Успехи гальванотехники.
Обзор мировой специальной литературы
за 2007-2008 годы

3. Предобработка

3.1. Очистка и обезжиривание, химическое и электрохимическое полирование

В настоящее время получен положительный ответ на старый вопрос о том, является ли стадия очистки поверхности самостоятельной или дополнительной операцией: современные технологии позволяют получить чистые поверхности, которые могут быть уже в этом состоянии применимы на практике. При этом важно из различных процессов очистки выбрать в каждом случае оптимальный вариант [7]. Решающее значение при этом имеют вид и количество загрязнений и желаемая степень чистоты [107]. Модульное оборудование позволяет выбрать наиболее подходящий в каждом конкретном случае процесс (технологию) [57]; при этом для подбора оборудования можно использовать каталог [269]. Полезным также является определение степени очистки поверхности с помощью прибора, состоящего из микроскопа для наблюдения в отраженном свете и цифровой видеокамеры [309]. При возможном выборе различных процессов необходимо оценивать их с точки зрения экологии [315] и принимать во внимание то, что современные очистители не наносят ущерба окружающей среде и позволяют экономить электроэнергию [479].

При опросе о процессах для очистки поверхности деталей, применяемых в настоящее время на практике, было установлено, что доля обработки в растворах составляет около 59%, пескоструйной 20%, механической 13% и термической 4% [59, 393]. Очистка в водных растворах рассматривается как наиболее оптимальный способ подготов-ки поверхности [108], при этом четыре важнейших параметра – механика, температура, химический состав и время – влияют на степень очистки от загрязнений одинаковых деталей и могут быть достаточно просто модифицированы [2]. Что касается оборудования, то, помимо прочего, на степень очистки оказывают влияние форма ванн и их размеры, а также способ нанесения жидкости (опрыскивание или погружение) и способ сушки [150]. Представляет интерес интенсификация процесса с помощью фазового обмена в водной среде, возникающего при подводе энергии перегретым паром, который позволяет удалять особенно сильные загрязнения [437]. Признан успешным способ очистки при высоком давлении [525]. Добавляемый в щелочные водные растворы гидрохинон при воздействии ультразвука действует как активатор кавитации [221].

В водных микрофазовых очистителях (фильтрах), которые удаляют как полярные, так и неполярные загрязняющие вещества, при соответствующем подобранном температурном и гидродинамическом режиме образуются микрофазы (микрочастицы). Они отделяют загрязнения от поверхности и транспортируют их в раствор, из которого затем удаляются путем мембранной фильтрации [109]. Примером применения описанного способа может служить очистка деталей двигателей самолетов [223, 312, 481].

Для особенно ответственных деталей, равно как и достижения высокой степени очистки используется технология с применением жидкого СО₂ (Flussig-СО₂-Technologie) [476, 524], применение которой описано на примере обработки лазерных сварных соединений (швов) [220, 285], слепых сверленых отверстий [271] и пластмассовых деталей [441]. В настоящее время ведутся разработки технологии точечной очистки с помощью СО₂ [522]. Сухую очистку деталей можно производить путем погружения в псевдоожиженный слой подходящего адсорбента или абсорбента [442]. Перфорированные и подвергшиеся прессованию детали можно иногда подвергать очистке спиртом, что предъявляет высокие требования к оборудованию [650].

Лазерная очистка зарекомендовала себя как прецизионный метод, не оказывающий температурного воздействия на подложку и позволяющий очищать поверхностные слои в различных случаях [391]. При необходимости селективной очистки свои преимущества имеет плазменный метод, позволяющий одновременно активировать поверхность [415, 480]. Химические очистители (растворители) предпочтительны при необходимости одновременной обработки стальных и латунных деталей [392].

В случае применяемых в хирургии имплантатов оптимальной с точки зрения требуемой биосовместимости является очистка в нехлорированном растворителе А-3 [1]. Шлифованные детали при незначительном загрязнении можно очищать в водном растворе, при высокой степени загрязнения – в растворителе А-3, а если к тому же еще присутствуют кусочки (частицы) загрязнений, то необходимо дополнительно применять ультразвуковую обработку [5]. Предварительную, а также тонкую очистку - как показано на примере обработки сенсоров – можно производить в одной ванне, которая снабжена (оборудована) ультразвуковой многочастотной техникой [53].

