Гальванические покрытия галлием

Низкая температура плавления, широкий интервал температур, при которых гальванические покрытия галлием остаются в жидком состоянии, сделали их незаменимыми в качестве смазки в подшипниках качения, работающих в глубоком вакууме, при повышенных температурах и нагрузках.

Для покрытия сталей различных марок нашел применение электролит (в г/л):

Галлий хлористый 50 — 75

Кислота сульфаминовая 100 — 150

Аммиак водный (25%) 70-80

Температура электролита 20 — 30°С, i_к = 40 ÷120 А/дм², рН = 1,0 ÷ 1,5, аноды — из платиновой фольги. Наибольший выход по току в нем составляет 25 — 30%. Коэффициент трения у галлиевого покрытия в атмосферных условиях при 18°С ниже, чем у сталей, а момент трения подшипников с этим покрытием при повышенных температурах в 3 — 5 раз ниже, чем в холодном состоянии. Это покрытие в 2 — 3 раза долговечнее покрытия из дисульфида молибдена, никеля или серебра.

Покрытия галлием применяют при изготовлении оптических зеркал. Для приготовления электролита металлический галлий или Ga(OH)₃ растворяют в едком натре из расчета 50 г/л металлического галлия на 1 л. Электролиз ведут при небольшом избытке щелочи при 40 —50°С и i_к = 0,5 А/дм² с графитовыми анодами. Выход по току составляет ~35%.

Для покрытия германия и кремния применяют цианистый электролит (в г/л):

Сернокислый галлий 15 — 18

Цианистый натрий 80 — 85

Углекислый натрий 8 — 15

Температура 20 °С, i_к=0,3÷0,5 А/дм². рН= 12.

Универсальным электролитом для покрытия медных и стальных деталей служит электролит, содержащий Ga₂(SO₄)₃ (20-40 г/л) и сульфаминовую кислоту (80-100 г/л); рН электролита корректируют до значений 2,0-2,5, добавляя аммиак; i_к = 50 ÷ 80 А/дм², температура комнатная, анод — пластины из платины.

Электролит готовят путем растворения сернокислого галлия в сульфаминовой кислоте. Растворимость сернокислого галлия в воде незначительна, поэтому сначала растворяют сульфаминовую кислоту, а затем в раствор кислоты, нагретый до 70 —80°С, добавляют соль галлия при тщательном перемешивании до полного растворения с последующей фильтрацией.

С увеличением содержания Ga₂(SO₄)₃ от 10 до 50 г/л выход галлия по току увеличивается и достигает максимума при i_к = 80 А/дм² (1 мкм/мин). С увеличением рН>2,5 η_к увеличивается, однако при рН = 3,5 на катоде выделяется лишь водород. В процессе работы электролит следует охлаждать, так как происходит местный перегрев и выход по току падает. Катодное восстановление галлия из сульфаматных электролитов происходит с незначительной катодной поляризацией.

На меди, ее сплавах и сталях типа ШХ15 получают покрытия галлием с хорошей адгезией. Для получения хорошей адгезии покрытия на хромистые стали предварительно наносят подслой никеля (0,5 мкм) из сульфатно-хлористого электролита.

Галлиевые покрытия очень мягкие и легко полируются до зеркального блеска. В последнее время их применяют в полупроводниковой технике.

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