Успехи гальванотехники.
Обзор мировой специальной литературы
за 2006-2007 годы

4. Гальваническое осаждение металла

4.1 Основные положения

В последнее время всё больше и больше работ, связанных с разработками новых и улучшением известных технологий, процессов и методов не публикуются из-за возрастающей конкуренции и необходимости их засекречивать. В результате остается лишь малое количество открытых работ, что делает достаточно мрачной картину состояния научных исследований и открытий. Впечатление это только усиливается в связи с тем, что гальванотехника может сделать гораздо больше, чтобы сохранить свои принципы работы и ведущее положение, обусловленное имеющейся большой технологической мощностью. Предметом исследований чаще всего были условия осаждения и свойства покрытий и процессов, непосредственно связанные с составами электролитов.

Одна из тем - это строение оксидного слоя в атомарной области и возникновение в нём внутренних напряжений [109]. Другая тема – влияние органических добавок на микрошероховатость и выравнивание осадков при электроосаждении, которое основывается на селективном ингибирующем действии добавок при условии концентрационных ограничений при доставке их к катоду [197, 375, 779]. Найдены зависимости влияния импульсного тока [804] и образования комплексных соединений [730] на микрошероховатость. Для исследований таких зависимостей сегодня служат многочисленные современные методы [291].

Для уменьшения адсорбции на аноде и последующего окисления органических добавок используют нерастворимые титановые аноды, покрытые смешанными оксидами [115]. Одно из направлений - применение разбавленных растворов, что позволяет экономить на химикатах и на обработке сточных вод, при этом добиваются полного сохранения технологических параметров с помощью добавления соответствующих ПАВ к растворам, как например, добавление полимерных веществ при химическом никелировании [118]. Увеличение твердости с помощью композиционных наночастиц оксида алюминия в осадки меди и никеля зависит от равномерного распределения частиц, которое на покрытии можно контролировать, измеряя его электропроводность [338]. Для удаления из электролитов органических и других загрязнителей используют селективные методы [384].

Рассматриваются различные подвески и рамы [198]; среди прочих сейчас есть такие системы автоматизированного проектирования и автоматизированного производства, где для конструкций интегрированы 2D- и 3D-технологии [516]. Покрытие деталей упрощается благодаря использованию ферромагнитной маски [522]. Причины возможной водородной хрупкости субстрата при нанесении покрытия раскрываются в основополагающих правилах гальванотехники [473]. Предварительная обработка высокопрочных сталей должна происходить только в лимонной кислоте [553]. В одном американском специальном журнале собран материал из ранних выпусков, акцентируется внимание на показательных примерах ошибок в гальванотехнике и их устранения [26, 121, 199, 340, 378, 470, 474, 556, 561, 729, 772].

На основании литературного анализа сообщается о прогрессе в гальванотехнике и о важнейших исторических событиях [209, 339, 724, 778]. Приводится информация о важнейших нормах и технических правилах для отрасли обработки поверхности [400, 500], а также о деталях применения лучших технологий, имеющихся в наличии (best available technology - BAT) [401]. Данные для свойств, которые также важны для обработки поверхности стальных деталей, запрашиваются в банке данных по стали [186].

4.2 Хромирование

В этом году были опубликованы многочисленные статьи по хромированию, в частности на тему исключения (не состоявшегося) шестивалентного хрома из электролитов хромирования и возможности перехода на электролиты, основанные на трехвалентном хроме [381]. В обзоре, посвящённом состоянию хромирования из Cr(III)-электролитов, сопоставляются их преимущества, такие как высокий выход по току, лучшая рассеивающая способность и простота удаления отходов с недостатками: малой стабильностью, большой чувствительностью к металлическим примесям и высокими затратами на обслуживание [202].

В области декоративного хромирования хром(III)-электролиты и осадки из них не очень одобряют, что связано с их недостаточной коррозионной стойкостью и отличными от осадков из Cr(VI)-электролитов оттенками. Высокая чистота хромового слоя (из Cr(III)-электролита) затрудняет возможность воздействия на оттенки осадка и снижает его коррозионную стойкость [14]. Тонкие покрытия, тесно связанные с низкой рассеивающей способностью, и темные оттенки можно компенсировать путем добавления полимерных амидов, которые способствуют коагуляции гидроксида хрома, что должно затруднить встраивание последнего в слой и потемнение покрытия [345]. Также следует устранить металлические примеси с помощью проводимого в байпасе ионного обмена [647]. Согласно [728] темный цвет связан с растрескиванием хром(III)-покрытий и проявляется оптически. Добавление специальных лигандов в растворы трехвалентного хромирования должно позволить осаждать мелкокристаллические, твердые и износостойкие покрытия с целью замены твердого хрома [380].

В работах, которые имеют дело с осаждением из электролитов с шестивалентным хромом, исследуется влияние пульсаций тока выпрямителя, которые при величине, большей чем 5%, снижают скорость осаждения [17]. В критической статье о механизме осаждения обсуждаются соотношения потенциала на катоде [15], строение и состав катодной пленки [290, 337], проблемы выхода по току и плотности тока [374], влияние концентрации хрома(III) на процесс хромирования [468]. К новым открытиям причисляют внедрение органических добавок нового вида, которые позволяют повысить стабильность электролита и получить стандартные свойства покрытия [206]. Одна работа так же связана с механизмом осаждения конверсионных хромовых покрытий [770].

4.3 Медь, никель

В этом обзоре за 50 лет гальванического осаждения меди [200] и в двух следующих статьях о применяемых ныне электролитах [126, 379] даются ссылки на применение и особенности процессов. Импульсное осаждение улучшает распределение тока и металла, при декоративном меднении искусственных материалов обходятся малыми толщинами слоев и утолщение краев не происходит [469]. Органические примеси, например, блескообразующие добавки или вещества-фотомаски, которые вредят хорошему распределению, лучше уничтожаются под действием ультрафиолетового излучения, чем окислительными методами [20]. На желаемые свойства медных анодов, такие как равномерное растворение, высокая плотность материала и минимальное шламование, оказывает влияние процесс литья при их получении [643]. Из сплавов меди сейчас исследуется осаждение желтой бронзы из сернокислых электролитов и влияние на этот процесс галогенидов: хлориды позволяют расширить области осаждения, бромиды приводят к понижению содержания олова в осадке и способствуют появлению красного оттенка осадка, йодиды полностью ингибируют осаждение [208].

При никелировании по-прежнему важным остаются проблемы высоких цен на никель и компоненты растворов предварительной обработки, а также тщательное техническое обслуживание [116]. Возможно, растущий дефицит можно обнаружить при помощи систематической проработки и диагностики ошибок [646, 726]. Ультрафиолетовое облучение в большинстве случаев дает больше, чем обычная окислительная очистка [555]. Токсичный никель, в большинстве случаев, можно заменить на сплав никель-железо, который возможно осадить с добавкой в традиционный электролит 4 г/л железа для получения блестящих покрытий [554].

Незначительные внутренние напряжения в никеле из сульфаматного электролита зависят от параметров осаждения, что в работе [377] выражено в форме уравнения. В сернокислых электролитах окси- и дикарбоновые кислоты лучше, чем борная кислота, предотвращают образование и включение гидроксидов в осадок [727]. Высокими показателями твердости и постоянным составом обладает используемое для функционального назначения покрытие никель-кобальт, если его осаждают импульсным током из электролита, содержащего низкие концентрации органических добавок [293]. Для защиты от истирания исследуют применение конверсионных никель-фосфор покрытий с оксидом алюминия [776].