Технология электрохимических покрытий

Дасоян М.А.

Машиностроение, 1989 г.

§ 21.3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ БРОНЗИРОВАНИЯ

Химический состав и внешний вид бронзовых покрытий могут меняться в широких пределах. При содержании 2—3 % олова осадки по цвету напоминают медь, при 15—20 % олова осадки становятся золотисто-желтыми, а при 35 % олова имеют серебристо-белый цвет. Практическое применение нашли бронзовые покрытия, содержащие 20 и 40 % олова. Плотностьпокрытия колеблется от 8,2 до 8,6 г/см⁸ в зависимости от состава сплава. Электрохимический эквивалент подсчитывается так же, как для латунных покрытий; для белой бронзы он составляет 1,85 г/(А-ч).

Бронзовые покрытия полируются до зеркального блеска, имеют прочное сцепление с основным металлом и сохраняют пластичность при любой толщине. Их можно паять низкотемпературными припоями с применением канифольных флюсов. Они наносятся на стали, чугун, медь и цинковые сплавы.

Покрытия, содержащие 20 % олова, применяются в качестве самостоятельных покрытий; для местной защиты от цементации; в качестве защитных для стальных деталей, работающих в пресной воде при 90—100 °С; для повышения антифрикционных свойств при производстве подшипников. Применяют эти покрытия и для нанесения подслоя вместо меди и особенно никеля, в защитно-декоративных многослойных покрытиях. Несмотря на катодный характер защиты, бронзовые покрытия лучше защищают от коррозии, чем медь или никель той же толщины, так как имеют меньшее число пор, а при толщине 35—40 мкм они практически беспористы.

Белая бронза имеет красивый декоративный вид. Ее можно окрашивать в черный цвет путем анодного окисления в 20 %-ном растворе гидроксида натрия. Она в 5—6 раз тверже меди и приближается к твердости хрома; микротвердостьпокрытий 5,5— 6,0 ГПа; износостойкость в 4 раза выше, чем серебра. В отличие от него бронза длительное время не тускнеет, так как не реагирует с сероводородом. Термостойкостьпокрытий проявляется до 200 °С. Коэффициент отражения 65—66 %.

По электрическим свойствам белая бронза уступает серебряным и медным покрытиям, но зато переходное электрическое сопротивление у нее более стабильно. Покрытие не подвержено росту нитевидных кристаллов и не переходит в порошковую модификацию, как олово. Сплавы, содержащие более 40 % олова, наносят на столовые приборы, музыкальные духовые инструменты, для повышения износостойкости электроконтактных деталей, для обеспечения пайки и во многих других случаях. Из-за наличия большего числа пор и трещин белую бронзу нельзя применять для защиты изделий, работающих в жестких условиях. Толщина покрытий для стали 25—30 мкм, для меди и ее сплавов 12—14 мкм.

§ 21.4. ЭЛЕКТРОЛИТЫ БРОНЗИРОВАНИЯ

Разность потенциалов меди и олова приблизительно равна 0,5 В, поэтому сближение их потенциалов разряда возможно лишь при помощи комплексообразования.

На практике применяют станнатноцианидные электролиты, в которых медь находится в виде цианидного комплекса, а олово — в виде станнатного комплекса, так как не образует цианидов. Исходными компонентами являются соль меди, цианид и станнат натрия. Электролиты имеют высокую PC. В табл. 21.1 приведены составы таких электролитов.

На химический составсплава влияют относительное содержание олова и меди, а также концентрация свободного гидроксида натрия. Например, при соотношении Си : Sn= 8 : 1 сплав содержит всего 4 % олова, а при соотношении 1 : 1 количество олова увеличивается до 20 %. Увеличение абсолютных концентрацийметаллов почти не сказывается на химическом составесплава Гораздо большее влияние оказывает концентрация свободного гидроксида натрия (рис. 21.2): при ее увеличении содержание олова в сплаве уменьшается.

Качественные покрытия получаются так же, как при оловянировании, только при повышенных температурах — около 60— 65 °С. С ростом температуры содержание олова в сплаве увеличивается. Повышение плотности тока приводит к уменьшению содержания олова в сплаве и к снижению выхода по току.

Аноды изготавливают из бронзы. При работе с медными и оловянными анодами должно быть раздельное регулирование силы тока (рис. 21.3). Чтобы избежать пассивации, Плотность тока на медных анодах должна быть выше 1 А/дм², а на оловянных — 2—2,5 А/дм². Так же, как при станнатном оловянировании, аноды следует «формировать», как при оловянировании в щелочных электролитах, с тем чтобы в электролите отсутствовали ионы Sn²⁺. При получении белой бронзы рекомендуется завешивать медные и стальные или никелевые аноды, а убыль олова восполнять периодическим добавлением станната натрия.

Для приготовления станнатноцианидного электролита отдельно приготавливают растворы цианида меди и станната натрия, а затем смешивают их в определенном соотношении в зависимости от заданного сплава. Кроме станнатноцианидных электролитов применяют гексацианоферратный электролит, в котором потенциалы меди и олова приблизительно равны. В нем наносят покрытия для защиты стали от азотирования или от воздействия горячей воды.

Аноды — бронза с содержанием 10—15% олова или раздельные с соотношением 1:1. Покрытия содержат 12—20 % Sn.

Содержание меди возрастает при увеличении концентрации меди и при повышении температуры. Падение рН до 6,6 и ниже также вызывает обогащение сплава медью. Электролит рекомендуется перемешивать.