Общие сведения о способах металлопокрытий

При катодном восстановлении металлов и сплавов готовые изделия или полуфабрикаты помещают в электролит, содержащий простые или комплексные ионы осаждаемого металла и соединяют с отрицательным полюсом источника постоянного тока. Покрываемые детали завешивают на катодную штангу гальванической ванны, а на анодную — пластины или прутки из того металла, которым покрывают эти детали. В некоторых случаях применяют нерастворимые аноды (графит, титан платинированный, сталь 12Х18Н9Т или сплавы Pb + Sb или Pb + Sb + Sh при хромировании) или раздельные аноды (медь и цинк при осаждении латуней).

В основном катодное восстановление металла сводится к следующему механизму:

для простых ионов

MeSO₄ -> Me²⁺ + SO^2-₄;

Ме²⁺ + 2ē -> Ме,

для комплексных ионов

Me(CN)^2-₄ ^->_<- Ме²⁺ + 4CN^-; Ме²⁺ + 2ē ->Ме,

а также 2Н⁺ + 2ē + Н₂.

При этом на аноде могут протекать реакции:

Ме -> Ме⁺ +ē; Ме -> Ме²⁺ + 2ē;

40Н^--> 2Н₂O + O₂ + 4ē.

По сравнению с другими способами нанесения металлических покрытий этот способ является более совершенным. Основными его преимуществами являются возможность получения покрытий строго определенного состава, свойств и толщины, меньший расход металла, затрачиваемого на покрытие, повышенные механические и коррозионные свойства покрытий (кроме вакуумного напыления); отсутствие образования промежуточного хрупкого сплава, характерного для горячих методов покрытия; возможность механизации и автоматизация процесса; меньшие потери материалов по сравнению с химическим способом покрытия.

К основным недостаткам катодного восстановления следует отнести необходимость применения внешнего источника постоянного электрического тока; значительный разброс в толщинах покрытия на наружной и внутренних поверхностях профилированных изделий; необходимость применения дополнительного оборудования и химикатов для регенерации и нейтрализации отработанных электролитов и промывных сточных вод; более низкие санитарно-гигиенические условия труда по сравнению с конденсационным (вакуумным) способом.

В большинстве случаев для катодного восстановления металлов и сплавов в промышленности до сих пор используют водные электролиты, позволяющие вести технологический процесс при нормальных условиях.

Только в редких случаях (невозможность восстановления таких металлов, как алюминий, магний, бериллий, и других электроотрицательных металлов) применяют формальдегидные, спиртовоэфирные и другие электролиты, обеспечивающие получение качественных покрытий в среде водорода или аргона по особой технологии.

Химические и бестоковые способы осаждения металлов и сплавов имеют следующие преимущества перед гальваническими: отличные физические и химические свойства покрытий; равномерность осаждения покрытий независимо от геометрической формы деталей и их беспористость; возможность покрытия неметаллов. Однако применяемые в качестве восстановителей гипофосфит, гидразин и другие вещества являются дорогостоящими или дефицитными.

Химическим способом можно наносить, такие металлы, как золото, палладий, серебро, медь, никель, кобальт, олово, хром. Восстановление ионов этих металлов происходит за счет химической реакции и электрохимических свойств покрываемого металла в данном растворе:

Me²⁺ + nē -> Me.

Химический способ осаждения покрытия можно подразделить на контактный, контактно-химический и химический.

При контактном методе покрываемую деталь погружают в раствор, содержащий ионы металла с большим значением потенциала, чем металл детали, и восстановление покрытия происходит только за счет разности потенциалов, возникающих между покрываемым металлом и ионами осаждаемого металла из раствора.

При контактно-механическом методе предусматривается восстановление металла из раствора за счет разности потенциалов, возникающих при контактировании покрываемого металла с металлом, у которого потенциал положительнее, чем у покрываемого.

Химический метод заключается в погружении покрываемого металла в раствор с ионами другого металла, буферирующими добавками и восстановителем.

В первых двух случаях восстановление основано на принципе обмена электронами между двумя металлами, а в последнем — за счет восстановителя, который, окисляясь, отдает свои электроны ионам металла, находящимся в растворе, превращая их в атомы и осаждая последние на деталях в виде металлопокрытия.

Контактным методом получают покрытия очень тонкие, а остальными — покрытия толщиной более 20 мкм, пригодные для защитно-декоративных и специальных целей.

Петр Степанович Мельников. Справочник по гальванопокрытиям в машиностроении, 1979.