Лекція 21.Структура і властивості гальванічних покриттів.

 

Структура одно- і багатошарових КЕП залежить від багатьох факторів: розміру частинок другої фази, їх взаємного розміщення, природи частинок (хімічного складу, електропровідності, міцності) і режиму електролізу.

По товщині матриці частинки розміщуються нерівномірно. Найбільша кількість частинок осаджується ближче до основного металу і в тих місцях, де вища щільність силових ліній струму.

З'ясовано, що чим більший розмір частинок, тим менша їх кількість проникає в осад. Крім того, частинок в осаді тим більше, чим вища їх електропровідність, і чим вони легші та твердіші.

Характерними типами структур електролітичних осадів є структури без включень і з включеннями дрібнодисперсних частинок (рис. 38).

При КЕП електролітичні осади без включень і з включеннями дрібнодисперсних частинок мають чотири характерні типи структур.

1. У структурі є видовжені (рис. 38, а), інколи перехрещені тріщини як сліди релаксації внутрішніх напружень. Це характерно для електролітів без дрібнодисперсних частинок.

2. За наявності в осаді дрібнодисперсних частинок з міцністю, меншою, ніж міцність матриці, релаксація внутрішніх напружень відбувається внаслідок утворення тріщин (рис. 38, б).

3. При значеннях міцності матриці, близьких до значень міцності частинок, можливі два випадки: 1) частинки не є перешкодою для тріщин (площа їх поперечного перерізу мала чи послаблена дефектами їх структури); 2) частинки є перешкодою для утворення тріщин у матриці.

4. Велика міцність дрібнодисперсних включень порівняно з міцністю матеріалу матриці зумовлює релаксацію напружень між близькоприлеглими включеннями (рис. 38, г). Крім того, навколо включень утворюється значна кількість мікротріщин розмірами на кілька порядків меншими, ніж у першому випадку. При цьому захисна здатність покриття поліпшується.

 

Властивості КЕП визначаються переважно фізико-хімічними і механічними властивостями металевої матриці в КЕП. Загалом властивості КЕП залежать як від співвідношення компонентів (матриці і дисперсних включень, їх характеристик), так і від розподілу в об'ємі покриття, умов осадження і наступної (за потреби) обробки – термічної, лазерної, дифузійного легування.

Вибір дисперсного матеріалу для отримання КЕП визначається призначенням покриттів і основним впливом частинок у КЕП на властивості покриття.

Розмір дисперсних частинок залежно від призначення КЕП коливається в широких межах (від 0,01 до 50 мкм). Осадження частинок на катоді полегшується зі зменшенням їх розміру.

Характер включення дисперсних частинок у покриття залежить від складу електроліту, кислотності і концентрації в ньому частинок. Вміст частинок у покритті пропорційний їх концентрації в EC. Іонний склад електроліту, тобто концентрація в ньому катіонів металу, а також іонів є основним фактором, який впливає на склад КЕП.

КЕП для більшості електроосаджених матеріалів характеризуються надзвичайно значним зчепленням включень із матеріалом матриці. Це пояснюється положеннями теорії пластичної деформації і абразивного руйнування твердих тіл з урахуванням особливостей формування структури електролітичних осадів. Відповідно до цього навколо дрібнодисперсних частинок можлива поява зворотних мікропластичних деформацій, які спричинюють зміцнення осаду і відповідно поліпшення фізико-механічних властивостей КЕП.

У формуванні механічних властивостей КЕП значну роль відіграють дефекти дислокаційного типу. Під час переміщення дислокацій при стиканні з частинками вони огинають ці перешкоди, залишаючи після себе замкнені петлі. Збільшення кількості частинок в осаді та зменшення відстані між ними спричинюють підвищення опірності переміщенню, оскільки зростає кількість бар'єрів, які мають подолати дислокації. Це викликає збільшення кількості дислокаційних петель, їх накопичення навколо твердих включень, що зумовлює додаткове активне напруження і зміцнення матриці.