Метод изгиба.

На ленту осаждается покрытие, которое потом изгибается под углом 90 в обе стороны до момента излома. В месте излома ленты покрытие не должно отслаиваться.

Существуют ударные методы, когда поверхность детали с покрытием вдавливается или бросается груз, и в месте удара оценивают наличие трещин или отслоение. Есть способы, основанные на различных коэффициентах линейного расширения металлоосновы и покрытия. Помещение детали покрытия в узлы трения: за счёт давления или истирания происходит разогрев, а за счёт различных коэффициентов наблюдается и различная деформация основы и покрытия. Если адгезия плохая, будет идти отслоение. В практике, для быстрой оценки адгезии чаще используют метод нагрева. Для этого детали с покрытием помещают в обычную печь при определённой температуре, примерно за 30-60 минут в случае плохой адгезии будет наблюдаться отслоение металлопокрытия. Для каждой основы и для металлопокрытий существует определённый температурный интервал, где быстрее выявляется склонность покрытия к отслоению.

Интервалы температур:

Al и сплавы	190 +-5
Mg и сплавы	125 +-5
Cu и сплавы	250 +-5
Fe	350 +-5
Ti и сплавы	210 +-5
Zn и сплавы	140 +-5

Эти температурные режимы пригодны для любых видов металлопокрытий, кроме цинковых, кадмиевых, оловянных и сплавов свинец-олово-висмут. Для цинковых и кадмиевых покрытий температура должна быть 180-200 С, а для олова и сплавов – 140-160. За счёт различных коэффициентов линейного расширения, в случае плохой адгезии на основе покрытие вздувается или отслаивается.

Электрохимические методы.

1 основан на измерении изменения электродного потенциала при включении тока в условиях электроосаждения. Если потенциал смещается в отрицательную область, но затем плавно начинает смещаться в положительном направлении, то это может свидетельствовать о плохой адгезии; если смещение мало или его нет, адгезия может быть хорошей.

График 1

Однако при осаждении металла на чужеродной поверхности всегда требуется избыточная энергия для образования кристаллических зародышей, которые затем будут линейно расти. Скачок потенциалов можно ожидать практически для всех покрытий и для многих основ, его можно расценивать в плане развития площади катодной поверхности, что будет уменьшать истинную плотность тока. Качество покрытия будет часто в виде порошка, о какой-либо адгезии говорить сложно.

Более эффективен электрохимический способ, когда деталь с покрытием завешивают в качестве катода в ванну с щелочным раствором. Здесь за счёт включения тока выделяется большое количество водорода, этот водород через поры покрытия проникает к основе. В случае плохой адгезии покрытие будет легко отбивать, наблюдается отслоение. Обычно используют 5% р-р NaOH и покрытие в этом случае часто отслаивается в виде пузырей. Адгезия считается хорошей, если за 15 минут такой обработки отслоения не происходит.

Количественные методы определения адгезии.

В этом случае прочность сцепления можно сравнивать по величине, и требуется специальное устройство, подающее нагрузку на деталь с покрытием с целью это покрытие от детали оторвать – разрывные машины. Фиксируется величина нагрузки и площадь, на которую она подавалась. Адгезия выражается величиной силы, приходящейся на см².

Метод отрыва.

Рисунок 1

Автор – Олард. Делается плоская деталь с покрытием, она обтачивается таким образом, чтобы из неё сделать цилиндр с выступающими краями, которые представляют собой только покрытие. Эта деталь вставляется в специальные отверстия в массивной плите, на неё подаётся нагрузка. Фиксируется величина нагрузки, при которой происходит отслоение. Метод требует специальной подготовки образца. Толщина покрытия здесь должна быть очень большой.

Метод Жаке.

