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

В 14 млн. iPod, в 60 млн. мобильных телефонов, которые были проданы перед рождеством 2006 года, для бесперебойного функционирования используются конструктивные элементы со штепсельными контактами, которые не могут быть изготовлены без гальванических технологий. В каждом автомобиле более 3000 деталей подвергаются обработке поверхности, на большую часть которых нанесено гальваническое покрытие. Во многих других сферах гальванические покрытия играют исключительную роль при предотвращении трибологических проблем, для придания деталям способности к пайке, для магнитных накопителей и т.п. [515]. Годовой оборот, связанный с обработкой поверхности и гальванотехникой, оценивается в 6-7 миллиардов евро. Технология обработки поверхности является быстрорастущей отраслью, с постоянным ростом в 5-10% за последнее время, и трендом, который по официальной оценке может удерживаться на протяжении нескольких будущих лет.

В исследованиях и разработках подтверждается способность техники обработки поверхности создавать возможность разделения функций между объемом детали и ее поверхностью, особенно, если необходимо создать облегченную конструкцию, сэкономить энергию и в многочисленных инновационных проектах, таких, например, как миниатюризация[185, 221, 292, 310]. Так, к примеру, в микрогальванопластике можно варьировать граничные условия обработки металлов, что даёт дизайнерскую и конструкционную свободу. Нанотехнология, с ее возможностями формирования наноструктур и придания материалам совершенно новых свойств, стала движущей силой в исследованиях гальванотехников. Значение исследований, необходимых для реализации такого рода проектов (замыслов), в большей мере осознают высшие учебные заведения и НИИ [703, 707, 856, 857], которым оказываются приоритеты в сфере образования [188, 278, 280].

Достижения в технологии гальванических покрытий имеют особое значение в связи с их широким использованием в самых различных областях. Гальваническое производство должно соответствовать всем современным требованиям – оно должно быть автоматизировано, безопасно для окружающей среды, продукция должна быть требуемого качества, а персонал – обладать необходимым профессионализмом. На сегодняшний день новыми разработками занимаются гальванические компании, фирмы-поставщики гальваническим предприятиям, научно-исследовательские учреждения и отдельные группы.

Примерно так можно вкратце охарактеризовать некоторые важные аспекты дальнейших разработок в гальванотехнике, которые были выявлены при анализе публикаций в 38 специальных журналах за 2006-2007 годы. Из них 23 изданы на немецком языке, 6 - на английском, 4 - на русском, 2 - на польском и по одному журналу на французском, итальянском и румынском. В отличие от предыдущих лет, в некоторых изданиях доля статей о технологических новшествах и докладах об их применении на практике выросла. В этой связи часто описывается конкретная продукция определенного изготовителя или поставщика. Такое представление имеет своей целью косвенную рекламу для собственной продукции. Несмотря на это, она зачастую могут быть интересна и специалисту.

1.Важнейшие задачи

Важнейшие общепризнанные проблемы, о которых пойдет речь, можно разделить на две группы. К первой - в области исследований и развития принадлежат актуальные и приоритетные нанотехнологии, которые приводят к ряду своеобразных проблем, но и обещают множество принципиально новых решений. Необходимость целенаправленной замены химикатов, материалов и процессов путем различных нововведений также принадлежит к этой группе. Второй аспект, выявленный на основании публикаций, тесно связан с проблемами технологии, предприятий и менеджмента.

1.1.Нанотехнологии

Кристаллические структуры нанообласти отличаются от структур микрообласти тем, что обладают существенно большей площадью поверхности межфазных границ, благодаря чему возможно формирование материи с изменёнными химическими и механическими свойствами. Это придает наносистемам особое значение в сфере покрытия поверхности. Под наноповерхностью подразумевают такие покрытия, в которых в поверхностном слое материала образуются такого типа наноструктуры, как, например, при быстром замораживании. Наноструктуры могут возникать, если на поверхность материала нанести наноразмерный слой, например, электролитически, лакированием или другим способом. Такие покрытия могут проявлять повышенные коррозионную и износостойкость и другие новые свойства, которые уже сейчас находят всевозможные новые применения и можно говорить, что всё это ведёт к образованию наноиндустрии [628,648].

