ОСОБЕННОСТИ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ЗОЛОЧЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ В НЕСТАЦИОНАРНЫХ УСЛОВИЯХ
Шалимов Ю. Н., Островская Е. Н., Литвинов Ю. В.
Воронежский государственный технический университет
394026, г. Воронеж, Московский пр-т, 14
НКТБ «Феррит»
394066, Московский пр-т, 179, корпус 4,
Согласно данным литературных источников [1-3] влияние формы импульсного тока на морфологию формируемых покрытий имеет определяющее значение. При использовании постояннотоковых режимов авторы [1] указывают на существенные различия в структуре получаемых покрытий в случае применения источников с различным коэффициентом пульсации. Это можно объяснить тем, что в общем случае на электродную систему подается напряжение постоянного тока с наложением переменной составляющей. В системах, использующих трехфазные переменные токи, это влияние менее заметно, т.к. сложение амплитуд выпрямленного тока различных фаз, сдвиг между которыми составляет 1200, создает предпосылки для уменьшения коэффициента пульсации по сравнению однополупериодным выпрямлением. При проектировании источников питания электрохимических систем необходимо учитывать согласование внутреннего сопротивления источника с сопротивлением электродной системы. Для обеспечения надежного поддержания параметров необходимо соблюдать условие Rвн (внутреннее сопротивление источника) должно быть значительно меньше Rс (сопротивление системы). При равенстве этих параметров в электрохимической системе возможно возникновение резонансных явлений, что нежелательно, т.к. в этом случае становиться возможным возникновение автоколебательного процесса.
Наиболее распространенные формы токов, применяемых для гальванотехники и анодной обработки металлов, приведены на рис.1.
Рис. 1. Временные диаграммы импульсов тока.
На рис. 1, а и 1, б представлены П-импульсы, отличающиеся значением скважности. Применение импульсов малой скважности (рис. 1, а) создает предпосылки для формирования осадков с более равномерным распределением металла по поверхности электрода, чем для случая использования импульсов, представленных на рис. 1, б. В первом случае электрохимические системы должны соответствовать условиям слабой пассивации поверхности осадка в отсутствии импульса. Импульсы, представленные на рис. 1, в, используют для послойного осаждения компонентов с их ограниченной концентрацией в растворе. При электрокристаллизации металлов с высокой степенью пассивации, и для осуществления промежуточной реакции восстановления разряжающихся ионов рекомендуется использовать режимы с остаточным током (рис. 1, г).
На рис. 2 представлены микрофотографии осадков золотых покрытий и их хронопотенциограммы, полученных при различных частотах следования импульсов одинаковой скважности. При низких частотах следования импульсов (F=50 Гц) уменьшение потенциала во времени можно объяснить перезарядкой емкости двойного электрического слоя. Структура этих покрытий состоит в основном из крупных кристаллитов. При увеличении частоты следования до 500 Гц характер изменения потенциала электрода соответствует его постепенному увеличению и свойственных эффектов перезарядки двойного слоя уже не наблюдается. Анализ морфологии осадков этих покрытий показывает, что с увеличением частоты следования импульсов размер зерна уменьшается. Дальнейшее увеличение частоты поляризующего тока (до 5 кГц) свидетельствует о стабилизации потенциала во времени, т.к. при этих частотах, очевидно, отсутствуют процессы перезарядки емкости, а наличие осцилляций на хронопотенциограммах связано с миграционными процессами в диффузионном слое. В микроструктуре также сохраняется тенденция к уменьшению размера кристаллитов
Рис.2. Микроструктуры осадков и хронопотенциограммы осадков золотых покрытий, полученных в режимах импульсного электролиза
При формировании покрытий из электролитов с малыми концентрациями компонентов можно наблюдать резонансные явления в инфранизких диапазонах частот, причем резонансная частота может проявляться на нечетных гармониках основной несущей частоты. В этих условиях вероятно контактное выделение металлов на катоде, сопровождающееся отрицательным дифференц-эффектом. Покрытия, полученные в этих режимах характеризуются дефектной структурой, плохой адгезией к основе, наличием большого количества пор. Поэтому для исключения этих режимов необходимо осуществить исключение резонансных частот из всего диапазона спектра.
Механизм действия импульсного тока с увеличением частоты следования и скважности импульсов можно представить в виде диаграммы (рис. 3).
Рис. 3. Механизм формирования морфологии металлических покрытий в условиях импульсного электролиза.
Изменение морфологии осадков в условиях импульсного электролиза можно представить следующим образом. Если при постояннотоковых режимах число центров кристаллизации ограничено величиной предельного тока, т. е. количество центров образования (нуклеации) кристаллов прямо пропорционально плотности тока, то в условиях импульсного режима эта величина возрастает в 
раз. Таким образом, увеличение скважности импульсного тока адекватно увеличению числа центров кристаллизации. При этом диффузионные ограничения играют меньшую роль. Как следует из рис.3, с увеличением Q должна снижаться шероховатость покрытий, возрастать адгезия к основе и повышаться их микротвердость осадков. Все это подтверждается результатами эксперимента, полученного в условиях лабораторного и промышленного производства.
В заключении следует отметить, что выбор оптимальных параметров импульсного тока определяется требованиями к физико-механическим и физико-химическим свойствам покрытий, и в каждом конкретном случае определяется на основании эксперимента и предварительных аналитических расчетов.
Библиографический список
1. Костин Н. А., Кублановский В. С., Заблудовский В. А. Импульсный электролиз. Киев: Наукова думка, 1989. 168 с.
2. Шалимов Ю. Н., Мандрыкина И. М., Литвинов Ю. В. Оптимизация электрохимического процесса обработки алюминиевой фольги в производстве конденсаторов. Воронеж: ВГТУ, 2000. 344 с.
3. Фрумкин А, И. Электродные процессы (избранные труды). М.: Наука, 1987. 336 с.
