Определение внутренних напряжений в металлических покрытиях.

Это важная величина, которая отвечает ха качество покрытия, его механические свойства и коррозионную стойкость. Внутренние напряжения в покрытии могут быть растягивающимися (напряжение растяжения), и они будут сжимать подложку или поверхность детали, направляя его в сторону анода при измерениях. Но они могут быть внутренними напряжениями сжатия, когда эти напряжения будут заставлять подложку растягиваться, направляя при измерениях в сторону от анода. Наглядно это видно, когда используется тонкий гибкий катод из металлической фольги(?), обратная сторона у которого изолирована химически стойким лаком.

Рисунок 2

Напряжения отличаются только знаком, растяжение «+». В литературе нечётко прописаны варианты растяжения и сжатия, т.к. часть авторов эти напряжения относит к покрытиям, а другие – к подложке. В нашем случае речь идёт о металлопокрытиях, и внутренние напряжения, возникающие в покрытиях, компенсируются противоположными по знаку напряжениями в подложке.

Пример: растянули пружину (напряжение растяжения) и прилепили её на скотч. Пружина сжимается, а скотч отогнётся от поверхности, и наоборот: если пружину сжать, то последний будет сжиматься в обратную сторону. В нашем случае изменения легко оцениваются по изгибу тонкого катода. В идеале, внутренние напряжения должны быть 0, но различные металлопокрытия могут иметь высокие внутренние напряжения. Максимальные величины достигаются на родии, металлах подгруппы железа. Если напряжение выше 200 мПа, то такие покрытия растрескиваются уже в толстых слоях 9-12 мкм.

Внутренние напряжения также приводят к отслоению металлопокрытия от основы. Другие металлы, легкоплавкие,Zn, Cd, Sn, Pb, наоборот имеют внутренние напряжения сжатия. Явление растрескивания для них не характерно, но в толстых слоях может происходить отслоение покрытия от подложки.

На внутренние напряжения оказывают влияния многие факторы: плотность тока, температура,pH. Повышение плотности тока, температуры, снижение pH, обычно приводят к снижению внутренних напряжений, это используют на практике. Причины возникновения внутренних напряжений могут быть разные, они определяются как условиями электролиза, составом электролита, наличием примесей и специальных добавок. На внутренние напряжения влияют также варианты не стационарного элеткролиза, например 0 реверсивный ток. Здесь внутренние напряжения получаются меньше. В значительной мере внутренние апряжения определяются природой металопокрытия. Если в отсутствие специальных добавок электродная поляризация большая, покрытие получается мелкокристаллическим, кристаллы в момент их явления и формирования начинают мешать друг другу в линейном росте, что приводит к возрастанию величинынапряжения.

Пример – никелевые покрытия, у которых поляризация достигает нескольких сотен вольт, внутренние напряжения большие, ненапряжённые покрытия получаются при использовании специальных блескообразующих добавок.

Другой пример – покрытие из (чего?), которое в обычных условиях получаются в при небольших поляризациях, является весьма крупнокристаллическим, но зато малонапряженным.

Возникновение внутренних напряжений объясняют с нескольких позиций:

В процессе формирования кристаллов из кристаллических зародышей это формирование идёт при создании определённых островков из кристаллических зародышей, которые формируются путём смыкания в отдельные зёрна. В момент смыкания остаются пустоты между отдельными островками, чтобы их устранить. В кристаллах возникают напряжения растяжения. При таком подходе объясняется влияние плотности тока и температуры. Приповышении плотности тока возрастает поляризация, кисло кристаллических зародышей сильно увеличивается, из смыкание рпоисходит наиболее быстро, количество частот становится минимальным, а внутренние напряжения начинают снижться.

За счёт температуры атомы металла быстро занимают места, где они могут быстро кристаллизоваться. Здесь возрастает число смыканий отдельных кристаллов в островки и островков между собой, внутренние напряжения уменьшаются.

По другому подходу, внутренние напряжения объясняют тем, что при формировании металлопокрытия требуется повышенная энергия, особенно при осаждении покрытия на чужеродную основу. Эту энергию даёт поляризация. Получается, что нижележащие слои покрытия, достроенные, находятся в более уравновешенном состоянии, чем верхние недостроенные. Автор такой теории делал сопоставление энергий кристаллической решётки с температурой. Нижние слои более охлаждённые, верхние более разогретые. При остывании металла его линейный размер сокращается, чтобы компенсировать это сокращение в кристаллах и покрытии возникают напряжения противоположного знака (растяжения).
Третей причиной могут быть включения различных примесей в решётку, возникновение в ней различных дефектов. Примесями могут быть разные вещества – загрязнения в электролитах, включения оксидов и гидроксидов, которые могут формироваться в ходе осаждения самого металлопокрытия. Кроме того, в электролиты вводятся различные улучшающие добавки: блескообразователи, смачиватели и тд. Они могут включаться не только в исходном состоянии, но и в качестве собственных продуктов восстановления. В ходе электролиза размеры этих продуктов могут как уменьшаться, так и возрастать. Например, включение солей металлов или гидроксидов часто сопровождается их последующей дегидратацией, размеры уменьшаются. Блескообразующие добавки обычно увеличивают свой размер.
Выделяющийся водород. Возможны два варианта: если пузырьки водорода включаются в кристаллическую структуру, но быстро успевают их неё уйти, то в решётке образуются пустоты, которые стремятся занять растущие кристаллы. В покрытии возникают напряжения растяжения. Другой вариант – когда пузырьки не успевают уйти из образца и остаются внутри покрытия, создавая там собственный объём. Они начинают давить на растущие кристаллы, сжимая их. Эти явления нужно учитывать, проводят дополнительные операции по обезводороживанию покрытий с трудноудаляемым водородом. В результате снижаются внутренние напряжения и повышается адгезия. Водород может и сам медленно уходить из подложки, это приводит к тому, что со временем хранения и эксплуатации внутренние напряжения в большинстве случаев уменьшаются, а в некоторых случаях даже меняют свой знак. Управлять внутренними напряжениями проще всего с помощью специальных добавок, которые часто приводят к превращению внутренних напряжений растяжения, характерных для большинства металлов, во внутренние напряжения сжатия. Например, никелевые покрытия имеют высокие напряжения растяжения, а в присутствие серосодержащих блескообразующих добавок за счёт связывания части никеля в сульфид никеля, начинает формироваться напряжение сжатия. Путём подбора концентрации добавки можно сделать покрытие не напряжённым.
На внутренние напряжения влияют включения атомов других металлов или неметаллов, а также возникновение в решётке различных дефектов. Эти явления характерны при электроосаждении сплавов. Если при получении покрытия получаются дефекты в виде пустот, то эти пустоты будут стараться занять соседние растущие кристаллы. Возникают напряжения растяжения. И наоборот, если в межузельное пространство КР внедряется дополнительный атом, он давит на соседние участки, пытаясь их сжать. Возникает напряжение сжатия. В зависимости от металлопокрытия и вида применяемого электролита, внутренние напряжения могут меняться так:

Металл	Электролит	МПа
Cu	Сернокислый	+25
	Пирофосфатный	+12
	Цианистый	+20
Ag	Цианистый	-60
Au	Цитратный	+160
Ni	Сернокислый	+270
Ni	Сульфоматный	+35
Cr	Сернокислый	+800

Pd ~600, Rh ~790.

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 65 6 > Следующая >>>