Логотип НПП Электрохимия
НПП Электрохимия
Завод гальванических покрытий и металлообработки

elhim.ekb@yandex.ru

8-912-044-66-44

8-922-162-66-44

С 9.00 до 17.00

Физико-химические процессы при термообработке покрытий, часть 2

Первая часть статьи:

• Физико-химические процессы при термообработке покрытий, часть 1.

 

Содержание:

 

3.3 Отжиг, уменьшающий напряжения.
3.4 Гомогенизационный (диффузионный) отжиг.
3.5 Гетерогенизационный отжиг.
3.6 Отжиг с фазовой перекристаллизацией.
3.7 Релаксация и кристаллизация аморфных покрытий.

 

3.3 Отжиг, уменьшающий напряжения.

Внутренние напряжения (ВН) во всех гальванопокрытиях снижаются при естественном старении. Причина этого - миграция и аннигиляция локальных дефектов кристаллической решетки. Отжиг ускоряет эти процессы и позволяет снять практически все ВН в покрытиях.

 

Такой отжиг стоит обособленно от других видов отжига (рекристаллизационного и гомогенизационного). Хотя иногда релаксация покрытия происходит и как побочный процесс. 

 

Механизм релаксации покрытия при отжиге изучается методом голографической интерферометрии. С точки зрения методологии, покрытия должны быть предварительно нанесены на гибкий катод. Затем производится стадийный отжиг.

  

Температура на каждом этапе исследования выбирается исходя из условий протекания процессов миграции и аннигиляции точечных дефектов, перераспределения дислокаций, формирования малоугловых границ и т.д. Значение имеет также энергия активации процессов.
 
Далее снимаются двухэкспозиционные интерферограммы по каждому этапу отжига.
 
Следует отметить, что для всех гальванопокрытий интерферограммы типичны. Например на рисунке 8а показаны результаты съемок кобальтового покрытия на каждом этапе отжига от 100 до 200оС. На первой интерферограмме видно, что отжиг при 100о С уменьшает прогиб катода. Т.е. растягивающие ВН уменьшаются. При этом происходит миграция и аннигиляция избыточных вакансий.

  

Двухэкспозиционные интерферограммы изгиба

  

Рисунок 8 - Двухэкспозиционные интерферограммы изгиба образца катода после отжига при температурах, С: а - 100о; б - 150о; в - 200°.
 
На второй интерферограмме не наблюдается группы полос. Следовательно, не происходит и изменений в ВН.

 
На третьей интерферограмме видно, что напряжения полностью релаксирут, прогиб образца изменяется до практически нулевого значения. Т.е при 200°С становятся возможными процессы перераспределения дислокаций и миграции малоугловых границ.
 
На рисунке 9 показано влияние температуры отжига на характер изменения ВН в тугоплавких и промежуточных металлах.

 

Влияние температуры отжига на характер изменения внутренних напряжений

  

Рисунок 9 - Влияние температуры отжига на характер изменения внутренних напряжений в: 1- серебре, 2-  меди, 3 - кобальте, 4 - никеле, 5 - железе, 6 - хроме.
 
Отметим, что процессы миграции и аннигиляции точечных дефектов требуют малой энергии активации в 0,2—0,7 эВ. Они также идут при низких температурх (0,20—0,25) Тпл. Поэтому, для снятия основной массы ВН покрытие не нужно сильно нагревать. Но полное снятие ВН идет лишь при температурах (0,30-0,35) Тпл.
 
У легкоплавких металлов, исходя из приведенных формул релаксация может начаться уже при комнатной температуре, но будет идти медленно. Тут следует заметить, что если ВН не будут достаточно сняты, то негативные эффекты могут проявиться не только в области адгезии покрытия к основе. Так, напряженное олово, нанесенное на медные проводники, может "прорасти" в виде нитевидных монокристаллов, что неизбежно приведет к отказам электронных компонентов. Ускоренное снятие ВН сжатия в покрытиях легкоплавкими металлами за 1,5-2 часа достигается отжигом при 100-150° С.
 
У легкоплавких металлов релаксация также двухстадийна (рисунок 10).

