Электролитическое осаждение комбинированных покрытий

Под комбинированными электролитическими покрытиями (КЭП) подразумеваются многослойные осадки, состоящие из двух или нескольких различных по химическому составу электроосаждённых металлов. Иногда их называют слоистыми полиметаллическими покрытиями. По своей структуре и свойствам они являются комбинированными электролитическими осадками. Под комбинированными покрытиями понимают также биметаллические, состоящие из двух электроосаждённых металлов, обладающих различным коэффициентом расширения, твёрдостью, износостойкостью, поверхностной электропроводностью, коррозионной стойкостью и т.д.

Такие покрытия также относят к комбинированным слоистым осадкам, как и покрытия, полученные из одного осаждённого металла, например, хрома, но имеющих различную структуру: блестящий осадок по молочному хрому или медный осадок из сернокислого поверх осадка, полученного из цианистого электролита и т.д. К комбинированным электролитическим покрытиям относятся также так называемые граничные осадки, используемые для декоративной отделки поверхностей деталей различных изделий.

Комбинированные электролитические покрытия по характеру формируемой структуры осадка в процессе электролиза разделяются на слоистые КЭП и композиционные КЭП (рис. 4.4). Слоистые комбинированные покрытия делятся на полиметаллические, образующиеся путём последовательного осаждения осадков, отличающихся по химическому составу – ПСКЭП и монометаллические покрытия, полученные путём последовательного осаждения осадков, имеющих один и тот же или незначительно отличающийся химический состав – МСКЭП.

Композиционные комбинированные электролитические покрытия (ККЭП), содержащие в своём составе различные включения из природных и искусственных химических соединений и простых веществ, разделяются на однослойные - ОККЭП и многослойные - МККЭП. В свою очередь, многослойные композиционные комбинированные электролитические покрытия (МККЭП) делятся на полиметаллические - ПМККЭП и монометаллические - ММККЭП.

Классификация КЭП по характеру внутренней структуры осадка затруднена тем, что зачастую при электрокристаллизации получаются осадки со смешанной структурой. Так, при электроосаждении хрома формируются осадки, имеющие кубическую, гексагональную решётки и типа a- Mn. Однако комбинированные покрытия можно разделить на покрытия, образующиеся в микро- и макрооъёмах (эпитаксиальные структуры), а также по толщине осадка. По эстетическим свойствам осадки можно разделить на сплошные, граничные и смешанные.

Рис. 4.4. Классификация КЭП по характеру формируемой структуры осадка

Слоистые комбинированные электролитические покрытия используются, в первую очередь, для придания поверхности деталей машин высокой износостойкости и устойчивости против коррозии при воздействии высоких температур и климатических условий. Слоистым комбинированным хромовым покрытиям подвергают гидроцилиндры, поршни и штоки рабочих органов грузоподъёмных машин и механизмов, стволы артиллерийских орудий и стрелкового оружия и т.д. Предприятия по ремонту автомобилей зачастую заменяют меднение и никелирование при получении защитно-декоративных покрытий на МСКЭП на основе хрома.

Свойства ККЭП и их преимущества перед другими способами нанесения покрытий определили широкую область их применения. ККЭП используют для упрочнения поверхностей трения роликов и валов прокатных станов, буров, режущего и измерительного инструмента, штампов, цилиндров, поршневых колей, клапанов и т. д., а также в качестве скрепляющих материалов при производстве алмазных инструментов, электрических контактов и т.д.

Известно, что наиболее стойкими против абразивного изнашивания являются плазменные покрытия и керметы, получаемые методом порошковой металлургии. ККЭП имеют неоспоримые преимущества перед ними, а именно:

- возможность более широкого использования керамических, металлокерамических и других естественных и искусственных химических соединений и простых веществ в процессе электролиза;

- возможность использования природных пылевидных кварцев-маршалита, речного песка, слюды, каолина и др.;

- применение для получения ККЭП низких температур, что исключает воздействие высоких температур на физико-механические свойства материала покрываемой детали;

- возможность послеоперационного контроля покрытия, что повышает качество;

- простота технологических приёмов;

- невысокая стоимость и доступность используемого оборудования.

Под монометаллическим слоистым комбинированным электролитическим покрытием понимают покрытие, состоящее из двух и более одинаковых по химическому (или незначительно отличающихся) составу осадков, но различающихся друг от друга характером формирующейся структуры (хром молочный + хром блестящий, медный осадок из цианистого электролита - мелкокристаллический + медный осадок из сернокислого - крупнокристаллический и т.д.). Обычно такие покрытия получают при разных режимах электролиза, изменяя один или несколько параметров одновременно в одной или нескольких ваннах.

Композиционные комбинированные электролитические покрытия (ККЭП) имеют в своем составе инородные включения, которые дают возможность сочетать в себе свойства электролитически осаждённого металла (электро- и теплопроводность, износостойкость, пластичность и т.д.), а также металлов и неметаллов, которые внедряются в осадок при наложении поляризующего тока (жаростойкость, химическая стойкость, твёрдость, износостойкость и др.) Технологии получения ККЭП весьма перспективны и интенсивно развиваются и совершенствуются в последние годы. Совместное осаждение металлов и мелкодисперсных твёрдых частиц используется для получения алмазного инструмента. Износостойкость хромовых покрытий повышают введением в электролит сульфида цинка. При введении в электролит хромирования 250 г/л хромового ангидрида, 6 г/л сернокислого стронция, 5 - 50 г/л мелкодисперсных частиц значительно повышается микротвёрдость покрытия, выход по току. При введении в электролит хромирования алмаза и слюды получают покрытие с низким коэффициентом трения. Добавление в электролит железнения карбида бора снижает наводораживание осадка в 1,4 - 1,6 раз, а дисульфида молибдена - в 1,2 – 2,4 раза. Износостойкость железных композиционных осадков в 20 раз выше, чем чистого железа. Свойства электролитических осадков никеля с включением карбидов и оксидов - износостойкость, микротвёрдость и коррозионная стойкость - значительно превосходят свойства осадков без включений. Эти перечисления можно продолжать и дальше. (Молчанов,)

Принципиальное отличие структуры ККЭП от структуры «чистых» покрытий состоит в наличии нескольких эпитаксиальных слоёв и в том, что дисперсность осадка-матрицы существенно выше.

На основе существующих в настоящее время технологий получения композиционных покрытий возможна реализация самых разнообразных свойств поверхности металла.