2.5.5. Внутренние напряжения в электроосаждённых металлах

Одним из характерных свойств электроосаждённых металлов является наличие в них внутренних напряжений. Возникновение внутренних напряжений в процессе электроосаждения оказывает определённое влияние на формирование структуры и определяет некоторые важные физико-механические свойства осадка: прочность сцепления с основой, пластичность и ряд других.

Под внутренними напряжениями понимают силы, стремящиеся сжать или растянуть осадок металла. При возникновении напряжений сжатия осадок может вспучиваться, отделяясь от основы. При напряжениях растяжения, превышающих предел прочности металла, осадок растрескивается и также отслаивается от основы.

Внутренние напряжения определяются большим числом факторов. Они зависят от материала и предварительной обработки металла-основы. Влияние металла-основы может сказываться до толщин осадка (15–20) мкм. Внутренние напряжения уменьшаются с увеличением толщины осадка, за исключением малых толщин ~(2–5) мкм), где наблюдается их рост. Однако в процессе роста иногда может происходить изменение знака внутренних напряжений. Для многих металлов, особенно для Zn, Cd, Bi, Pb, Sn характерно довольно быстрое снижение внутренних напряжений после электролиза в результате протекания послекристаллизационных процессов. Аналогичные явления наблюдаются также для Au и Ag, однако в течение более длительного времени (десятки суток). Послекристаллизационные процессы при повышенных температурах протекают более быстро.

Присутствие в электролите загрязнений, а также органических добавок может изменять значения внутренних напряжений. Это наиболее заметно сказывается при осаждении Zn, Bi, Cu и менее сильно при осаждении Fe и Co. Загрязнения обычно снижают напряжения растяжения.

С ростом плотности тока напряжения растяжения в Fe, Co возрастают. Для Cu и Sb наблюдается переход от напряжений сжатия к напряжениям растяжения. В осадках Zn, Cd, Bi, Sn, Pb уменьшаются напряжения сжатия.

Повышение температуры вызывает уменьшение напряжений растяжения для Fe, Co, Cu, Sb. Характер изменения внутренних напряжений в Zn, Cd, Bi, Sn, Sb при повышении температуры может быть различным.

Обычно с напряжениями растяжения осаждаются Fe, Ni, Co, Mn, Cr, Sb, Ga, Cu. Возникновение напряжений растяжения связано со сжатием осадка в процессе электролиза. Сжатие осадка может быть обусловлено уменьшением размеров зёрен при их формировании.

С напряжениями сжатия обычно осаждаются Zn. Cd, Pb, Sn. Эти металлы относятся к группе «мягких» металлов. Их зёрна могут легко деформироваться при давлении, оказываемом друг на друга. Поэтому напряжения, возникающие в этих металлах, должны иметь меньшее значение, чем для «твёрдых» металлов. С другой стороны, тесное соприкосновение зёрен может вызвать протекание на их границах кристаллизационных процессов. Процессы связаны с увеличением объёма межзёренных границ. Это приведет к возникновению напряжений сжатия.

Если после формирования осадка перестройка адсорбированных частиц сопровождается уменьшением объёма, то увеличиваются напряжения растяжения. Если объём увеличивается, то возникают напряжения сжатия.

Изменение внутрениих напряжений можно объяснить суперпозицией напряжений растяжения и сжатия.

Таким образом, величина и знак внутренних напряжений зависят от площади межзёренных границ. То есть они зависят от:

• размера зерна;

• природы металла (в основном от его твёрдости и способности к пластической деформации);

• состава раствора, определяющего включение в осадок посторонних частиц (ионов, молекул ПАВ, гидроксидов, водорода и т.д.).