Рисунок 2

Сажается покрытие, состоящее из подслоя никеля и верхнего слоя меди, основа – сталь. Определяется усилие отрыва никеля от стали, прочность сцепления меди по никелю гораздо выше, чем никеля по стали, поэтому верхний медный слой с краю стараются отогнуть от поверхности никеля за счёт того, что часть никелевого покрытия перед меднением была экранирована специальными веществами. Фиксируется нагрузка. Часто такой способ применяют для оценки адгезии покрытий на печатных платах. Чтобы стандартизировать условия отрыва, часто используют покрытия, нанесённые на цилиндрическую поверхность.

Весьма показательным методом определения адгезии является метод Гугунишвили. Здесь используются специальные конические цилиндрики, которые вставляются в металлическую плиту и покрываются с ней. В случае плохой адгезии, при вынимании конусов, покрытие не оторвётся. При хорошей адгезии конус унесёт покрытие вместе с собой.

Адгезия и её оценка, прежде всего, будут важны при покрытии лёгких электроотрицательных металлов или металлов, склонных к пассивации. Всегда возникают проблемы при покрытии деталей аз алюминия, магния, титана и их разнообразных сплавов. В практике чаще всего возникают проблемы адгезии при покрытии деталей из алюминия, чаще всего по алюминию наносят слой химического никеля, меди или гальванического никеля. Для обеспечения высокой адгезии здесь требуются специальные виды подготовки. Рассмотрим на примере никелирования деталей из алюминия.

Алюминий – электроотрицательный металл, на нём всегда есть пассивная плёнка, сдвигающая его потенциал от равновесного в +1 В, но всё равно потенциал остаётся отрицательным. При осаждении металлопокрытий почти всегда реализуется стадия контактного обмена. В поверхностных слоях алюминия и его сплавов может находиться большое количество пор и структурных несовершенств, они могут являться участками, где сорбируются коррозионные агенты, что вызывает разрушение металлопокрытия уже в условиях эксплуатации или хранения детали.

Алюминий и металл покрытия в большинстве сильно отличаются по коэффициенту линейного расширения, а значит, при термическом воздействии эти металлы будут растягиваться по-разному, что может повлиять на прочность сцепления. Характерным видом брака при никелировании алюминия является появление пузырей и вздутий уже готовых покрытий, от этого надо избавляться за счёт проведения специальной подготовки. Подготовка включает в себя операции травления, осветления и, в большинстве случае, цинкатной обработки. Травление проводят в растворах щёлочи NaOH, и цель здесь не столько выявить поверхность, сколько её стандартизировать, т.к. в процессе изготовления деталей методом штамповки, литья, ковки, поверхностный слой и внутренний слой алюминия различны по структуре. Поверхностный слой более плотный, а нижние слои могут быть более пористыми, особенно у литейных сплавов (силумин). При механической обработке алюминиевых деталей одни участки обрабатываются на большую глубину, чем другие, поэтому на каких-то участках будет выходить на поверхность пористая часть алюминия, на других – более плотная. При операциях травления снимается и оксид алюминия, и частично протравливается сам алюминий, растворение идёт с выделением водорода. При этом толщина естественной оксидной плёнки после такой обработки выравнивается, а поверхностный слой становится более однородным. Если толщина быстро сформированной оксидной плёнки остаётся одинаковой, то на последующих стадиях обработки все участки поверхности будут вести себя одинаково. После операции травления, особенно сплавов алюминия, на поверхности могут оставаться продукты травления, которые делают поверхность или серой, или полосатой. Это связано с тем, что при тралении алюминия остаются другие компоненты сплава: медь, марганец, магний, иногда железо. Чтобы убрать эти металлы с поверхности, применяют операцию осветления в азотной кислоте. После такой операции и соответствующих промывок, ведут цинкатную обработку, т.е. помещают осветлённую алюминиевую деталь в раствор, содержащий оксид цинка и щёлочь.

