Нанесення та отримання металевих покриттів хімічним способом

на здобуття ступеня бакалавра за напрямомxxx

ЗМІСТ

2. ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ. 5

2.1. Підготовка поверхні виробів перед нанесенням покриттів. 6

2.1.1. Механічна підготовка. 7

2.1.2. Знежирення. 8

2.1.3. Протруєння. 10

2.1.4. Травлення. 10

2.1.5. Знешкодження. 17

2.1.5. Активування. 18

2.2. Хімічне нікелювання. 23

2.2.1. Область застосування та умови утворення Ni – P–покриттів.

2.2.2. Структура та фізико-хімічні властивості Ni - Р-покриттів. 31

2.2.3. Технологічні процеси осадження Ni-Р-покриттів. 36

2.2.4. Хімічне нікелювання металів. 39

2.2.5. Хімічне нікелювання неметалічних матеріалів (пластмас та неорганічних діелектриків). 45

2.3. Хімічна кобальтування. 50

2.3.1. Короткі відомості про структуру та властивості З-Р-покриттів. 50

2.3.2. Умови освіти, структура та властивості З-В-покриттів.

2.4. Осадження нікель-фосфорних та кобальт-фосфорних покриттів, легованих іншими металами. 58

2.4.1. Ni-Со-Р-покриття. 58

2.4.2. Покриття Ni-Сu-Р, Ni-Fe-Р, Ni-Re-Р, Ni-Со-Re-Р, Ni-W-Р, С-W-Р і Ni-Со-W-Р. 61

2.4.3. Покриття З—Zn—Р, З—Fe—Р, З—Re—Р, З—Сu—Р, З—Мо—Р, З—Мn—Р. 63

2.5. Хімічний міднення. 65

2.5.1. Властивості покриття та умови освіти. 65

2.5.2. Склад розчинів хімічного міднення. 68

2.6. Хімічний осадження дорогоцінних металів. 74

2.6.1. Хімічний сріблення. 74

2.6.2. Хімічне золочення. 77

2.6.3. Хімічне паладування та платинування. 80

2.7. Обладнання дляпроцесів хімічного осадження металевих покриттів 83

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ. 94

1. ВВЕДЕННЯ

Широко поширеним способом захисту від корозії металів є покриття їх шаром інших металів. Покриваючі метали самі корродирують із малою швидкістю, оскільки покриваються щільною оксидною плівкою. Покриває шар наносять різними методами [1]:

гаряче покриття – короткочасне занурення у ванну із розплавленим металом;
виготовлення біметалічних листів (залізо та мідь, алюміній та дюралюміній, вуглецева сталь та нержавіюча сталь тощо);
гальванічне покриття - електроосадження з водних розчинів електролітів;
металізація – напилення [2, 3];
дифузійне покриття – обробка порошками за підвищеної температури у спеціальному барабані;
за допомогою газофазної реакції, наприклад:

Є й інші способи нанесення металевих покриттів. Наприклад, різновидом дифузійного способу є занурення виробів у розплав хлориду кальцію, в якому розчинені метали, що наносяться. Для вивчення екстер'єрного характеру застосовується сусальне золочення та сріблення, наклеювання на поверхню виробу найтонших листочків золота або срібла.

Своєрідним способом нанесення металевих покриттів є металізація – розпилення розплавленого металевого дроту струменем стисненого повітря.

В даний час широкого поширення набули нові технології нанесення металевих покриттів за рахунок надзвукового удару частинок об поверхню [4, 5, 6]. Прискорення частинок до надзвукових швидкостей здійснюється стисненим повітрям. При цьому забезпечується нанесення металевих покриттів з порошкових матеріалів (алюмінієві, мідні, цинкові, нікелеві, олов'яні, свинцеві,бабітові) газодинамічний метод.

Переваги даної технології: – використовується лише стиснене повітря та електроенергія; – немає нагрівання та окислення металу частинок та підкладки, деформацій, змін структури та фазового складу металів; – немає шкідливих та агресивних газів, речовин, випромінювань та інших небезпечних факторів; – технологічна простота нанесення покриттів, – зумовлюють широке застосування цього методу [6].