 

Изменение внутренних напряжений

 

Рисунок 10 - Изменение внутренних напряжений (6, 7), параметров кристаллической решетки (1, 2, 3), относительного электросопротивления (4, 5) электроосажденных свинца (1, 4, 6) и цинка (2, 3, 5, 7) при отжиге 100° С.
 
• Первая стадия сопряжена с сильным падением ВН, уменьшением удельного сопротивления на 10-14% и повышением коррозионной стойкости на 6-12%. Также на первой стадии меняются параметры решетки. Это связано с уходом межузельных атомов из решетки.
• Вторая стадия не предполагает снижения значимого сопротивления, параметры решетки стабилизируются, а ВН полностью нивелируются. Становятся возможными процессы перераспределения дислокаций, образования и миграции малоугловых границ.
 
Температура отжига здесь такова, что принципиально может идти и миграция/аннигиляция точечных дефектов, и перераспределение дислокаций / миграция границ, согласно их энергиям активации. Но эти процессы, с точки зрения кинетики, будут протекают последовательно.

 

3.4 Гомогенизационный (диффузионный) отжиг. 

Цель такого отжига - выравнивание покрытия сплавом по составу.
 
Химическая неоднородность сплавов характеризуется рядом основных факторов, устранение которых - сущность гомогенизационного отжига. 

 

Слоистость осадков и градиент концентраций компонентов от поверхности покрытия к подложке. Причины этого явления трудно поддаются контролю. Это в первую очередь колебания потенциала катода и нестабильность состава электролита в прикатодной зоне. Слоистость легко устраняется при диффузионном отжиге. Например, никель-кобальтовый сплав необходимо отжечь при 300° С, железоникелевый - при 400° С, никель-вольфрамовый - при 800° С, никель-фосфорный - при 350° С (рисунок 11).

 

Концентрационные кривые распределения фосфора по толщине покрытия Ni-P

Рисунок 11 - Концентрационные кривые распределения фосфора по толщине покрытия в сплаве никель-фосфор: 1 -  после электроосаждения, 2 - после отжига при 350° С в течение 1 часа

 

Формирование избыточных фаз при электроосаждении. Такие фазы - причина хрупкости и снижения коррозионной стойкости покрытия. Они также приводят к нестабильности свойств сплава во времени, особенно если покрытие используется при повышенной температуре. Например контакты с золото-медным покрытием. Такой металлургический сплав при температурах ниже солидуса представляет собой непрерывный ряд твердых растворов. Медленное охлаждение может приводить к образованию фаз AuCu3, AuCu или Au3Cu. Если же такой сплав получать гальванически, то вместе с твердым раствором и интерметаллидами в его структуре обнаруживаются очень мелкие частицы меди, колебания катодного потенциала приводят к дисперсии фазового состава. Поэтому микротвердость и электропроводность у гальванического сплава золото-медь от раза к разу отличаются, а также могут меняться при эксплуатации. Избыточные фазы в твердом растворе исчезают при температурах (0,4—0,5)Tпл

 
Примеси. Примеси попадают в покрытие соосаждением из компонентов электролита, адсорбцией ПАВ, включением микрошлама и окклюзией электролита. Также примесью может быть водород. Примеси могут адсорбироваться на границах зерен или включаться в кристаллическую решетку осадка.

 

Примеры:
- В покрытии черным хромом при гомогенизационном отжиге разлагается гидроксид хрома.
- В твердом хроме после 900° С разлагается дисперсный оксид хрома.
- В покрытиях Аu-Co и Au-Ni разлагаются примеси полимерных частиц.
- Электрическое сопротивление Ag и Cu резко падает в интервале температур разложения органических примесей, попавших в покрытие из электролита.
- Отжиг Ag и Au, осажденных из цианидной ванны, приводит к повышению контактного сопротивления. Адсорбция цианидов на растущих кристаллах Ag и Au приводит к формированию пленки Mеx(ОН)у(СN)z на поверхности покрытия. Отжиг термически разрушает сплошность пленки, приводя к увеличению контактного сопротивления. При замене ванны на нецианидную эффект становится обратным.
 