Практическое применение наносистем требует систематических исследований и изучения основополагающих фактов, технологий производства и применения, так как необходимые методы и технологии не традиционны прежде всего из-за незначительных размеров частиц. Это касается также исследований в области, например, специальной нанометаллографии [616] и применения атомно-силовой микроскопии [178]. Подобные изыскания начинают координироваться в мировом масштабе и проводиться комплексно в рамках соответствующих организаций [406, 407]. В гальванотехнике, где при химическом никелировании наноструктуры небезызвестны, тоже необходимы исследования базисных положений, чтобы уметь целенаправленно их использовать [703]. При формировании нанокристаллических частичек, например меди (нано порошка), используют метод электроосаждения [24]. Их можно получать и механически в специально разработанных шаровых мельницах с перемешивающим устройством [225, 226]. При получении наночастиц в золь-гель процессах применяют ультразвук, чтобы разрушить большие частицы и избежать агломерации [424], или используют добавки (ПАВ) [479, 696]. Нанопоры в пленке оксида алюминия формируются при комбинации механической обработки и многократного оксидирования и полученные системы используются, например, как переносчики катализаторов или при производстве батарей [657]. Новый развивающийся недорогой метод получения нанокапилляров (наноканалов) размером до 50 нм, внедряемых в полимерные материалы, делает возможным менять специфические свойства последних, например, формировать устойчивые к атмосферным воздействиям лаки [182], или получать ударопрочные прозрачные лаки [434].

Несмотря на то, что исследования основ нанотехнологии еще идут полным ходом, уже сообщается о растущем практическом значении. К возможным благодаря нанопокрытиям новым свойствам поверхности принадлежит так называемая супергидрофобность, при которой нанокристаллические структуры отталкивают капли воды [282]. Процесс, называемый также catalytic-cleaneffect (каталитически чистящий эффект), достигается тем, что загрязняющие частицы смешиваются с плотно прилегающим водным слоем и смываются [364]. Применение оксида кремния в золь-гель процессе получения эмали позволяет повысить её кислотостойкость и устойчивость к загрязнению [302]. Золь-гель покрытия на стали, цинке, алюминии и магнии представляют собой общепризнанную альтернативу шестивалентному хроматированию не только при предварительном, но и при последующем лакировании [28, 128]. Предварительное фосфатирование выгодно заменяется так называемым нанокерамическим покрытием, которое делает возможным получение на нём тончайшего лакового покрытия [100]. В случае алюминия с помощью тончайшего нанопокрытия от 50 до 500 нм (без разрушения естественного оксидного слоя) достигают таких же результатов, как и с хроматированным (хромом(VI)) микрослоем [139]. Для магния недостаток естественного оксидного слоя компенсируется остеклованным слоем оксида кремния в виде наночастиц [391].

Наночастицы модифицируют свойства лаковых и порошковых покрытий, например, наночастицы из серебра теряют антимикробные свойства [74, 683, 659]. Другие наночастицы улучшают антикорозионные свойства полимерных покрытий [421]. Сложности со склеиванием оцинкованных и хромированных конструкций устраняются при применении клеев с наночастицами [98, 630]. Наночастицы оксида кремния или глинозема позволяют отказаться от хлора и брома в противопожарном покрытии [314].

При струйном нанесении лаков с дорогими наночастицами серебра достигается ощутимый экономический эффект [91]. Нанолаки с высокой стойкостью к царапанью и малой склонностью к загрязнению наносятся с применением распространенных методов [426,699]. Инструменты с композиционным покрытием с алмазами показывают повышенные твердость и срок службы, если в качестве матрицы применен нанокристаллический никель [19]. Смазочные материалы годятся и при высоком давлении, если к ним добавлена смесь из наноразмерных оксидов кремния, алюминия и плазмообогащенный графит [397]. Лаки, содержащие металлически легированный оксид титана, могут проявлять каталитические свойства в процессах деструкции вредных веществ [602].