У великомасштабному виробництві захисту металів від корозії, декоративної обробки виробів, надання поверхні виробів спеціальних властивостей найбільш поширені покриття, одержувані хімічним чи електрохімічним методами [1]. Гальванічні металопокриття пластмас та інших діелектриків набули широкого поширення для захисно-декоративної обробки різноманітних виробів та для технічних цілей при виготовленні різних машин та приладів (особливо радіотехнічних та електронних). Область та масштаби застосування цих покриттів з подальшим розвитком техніки постійно збільшуються, оскільки нанесення металопокриттів дозволяє отримувати матеріали з дуже цінним поєднанням фізико-механічних, хімічних та експлуатаційних властивостей металу та діелектрика в одній і тій же деталі [7].

Різноманітність сучасних хімічних методів нанесення металевих покриттів потребує цілеспрямованого вивчення та систематизації інформації, накопиченої в даний час, для оптимізації та подальшого ефективного використання, тому метою цієї роботи став огляд хімічних методів нанесення металевих покриттів.

2. ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ.

Процес хімічного металування є каталітичним чи автокаталітичним, а каталізатором є поверхня виробу. Використовуваний розчин містить з'єднання металу, що наноситься івідновник. Оскільки каталізатором є поверхня виробу, виділення металу відбувається саме на ній, а не в об'ємі розчину. В даний час розроблено методи хімічного покриття металевих виробів нікелем, кобальтом, залізом, паладієм, платиною, міддю, золотом, сріблом, родієм, рутенією та деякими сплавами на основі цих металів. Як відновники використовують гіпофосфіт і боргідрид натрію, формальдегід, гідразин. Звичайно, що хімічним нікелюванням можна наносити захисне покриття не на будь-який метал.

Металеві покриття ділять на дві групи:

Наприклад, покриття сплавів з урахуванням заліза у першу групу входять нікель, срібло, мідь, свинець, хром. Вони більш електропозитивні по відношенню до заліза, тобто в електрохімічному ряду напруг металів стоять правіше заліза. До другої групи входять цинк, кадмій, алюміній. Вони більш електронегативні по відношенню до заліза.

У повсякденному житті людина найчастіше зустрічається з залізними покриттями цинком і оловом. Листове залізо, оцинковане, називають оцинкованим залізом, а вкрите оловом - білою жерстю. Перше у великих кількостях йде на покрівлі будинків, а друге – виготовлення консервних банок. Вперше спосіб зберігання харчових продуктів у бляшанках запропонував кухар Н.Ф. Аппер у 1810 році. І те, й інше залізо отримують, головним чином, протягуванням листа заліза через розплав відповідного металу.

Металеві покриття захищають залізо від корозії за збереження суцільності. При порушенні ж покриває шару корозія виробу протікає навіть інтенсивніше, ніж покриття. Це роботою гальванічного елемента залізо-метал. Тріщини та подряпини заповнюються вологою, внаслідок чого утворюються розчини, іонні процесиу яких полегшують перебіг електрохімічного процесу (корозії).

Широко поширений електрохімічний спосіб має низку істотних недоліків, що обмежують його застосування. До них відносяться нерівномірність розподілу покриття на деталях складного профілю, труднощі при нанесенні покриття на вузли, елементи яких виготовлені з різних металів і неметалів. . Останнім часом практичне застосування отримали хімічне кобальтування та осадження деяких дорогоцінних металів. Існують також численні рекомендації складів розчинів для нанесення хімічних покриттів олова, хрому, свинцю та деяких сплавів.

2.1 Підготовка поверхні виробів перед нанесенням покриттів

Підготовка поверхонь перед нанесенням металопокриттів полягає у видаленні окалини, жирів, оксидів і задирок, облої та інших поверхневих дефектів механічними, хімічними та електрохімічними методами, а також включає активацію поверхні різними способами. Таким чином, можна виділити такі етапи підготовки виробу: механічна підготовка, знежирення, протруювання, травлення, знешкодження та активування [7]. Від ретельності проведення операцій залежить якість покриття, й у першу чергу зчеплення його з основою. Розглянемо кожен із етапів.