Дискуссии

О терминах «кроющая способность» и «рассеивающая способность»

Вопрос: Очень часто встречаются понятия «кроющая способность» и «рассеивающая способность». Объясните, пожалуйста, что это такое, и в чем разница этих терминов?

 

Ответ В.Н. Кудрявцева и С.С. Кругликова

Оба термина «рассеивающая» и «кроющая» способности относятся к свойствам электролитов. Поэтому говорят, электролит обладает хорошей или плохой рассеивающей или кроющей способностью. Еще раз подчеркнем, что оба термина характеризуют особенности, свойства конкретного  электролита. Так, например, все цианидные электролиты обладают хорошей рассеивающей способностью, а все электролиты никелирования и хромирования обладают плохой рассеивающей способностью.

Рассеивающую способность можно измерить и выразить в процентах. В свою очередь, кроющую способность измерить нельзя, это качественная характеристика электролитов. Подробно о рассеивающей способности мы напишем в следующем номере журнала. Здесь коротко остановимся только на кроющей способности электролита.

Кроющая способность электролита характеризуется минимальной плотностью тока, при которой начинается электроосаждение металла. Чем меньше плотность тока, при которой начинается электроосаждение металла из данного электролита, тем лучше его кроющая способность. И наоборот, чем при большей плотности тока начинается процесс электроосаждения, тем хуже кроющая способность электролита.

Все это можно пояснить на следующем примере. Предположим, что  покрывается изделие в виде стакана и по техническим условиям необходимо, чтобы «стакан» прокрылся внутри без учета толщины покрытия. Поскольку в углубленные участки покрываемой поверхности проникает всегда меньше силовых линий (линий тока), то на таких участках будет очень низкая плотность тока, значительно ниже, чем на остальной покрываемой поверхности. Следовательно прокрываться такие участки будут только в тех электролитах, в которых металл может осаждаться при низких плотностях тока, т.е. в электролитах, которые обладают хорошей кроющей способностью. Если же металл в каком-то электролите начинает осаждаться при достаточно высоких плотностях тока, то из-за низкой кроющей способности этого электролита внутри «стакана» не будет достигнута плотность тока, при которой там начнет осаждаться покрытие.

Именно поэтому в гальванотехнике довольно часто рекомендуют начинать электролиз с кратковременного «толчка» тока. Иными словами в начальный период плотность тока должна быть в 2-3 раза выше рабочей (номинальной). Поскольку при этом плотность тока будет в 2-3 раза выше в любой точке покрываемой поверхности, следовательно, и в углубленных участках может достичь такого значения тока, при котором начнёт осаждаться металл.

Классический пример электролита с плохой кроющей способностью - электролит хромирования. Как известно, хром из «шестивалентных» электролитов начинает осаждаться при относительно высоких плотностях тока. Следовательно у электролитов хромирования плохая не только рассеивающая, но и кроющая способность.

Между кроющей и рассеивающей способностями прямой связи нет.

Кудрявцев В.Н., Кругликов С.С.

 

Дополнение С.С.Виноградова к ответу В.Н.Кудрявцева и С.С.Кругликова

В ответе профессоров Кудрявцева В.Н. и Кругликова С.С. отмечено, что кроющая способность электролита характеризуется минимальной плотностью тока, при которой начинается электроосаждение металла, и что между кроющей и рассеивающей способностями прямой связи нет.

Не отрицая однозначную зависимость между кроющей способностью электролита и плотностью тока начала электроосаждения металла, вместе с тем считаю целесообразным изложить свою точку зрения на термин «кроющая способность электролита».

На мой взгляд, под кроющей способностью электролита следует понимать возможность наносить из этого электролита покрытие необходимого качества на всей поверхности детали.

Чем более сложнопрофилированную деталь можно качественно покрыть в электролите, тем большей кроющей способностью он обладает. Электролит будет обладать недостаточной кроющей способностью, если на участках поверхности детали с минимальной локальной плотностью тока и/или на участках поверхности детали с максимальной локальной плотностью тока покрытие будет отсутствовать или оно будет ненадлежащего качества. Таким образом, кроющая способность электролита должна характеризоваться величиной рабочего диапазона плотностей тока.

Рассмотрим три примера.

Пример первый – два электролита, у которых в процессе электроосаждения металла практически отсутствуют диффузионные ограничения. На рис.1 приведены поляризационные кривые, из которых видно, что процесс осаждения качественного покрытия в области низких плотностей тока имеет ограничение: покрытие в электролите 2 начинает осаждаться при более низкой плотности тока, чем в электролите 1 (i_2нач. < i_1нач.). Если для обоих электролитов не существует верхнего предела (в разумных пределах) получения качественных покрытий, то электролит 2 обладает большей кроющей способностью по сравнению с электролитом 1, так как могут существовать такие участки поверхности деталей, на которых локальная плотность тока будет ниже i_1нач., но выше i_2нач.; на этих участках из электролита 2 будет осаждаться металл, а из электролита 1 – нет. Чем больше разница в величинах минимальных плотностей тока, при которых начинает осаждаться металл из двух электролитов, тем большая разница в кроющей способности этих электролитов.