Для сплавов на основе благородных металлов существует особое явление "восходящей диффузии". При нем гомогенизационный отжиг, наоборот, усиливает химическую неоднородность. Например, в сплавах Аu-Со(99) и Аu-Сu(30). Восходящая диффузия неблагородных компонентов сплава стимулируется за счет высокой концентрации катионных вакансий в оксидных пленках на покрытии. Это связано с меньшим, чем у золота, их атомным радиусом. В рассмотренном примере за счет восходящей диффузии при отжиге концентрация кобальта и меди в поверхностном слое покрытия увеличивается, приводя к росту контактного сопротивления.
 
Таким образом, гомогенизационный отжиг - это устранение слоистости, растворение в твердом растворе неравновесных избыточных фаз и усреднение химического состава сплава.

 

Кроме основных процессов при гомогенизационном отжиге могут развиваться и побочные.
 
Коагуляция избыточных фаз. Явление характерно для многофазных сплавов. В таких сплавах избыточные фазы, не растворяющиеся при гомогенизационном отжиге, со временем коагулируют. Например, в гальваническом сплаве Ni-W (70), гомогенизационный отжиг при 800-900° С в течение 3-4 ч одновременно приводит к формированию сравнительно крупных кристаллов β- и ε-фаз, наряду с реализацией основных задач, описанных выше. 

 
Усиление пористости. Пористость, проявившуюся после гомогенизационного или рекристаллизационного отжига называется вторичной. Например, как упоминалось ранее, при отжиге покрытий черным хромом происходит разложение гидроксидов до оксидов. Это приводит к появлению новых трещин и пор, т.к. объем осадка изменяется в разных зонах по разному.
В сплаве Ni-Co при отжиге 980° С в течение 1,5 ч развиваются аналогичные явления. Выделяется адсорбированный водород и продукты разложения гидратированных частиц. В результате наблюдается падение плотности никель-кобальтового покрытия на 5-6%, отражая соответствующее повышение пористости. 

 
При отжиге Аu-Co и Au-Ni поры увеличиваются в диаметре с 7,5 до 50 нм. Максимальное значение достигается при температурах 600-800° С. В этот момент активно выгорают примеси и выделяются газообразные продукты их разложения. Пористость - практически всегда негативное явление, за исключением случаев, когда покрытие должно обладать повышенной маслоемкостью при пропитке. 

 
• Гетерогенизация структуры. Во время гомогенизационного отжига, наряду с неорганическими примесями могут выгорать и органические. Они, в зависимости от состава органики в качестве продуктов может выделяться углерод, пары воды или сера. Эти продукты в дальнейшем могут реагировать с компонентами сплава с получением карбидов, оксидов или сульфидов. Таким образом, одновременно с выравниванием сплава по составу в объеме покрытия, идет параллельное усложнение его структуры. Свойства покрытия могут при этом меняться самым разным образом. Карбиды упрочняют матрицу, повышают твердость и износостойкость. Сульфиды концентрируются по границам зерен в кристаллической решетке, уменьшая прочность и пластичность осадков.

 

3.5 Гетерогенизационный отжиг.

Гетерогенизационный отжиг направлен на разрушение пересыщенных твердых растворов, образовавшихся при гальваническом получении покрытия, с выделением интерметаллидов или фаз внедрения. Процесс идет без изменения типа решетки матричной фазы.
 
На степень распада пересыщенного твердого раствора, а также на состав и форму продуктов влияет:
• Температура и время отжига ввиду диффузионного характера процесса;
• Исходная структура сплава;
• Химический состав;
• Примеси.
  

Рассмотрим поведение различных сплавов при таком виде отжига.

  

3.5.1 Гетерогенизационный отжиг на сплавах замещения.

