Нанесение и получение металлических покрытий химическим способом (стр. 1 из 16)

Кафедра xxx

Аттестационная работа по теме:

«НАНЕСЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ ХИМИЧЕСКИМ СПОСОБОМ»

на соискание степени бакалавра по направлению xxx

«xxx»

Москва 2007

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ.............................................................................................. 2

1. ВВЕДЕНИЕ............................................................................................... 3

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ............................................................................. 5

2.1. Подготовка поверхности изделий перед нанесением покрытий.......... 6

2.1.1. Механическая подготовка................................................................... 7

2.1.2. Обезжиривание.................................................................................... 8

2.1.3. Предтравление.................................................................................. 10

2.1.4. Травление.......................................................................................... 10

2.1.5. Обезвреживание................................................................................ 17

2.1.5. Активирование.................................................................................. 18

2.2. Химическое никелирование................................................................. 23

2.2.1. Область применения и условия образования Ni – P–покрытий.

2.2.2. Структура и физико-химические свойства Ni — Р-покрытий........ 31

2.2.3. Технологические процессы осаждения Ni— Р-покрытий.............. 36

2.2.4. Химическое никелирование металлов.............................................. 39

2.2.5. Химическое никелирование неметаллических материалов (пластмасс и неорганических диэлектриков)................................................................... 45

2.3. Химическое кобальтирование............................................................. 50

2.3.1. Краткие сведения о структуре и свойствах Со—Р-покрытий......... 50

2.3.2. Условия образования, структура и свойства Со—В-покрытий.........

2.4. Осаждение никель-фосфорных и кобальт-фосфорных покрытий, легированных другими металлами..................................................................................... 58

2.4.1. Ni—Со—Р-покрытия........................................................................ 58

2.4.2. Покрытия Ni—Сu—Р, Ni—Fe—Р, Ni—Re—Р, Ni—Со—Re—Р, Ni—W—Р, Со—W—Р и Ni—Со—W—Р...................................................................... 61

2.4.3. Покрытия Со—Zn—Р, Со—Fe—Р, Со—Re—Р, Со—Сu—Р, Со—Мо—Р, Со—Мn—Р.......................................................................................................... 63

2.5. Химическое меднение........................................................................... 65

2.5.1. Свойства покрытия и условия образования.................................... 65

2.5.2. Составы растворов химического меднения..................................... 68

2.6. Химическое осаждение драгоценных металлов.................................. 74

2.6.1. Химическое серебрение.................................................................... 74

2.6.2. Химическое золочение...................................................................... 77

2.6.3. Химическое палладирование и платинирование............................. 80

2.7. Оборудование для процессов химического осаждения металлических покрытий...................................................................................................................... 83

3. ВЫВОДЫ................................................................................................ 92

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................... 94

1. ВВЕДЕНИЕ

Широко распространенным способом защиты металлов от коррозии является покрытие их слоем других металлов. Покрывающие металлы сами корродируют с малой скоростью, так как покрываются плотной оксидной пленкой. Покрывающий слой наносят различными методами [1]:

· горячее покрытие – кратковременное погружение в ванну с расплавленным металлом;

· изготовление биметаллических листов (железо и медь, алюминий и дюралюминий, углеродистая сталь и нержавеющая сталь и т.п.);

· гальваническое покрытие – электроосаждение из водных растворов электролитов;

· металлизация – напыление [2, 3];

· диффузионное покрытие – обработка порошками при повышенной температуре в специальном барабане;

· с помощью газофазной реакции, например:

(в расплаве с железом).

Имеются и другие методы нанесения металлических покрытий. Например, разновидностью диффузионного способа является погружение изделий в расплав хлорида кальция, в котором растворены наносимые металлы. Для изучения экстерьерного характера применяется сусальное золочение и серебрение, наклеивание на поверхность изделия тончайших листочков золота или серебра.

Своеобразным способом нанесения металлических покрытий являются металлизация – распыление расплавленной металлической проволоки струей сжатого воздуха.

В настоящее время широкое распространение получили новые технологии нанесения металлических покрытий за счет сверхзвукового удара частиц о поверхность [4, 5, 6]. Ускорение частиц до сверхзвуковых скоростей осуществляется сжатым воздухом. При этом обеспечивается нанесение металлических покрытий из порошковых материалов (алюминиевые, медные, цинковые, никелевые, оловянные, свинцовые, баббитовые) газодинамическим методом.

