Главная Обратная связь

Дисциплины:






Теория возникновения внутренних напряжений



Введение

Никелирование представляет собой один из наиболее важных и широко применяемых процессов электроосаждения металлов. Большая часть из всего производимого никеля используется именно в виде покрытий. Никель — относительно недорогой металл, обладающий при этом множеством полезных свойств, основные из которых перечислены ниже. Благодаря склонности к пассивированию никель оказывается химически стойким во многих средах, в частности в воде, щелочах, в органических и минеральных кислотах. По отношению к железу никелевые покрытия являются катодными.

Достоинства:

1. Достаточно высокая износостойкость.

2. Довольно высокая твердость.

3.Сравнительно высокая пластичность, в связи с чем никель хорошо полируется. В полированном виде обладает высокой отражательной способностью. Может быть получен с блестящей поверхностью непосредственно при осаждении (без механической полировки).

4. Высокие декоративные характеристики поверхности, как блестящей, так и матовой, «полуматовой», сатинированной и т.д. Возможность нанесения в качестве декоративного финишного покрытия.

5. Очень высокие антидиффузионные (барьерные) свойства, в связи с чем никель широко используется как барьерный слой, препятствующий диффузии металлов (главным образом из основы в финишное, например золотое, покрытие).

6. Довольно высокая электропроводность, а также низкое контактное сопротивление. Поэтому используется для придания поверхностной электрической проводимости. С успехом может использоваться для электрических контактов в случае невысоких токовых нагрузок, в том числе при нагреве до 200 °С.

7. Сравнительно высокая собственная коррозионная стойкость в обычных средах, при повышенной влажности, в растворах щелочей и органических кислот. Коррозионно-защитная способность (в отношении нижележащих металлических слоев, например меди и ее сплавов), особенно при низкой пористости.

8. Легко поддается лужению обычными припоями; в припое почти не растворяется, обеспечивает высокую прочность пайки, причем шов может быть вакуумно-плотным. Выдерживает точечную сварку.

Никелевые покрытия могут применяться в качестве защитно -декоративных покрытий . Для защитно-декоративных целей никелевое покрытие используют, как один из слоев например в многослойном покрытии из меди, никеля и хрома . Так же никель может использоваться и самостоятельно в качестве коррозионно стойкого в щелочах . Такие покрытия применяют в машиностроении, электронике, приборостроении и в бытовой технике.

Так же никелевые покрытия могут выполнять функциональные цели , например нанесение никеля с низкими внутренними напряжениями , этот способ никелирования позволяет нанести очень толстые слои до 2 миллиметров, он может найти применение в электронной, радиотехнической , машиностроительной и других отраслях промышленности . В настоящее время метод нанесения никеля с низкими внутренними напряжениями стал одним из основных в производстве волноводов, которые являются узлами антенно-фидерных систем. Волноводы используются для передачи электромагнитных колебаний.



 

 


 

Теория возникновения внутренних напряжений

Электролитические осадки отличаются искажением кристаллической решетки и включают различные посторонние вещества, в результате чего осадок находится в напряженном состоянии. Такое состояние металла вызывает в нем возникновение сил, стремящихся сжать или растянуть осадок и вернуть его к нормальному состоя­нию.

При электролитическом выделении металлов, когда осаж­дение идет только на одной стороне катода, эти силы приво­дят к изгибу катода. В зависимости от условий электролиза, наблюдается два вида изгиба электрода:

 

 

Рис. 30. Схема напряжений в осадке : а — растяжении; б, — сжатия.

1) в сторону анода, что указывает на растянутое состоя­ние осадка и его стремление сократить свой объем. В этом случае говорят, что в осадке возникли напряжения растяже­ния, которые принято обозначать положительным знаком (рис. 30,а);

2) в случае, когда в процессе осаждения металлов электрод отклоняется в противоположную сторону, осадок сжат и стремится увеличить свой объем. В таком осадке возникают напряжения сжатия или напряжения отрицательного знака (рис. 30,б).

Существует очень много разнообразных методов измерения внутренних напряжений, которые в основном можно разде­лить на четыре группы:

1) метод деформации стеклянного шарика;

2) метод изгиба катода;

3) метод датчиков;

4) рентгеновский метод.

