6 Вопрос Основные компоненты растворов химической металлизации.

Вид металлопокрытия при химическом осаждении определяется видом ионов металла, подлежащих восстановлению, а вид получаемого сплава будет определяться и металлом, и видом восстановителя. Последний, каталитически разлагаясь на покрываемой поверхности, способен включать в состав металла свои компоненты, например – фосфор или бор. В качестве солей металлов используют все доступные соли, анион которых не отличается окислительным действием – это сульфаты, хлориды и ацетаты металлов. В ряде случаев используют комплексные соли, при химическом осаждении драгоценных металлов (дицианоаурат калия KAu(CN)₂). В качестве восстановителей используются вещества, приведённые ранее в таблице. В принципе, раствор, содержащий только ионы металла и восстановитель, способен давать металлические покрытия, но такие растворы работают недолго, и поэтому нужны и другие компоненты.

Прежде всего, нужны буферные добавки. В ходе процесса металлизации происходит значительный сдвиг pH раствора и, в отличие от гальванотехники, pH сдвигается из щелочной – в нейтральную сторону, а из нейтральной – в кислую. Изменение pH приводит к снижению скорости процесса и к нарушению стабильности комплексов, поэтому нужны буферные добавки. Буферные добавки здесь такие же, как и в гальванотехнике – борная кислота, уксусная кислота и её соли, аммиак и соли аммония и некоторые органические кислоты. Для слабокислых растворов химического никелирования используется смесь ацетата натрия CH₃COONa и уксусной кислоты CH₃COOH, такая смесь хорошо держит pH в интервале 4,1-4,5. Для щелочных растворов хорошие результаты даёт смесь NH₄Cl+NH₄OH, pH 8-9.

Другим необходимым компонентом растворов являются лиганды, или комплексообразователи для ионов металла. Они обязательны в слабощелочных и щелочных растворах, так как предотвращают образование труднорастворимых гидроксидов металлов, но лиганды также вводят и в нейтральные и кислые растворы. Здесь цель специальная: или обеспечить нужную активацию поверхности для самопроизвольного начала процесса (например, на меди), или для предотвращения образования труднорастворимых солей, состоящих из ионов металла и продуктов разложения восстановителя. Здесь, в результате введения лигандов, значительно увеличивается длительность работы растворов. В качестве лигандов могут использоваться различные органические кислоты и соли, цитраты (соли лимонной кислоты), тартраты (соли винной кислоты), малонаты (соли малоновой кислоты), органические амины (этилендиамин, триэтаноламин, аммиак). Могут использоваться и неорганические вещества, такие как пирофосфаты. Лиганды отвечают за прочность комплексов и за стабильность растворов в ходе эксплуатации. Являясь мощными комплексообразователями, лиганды снижают активность или концентрацию ионов металла и это сказывается на уменьшении скорости процесса металлизации.

В большинстве случаев растворы химической металлизации должны содержать и специальные добавки стабилизаторов. Они нужны для предотвращения выделения металлопокрытия в виде порошка непосредственно в объёме раствора, а не на детали. Например, в хлорогидридных растворах никелирования только 19% никеля высаживается на детали в виде качественного покрытия, остальной никель восстанавливается в объёме в виде порошка. В качестве стабилизаторов вводятся вещества – каталитические яды. Они, адсорбируясь на частичках порошка в объёме раствора, останавливают на них процесс окисления восстановителя, а значит, частицы порошка не растут в размерах и процесс перераспределяется на саму деталь, где, в силу больших размеров, поверхность менее отравлена ядом по отношению к последней реакции.

В качестве стабилизаторов используются соли тяжёлых металлов: свинца, талия, мышьяка, ртути, кадмия. Но можно использовать и различные серосодержащие вещества: сульфиды, тиосульфаты Na₂S₂O₃, родониды, тиомочевину, некоторые органические серосодержащие вещества. В некоторых технологиях в качестве стабилизаторов могут выступать окислители, включая обычный кислород или перекись водорода. Окислители вызывают окисление полупродуктов восстановления ионов металла до более устойчивого состояния, которое легко связывается в устойчивый прочный комплекс.

Процессы химической металлизации весьма дорогие, и растворы работают недолго, часто – всего один раз. Поэтому концентрации основных компонентов в растворах невелики, соль металла, лиганды, буферные добавки исчисляются десятками граммов на литр, как правило – не превышая 30-40 г/л. Концентрация восстановителя зависит от его природы и исчисляется в граммах для борсодержащих восстановителей и в десятках грамм (10-20) для гипофосфита. Стабилизаторы нужно вводить осторожно и дозированно, потому что они могут приостановить процесс не только в объёме раствора, но и на самой детали. Поэтому концентрация стабилизаторов исчисляется в миллиграммах и редко превышает 1 г/л. Концентрация тиомочевины в растворах никелирования – 3-4 мг/л.

Иногда в растворы химической металлизации вводят дополнительные добавки – ускорители. Известно, что стабилизаторы и лиганды уменьшают скорость полезного процесса, и чтобы сохранить заданную скорость процесса вводят ускорители, обычно это фториды (Na, NH₄⁺) или органические кислоты с не длинной цепью (янтарная кислота). Иногда для нейтральных и кислых растворов рекомендую вводить добавки-смачиватели, они, снижая поверхностное натяжение, облегчают отрыв пузырьков водорода, которые образуются на поверхности детали в ходе процесса металлизации, в результате чего улучшается качество покрытия.

В ряде случаев вводят добавки, влияющие на механические свойства, например, снижающие внутреннее напряжение в покрытиях. Этими добавками могут являться и добавки стабилизаторов, и добавки ионов металлов, которые могут образовывать многокомпонентный сплав. Добавки ионов металла также используют для получения трёх- и многокомпонентных специальных сплавов.