В статье авторы пытаются определить внутренние напряжения никелевых покрытий, полученных из ацетатно-хлоридных электролитов с различными дикарбоновыми кислотами.
Ключевые слова: внутреннее напряжение, никелевое покрытие, электролит, гибкий катод.
Внутренние напряжения могут приводить либо к растрескиванию покрытия, либо к его вспучиванию. В случае возникновения внутренних напряжений растяжения покрытия обычно растрескиваются, а в случае напряжений сжатия покрытие может отслаиваться и вспучиваться, образуя пузыри. В электролитическом никеле обычно возникают внутренние напряжения растяжения. Покрытия с высокими внутренними напряжениями имеют меньшую пластичность и повышенную хрупкость. Коррозионная стойкость и прочность сцепления напряжённых покрытий с основой также существенно понижаются «Цитата» [1, с. 37].
С повышением температуры снижается величина перенапряжения водорода, но в большей степени снижается перенапряжение никеля. Значит возрастает выход никеля по току. Повышение температуры электролита, препятствуя пассивации анодов, повышает анодный выход по току. В связи с этим мы проводим опыт при 50 0С.
Наиболее распространенным является метод деформации гибкого катода во время электролиза. Наблюдения за отклонением нижнего или верхнего конца катода в зависимости от способа крепления производится с помощью микроскопа, в котором 1 деление = 0,00625 см. Отсчет велся от деления 50 единиц (середина шкалы). С обратной стороны ячейки, в которой происходил процесс осаждения никеля, стояла лампа, чтобы лучше видеть катод в окуляре. Так же для удобства наблюдения за отклонением катода на образцы с помощью лака наклеивались волоски длиной 4 мм.
Внутренние напряжения измерялись в электролизере из оргстекла (ёмкостью 0,3л), оснащённой термостатической рубашкой (температура 500С).
В качестве катода использовалась медная фольга толщиной 0,22 мм (модуль упругости Е= 1,2*106 кг/см2), рабочая поверхность 57*8 мм, что соответствует 0,0456 дм2. Образцы покрывались цапон лаком. Непокрытой оставалась лишь рабочая поверхность, которая была параллельна аноду и токоподвод. Образец покрывался два раза для предотвращения диффузии Ni+ через лак.
Анодом служили никелевые пластины размером 80*5*0,5 мм. Отклонение конца катода отсчитывалось по условным делениям (от 0 до 100 единиц). Отклонение катода в сторону анода придаётся знак (+) –это напряжение растяжения т. е., осадок стремится к сжатию, а подложка растягивает его. Отклонением от анода придаётся знак (-) –это напряжение сжатия.
Образцы закрепляются так, чтобы точка его опоры находилась у края рабочей поверхности и была погружена в электролит. Для этого на крышке электролизера предусмотрен специальный выступ.
Перед опытом образцы подвергались следующей обработке:
– Обезжиривание венской известью (CaO + MgO) при помощи щётки
– Промывка проточной водой
– Активирование в 10 % H2SO4
– Промывка проточной, а затем дистиллированной водой pH электролитов доводили до нужного значения с помощью NiCO3.
Рассчитываем время покрытия одного мкм по формуле:
(1)
где:
время покрытия одного мкм
плотность никеля, г/см3;
толщина покрытия, cм;
электрохимический эквивалент Ni, г/А*ч;
плотность тока, А/см2;
выход по току.
Рассчитываем внутренние напряжения по формуле:
(2)
где: 
внутренние напряжения;
модуль Юнга, 1.2
106 
;
толщина подложки, см;
толщина осадка, см;
радиус кривизны катода, см;
(3)
где: 
длина образца (рабочая часть), см;
смещение катода, см
Опыт проводился в двух разных электролитах (табл.1, табл.2)
Таблица 1
Опыт, проведенный вэлектролите (Ni(CH3COO)2=80г/л; HCl=50г/л; C6H10O4(а.к.)=15г/л); I=0,23А; U=6B; pH=3; толщина меди 220 мкм; Т=500С
|
Время, мин |
Толщина, мкм |
Отклонение катода, в единицах |
Внутренние напряжения, кг/см2 |
|
1,02 |
1 |
4 |
3020,98 |
|
2,033 |
2 |
9 |
3410,95 |
|
3,05 |
3 |
14 |
3556,37 |
|
4,066 |
4 |
18 |
3444,74 |
|
5,083 |
5 |
23 |
3537,01 |
|
6,1 |
6 |
29 |
3732,94 |
|
7,112 |
7 |
34 |
3767,93 |
|
8,133 |
8 |
36 |
3506,25 |
|
9,15 |
9 |
39 |
3391,19 |
|
10,167 |
10 |
41 |
3222,61 |
Таблица 2
Опыт, проведенный вэлектролите (Ni(CH3COO)2=80г/л; HCl=50г/л; C3H4O4(м.к.)=70г/л); I=0,23А; U=6B; pH=2,9; толщина меди 220 мкм; Т=500С
|
Время, мин |
Толщина, мкм |
Отклонение катода, в единицах |
Внутренние напряжения, кг/см2 |
|
1,02 |
1 |
5 |
3776,224 |
|
2,033 |
2 |
12 |
4551,97 |
|
3,05 |
3 |
12 |
3048,32 |
|
4,066 |
4 |
16 |
3061,99 |
|
5,083 |
5 |
19 |
2921,87 |
|
6,1 |
6 |
21 |
2703,16 |
|
7,112 |
7 |
24 |
2659,71 |
|
8,133 |
8 |
25 |
2434,90 |
|
9,15 |
9 |
28 |
2434,71 |
|
10,167 |
10 |
31 |
2436,61 |
Из данных видно, что никелирование с применением электролита (Ni(CH3COO)2=80г/л; HCl=50г/л; C3H4O4(м.к.)=70г/л) обуславливает меньшее отклонение от анода (-), т. е. меньшее напряжение сжатия. Можно сделать вывод, что при увеличении толщины покрытия уменьшаются внутренние напряжения.
Литература:
1. Функциональная гальванотехника: учебное пособие/ В. И. Мамаев. — Киров: ФГБОУ ВПО «ВятГУ», 2013. — 208 с. УДК 621.357.6 (07) Тех. редактор Е. О. Рябова.
2. Грилихес С. Я., Тихонов К. И. Электролитические и химические покрытия. Теория и практика.-Л.: Химия,1990.стр.177–178.
3. М. Я. Поперека. Физика металлов и металловедение.1965, т.20, вып. 5,стр.753
4. М. Я. Поперека. Внутренние напряжения электролитически осаждаемых металлов. Западно-Сибирское книжное издательство, Новосибирск, Красный проспект 3, стр. 324