 

Вопрос о влиянии природы подкладки на величину внут­ренних напряжений в покрытии очень важен, так как прак­тически всегда электролитические покрытия наносятся на подкладки из других металлов. Подбор соответствующего данной подкладке покрытия играет решающую роль с точки зрения как сцепляемости покрытия с подкладкой, так и коррозионно-защитных свойств его.

Особенно существенное влияние на величину внутренних напряжений природа подкладки оказывает при нанесении электролитического покрытия небольшой толщины. В литера­туре имеется очень большое число работ, показывающих, что структура электролитических осадков зависит от природы и структуры подкладки . Поскольку внутренние напряжения тесно связаны со структурой осадков, то естественно, с изме­нением структуры меняется и величина внутренних напряже­ний. По мнению Финча, Вильмана и Янга, влияние под­кладки металла на структуру покрытия сказывается по раз­ному в зависимости от толщины покрытия. В этой связи они условно де­лят толщину покрытия на три слоя:

1) слой, непосредственно прилегающий к подкладке, структура которого целиком определяется структурой под­кладки. Максимальная толщина этого слоя составляет при­мерно доли микрона;

2) второй — переходный слой, толщина которого не превышает 5 мк;

3) третий слой, структура которого определяется составом электролита и условиями электролиза.

В первом слое электролитический осадок воспроизводит структуру подкладки в том случае, если параметры pешоток подкладки и осаждающегося металла не очень сильно отличаются друг от друга. В противном случае осаждение металла происходит как бы на индифферентном электроде, с образованием трехмерного зародыша.

С изложенной точки зрения представляют большой инте­рес работы по теории ориентационной кристаллизации.

На чистой поверхности элект­рода структура осадка небольшой толщины изменяется соот­ветственно структуре подкладки , что сказывается также на величине внутренних напряжений. К сожалению, в настоящее

время отсутствуют экспериментальные данные по изучению влияния структуры подкладки на структуру и внутренние напряжения осаждающегося металла, полученные в условиях опыта.

В практических условиях электролиза поверхность элект­рода большей частью бывает деформирована в результате ме­ханической обработки, а также в некоторой степени покрыта окисями или другими посторонними веществами, что также сильно сказывается на структуре и внутренних напряжениях покрытий и в сильной степени осложняет выявление влияния природы подкладки на внутренние напряжения электролити­ческих осадков.

Следует отметить, что экспериментальные данные о влия­нии природы подкладки на внутренние напряжения весьма ограничены. Единственное обстоятельное исследование, по­священное этому вопросу, принадлежит Мари и Тону , ко­торые установили, что при электроосаждении никеля внут­ренние напряжения в нем сильно зависят от материала ка­тода:

 

 

Сопоставление внутренних напряжений с параметрами решетки металлов показывает, что между этими величинами существует некоторый параллелизм.

Этот параллелизм нарушается в данном случае для алю­миния, железа и палладия. Последнее обстоятельство, ве­роятно, связано с тем, что влияние природы подкладки искажено состоянием ее поверхности, которая, например в слу­чае палладия, представляет собой не чистый металл ,а Pd — Н, а в случае алюминия и железа — окись металла.

По всей вероятности, при осаждении других металлов будет наблюдаться иная последовательность.

При исследовании зависимости внутренних напряжений от состояния поверхности подкладки Рыковой было пока­зано, что для осадков значительной толщины (около 20 мк) влияние природы подкладки перестает сказываться, но со­стояние ее поверхности оказывает существенное влияние на внутренние напряжения.

С изменением толщи­ны покрытия величина внутренних напряжений должна ме­няться при осаждении не только на подкладку из другого металла, но и на подкладку из того же металла, так как всегда имеет место пассивирование поверхности электрода, что ведет к изменению в той или иной степени структуры на­носимого металла. Это подтверждают опыты Бреннера и Сендероффа .

 

 

Как видно из рис. 44 (кривая 1), в начале электролиза внутренние напряжения имеют более высокое значение, но по мере роста толщины осадка они уменьшаются до некоторого определенного значения. Например, в случае никеля, начиная с толщины, равной 0,013 мм, внутренние напряжение уже практически не меняются. Уменьшение внутренних напряжений с толщиной Бреннер и Сендерофф объясняют увеличением размеров кристаллов электролитических осадков . Изучая осаждение металлов в различных условиях электролиза , Бреннер и Сендерофф обнаружили параллелизм между внутренними напряжениями и структурой осадков.

 

 





sdamzavas.net - 2020 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...