодные штанги вдоль бортов ванн. Для правильной эксплуатации пластинчатых анодов с целью равномерности покрытий необходимо:

  • Чтобы общая поверхность анодов, завешенных в ванну, должна в 2-3 раза превышать поверхность загружаемых деталей. Несоблюдение этого правила приводит к неравномерному и местному пассивированию анодов, вследствие чего возникает неравномерность покрытия;
  • Чтобы крюки для завески анодов на анодные штанги имели очень жесткие контакты с анодом и со штангой, при этом контакт с анодами должен находиться выше уровня электролита. Не выполнение этого требования приводит к выключению части анодов из электрической цепи питания ванны, к неравномерности покрытия и даже частичному непокрытию деталей;

Чрезмерно глубокое погружение анодов по отношению к покрываемым деталям

Рис. 5.12. Чрезмерно глубокое погружение анодов по отношению к покрываемым деталям.

  • Покрытие становится неравномерным, если длину пластинчатых анодов принимают равной глубине ванны, а завеску деталей производят на глубину погружения одной детали. При этих условиях концентрация тока на нижних кромках деталей становится чрезмерно высокой и покрытия получаются утолщенными, грубыми и крупнокристаллическими (рис. 5.12). Сами аноды растворяются также неравномерно и распадаются в зоне наибольшего растворения задолго до полного износа. Поэтому глубина погружения анодов должна отвечать глубине погружения деталей или подвесок;
  • Если растворимые аноды состоят не из химически чистого, а из технического металла, имеющего примеси, то это вызывает шероховатость покрытия, так как они осаждаются на деталях. Для устранения этого явления все растворимые аноды обычно заключают в чехлы из химически стойких тканей (например, хлопчатобумажных).

Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи:

comments powered by HyperComments