 

Согласно диаграммам равновесия, в твердом состоянии Bi в Cu, Ni и β-Co практически не растворяется. При гальваническом же соосаждении висмута с указанными металлами образуются пересыщенные твердые растворы:

Сплав Состояние после гальванического осаждения Состояние после отжига
Фазы Кристаллическая структура фаз Фазы Кристаллическая структура фаз
Cu - 5% Bi Cu (Bi) ГЦК Cu, Bi ГЦК, Р
Cu - 14% Bi Cu (Bi) ГЦК Cu, Bi ГЦК, Р
Ni - 4% Bi Ni (Bi) ГЦК Ni, NiBi ГЦК, ГП
Ni - 19% Bi Ni (Bi) ГЦК Ni, NiBi ГЦК, ГП
Co - 13 Bi α-Co, β-Co (Bi) ГП, ГЦК α-Co, CoBi, Bi ГП, ГП, Р
Co - 34% Bi α-Co, β-Co (Bi) ГП, ГЦК α-Co, CoBi, Bi ГП, ГП, Р

 

Отжиг этих гальванических сплавов при 100-180° С сопровождается экзотермическим эффектом. Эффект соответствует распаду твердого раствора (рисунок 12).

Отжиг сплавов. Изменение электросопротивления

Рисунок 12 - Отжиг сплавов: а - Cu-Bi, б - Ni-Bi, в - Co-Bi. 1 - изменение относительного электрического сопротивления, 2 - изменение параметра ГЦК решетки.
 
Электропроводность сплава, после выделения избыточного компонента из твердого раствора, должна увеличиваться. Однако в указанных примерах вначале она падает, т.к. в твердом растворе формируются кластеры атомов растворенного элемента. Кластеры в сво очередь локально искажают решетку сплава вокруг себя. Параметр кристаллической решетки на этой стадии не изменяется. Уменьшение параметра происходит лишь после выделения в твердом растворе самостоятельной фазы, согласно принципу Гинье-Престона. В результате он становится равным параметру решетки обедненного твердого раствора. Это можно проследить на рисунке 12. На нем момент начала изменения параметра решетки совпадает с увеличением электропроводности, а на дифрактограммах осадков, отожженных при 180-200°С, появляются дополнительные рефлексы, принадлежащие второй фазе.
 
После отжига 400° С в течение 1 часа фазовый состав гальванических сплавов соответствует равновесному.
 
Аналогично ведут себя сплавы железа с переходными металлами.
 
Если химический состав рассмотренных выше сплавов соответствует двухфазной области диаграммы состояния, то на почти предельном токе они осаждаются в виде пересыщенных твердых растворов. Если такие твердые растворы отжигать, то в них образование интерметаллидов идет через зонную стадию. Это означает, что до выделения интерметаллидов в мелкодисперсном виде происходит формирование кластеров. Механизм этот обусловлен тенденцией неидеальных твердых растворов к ближнему упорядочению или расслоению вследствие отрицательных или положительных отклонений в их поведении от закона Рауля. 

 

Распад пересыщенных твердых приводит к сильным изменениям в свойствах сплава:
Co-W и Ni-W. Микротвердость после отжига при 600° С в течение 1 часа возрастает в 2 раза за счет выделения мелкодисперсных частиц интерметаллических фаз, упрочняющих матрицу.
Co-W и Ni-W. Твердость после отжига 800-900° С снижается вследствие коагуляции ранее выделившихся фаз. Может происходить снижение пластичности, ухудшение магнитных и электрических свойств.
Sn-Сu (60). Паяемость падает после отжига 150-250° С из-за выделения из твердого раствора трудносмачиваемой ε-фазы Cu3Sn. С ростом температуры коэффициент растекания припоя падает еще сильнее.
Pd-In. Непрерывный ряд твердых растворов в этом гальваническом сплаве существует вплоть до 40% индия, хотя для металлургического сплава это значение ограничивается 21,2%. Через год нахождения сплава при комнатной температуре в его структуре образуется Pd3In. Таким образом, распад пересыщенных твердых растворов возможен и при комнатной температуре.
 
По последнему факту стоит заметить, что в большинстве рассмотренных систем распад пересыщенного твердого раствора при комнатной температуре идет все же довольно медленно и даже спустя 12 месяцев после гальванического осаждения никаких изменений фазового состава не наблюдается.
 
