2. Катодные покрытия

Суть катодного процесса электроосаждения состоит в том, что изделие, обладающее электрической проводимостью, помещают в токопроводящий раствор, содержащий материал будущего покрытия в виде ионов, например Ni²⁺, а также, возможно, и в виде незаряженных частиц, например AgCN. Для получения такого раствора, который называют «электролит» или «ванна», в воде растворяют какое-либо соединение данного металла (обычно соль), например, сернокислый никель. Покрываемое изделие подключают в качестве катода, т.е. к отрицательному полюсу источника постоянного тока (обычно выпрямителя, иногда аккумуляторной батареи), и включают ток. Иногда – это обязательно оговаривается – необходимо сначала включить ток, а затем уже погрузить изделие в раствор. Изделие обычно подвешивают в помощью специальной подвески на медную штангу, к которой подведен ток. После этого ионы осаждаемого металла, находящиеся в непосредственной близости к поверхности катода, получают с него электроны и превращаются в атомы металла, которые кристаллизуются, образуя покрытие на поверхности. В случае осаждения никеля это описывается как Ni²⁺+2e = Ni. Здесь для превращения двухзарядного иона в атом никеля потребовалось два электрона.

Получаемая новая поверхность остается металлической, т.е. проводящей, и процесс продолжается до тех пор, пока мы не выключим ток или пока в растворе есть ионы никеля. По окончании процесса изделие с покрытием извлекают из раствора, промывают водой и сушат.

Процесс осаждения проводится в сосуде с химически стойкой внутренней поверхностью (который называется электролизером, или электролитической ванной). Емкость электролизера может составлять от нескольких миллилитров до тысяч литров. Конструкции электролизеров разнообразны и обычно содержат ряд дополнительных устройств – для подогрева, для удаления выделяющихся газов, для перемешивания, для размещения деталей на подвесках и т.д.

3. Анодные покрытия

Чтобы электрический ток проходил через раствор, нужно, чтобы цепь была замкнута, для чего необходимо поместить в раствор еще один электрод – анод, который соединяют с положительным полюсом источника тока. Обычно в ванну подвешивают несколько анодов. Анод наряду с этим может (хотя и не обязательно) выполнять еще одну функцию: он служит источником тех самых ионов, которые расходуются в катоду. В этом случае для этого достаточно использовать никелевый анод.

Рисунок 1 – Схема процесса электроосаждения: 1 – анод (растворяется); 2 – катод (осаждается металл) [1]

При прохождении тока он будет растворяться, давая нужные ионы Ni²⁺. Если используется нерастворимый анод, то время от времени необходимо корректировать состав раствора, добавляя нужное вещество, например сернокислый никель. На поверхности нерастворенного анода обычно происходит выделение кислорода, образуемого из молекул воды (рисунок 1).

4. Композиционные электрохимические покрытия (кэп)

Композиционными называют гальванопокрытия, содержащие, наряду с электрохимически выделяемым металлом и сплавом, также твердые частицы. Такими частицами могут быть оксиды (алюминия, циркония, железа и др.), карбиды (кремния, вольфрама), бориды, сульфиды, а также графит или алмаз. В процессе электроосаждения они захватываются растущим осадком. Используют частицы не только равноосные с поперечными размерами10^-6 – 10^-2см (чаще всего около 1 мкм), но и в форме волокон. Композиционные электрохимические покрытия (КЭП) получают либо из электролитов-суспензий, в который вводится взвесь твердых частиц (до 100 г/л), либо из электролитов, в прикатодном слое которых твердые частицы образуются («выпадают») во время электролиза, например, в результате подщелачивания.

Металл или сплав называют матрицей, включенные частицы – дисперсной фазой. Объемная доля дисперсной фазы может быть различной, но, как правило, не превышает 30%, так как при большем содержании дисперсной фазы матрица теряет непрерывность и не может создать единую «каркасную» структуру.

Процесс выделения основного металла при образовании КЭП обычно мало отличается от аналогичного процесса в отсутствии дисперсной фазы. Некоторые отличия связаны, в частности, с возможностью абразивного активирования поверхности твердыми частицами, а также с присутствием некоторых дополнительных добавок, способствующих включению дисперсной фазы в матрицу.

Процесс включения частиц в матрицу состоит из стадий их переноса в прикатодную область, прилипания к катоду ( с последующим выдавливанием прослойки электролита между частицей и электродом) и, наконец, заращивание частицы металлом. Каждая из этих стадий имеет свои особенности и зависит и от состава раствора, и от всех условий электролиза. Обычно для получения КЭП требуется интенсивное перемешивание элетролита-суспензии.

Получаемые при этом покрытия обладают высокой износостойкостью, иногда жаростойкостью, прочностью или низким коэффициентом трения [1].