Преимущества данной технологии: – используется только сжатый воздух и электроэнергия; – нет нагрева и окисления металла частиц и подложки, деформаций, изменений структуры и фазового состава металлов; – нет вредных и агрессивных газов, веществ, излучений и других опасных факторов; – технологическая простота нанесения покрытий, – обуславливают широкое применение данного метода [6].

В крупномасштабном производстве для защиты металлов от коррозии, декоративной отделки изделий, придания поверхности изделий специальных свойств наиболее распространены покрытия, получаемые химическим или электрохимическим методами [1]. Гальванические металлопокрытия пластмасс и других диэлектриков получили широкое распространение для защитно-декоративной отделки разнообразных изделий и для технических целей при изготовлении различных машин и приборов (особенно радиотехнических и электронных). Область и масштабы применения этих покрытий с дальнейшим развитием техники постоянно увеличиваются, поскольку нанесение металлопокрытий позволяет получать материалы с очень ценным сочетанием физико-механических, химических и эксплуатационных свойств металла и диэлектрика в одной и той же детали [7].

Разнообразие современных химических методов нанесения металлических покрытий требует целенаправленного изучения и систематизации информации, накопленной в настоящее время, для оптимизации и дальнейшего эффективного использования, поэтому целью данной работы стал обзор химических методов нанесения металлических покрытий.

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

Процесс химического металлирования является каталитическим или автокаталитическим, а катализатором является поверхность изделия. Используемый раствор содержит соединение наносимого металла и восстановитель. Поскольку катализатором является поверхность изделия, выделение металла и происходит именно на ней, а не в объеме раствора. В настоящее время разработаны методы химического покрытия металлических изделий никелем, кобальтом, железом, палладием, платиной, медью, золотом, серебром, родием, рутением и некоторыми сплавами на основе этих металлов. В качестве восстановителей используют гипофосфит и боргидрид натрия, формальдегид, гидразин. Естественно, что химическим никелированием можно наносить защитное покрытие не на любой металл.

Металлические покрытия делят на две группы:

- коррозионностойкие;

- протекторные.

Например, для покрытия сплавов на основе железа в первую группу входят никель, серебро, медь, свинец, хром. Они более электроположительны по отношению к железу, то есть в электрохимическом ряду напряжений металлов стоят правее железа. Во вторую группу входят цинк, кадмий, алюминий. Они более электроотрицательны по отношению к железу.

В повседневной жизни человек чаще всего встречается с покрытиями железа цинком и оловом. Листовое железо, покрытое цинком, называют оцинкованным железом, а покрытое оловом – белой жестью. Первое в больших количествах идет на кровли домов, а второе – на изготовление консервных банок. Впервые способ хранения пищевых продуктов в жестяных банках предложил повар Н.Ф. Аппер в 1810 году. И то, и другое железо получают, главным образом, протягиванием листа железа через расплав соответствующего металла.

Металлические покрытия защищают железо от коррозии при сохранении сплошности. При нарушении же покрывающего слоя коррозия изделия протекает даже более интенсивно, чем без покрытия. Это объясняется работой гальванического элемента железо–металл. Трещины и царапины заполняются влагой, в результате чего образуются растворы, ионные процессы в которых облегчают протекание электрохимического процесса (коррозии).

Широко распространенный электрохимический способ имеет ряд существенных недостатков, ограничивающих его применение. К ним относятся неравномерность распределения покрытия на деталях сложного профиля, трудности при нанесении покрытия на узлы, элементы которых изготовлены из различных металлов и неметаллов Химический способ нанесения покрытий лишен указанных недостатков наиболее распространенным способом нанесения покрытий, а также химическому меднению, являющемуся основным процессом при металлизации пластмасс. В последнее время практическое применение получили химическое кобальтирование и осаждение некоторых драгоценных металлов. Существуют также многочисленные рекомендации составов растворов для нанесения химических покрытий олова, хрома, свинца и некоторых сплавов.

2.1 Подготовка поверхности изделий перед нанесением покрытий

Подготовка поверхностей перед нанесением металлопокрытий состоит в удалении окалины, жиров, оксидов и заусенцев, облоя и других поверхностных дефектов механическими, химическими и электрохимическими методами, а также включает активацию поверхности различными способами. Таким образом, можно выделить следующие этапы подготовки изделия: механическая подготовка, обезжиривание, предтравление, травление, обезвреживание и активирование [7]. От тщательности проведения этих операций зависит качество покрытия, и в первую очередь сцепление его с основой. Рассмотрим каждый из этапов.