Сплав после гальванического осаждения пересыщен вакансиями. Это приводит к высокой подвижности атомов растворенных компонентов, их ускоренной миграции и задает темп распада твердого раствора. Кластеры могут образовываться при этом даже при низких температурах.
 
В сплавах меди, никеля и кобальта с висмутом кластеры образуются уже при 60-100° С, синхронно с ростом8 сопротивления.
 
Иногда кластеры могут образовываться даже в процессе электролиза.

 

3.5.2 Гетерогенизационный отжиг на сплавах внедрения.

Такие сплавы обычно легированы P, B, Si.
• Самым известным подобным сплавом является  Ni-P. Обычно растворимость фосфора в никеле невелика и составляет менее 0,5%масс. Но гальванически и химически можно получить сплавы с содержанием фосфора более 9%. На верхней границе легирования сплавы аморфизируются. При отжиге таких сплавов выделяется интерметаллид Ni3P, содержание которого влияет на свойства покрытия. Так, на рисунке 13 пик на кривых микротвердости соответствует как раз выделению дисперсных фосфидов. При дальнейшей коагуляции фосфидов твердость уменьшается.

Зависимость микротвердости сплава Ni-P от времени отжига

Рисунок 13 - Зависимость микротвердости сплава Ni-P от времени отжига при температуре, оС: 1 - 180, 2 - 250, 3 - 300, 4 - 350, 5 - 500.
 
• В сплаве Со-Р выделение интерметаллической фазы Со2Р происходит при 300-350° С, вызывая упрочнение покрытия.
• В процессе отжига сплавов Ni-B при 250-350о С образуется фаза Ni3B, покрытие дисперсионно твердеет, проводимость и магнитные свойства изменяются нелинейно. Последнее связано с тем, что при электроосаждении бор внедряется как в ГПУ решетку α-Co, так и в ГЦК решетку высокотемпературного метастабильного β-Co. При нагревании и последующем охлаждении распад твердого раствора и Со3В сопровождается полиморфным превращением Co.

  

3.6 Отжиг с фазовой перекристаллизацией.

Данная операция относится к термической обработке с нормальным полиморфным или эвтектоидным превращением. Такой отжиг приводит к распаду метастабильных соединений и полному изменению фазового состава, например:
• Ni-Sn. Интерметаллид NiSn можно получить только гальванически. После отжига при температуре выше 300° С он распадается на Ni3Sn4 и Ni3Sn2 и фазовый состав сплава начинает соответствовать равновесному.
• Co-Sn. Аналогично ведет себя интерметаллид CoSn. Он менее термически стабилен и распадается на Co3Sn и γ-СоSn2 при 200° С.
  

Распад NiSn и CoSn обусловлен диффузионными фазовыми превращениями, поэтому процессы образования двухфазной эвтектоидной смеси могут протекать медленно даже без нагрева. Через несколько дней выдержки при комнатной температуре можно наблюдать реакцию в гальваническом сплаве олово-никель, полученном в нестационарных условиях:

 

NiSn → Ni3Sn2 + Ni3Sn4

 

Начало изменения сопротивления и твердости совпадает по времени с распадом интерметаллида NiSn.
 
Заметим, что сплав олово-никель, осажденный в стационарном режиме, остается однофазным в течение нескольких лет.
 
Замечено, что превращения происходят в тех интерметаллических соединениях, чей состав существенно отличается от стехиометрического. Недостаток или избыток атомов Ni в ГПУ решетке NiSn приводит к появлению термодинамически неравновесных точечных дефектов, которые имеют высокую диффузионную подвижность и вызывают распад интерметаллида уже при комнатной температуре. Отжиг только ускоряет этот процесс.

 

Высокотемпературные полиморфные модификации обычно образуются в покрытиях, осаждаемых с выходом по току, сильно отличающемся от 100%.  При этом наблюдается активное выделение водорода и включение в покрытие неметаллических примесей. Для кобальта, например, известна ГЦК-модификация, для марганца - тетрагональная, для хрома - ГПУ или сложная кубическая. Покрытия с включениями высокотемпературных модификаций отличаются низкой коррозионной активностью, особыми магнитными и электрическими свойствами. Если такие покрытия отжигать, то их фазовый состав вернется к равновесному. При этом произойдет фазовая перекристаллизация и снижение физико-механических свойств. 

