ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основные факторы, влияющие на распределение тока и металла на сложнопрофилированной поверхности катода из "Коррозия и основы гальваностегии" Процесс электроосаждения металлов (электрокристаллизация), имея много общего с процессом образования и роста кристаллов в жидкости или в расплаве, вместе с тем отличается рядом особенностей, связанных с наложением внешнего электрического поля. [c.140] При электролизе растворов, содержащих ионы металла, на катоде выделяется новая твердая металлическая фаза. Твердые металлы представляют собой кристаллические тела, построенные из одинаковых элементарных ячеек, в узлах которых находятся частично ионизированные атомы. Такие атомы, располагаясь в определенном порядке, образуют пространственную решетку соответствующей кристаллографической системы. На рис. 34 показаны основные типы кристаллических решеток металлов. Как видно из рисунка, в простой кубической решетке атомы находятся в вершинах куба, в объемноцентрнрованной — в вершинах и в центре куба, в гранецентрированной атомы занимают места в вершинах и в центрах граней. В гексагональной решетке атомы расположены в углах шестигранной призмы. [c.140] Плотность упаковки атомов в кристаллах оказывает влияние на скорость дальнейшего роста отдельных граней кристалла и свойства электроосаждаемых металлов. Наиболее устойчивой структуре соответствует такая упаковка атомов в кристаллах, когда свободное пространство между ними минимально. Наиболее плотную упаковку имеют кристаллы кубической (гранецентрированной) и гексагональной решеток. [c.141] В процессе электроосаждения металлов обычно образуются поликристаллические осадки, представляющие собой большое число сросшихся между собой более или менее мелких кристаллов. По размеру кристаллов осадки могут быть мелкокристаллическими (линейные размеры отдельных кристаллов не более 0,1 мкм) и крупнокристаллическими (линейные размеры кристаллов более 10 мкм). [c.141] В поликристаллических осадках нередко наблюдается различная взаимная ориентация кристаллов. Преобладание определенной ориентации граней кристаллов в поликристаллическом осадке по отношению к какой-либо оси называется текстурой. Наибольшее влияние на свойства осадков (блеск, твердость и др.) оказывает ориентация определенных граней кристалл( в в направлении их роста. [c.142] Характер металлического осадка на катоде зависит от соотношения скоростей образования зародышей кристаллов и их роста. Чем большее число кристаллических зародышей возникает в единицу времени, тем более мелкозернистый осадок образуется на катоде. Наоборот, если условия электролиза способствуют преимущественному росту отдельных кристаллов, то выделяется глубококристаллический осадок металла. Установлено, что для возникновения новых зародышей кристаллов необходима более высокая катодная поляризация, чем для дальнейшего их развития и формирования, что является основным условием образования мелкокристаллической структуры осадков. Как известно, характер осадков и величина катодной поляризации зависят от природы металла. [c.142] Такие металлы, как Си, 2п, В1, выделяются из растворов простых солей при низкой катодной поляризации и образуют плотные, но крупнокристаллические осадки или отдельные непрочно связанные между собой дендриты (Ag, РЬ, 5п, Сс1). Металлы группы железа (N1, Со, Ре) осаждаются на катоде с высоким перенапряжением и имеют всегда мелкокристаллическую структуру. [c.142] На характер структуры металлических покрытий оказывают влияние многие факторы природа и концентрация разряжающихся ионов, добавки органических поверхностно-активных веществ, режим электролиза и др. [c.142] При уменьшении концентрации разряжающихся на катоде ионов металла катодная поляризация возрастает и структура покрытия становится более мелкокристаллической. Однако при значительном разбавлении раствора уменьшается предел допустимой плотности тока и падает выход металла по току, т. е. существенно снижается скорость электроосаждения, что часто является определяющим фактором при выборе условий электролиза. [c.143] Установлено противоположное влияние анионов NOJ в различных электролитах. В одних случаях, например при никелировании, цинковании и хромировании, загрязнение электролита анионами N0 сопровождается резким ухудшением качества осадка (образуется губка). В других случаях, например при серебрении из цианистого электролита или меднении из пирофосфатного электролита, введением KNO3 или NH4NO3 удается повысить предел допустимой плотности тока и улучшить равномерность распределения осаждаемых металлов по толщине. [c.144] При подщелачивании раствора до определенного предела уксусная кислота будет взаимодействовать с ОН-ионами с образованием анионов СН3СОО и, наоборот, при подкислении электролита ионы водорода будут связываться в уксусную кислоту. Таким образом, pH электролита будет поддерживаться на определенном уровне. [c.145] Как уже указывалось, некоторые металлы (5п, РЬ, 2п, Ag) из растворов простых солей осаждаются в виде губчатых, дендритообразных, игольчатых кристаллов, которые слабо связаны между собой и с основой (рис. 35). Компактные доброкачественные покрытия из этих электролитов получаются только в присутствии поверхностно-активных веществ, а также коллоидных электролитов, повышающих катодную поляризацию при выделении металлов. Эти вещества, адсорбируясь на катоде, могут частично или полностью блокировать его поверхность, обусловливая тем самым торможение электрохимической реакции. [c.145] Важную роль играют добавки органических вешеств при электроосаждении блестящих покрытий медью, никелем, оловом, цинком, серебром и другими металлами. Блестящие осадки менее пористы и более устойчивы против коррозии. [c.146] Получение блестящих осадков непосредственно в процессе электролиза имеет ряд преимуществ по сравнению с механическим полированием. Снижается трудоемкость процесса за счет сокращения объема шлифовально-полировальных операций, а также достигается экономия цветных металлов вследствие устранения потери их при механической обработке. [c.146] По мнению многих исследователей, образование блестящих осадков на катоде объясняется адсорбцией блескообразующих добавок и замедлением роста кристаллов в направлении, неблагоприятном для сглаживания поверхности. [c.146] В состав выравнивающих электролитов для никелирования входят 2—3 добавки, сообщающие блескообразующие и выравнивающие свойства (1,4-бутиндиол, фталимид сахарин), а также поверхностно-активные вещества, улучшающие смачивание поверхности, например лаурилсульфонат. Без этой добавки на покрытии возникают мелкие язвочки — питтинг — в результате прилипания и задержки пузырьков водорода, экранирующих поверхность. [c.147] Для каждого электролита сушествует определенный предел допустимой плотности тока, выше которого металл осаждается в виде сплошной губчатой массы, а на краях и выступах образуются дендриты, которые самопроизвольно осыпаются с катода. Причиной такого изменения структуры является значительное снижение концентрации ионов выделяюшегося металла и достижение предельного тока диффузии. В этих условиях кристаллы растут главным образом в направлении поступления разряжающихся ионов, т. е. перпендикулярно к аноду, и компактные осадки не получаются. [c.148] При чрезмерно высоких плотностях тока усиливается выделение водорода и снижается выход по току металла. Приэлектродный слой сильно подщелачивается и выпадают гидроксиды металлов, которые загрязняют осадок, вызывают шероховатость и хрупкость покрытия. Допустимая плотность тока повышается с увеличением концентрации соли металла, кислотности раствора, температуры и интенсивности перемешивания электролита. Повышение плотности тока в допустимых пределах благоприятно влияет на структуру металлического осадка, так как в единицу времени возникает больше центров кристаллизации и осадок становится мелкокристаллическим. [c.148] Вернуться к основной статье