ZnO 90-100 г/л, NaOH 300-600, t = 18-25 C. Цинк здесь находится в комплексе, его потенциал не столь сильно отличается от потенциала алюминия по сравнению с потенциалом никеля, который обычно наносят на алюминий. Между Al и Zn происходит контактный обмен,

В случае комплексного электролита:

Поверхность становится серой. Нужно создать условия, чтобы эта плёнка цинка была тонкой, компактной, равномерной, это даст лучшую адгезию. Это не всегда просто, т.к. толщина оксидной плёнки может быть различной, где плёнка тоньше – растворится быстрее, и больше там сядет цинка. Поэтому цинковый слой может быть сформирован не совсем компактным, что ухудшит адгезию. Чтобы предотвратить такое явление, цинкатную обработку повторяют несколько раз. Для этого деталь со слоем цинка помещают в раствор азотной кислоты нанесколько секунд, и снимают первый слой цинка. Поверхность пассивируется, оксидная плёнка Al₂O₃ становится более равномерной. Затем проводят дополнительную цинкатную обработку. В этом случае цинковый слой садится компактно, равномерно по толщине, не шероховато, более светлым. Такую подготовленную деталь после промывок помещают в раствор химического химического или электролит гальванического никелирования. Адгезия получается хорошей.

Процессы цинкатной обработки и снятия цинка кратковременны, 15-30 секунд. Такое время сложно выдержать в автоматических линиях, когда только опускание подвески может идти 10 секунд. Чтобы немного затормозить процессы контактного обмена и улучшить качество цинкатоной обработки, в раствор вводят специальные модификаторы – Na₂S, KNatart, NaNO₃. Все эти вещества снижают разность потенциалов между цинком и алюмнием, скорость контактного обмена замедляется, поэтому его можно проводить за более длительное время (до 60 с).

Другой путь обеспечения адгезии – анодирование, где мы принудительно формируем равномерную оксидную плёнку, беспористую и тонкую, электропроводную. Значит, нужно подбирать растворы для анодирования, обладающие малым травящим действием. Распространённый вариант – электролиты на основе фосфорной кислоты. Плёнка 1-2 мкм, потенциал алюминия уходит в +, контактный обмен невозможен, последующее меднение/анодирование/никелирование проходит успешно.

Лекция 3. 24/02/18

Определение хрупкости (эластичности) покрытий.

Хрупкость – важное свойство покрытия, которое определяет условия эксплуатации того или иного изделия и срок его службы. При получении металлических покрытий, хрупкость может быть связана не только с самим покрытием, но с хрупкостью самой основы, которая может меняться в условиях электроосаждения. За хрупкость отвечает режим электролиза, в частности выделяющийся водород, который включается в покрытие и основу. Хрупкость также будет зависеть от загрязнённости электролита и наличия в нём специальных органических добавок. Величина эластичности – это обратная хрупкости величина, чем выше хрупкость, тем меньше эластичность. Весьма сложно оценить величину хрупкости, и для количественного определения используют метод изгиба стандартного образца с покрытием в специальном винтовом прессе.

Рисунок 1

Образец подсовывается под специальные прорези, верхняя часть является подвижной и прогибает образец вниз, для этого есть упоры, за которые зацепляется гайка. Гайка накручивается на основание и движется вниз, за счёт упоров она двигает втулку с креплением, и образец изгибается. К основанию приделывается стрелка, рядом с которой стоит шкала. Фиксируется положение (количество делений), когда в образце получаются мелкие трещины размером 1-2 мм. Эти трещины хорошо видны при освещении. Образец с покрытием сравнивается с эталоном, по отношению числа делений можно определить относительную хрупкость. Образцы для сравнения должны быть одинаковой толщины и с одинаковым видом покрытия. Ширина образца ~15 мм, длина 6 мм, устройство компактное.

Другой способ определения хрупкости – метод скручивания. Испытания ведут на проволоке с покрытием и без него. Считается количество скручиваний (изгибов) до момента излома проволоки. Здесь хрупкость можно оценить в %, , где V – число скручиваний до излома образца, V₀ – число скручиваний эталона (проволоки без покрытия). Наиболее сильно этот эффект хрупкости наблюдается при операциях никелирования, при избытке блескообразователей, количество скручиваний до излома отличается от эталона в 3-4 раза. Этим методом можно быстро определить необходимость введения в электролит добавок, повышающих пластичность покрытия.