 
Отметим, что после гетерогенизационного отжига и отжига с фазовой перекристаллизацией необходимо медленное охлаждение, обеспечиващее полное протекание диффузионных процессов. Для рекристаллизационного отжига (особенно однофазных сплавов), скорость охлаждения не принципиальна.

 

3.7 Релаксация и кристаллизация аморфных покрытий.

Сегодня закономерности кристаллизации аморфных гальванических сплавов типа металл-неметалл изучены несравнимо лучше, чем металл-металл.
 
Известно, что нагрев аморфных покрытий сопровождается двумя процессами: структурной релаксацией или кристаллизацией.
 
Структурная релаксация идет при температурах ниже температуры кристаллизации. Это достаточно тонкое изменение структуры. При этом уменьшаются внутренние напряжения, избыточный свободный объем. Идет образование локально упорядоченных фрагментов структуры, изменение плотности.
 
Гальванические сплавы стабильны до кристаллизации. По сравнению со сплавами, полученными быстрой закалкой из расплава, в них структурная релаксация относительно мала. Отметим также, что структурная релаксация в гальванических сплавах во времени носит немонотонный характер.
 
Водород в аморфных сплавах имеет высокую диффузионную подвижность и сильно влияет на характер сил межатомного взаимодействия. Поэтому избыточное его количество влияет на протекание процесса структурной релаксации. В наводороженном сплаве Со83Р17 структурная релаксация идет уже при комнатной температуре. В этом же сплаве, осажденном с высоким выходом по току, даже после восьмимесячного естественного старения структурная релаксация не наблюдается. Т.е. процесс структурной релаксации в гальванических аморфных сплавах ускоряется при наличии в них водорода. При низкотемпературном нагреве аморфных сплавов происходит его десорбция.
 
Процесс кристаллизации аморфных сплавов всегда многостадиен. В качестве промежуточных продуктов выступают метастабильные фазы.
 
Кристаллизация двойных сплавов типа "металл-неметалл" обычно происходит в две стадии:
• Вначале исходная аморфная структура полностью заменяется метастабильной кристаллической,
• Затем метастабильная структура переходит в равновесную структуру.
 
Путь кристаллизации различен в зависимости от состава аморфного сплава, при этом могут реализоваться все три известных типа кристаллизации:
• первичная;
• эвтектическая;
• полиморфная.
 
Рассмотрим кристаллизацию аморфных сплавов Со-Р с различным содержанием фосфора:
• Со-Р с содержанием фосфора 5-9 %
- при температурах 280-340о С в нем идет первичная кристаллизация. Из аморфной матрицы выделяется гексагональная фаза, представляющая собой твердый раствор фосфора в кобальте.
- при дальнейшем нагревании 340-400о С выделяются стабильные фазы: ГПУ-Co и Со3Р.
• Со-Р с содержанием фосфора 9-12%
- при температурах 350-360о С наблюдается эвтектическая кристаллизация с непосредственным превращением осадков в α-Со и Со3Р.
• Со-Р с содержанием фосфора 12-14%
- при температурах 350-360о С реализуется полиморфная кристаллизация. Из аморфной матрицы выделяется фосфид Со2Р.
- при температурах 360-380о С  идет эвтектическая кристаллизация гексагонального кобальта и Со2Р.
 
Что касается кристаллизации аморфного сплава типа металл-металл, то это явление можно рассмотреть на примере сплава медь-висмут. На рисунке 14 приведены результаты высокотемпературной рентгенографии, которые иллюстрируют распад аморфной фазы в аморфно-кристаллическом осадке Cu-Bi.

Фрагменты дифрактограмм, полученных при отжиге осадков сплава Сu-Bi

Рисунок 14 - Фрагменты дифрактограмм, полученных при отжиге осадков сплава Сu-Bi (22) при температурах, °С: а - 25; б - 75; в - 100; г - 125, д - 150.

