Осаждение двойного покрытия медь-никель

Страница 4

По видам осаждаемых покрытий электролиты бывают: матового никелирования, блестящего никелирования, черного никелирования.

3.2 Электролиты никелирования.

Электролиты никелирования очень чувствительны к органическим и неорганическим примесям. Правильное приготовление электролита обеспечивает надежную работу в течение длительного времени. При соответствующей очистке и корректировке этот электролит можно использовать несколько лет. В роли буферного соединения в сульфатных электролитах обычно используют борную кислоту. Возможно также использования солей уксусной кислоты.

Сернокислые электролиты.

NiSO4*7H2O – 240 ¸ 340 г/л.

NiCl2 *6H2O – 30 ¸ 40 г/л.

Н3ВО3 – 30 ¸ 40 г/л.

Электролиз ведется при температуре 45 ¸ 60 °С, iк – 2,5 ¸ 10 А/дм2. Анод – никель. Выход никеля по току 95%. Перемешивание проводят сжатым воздухом. рН электролита 4,5 ¸ 5,2.

Для приготовления электролита отдельно растворяются основные соли. Затем растворы сливают в ванны в следующем порядке: борная кислота, сульфат никеля, хлорид никеля. Ванну доводят до рабочего объема, нагревают до 60 ¸ 80 °С и тщательно перемешивают до полного растворения компонентов. Полученный раствор очищают, фильтруют и отстаивают. Для повышения электропроводности в электролитах, содержащих низкую концентрацию сульфата никеля (150 ¸ 200 г/л), в раствор вводят сульфаты натрия или магния.

Для скоростного осаждения никеля используются фторборатные или кремнийфтористоводородные электролиты. Они позволяют вести осаждение при высоких плотностях тока. Осадки получаются светлые и элластичные.

Фторборатный электролит.

Ni(BF4)2 – 300 ¸ 400 г/л.

NiCl2 *6H2O – 10 ¸ 15 г/л.

Н3BO3 – 10 ¸ 15 г/л.

Кроме того, электролит содержит некоторое количество НBF4.

Электролиз ведется при температуре 45 ¸ 55 °С, iк – 10 ¸ 20 А/дм2. Анод – никель. Выход никеля по току до 100. рН электролита 3 ¸ 3,5.

Мткротвердость осадков, полученных из электролита, достигает 3,5 гПа. Электролит используют как в стационарных ваннах, так и в барабанах и колоколах.

Кремнийфтористоводородный электролит.

Ni(НBF6)2 – 400 ¸ 700 г/л.

NiCl2 *6H2O – 25 ¸ 50 г/л.

Н3BO3 – 30 ¸ 40 г/л.

Кроме того, электролит содержит некоторое количество H2SiF6.

Электролиз ведется при температуре 20 ¸ 50 °С, iк – до 15 А/дм2. Анод – никель. Выход никеля по току до 100. рН электролита 0,5 ¸ 1.

В качестве буферных добавок для таких электролитов иногда используют фториды.

Для получения покрытий с минимальными внутренними напряжениями используются сульфаминовые электролиты. Эти электролиты применяются для нанесения толстых слоев никеля, при покрытии неметаллов по проводящему слою или металлов по разделительному слою, а также для осаждения специальных (например, магнитных) покрытий. Сульфаминовые электролиты также позволяют получить пластичные осадки с очень большой степенью сцепления с основой.

Ni(Н2NSO3)2 – 280 ¸ 300 г/л.

NaCl – 12 ¸ 15 г/л.

Н3BO3 – 25 ¸ 30 г/л.

Моющее средство «Прогресс» или ОС-20 – 2 ¸ 3 мл/л.

Паратолуолсульфамид – 1,5 ¸ 2 г/л.

Электролиз ведется при температуре 50 ¸ 60 °С, iк – 5 ¸ 12 А/дм2. Анод – никель. Выход никеля по току до 100. рН электролита 3,6 ¸ 4,2.

Существует электролит такого же типа, который позволяет получать осадки с очень высокой скоростью осаждения. Этот электролит позволяет увеличивать рабочую плотность тока до 80 А/дм2.

Ni(Н2NSO3)2 – 550 ¸ 600 г/л.

NiCl2 *6H2O – 3 ¸ 7 г/л.

Н3BO3 – 10 ¸ 40 г/л.

При температуре 65 °С и iк – 21,6 А/дм2 скорость осаждения никеля составляет 250 мм/ч.