Второй пример – два электролита, у которых процесс электроосаждения металла сопровождается явно выраженными диффузионными ограничениями. На рис.2 приведены поляризационные кривые электролитов, в которых процесс осаждения металла начинается в обоих электролитах при одинаковой минимальной плотности тока (i_1,2нач.). У электролита 1 рабочий диапазон плотностей тока больше чем у электролита 2 (i_1кон.– i_1,2нач. > i_2кон.– i_1,2нач.).

Рассмотрим нанесение покрытия из этих электролитов на деталь, у которой наименьшая локальная плотность тока выше плотности тока начала электроосаждения металла из рассматриваемых электролитов (i_1,2нач.), а наибольшая локальная плотность тока выше плотности тока окончания электроосаждения качественных покрытий из электролита 2 (i_2кон.), но ниже плотности тока окончания электроосаждения качественных покрытий из электролита 1 (i_1кон.). В электролите 1 возможно нанесение сплошного качественного покрытия на всей поверхности рассматриваемой детали, а в электролите 2 на выступающих участках такой детали локальная плотность тока может превысить плотность тока окончания электроосаждения качественных покрытий из этого электролита, то есть возможно осаждение некачественного покрытия (образование подгара, формирование губчатого осадка и т.д.). Следовательно, электролит 1 обладает большей кроющей способностью, чем электролит 2.

Ограничение верхнего предела получения качественных покрытий может и не иметь диффузионный характер. Например, верхний предел получения блестящих хромовых покрытий при температуре 50 °С из стандартного электролита составляет 60-70 А/дм², а из саморегулирующегося электролита – около 50 А/дм².

Третий пример – у двух электролитов одинаковы как минимальная плотность тока начала электроосаждения покрытия, так и максимальная плотность тока осаждения качественных покрытий, то есть у обоих электролитов одинаковый диапазон рабочих плотностей тока. Но при этом вследствие большей катодной поляризуемости электролит 1 по сравнению с электролитом 2 обладает большей рассеивающей способностью по току, что при прочих равных условиях соответствует большей рассеивающей способности по металлу. В этом случае на поверхности одной и той же детали в электролите 1 разброс локальных плотностей тока (соотношение максимальной локальной плотности тока к минимальной) будет меньшим, чем в электролите 2.

Рассмотрим нанесение покрытия из этих электролитов на деталь, у которой в электролите 1 максимальная локальная плотность тока будет соответствовать максимальной рабочей плотности тока, а минимальная локальная плотность тока будет соответствовать минимальной рабочей плотности тока. Вследствие меньшей рассеивающей способности электролита 2 в нём на рассматриваемой детали разброс локальных плотностей тока будет больше, чем в электролите 1, и, следовательно, больше, чем диапазон рабочих плотностей тока. Таким образом в электролите 2 минимальная рабочая плотность тока будет больше минимальной локальной плотности тока на поверхности рассматриваемой детали и покрытие на участках детали с минимальной локальной плотностью тока будет отсутствовать, а максимальная рабочая плотность тока будет меньше максимальной локальной плотности тока на поверхности рассматриваемой детали и покрытие на участках детали с максимальной локальной плотностью тока будет некачественным, то есть рассматриваемая деталь в электролите 2 полностью качественным покрытием не покроется. Поэтому электролит 2 будет обладать меньшей кроющей способностью, чем электролит 1.

Третий пример показывает прямую зависимость кроющей способности электролита от его рассеивающей способности: чем больше рассеивающая способность электролита, тем больше его кроющая способность. Одновременно можно отметить следующее: для электролитов рассматривают рассеивающую способность по току, по металлу (по толщине покрытия), по составу сплава и т.п.; аналогично можно рассматривать кроющую способность по матовым и блестящим покрытиям и т.п.

Виноградов С.С.

 

Комментарий профессора Кругликова С.С.

В связи с теми разъяснениями своей позиции, которые представлены в приводимом выше письме профессора Виноградова С.С., считаю, необходимым констатировать, что его понимание термина «Кроющая способность» существенно отличается от общепринятого.

Традиционно считалось, что «кроющая способность» была связана исключительно с явлением несплошности покрытия, т.е. его полного отсутствия на тех участках поверхности, где начальная  плотность тока то ли в силу низкой РС электролита, то ли из-за особенностей геометрических параметров оказалась существенно ниже ее средней величины. Качество покрытия при этом не принято учитывать, равно как и ограничения по максимальной допустимой плотности тока.

То понятие, которое вкладывает в термин «кроющая способность» С.С.Виноградов правильнее обозначать термином «ширина диапазона рабочей плотности тока».

Кругликов С.С.