 

• В исходном состоянии наблюдаются рефлексы кристаллического висмута и два куполообразных гало аморфных фаз.
• При 50° С дифракционная картина практически не меняется. Несколько падает интенсивность и ширина первого гало.
• При 75° С первое гало исчезает, у второго появляется острый максимум α-фазы.
• При 100° С проявляются рефлексы (111) и (200) меди, смещенные в сторону меньших углов - происходит кристаллизация с образованием пересыщенных твердых растворов на основе меди.
• При 125° С растет интенсивность рефлексов от кристаллических фаз. Линии меди смещаются в сторону больших углов, свидетельствуя о распаде метастабильной фазы пересыщенного твердого раствора меди.
• При 150° С наблюдаются лишь рефлексы меди и висмута.
 
Таким образом, переход сплава металл-металл из аморфного состояния в кристаллическое начинается выделения пересыщенного твердого раствора на основе преобладающего в аморфной фазе компонента.
 
Можно коротко обозначить механизм рассмотренного процесса кристаллизации так: 

 
аморфная составляющая → α-фаза → кристаллиты чистых компонентов сплава.

 

3.8 Химико-термическая обработка.

Химико-термическая обработка гальванических покрытий - это насыщение осадка углеродом, азотом и бором диффузией из внешней твердой, газообразной или жидкой среды. Иными словами это обычно цементация, азотирование и борирование. Химико-термическая обработка сопровождается изменением фазового состава покрытия.
 
Фазовые превращения могут идти как по ходу процесса, так и при охлаждении (полиморфные, эвтектоидные превращения, выделения избыточных фаз).
 
Ввиду повышенной дисперсности и дефектности гальванических покрытий, их химико-термическая обработка идет быстрее, чем обработка металлов, полученных металлургически. Поэтому, зачастую, она требует меньшей температуры.
 
Гальваническое покрытие при химико-термической обработке изделия может выполнять разные функции:
• Основная рабочая поверхность, на модификацию которой и направлена химико-термическая обработка.
• Транзитный слой, через который насыщающий элемент попадает в поверхность основного изделия. Транзитный слой 1-10 мкм позволяет ускорить насыщение детали и улучшить качество обработки. Например, при азотировании стали никелевое покрытие увеличивает глубину насыщения в 2-3 раза. А стали типа Х18Н9Т и ЗХ2В8 без железного покрытия вообще практически не борируются. Слой железа устраняет влияние углерода и легирующих элементов, тормозящих диффузию. Глубина борирования при этом может достигать 250 мкм.
• Блокирующий слой, защищающий локальные участки детали от насыщения. Классический пример - медное покрытие на стали защищает ее от цементации.
 
Гальваносплав Fe-Cr (88) после цементации с последующей закалкой 820° С и отпуском 180° С в течение часа приобретает мелкодисперсную мартенситную структуру, в которой карбиды распределены равномерно. Это увеличивает микротвердость покрытия в 1,6 раза, износостойкость - в 5,5 раза. Характер износа становится равномерным, без задиров и схватывания.
 
Цементация хрома на армко-железе, углеродистых и легированных сталях, приводит к образованию трех последовательно расположенных карбидных слоев:
• внешнего - Cr3С2;
• среднего - Cr7С3;
• внутреннего - Cr3С6;
 
Цементированный хром становится более износостойким, жаростойким и коррозионностойким в 30% серной, соляной и азотной кислоте.
 
Отдельным видом химико-термической обработки гальванических покрытий является нитроцементация. При этом на железных и железо-титановых покрытиях происходит залечивание дефектов по всей толщине и повышение микротвердости до 5 ГПа. Предварительный отжиг 950° С в течение 2 часов приводит к рекристаллизации структуры и полному сращиванию покрытия с подложкой. Последующая нитроцементация обеспечивает микротвердость в 12 ГПа.

  

• Физико-химические процессы при термообработке покрытий, часть 1.

 

Оцените статью. Всего 1 клик!

(1 оценок, среднее: 5,00 из 5)

Данная статья является интеллектуальной собственностью ООО "НПП Электрохимия". Любое копирование информации возможно только с разрешения владельца сайта с обязательной ссылкой на первоисточник https://zctc.ru/