КОНТРОЛЬ ОРГАНИЧЕСКИХ ДОБАВОК В ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ВАННАХ – ПУТЬ К СНИЖЕНИЮ РАСХОДОВ И УЛУЧШЕНИЮ КАЧЕСТВА ПОКРЫТИЙ
Смирнов К.Н.
Российский химико-технологический университет им.Д.И.Менделеева; Москва, 125047, Миусская пл.,9, тел. (095)978-61-95
Для быстрого тестирования работоспособности электролитов, применяемых в гальваностегии целесообразно использовать электрохимическую угловую ячейку. Стандартная ячейка емкостью 267 мл и углом катода по отношению к аноду 51° называется ячейкой Хулла (Рис.1). При электроосаждении в такой ячейке при средней плотности тока 2 А/дм2 (сила тока 1 А) на катодной пластине реализуются плотности тока от 0,1 А/дм2 (дальний от анода участок) до 8 - 9 А/дм2 (ближний к аноду участок). Характер распределения плотностей тока по длине катода показан на рисунке 2. На рисунке 3 приведена электрическая схема подключения ячейки к источнику постоянного тока.
В качестве анода используется пластина размером 60х70 мм толщиной 1 - 8 мм из соответствующего процессу анодного материала. Катодами могут служить плоские пластины размером 100х70 мм толщиной 0,5 - 2 мм из меди, латуни или простой стали, полированные с рабочей стороны. Электроосаждение проводится обычно в течение 5 - 10 минут на заранее подготовленную пластину. После осаждения покрытия пластина промывается, высушивается и подвергается визуальному осмотру.
Во многих случаях по характеру и расположению дефектов можно судить о причинах неполадок работы электролитов. В качестве примера можно рассмотреть несколько случаев.
1. Питтинг. Этот дефект может быть вызван следующими причинами: недостаток смачивателя, органические загрязнения (в частности, избыток блескообразователя), загрязнение железом. При недостатке смачивателя язвы достаточно крупные, редкие, равномерно расположены по длине катодной пластины. При избытке органики язвы весьма крупные и глубокие, часто вокруг них наблюдается матовый ореол, сосредоточены они обычно в области высоких плотностей тока (т. е. в месте наибольшей толщины покрытия). При загрязнении железом язвы мелкие и частые, расположены в основном в области средних и высоких плотностей тока, покрытие шершавое на ощупь (наиболее характерно для электролитов никелирования). Для электролитов блестящего никелирования питтинг может быть связан также с недостатком блескообразователя.
2. Растрескивание покрытия. Наблюдается, как правило, в области высоких плотностей тока. Причиной может быть загрязнение органикой и избыток добавок, загрязнение посторонними ионами. Трещины в сочетании с темными полосами, пятнами или точками могут свидетельствовать о загрязнении ионами цинка, кадмия, хрома (для электролитов никелирования), железа, кадмия (для слабокислых электролитов цинкования). При избытке органики растрескивание покрытия может сочетаться с чередующимися матовыми и блестящими полосами, язвами (см. п.1).
3. Потемнение покрытия. Потемнение покрытия в области низких и средних плотностей тока возникает при наличии примесей электроположительных металлов, таких как медь, свинец. В случае электролита цинкования этот дефект может проявиться только после пассивирования цинкового покрытия (особенно при бесцветном хроматировании).
4. Подгар. Выражается в матовости, потемнении или даже почернении покрытия в области высоких плотностей тока. Дефект может возникать как при недостатке блескообразователя, так и при избытке органики. В случае избытка органических примесей подгар обычно сочетается с растрескиванием или чередующимися матовыми и блестящими полосами (см. п. 2).
5. Шероховатость покрытия (набросы). Чаще всего дефект наблюдается в области высоких и средних плотностей тока, где толщина покрытия достаточно большая. Дефект может быть незаметен визуально, но ощущается при проведении по покрытию куском ткани или тыльной стороной ладони. Наиболее вероятная причина - механические частицы (пыль, анодный шлам), а для электролитов никелирования еще и загрязнение железом.
6. Плохая кроющая способность. Выражается в отсутствии покрытия в области низких плотностей тока. Кроющая способность может существенно снижаться при любых посторонних загрязнениях, а также при избытке блескообразующих добавок.
7. Слабый блеск покрытия. Если пониженный блеск наблюдается равномерно по всей длине катодной пластины, то наиболее вероятной причиной является недостаток блескообразователя. Если же покрытие неравномерное по внешнему виду и имеет другие дефекты, то причиной может являться наличие посторонних загрязнений (см. пп. 1 - 6).
Кроме определения возможных причин брака, ячейка Хулла может использоваться для определения приблизительного количества блескообразующей добавки, необходимого для корректировки электролита. Для этого в подготовленную для исследования пробу вводится небольшое количество добавки (10-15% от исходной концентрации). При получении неудовлетворительного результата снова вводится добавка в том же количестве, и так до получения блестящего покрытия. После этого суммарное количество введенной добавки пересчитывается из объема ячейки на объем процессной ванны.
Еще одной важной функцией ячейки Хулла может быть входной контроль качества добавок, поступающих на производство, а также сравнительная характеристика различных добавок, в изобилии предлагаемых производителями в современных условиях рынка. В этом случае, используя свежеприготовленные электролиты для осаждения соответствующих металлов, можно оценить (или сравнить) качество покрытия, получаемого при применении данной добавки, определить ее примерный расход, стабильность процесса и, таким образом, установить соответствие добавки техническим условиям, сравнить экономические показатели (качество-расход-цена) различных добавок.
