Иммерсионные покрытия

Иммерсионный метод получения покрытий называют также методом замещения, поскольку суть его заключается в том, что покрытие образуется в результате протекания реакции замещения между покрываемым металлом Me₂ (подложкой) и более благородным Me₁ⁿ⁺ (более электроположительным) металлом покрытия, находящимся в растворе. Например, железо можно покрыть медью из раствора медного купороса. Замещение ионов металла, находящихся в растворе, металлом подложки происходит по реакции:

xMe ₁ⁿ⁺ + Me₂ + Me₁ + gMe ₂^m+, (4.23)

где xn = gm

Такая реакция может протекать до тех пор, пока раствор имеет доступ к менее благородному металлу подложки, и поэтому по мере осаждения покрытия количество осаждающегося металла из раствора (Me₁) и растворяющегося металла (Me₂) снижается. Растворения Me₂ можно избежать за счет связывания его с менее электроположительным металлом Me₃, так что растворяться будет только Me₃. Тогда этот процесс будет называться внутренним электролизом. С помощью метода меченых атомов было показано, что реакцию замещения можно существенно регулировать введением в электролит определённых ингибиторов или комплексообразующих добавок. Чтобы реакция замещения протекала равномерно, исходная поверхность металла основы должна быть химически чистой и специально подготовленной для покрытия, кроме того, в раствор вводятся специальные смачивающие добавки.

Некоторые трудности в получении равномерных покрытий возникают в том случае, когда деталь изготовлена из различных металлов, двух и более. Толщина осадка ограничивается величиной порядка 0,001 - 0,002 мм, поскольку рост покрытия заканчивается после того, как последний, находящийся в контакте с раствором атом металла основы Me₂, будет замещён атомами восстановленных ионов металла Me₁ из раствора.

Преимуществом метода является простота растворов и операций, которые можно проводит в обычных ваннах или барабанах. Добавки ограничивают высокую начальную скорость осаждения, в противном случае возможно образование рыхлых, плохо сцеплённых с основным металлом покрытия, с плохой адгезией, содержащих включения электролита. Однако, например, хороший осадок меди на алюминии с высокой адгезией может быть получен в спиртовом растворе CuCl₂ и без добавок.

В связи с тем, что осадки очень тонкие, они неизбежно имеют большое число дефектов (пор) которые снижают их защитные свойства. Коррозионную стойкость можно повысить путём пассивации покрытия в хроматном растворе или «уплотнением», аналогичным анодному оксидированию. Большое значение имеет специальная подготовка поверхности металла-основы, так как вследствие малой толщины покрытия шероховатость, отражательная способность и другие свойства осадка повторяют свойства подложки. Добавки в электролит специальных ингредиентов могут изменить некоторые характеристики покрытий в лучшую сторону.

Очевидно, что иммерсионный метод может быть применён только для тех систем, в которых реализуется реакция замещения. Для расширения пределов применимости метода можно предварительно на металл – основу Me₂ нанести тонкий слой другого менее благородного металла с помощью другого метода. Замещением можно наносить и некоторые сплавы. Детали с покрытиями, полученные иммерсионным методом, часто подвергают дальнейшим отделочным операциям, связанным с нанесением на них других металлических покрытий.

Иммерсионные покрытия применяют для «декапирования никелем» материалов на железной основе перед нанесением на них стеклоэмали с целью повышения адгезии эмали с основой, для «медного лакирования» железного прутка перед вытяжкой проволоки для облегчения нанесения смазки и улучшения внешнего вида и коррозионной стойкости вытянутой проволоки, для осаждения благородных металлов и сплавов на медь и её сплавы в технических целях и медных сплавов для улучшения паяемости, для покрытия алюминия цинком в растворе цинката натрия для улучшения последующего электроосаждения сплавов системы Cu – Ni - Cr, для амальгамирования медных сплавов ртутью с целью повышения адгезии и способности к последующему покрытию электроосаждением, для осаждения золота на стальные перья для авторучек, для осаждения меди на пластиковые подложки, содержащие порошок неблагородного металла с целью повышения электропроводности поверхности.