3.3 Блестящее никелирование.

Для получения защитно-декоративного покрытия на деталях, не требующих высокой антикоррозионной стойкости, применяют электролиты блестящего никелирования. Для этих покрытий характерны повышенная твердость и износостойкость. Основные недостатки блестящих покрытий (по сравнению с матовыми):

q сильное наводораживание покрытия и основы,

q большое количество примесей;

q повышенные значения внутренних напряжений;

q пониженная коррозионная стойкость;

q склонность осадка к растрескиванию.

Несмотря на это, метод получения зеркально блестящих покрытий из ванны получил широкое распространение, т.к. при его применении отпадает трудоемкая и дорогостоящая операция полировки.

Для получения непосредственно из ванн блестящих осадков в электролит вводятся специальные добавки – блескообразователи. В настоящее время для никелирования известно огромное количество блескообразователей как органического, так и неорганического происхождения. Большинство из этих добавок ухудшает физико-механические и антикоррозионные свойства никелевых покрытий, и способствуют питтигообразованию.

Условно блескообразователи, применяемые при никелировании, разделяют на 2 класса.

1. Слабые блескообразователи. Придают осадкам незначительный блеск, мало влияют на катодную поляризацию. Внутренние напряжения, возникающие в покрытиях, полученных при применении этих добавок, незначительны.

2. Сильные блескообразователи. Придают осадкам значительный блеск даже при малых толщинах. Они вызывают значительное повышение катодной поляризации. Большинство из них резко увеличивают внутреннее напряжение, сто приводит к отслаиванию покрытия.

Внутренние напряжения, которые вызываются блескообразователями, 1 класс обладают знаком, противоположным напряжениям, вызываемыми блескообразователями 2 класса.

Некоторые блескообразователи способствуют повышению толщины осадков в микроуглублениях катодной поверхности, приводя к выравниванию или сглаживанию микропрофиля поверхности. Ряд соединений, в особенности понижающих поверхностное натяжение никелевых растворов, способствуют подавлению питтинга в электролитах никелирования. Обычно электролиты блестящего никелирования содержат добавки 3-4 типов. При составлении таких электролитов добавки подбирают так, чтобы одна и та же добавка выполняла разные функции (например, блескообразование и выравнивание).

Для получения блестящих никелевых осадков с высокими физико-механическими свойствами в электролит необходимо вводить сильный блескообразователь, обладающий выравнивающим действием, слабый блескообразователь и антипиттинговую добавку.

В качестве блескообразователей часто используются сульфосоединения. При электроосаждении никеля сульфосоединения претерпевают ряд превращений, в результате которых образуется сульфамид никеля.

Наибольшее распространение получили сернокислые электролиты блестящего никелирования.

Пример электролита блестящего никелирования.

NiSO4*7H2O – 250 ¸ 300 г/л.

NаCl – 10 ¸ 15 г/л.

Н3ВО3 – 30 ¸ 40 г/л.

1,4-бутиндиол – 1,0 ¸ 1,5 г/л.

Формальдегид – 0,01 ¸ 0,05 г/л.

Хлорамин Б – 2,0 ¸ 2,5 г/л.

Моющее средство «Прогресс» или ОС-20 – 2 ¸ 5 мл/л.

Электролиз ведется при температуре 45 ¸ 60 °С, iк – 3 ¸ 5 А/дм2. Анод – никель. рН электролита 4,5 ¸ 5,5.

3.4 «Черное» никелирование.

Процесс «черного» никелирования заключается в получении покрытий черного цвета из электролита, содержащего соли никеля и цинка. Кроме солей никеля и цинка в состав электролита входят серосодержащие соединения (в основном роданиты), которые легко восстанавливаются на катоде с образованием сульфидов никеля и цинка.

«Черное» никелирование применяют для увеличения светопоглощения у покрываемых объектов. Такие покрытия используют в оптической промышленности, в некоторых специальных отраслях машиностроения, а также для придания определенного декоративного вида.

Покрытие «черный никель» обладает более высокой твердостью и прочностью, чем чисто никелевое. Толщина «черного никеля» обычно £ 0,5 ¸ 0,7 мкм. Поэтому коррозионная стойкость осадков низка, кроме того, он имеет очень плохое сцепление состалью. Поэтому «черный никель» осаждают на подслой. Толщина подслоя меди должна составлять 7 ¸ 8 мкм.