Сущность метода химического нанесения покрытий

Впервые металлическое покрытие методом химического восстановления было получено Ю. Либихом в 1836 году. Он осуществил химическое серебрение стекла и впоследствии разработал технологию процесса серебрения, которая получила промышленное применение.

Применение в технике различных деталей сложного профиля с глубокими внутренним полостями и узкими каналами заставило исследователей искать новые пути нанесения металлических покрытий. Широко применяемый гальванический способ не обеспечивал в этом случае необходимого качества.

Одним из таких путей явилось нанесение покрытий химическим способом без применения электрического тока.

Покрытия, полученные химическим способом, отличаются меньшей пористостью, чем нанесенные гальваническим способом при одинаковой толщине, и высокой равномерности.

Химическое осаждение металлов представляет собой процесс восстановления, протекающий по уравнению:

где Me^z+ – ионы металла, находящегося в растворе; z – валентность металла; Ze – количество электронов; Ме – металл покрытия. Находящиеся в растворе ионы металла (Ме^z+) соединяются (в зависимости от валентности) с соответствующим количеством электронов (Ze) и превращаются в металл (Me).

В случае химического осаждения необходимые электроны образуются в результате химического процесса, происходящего в растворе, применяемом для получения покрытия. При гальваническом осаждении необходимые для восстановления ионов металла электроны поставляются внешним источником тока.

В зависимости от химического процесса, происходящего при осаждении покрытия, различают следующие методы.

Контактный метод (метод погружения), при котором покрываемый металл погружается в раствор, содержащий соль более электроположительного металла, и покрытие в этом случае осаждается за счёт разности потенциалов, возникающей между покрываемым металлом и ионами, находящимися в растворе.

Контактно-химический метод (внутреннего электролиза), при котором осаждение производится за счёт разности потенциалов, возникающей при контактировании покрываемого металла с более электроотрицательным металлом в процессе погружения в раствор соли металла, которым осуществляют покрытие.

Метод химического восстановления, при котором покрываемый металл погружают в раствор, содержащий соль осаждаемого металла, буферирующие и комплексообразующие добавки и восстановитель, при этом ионы осаждаемого металла восстанавливаются в результате взаимодействия с восстановителем и осаждаются на покрываемом металле, причём данная реакция протекает лишь на металлической поверхности, являющейся каталитической для данного процесса.

В первых двух методах осаждение покрытия основано на принципе обмена электронами между двумя металлами.

В случае метода химического восстановления необходимые для восстановления металла электроны получаются за счёт применяемого восстановителя R^z:

где R^z – восстановитель; R^z+1 – ион восстановителя. Восстановитель R^z, окисляясь, отдает свои электроны, а находящиеся в растворе ионы металла Me^z+, приобретая эти электроны, превращаются в атомы и осаждаются в виде металлической пленки. В процессе осаждения металлов химическим способом в соответствующих участках протекают микротоки, образующиеся в результате отдельных химических реакций. Эти токи чрезвычайно малы и равномерны, что обеспечивает равномерность осаждения покрытия.

Растворы для осаждения металлических покрытий химическим способом обычно содержат: соль осаждаемого металла, комплексообразующие и буферирующие добавки, соответствующий восстановитель и ряд специальных добавок (ускорители, стабилизаторы и др.). Комплексообразующие и буферирующие добавки стабилизируют раствор за счёт образования комплексных соединений и поддерживают постоянной его кислотность. Восстановитель, как указывалось выше, является поставщиком электронов, необходимых для процесса осаждения покрытия.

Покрытия, получаемые методом погружения, очень тонкие, обычно их толщина составляет доли микрона и поэтому защитными свойствами не обладают. Такие покрытия используются в качестве подслоя при гальванической металлизации, для обеспечения процесса пайки и т. д.

Методом химического восстановления и контактно-химическим получают покрытия значительной толщины 5–30 мкм и более, пригодные для защиты от коррозии. Из химических способов нанесения покрытия нашли широкое промышленное применение никелирование, меднение и серебрение. Лужение, палладирование и хромирование применения применяются реже.