Тщательная очистка и одновременно консервация прецизионных резьбовых деталей производится в вакуумной установке с помощью растворителя А-3, при необходимости используется дополнительная очистка путем обливания и воздействия ультразвуком [55]. Высокие требования к чистоте необходимо соблюдать в случае очистки систем для впрыскивания топлива (горючего), которые требуют применения особенных комбинаций растворителей (очистителей) [110]. Необходимая степень чистоты поверхности перед вакуумным напылением достигается применением как очистителей на водной основе, так и органических растворителей [111].

В ряде публикаций описаны многочисленные способы очистки поверхности, такие как очистка длинных трубок в водных растворах [222, 390], резьбовых деталей - с использованием перхлорэтилена в вакуумных установках [316, 47, 643], Inline-очистка для деталей со сверлеными отверстиями [394]. Необходимое вращательное движение маленьких деталей в установке для очистки в водном растворе осуществляется с помощью решетчатых поддонов [389]. Внутренняя поверхность тонких трубочек для воздушных подушек безопасности очищается с помощью ультразвука [478] так же, как и поверхность полированных браслетов (для наручных часов) и корпусов часов [654]. Сообщается [272, 472], что протестирована добавка к травильному раствору, позволяющая снизить расход кислоты.

Исследуется механизм электрохимического полирования [311] и установлено положительное влияние добавки бензотриазола в фосфорную кислоту при электрополировании меди [482]. К области применения метода электрохимического полирования относится снятие грата (фасок, заусенцев, сглаживания неровностей) с поверхности компонентов микросистемной техники [26, 240]. С помощью управляемого магнитного поля можно регулировать съем продуктов коррозии при электрополировании [439]. Для снятия грата и скругления кромок применяют обработку в нейтральном растворе солей при воздействии импульсным током и соблюдении соответствующих гидродинамических условий [567].

3.2. Механическая обработка поверхности, предварительная обработка пластмасс

Вследствие прогрессирующей миниатюризации техники все большее значение приобретают не только механические, но и комбинированные способы модификации поверхностей с помощью очистки, снятия грата и полирования. Примером может служить использование абразивных частиц в полировальной камере с жидкостью, а также потока воды для снятия грата [563].

При струйной обработке для снятия окалины целесообразно (приемлемо по стоимости) не возвращать в производственный цикл загрязненное очищающее средство [106]. Способ струйной очистки штампованных деталей от окалины в центрифугах не наносит ущерба окружающей среде, в то же время обеспечивая такое же хорошее качество обработки, как при травлении [213]. Струйная обработка частицами корунда не повреждает поверхность и обеспечивает хорошее сцепление с лакокрасочным покрытием [219]. Внедрение многоступенчатого оптимизированного процесса Fluid jet optique позволило модифицировать оптику Venus Express [218]. Струйная обработка (дробеструйное упрочнение, нагартовка) стальной дробью позволяет уменьшить растрескивание поверхности высокопрочной стали [3, 651]. Предназначенные для струйной обработки стеклянные шарики китайского производства содержат будто бы токсические примеси [224]. Струйная обработка больших серий алюминиевых деталей, отлитых под давлением, проводится в установках, в которых разделены перемещение и обработка в центрифуге [225]. Детали различных размеров направляются роботами от операции к операции [520]. Полирование в ваннах-вибраторах обеспечивает суперфинишную обработку поверхностей шестерен (зубчатых колес), срок службы которых увеличивается в три раза [564]. При варьировании рабочих условий и добавлении наполнителей и (химических) соединений можно адаптировать процесс полировки для необычных случаев применения, таких как обработка зубных протезов, оправ очков и др. [54]. Шлифование под нагрузкой позволяет повысить качество обработки и уменьшить время обработки [268, 313]. Особенно гладкие поверхности получают при вибрационном полировании и добавлении химических реагентов [440, 521]. Движение деталей в вибраторах можно оптимизировать с помощью нового рассчитанного процесса [565]. К механической обработке поверхности относят применение так называемых гладких валков, которые не только выравнивают поверхность, но и обеспечивают наклеп (нагартовку) [129]. Срок службы используемых для притирки гранул может быть увеличен [267]. С помощью прижимания роликов к обрабатываемой поверхности получают гладкие, твердые и устойчивые к окислению поверхности [583]. Метод погружения в псевдоожиженный слой служит для удаления старых лаковых покрытий [656].

