Внутренние напряжения никелевых покрытий, полученных из ацетатно-хлоридных электролитов с различными дикарбоновыми кислотами



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, 1.210⁶ ;

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