Отжиг электроосажденных металлов и сплавов.

И.М. Ковенский

Тюмень, 1995 г.

Способ электролитического осажденияметаллов и сплавов является одним из самых распространенных в промышленности. По приблизительным оценкам общая площадь ежегодно наносимых покрытий достигает 1 млрд. мг. Уже достаточно давно сформировалиоь основные представления и разработаны технологии получения качественных покрытий для повышения износо- и коррозионной стойкости Деталей, электропроводности, паяемости. магнитных овойств и др. Однако резервы, связанные о улучшением термообработкой этих функциональных характеристик, практически не были реализованы. Термообработка в гальванотехнике применялась, в основном, для дегазации и снятия внутренних напряжений в осадках после их злектрокристаллизащи.

Систематических исследований в области теории и Практики термообработкипокрытий не проводилось. Во многом это обусловливалось спецификой покрытий как объектов испытаний и невозможностью прямого использования универсальных приемов, которые ориентировались на конструкционные материала. В литературе практически отсутствовали публикации.. в которых рассматривалось бы применение современных методов для анализаструктуры и определения свойств покрытий. Особенно это относится к периоду, когда сформировалиоь такие структурные методы, как мессбауэровокая спектроскопия, а также вышла на качественно новый уровень тех». ..а микроскопических методов анализа. Известные же положения о структурных и фазовых превращениях в конотрукционных материалах не могли быть автоматически перенесены на покрытия из-за особенности структуры поолвдних, для которой характерны ультрадисперсность, повышенная плотностьдефектов кристаллического строения, неоднородность, наличие метастабильных фаз, значительный уровень внутренних напряжений. Более того, в классификацииструктурных изменений, сопровождающих отдельные вида термообработки и используемой в этой области терминологии, существовал заметный разнобой, что затрудняло сопоставление данных на разных источников.

Так. в классическом понимании "старение" обозначает термообработку, применяемую после закалки без полиморфного превращения. и подразделяется на естественное, происходящее обычно при комнатной, температуре, и искусственное, требующее нагрева до определенной температуры. Естественным старением считается также продолжи тельное вылеживание деталей и заготовок при температуре окружающей среды, в течение которого в материалах самопроизвольно протекают релаксационные процессы. В отношении изменений, происходящих в покрытиях после электролиза при их хранении и эксплуатации, использование термина "естественное старение" вполне правомерно; Иначе обстоит дело с термином "искусственное старение", который иногда использовался для описания процесса нагрева электролитических осадков. Б этом случае более подходящим будет термин "отжиг", обозначающий термическую операцию, в процессе которой частично или полностью устраняются отклонения от равновесного состояния. возникшего при формировании осадка.

Довольно часто встречалось употребление терминов, не отвечающих сути наблюдаемых структурных изменений в осадке. Например, термин "рекристаллизация" использовался как относящийся к возврату и непосредственно рекристаллизации одновременно. Но если на стадиях возврата происходит перераспределение точечных и линейных дефектов, приводящее к образованию разделенных малоугловыми границами субзерен, то рекристаллизация всегда сопровождается возникновением и ростом новых зерен, разделенных большеугловыми границами. Употребление термина "рекристаллизация" вместо "возврат" к описанию процессов естественного старения металлов с высокой температуройплавления также неправомерно, так как у них гомологическая температура начала рекристаллизации значительно превышает комнатную.

Вошло в практику название "химико-термическая обработка" применительно к процессу нагрева электролитических покрытий, при котором за счет диффузионного насыщения осадка из "точечных источников" (введенных при электролизе углерод-, бор-, или азотсодержащих добавок), происходит изменение фазового состава и структуры всего покрытия, например, образование сплошного боридного или карбидного слоя. Однако химико-термическая обработка включает в себя три одновременно идущих процесса, обеспечивающих обогащение поверхности элементами из внешней среды: образование активных атомов в насыщающей среде вблизи поверхности, адсорбцию образовавшихся активных атомовповерхностью насыщения и диффузию адсорбированных атомов от поверхности вглубь обрабатываемого изделия. Поскольку в рассматриваемом случае выделить эти процессы не представляется возможным,   вероятно,   наиболее правильно   отнести такой вид термообработки электролитических покрытий к отжигу II рода, основанному на использовании диффузионных фазовых превращений.

Электроосажденные металлы и сплавы для исследований получали в производственных и лабораторных условиях. В производственных условиях для электролиза использовали типовое оборудование, в лабораторных - специальную установку.

Установка включает б себя электролизер, в котором нагрев и постоянное перемешивание осуществляется магнитноймешалкой (ММЗМ). Для регулирования температуры использовали контактный термометр (TDK). В качестве источника тока применяли выпрямитель iBCA-6H;. позволяющий задавать ток до 10 А и получать выпрямленное напряжение до 65 В. Гальванические покрытия осаждали на плоскую ИЛИ сетчатую подложку из нержавеющей стали или меди, имеющую площадь 1 или 10 см2- В качестве анода использовали такой же металл, как и осаждаемый. Для приготовления растворов применяли реактивы ЧДА и ХЧ.   После растворения всех составляющих частей про изводили фильтрацию электролита, затек доводили До требуемого значения величину рН. Кислотность электролита определяли лабораторным рн-метром (рН-340).

1.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВИзмерение твердости

В связи с трудностями проведения прочностныхиспытанийпокрытияИзмерениетвердости занимает одно из первых мест в гальванотехнике.

Твердость гальванических покрытий определяли на микротвердомере ПНТ-3 при нагрузках до 5 Н по методу восстановленного отпечатка. Использовали стандартнуюметодику статического вдавливания алмазной четырехгранной пирамиды с углом при вершине 136° (ГОСТ 9450-76).

Поскольку шероховатостьповерхности в процессеизмерениямикротвердости должна быть не хуже На » 0,32 мкм. В ряде случаев подготовка образца включала шлифование и полирование. С тем. чтобы исключить влияние наклепа на результат измерения микротвердости. особенно в случаях малых нагрузок на индентор. упрочненную поверхность подвергали электрополированию.

На величину микротвердости значительное влияние оказывает микротрещины, поры, различного рода включения, которыми изобилуют гальванические покрытия. Для того, чтобы избежать попадание индентора на участки о дефектами и сделать их различимыми, поверхность предварительно подвергают травлению в 5%-иои спиртовом раствореазотной кислоты.