Фазлутдинов К.К.

06.07.2018 (обновленно 11.12.2019)

1250 просмотров

Кинетика кристаллизации металлов в виде сплавов из водных растворов под действием тока.

Содержание:

1. Введение

2. Способы сближения потенциалов металлов в растворе.

1. Введение.

Легированные покрытия могут иметь уникальные преимущества перед составляющими их индивидуальными металлами. Именно электрохимическим сплавообраованием можно получить материалы, которые иным способом создать невозможно. Электрохимические сплавы также чувствительны к термообработке, что расширяет спектр их возможных полезных свойств.

Сложность же осаждения сплавов заключается в том, что потенциалы E° восстанавливающихся металлов должны быть максимально сближены. Однако, многие металлы имеют разницу в потенциалах до 1-2 В.  Лишь немногие пары металлов имеют в растворах простых солей близкие потенциалы. Так, при нормальных условиях сплав золото-кобальт не может быть осажден из простых солей. Золото имеет значение E° = 1,70 В, а кобальт -0,277 В. Чтобы вызвать совместное осаждение этих двух металлов с соизмеримыми скоростями, их потенциалы должны быть уравнены.

2. Способы сближения потенциалов металлов в растворе.

Для удобства далее более положительный металл будем называть А, более отрицательный - В.

Обычно смещают в отрицательном направлении область выделения более положительного из двух металлов (А). Для этого существуют четыре основных приема:

• Самый очевидный способ, исходя из уравнения Нернста - применение растворов, концентрированных по В, но разбав­ленных по А. Однако следует заметить, что разбавление до 10-20М смещает потенциал всего на 0,59 В. В свою очередь, использование столь разбавленного раствора сделало бы контроль состава ванны практически невозможным, а сам процесс - крайне нестабильным. Это происходит потому, что удаление даже малейшего количества разбавленного компонента резко изменило бы концентрацию металла А и, следовательно, сильно сместило бы его потенциал.
• Выделение компонента А на предельном токе диффузии Необходимый для выделения компонента В потенциал достигается путем обеднения прикатодного слоя раствора по ионам компонента А, т.е. за счет концентрационной поляризации и увеличения перенапряжения переноса заряда для А. Хотя, как правило, на предельном токе формируются дендриты или порошки, однако в условиях одновременного выделения В оказывается возможным образование компактного осадка (особенно если доля А невелика) и/или раствор содержит поверхностно-активные вещества.
• Введение в раствор поверхностно-активных веществ само по себе может оказаться достаточным для обеспечения образования сплава. При этом требуется, чтобы ПАВ обладало избирательным ингибирующим действием в отношении А, в меньшей степени оказывая влияние на кинетику осаждения В.
• Комплексообразование А с введенными в раствор лигандами. 

Типичным гальваническим сплавом является олово-висмут. Стандартный потенциал олова составляет -0,136 В, стандартный потенциал висмута +0,23 В. Сближение потенциалов разряда этих ионов возможно при значительном снижении активной концентрации ионов висмута путем применения очень маленьких, относительно олова, концентраций висмута.

Наиболее плотные, компактные осадки сплава олово-висмут получаются при концентрации висмута равной 0,2-0,3 г/л при рабочей плотности тока 100-300 А/м². При более высоких концентрациях висмута получаются губчатые, рыхлые осадки вследствие разряда ионов висмута на предельном токе. Повышение плотность тока в интервале до 300 А/м² понижает содержание висмута в осадке.