В области металлизации пластмасс применение комбинации плазменных методов, коронного разряда и пламени одновременно снижает поверхностное натяжение и улучшает очистку [614]. Рекомендации по выбору процесса приводятся в работе [661]. В последнее время возрос интерес к проводящим полимерам, принцип действия и способы применения которых обсуждаются в [115, 485]. Необычный метод осаждения никеля на АБС пластмассу основан на том, что на поверхности образуется пленка Co₂S₅. При поляризации в электролите для осаждения никеля пленка превращается в NiS, на котором возможно осаждение [119]. В [234] описан оптимизированный метод химической влажной предобработки АБС пластмассы и обсуждаются нюансы обработки различных видов АБС пластмассы [649]. Плазменная обработка при атмосферном давлении повышает поверхностное натяжение и вместе с тем – увеличивает смачиваемость поверхности [153, 436, 519]. Армированные стекловолокном пластмассы требуют большого количества стадий обработки [361].

Причины плохого сцепления с подложкой чаще всего обусловлены ошибочным выбором вида пластмасс и способа обработки (в том числе предобработки) [417]. Вместо предобработки травлением в хромовой кислоте предложен способ с использованием азотной кислоты с добавками окислителей [566].

Сцепление органических соединений с металлическими поверхностями улучшают силаны, которые образуют химические связи как с подложкой, так и с покрытием [181, 342]. Проведено сравнение экологичности различных видов предобработки перед лакированием со способом фосфатирования без тяжелых металлов [4].

4.Электроосаждение металлов

4.1. Основные положения. Общие вопросы

Возрастание требований к свойствам покрытий и методам их получения привело к тому, что в этом году количество исследований и публикаций по основополагающим проблемам электроосаждения металлов значительно увеличилось. Большинство из них касаются влияния различных технологических параметров на свойства покрытий и особенности процессов [656, 660, 688].

Сосаждение наночастиц Al₂O₃ при воздействии импульсного и реверсивного токов (по сравнению с постоянным током) позволяет достичь оптимальной концентрации частиц в покрытии, которая возрастает с увеличением частоты импульсов [9]. Проведение электролиза в импульсном режиме позволяет получать равномерные медные покрытия с выходом по току 11% [209]. Чтобы эффективнее использовать импульсный режим осаждения, необходимо исследовать механизм процесса; обзор публикаций по этой теме приведен в [529]. Импульсный ток влияет на процессы, происходящие в диффузионном слое на катоде, и на подвод вещества к поверхности [530]. Параметры импульсного режима и температура влияют на твердость и содержание водорода в твердых хромовых покрытиях; при помощи проведенных измерений можно это рассчитать и оптимизировать [117].

Различные элементы конструкций – материал, крепления, размеры, соединительные элементы (детали) могут влиять на распределение тока, при этом различие в количестве осажденного металла составляет до 20 % [65]. Принцип действия образующихся на поверхности аморфных рутениевых и рутенийоксидных пленок можно оптимизировать путем варьирования технологических параметров как в кислых, так и в щелочных растворах [118]. Чтобы снизить расход добавок, которые окисляются на аноде, необходимо определить область их активного действия (т.е. оптимальные концентрации) [445, 576]. Использование возможностей программного обеспечения позволяет наилучшим образом размещать аноды для хорошего распределения тока [528]. Исследован механизм действия растворов различного состава для травления металлов и предложен оптимальный способ применения их перед получением PVD-пленок [228]. Износостойкость композиционных покрытий обусловлена в значительной степени уменьшением размеров частиц никеля, при этом при воздействии ультразвука агломерация твердых частиц (никеля) затруднена [233, 570]. Обсуждаются причины снижения пластичности стальной подложки под влиянием водорода, выделяющегося при травлении и гальваническом цинковании [527].

При гальваническом получении микросит путем точной настройки отдельных технологических стадий можно реализовать требования, такие как оптимальное распределение толщины покрытия и минимальные внутренние напряжения [317]. Сообщается о получении методом LIGA миниатюрных шестерен (зубчатых колес) [574]. Качество сцепления, микроструктура осадков и локальная коррозия в случае многокомпонентных сплавов связаны с наличием участков различной активности на поверхности отдельных фаз [325]. В литературных обзорах сообщается об успехах гальванотехники [136, 226]. Сообщается также о применении при электрохимическом осаждении ионных жидкостей – например, с маленькими неорганическими анионами и крупными органическими катионами [8].