Способ электроосаждения покрытий Советский патент 1990 года по МПК C25D5/18 

Изобретение относится к электроосаждению металлических покрытий.

Цель изобретения - повышение скорости осаждения и равномерности покрытий, а также нанесение покрытий по всей длине детали.

Пример 1. В электролит цианистого меднения, содержащий, г/л: Медь цианистая (в пересчете на одновалентную медь) Натрий цианистый Натрий углекислый Сегнетова соль

26 51 30.

45

Едкий натр8 Свободный цианид6 Натрий сернокислый 6 Натрий серноватисто- кислый6

и имеющий температуру , помещали цилиндрическую стальную деталь таким образом, чтобы ее верхняя часть тупала над уровнем электролита на J/4 величины ее диаметра. При этом деталь можно расположить в растворе на изолирующих подставках из винипласта, обеспечив тем самым ее электрическую

К

Ј 00 4ъ 4Ь

изоляцию от элементов внешней цепи питания,

В качестве анода в электролит опускают медную пластину. Катодную пластину, также выполненную из меди, закрепляют на пружинящем кабеле на расстоянии 96 мм от обрабатываемой поверхности, и процесс ведут при напряжении на электродах 24В. Катод 1 опускают и приводят в соприкосновение с обрабатываемой поверхностью, покрытой тонким слоем электролита, на 3 с; после чего резко отводят от поверх- ности в исходное положение. Образую- щаяся дуга горит в течение 3 с, в результате чего на поверхности формируется слой меди, плотно сцепленный с основной и представляющий собой бугор овальной формы, имеющий выпуклость в середине. После окончания горения дугового газового разряда обрабатываемое изделие поворачивают вокруг продольной его оси и катод вновь приводят в соприкосновение с поверхностью обрабатываемого изделия в новой зоне. Затем через 3 с осуществляют резкий отвод катода от поверхности путем натягивания пружинящего кабеля, который возвращает его в исходное положение. При этом рядом с ранее полученным под концом дугового газового разряда бугром покрытия формируется такой же новый бугор медного покрытия.

При последовательном перемещении участков поворачиваемого вокруг продольной оси изделия относительно катода осаждается медное покрытие, не имеющее дендритов. Толщина осаждаемого в течение 3 с при плотности тока 0,8 А/дмг медного покрытия составляет 36 мкм. В обычных условиях электроосаждения толщина получаемого за час осадка меди не превышает 10 мкм.

Пример 2. При осаждении кадмиевого покрытия из электролита, содержащего , г /л;

Окись кадмия 40

Циатистый натрий 100

Едкий натр25

Сернокислый

натрий40

Сернокислый никель 2

Концентрат сульфоспиртовой барды 10 при плотности тока 0,8 А/дм2 и температуре 25°С на деталь, размещенную

0

0

5

0

5

0

5

в электролите аналогично примеру ), в качестве катода использовали медную пластину, покрытую слоем кадмия толщиной 40 мкм. При этом верхняя часть обрабатываемой цилиндрической детали выступала из электролита на 1/5 величины ее диаметра. В качестве анода использовали пластину из кадмия. При напряжении на электродах 12 В катод размещали на расстоянии 1,2 мм от обрабатываемой поверхности и приводили в соприкосновение с нею на 5с, после чего рывком отводили от поверхности. Возникающий дуговой разряд прогорал за 4 с,

В месте попадания конца дугового разряда на обрабатываемой поверхности формировался слой плотно сцепленного с металлической основой кадмиевого покрытия, имеющего форму бугра овальной формы. После окончания горения дугового газового разряда обрабатываемое изделие поворачивали вокруг продольной оси и катод вновь накладывали на поверхность обрабатываемого изделия. Цикл обработки повторяли в новой зоне. В результате формировался слой кадмиевого покрытия, не имеющего дендритов. Толщина осаждаемого в течение 4 с кадмиевого покрытия составляла 60 мкм В обычных условиях электроосаждения толщина кадмиевого покрытия, получаемого в течение часа, составляет 14мкм.

Пример 3. При электроосаждении меди из электролита, аналогично примеру 1, верхняя часть обрабатываемой детали выступала из электролита на 1/3 ее диаметра. При напряжении на электродах 3 В катод размещали на расстоянии 6 мм от обрабатываемой поверхности и приводили в соприкосновение с нею на 10 с, после чего резко отводили в исходное положение

Образовавшийся дуговой разряд продолжал гореть 3 с. После окончания горения разряда проводился поворот обрабатываемого изделия, Цикл обработки повторялся. На детали осаждался слой медного покрытия, прочно сцепленного с поверхностью основы. Толщина покрытия, осаждаемого в течение 3 с, составляла 33 мкм, в то время как в обычных условиях электролиза,, как уже указывалось в примере 1, она составляет не более 10 мкм.

51

Как видно из представленных примеров, применение предлагаемого способа позволит значительно ускорить осаждение металлических покрытий и получать толстослойные металлические покрытия хорошего качества. Кроме того, способ не требует повышения напряжения более 24 В. Прочность сцепления наносимых покрытий соответствует требованиям.

Использование указанных величин зазора между обрабатываемой поверхностью и подвижным катодом позволяет обеспечить стабильные условия для зажигания дугового разряда. При напряжении меньше чем 3 В трудно обеспечить зажигание дугового разряда, а при напряжении, превышающем 24 В, необходимо применение мер по обеспечению электробезопасности.

При погружении обрабатываемой детали в электролит более чем на 4/5 ее диаметра трудно обеспечить достаточно стабильную высокую скорость ис парения пленки электролита на обрабатываемой поверхности, что затрудняет процесс зажигания дугового разряда. В случае погружения детали менее чем на 2/3 ее диаметра наблюдает ся слишком сильное стекание пленки электролита с обрабатываемой поверхностью, обеднение зазора между катодом и изделием парами электролита, что также отрицательно сказывается н процессе зажигания дугового разряда.

При контакте катода с поверхностью менее 3 с затруднен контроль и управление процессом фиксации этих элементов, увеличение же времени соприкосновения катода с поверхностью более чем на 10 с не дает преимуществ в процессе зажигания дугового разряда и в to же время приведет к снижению скорости процесса осаждения покрытия

При нанесении покрытия по всей длине обрабатываемой детали в соот- ветствии с предлагаемым способом зону контакта катода с поверхностью обрабатываемого изделия периодически смещают вначале путем поворота детали вокруг продольной оси, а затем, перемещая катод (или деталь) вдоль ее продольной оси. Это позволяет получать на всей поверхности детали достаточно равномерное покрытие, так как разница в толщинах покрытия на отдельных участках поверхности не превышает 2-3 мкм, что является не-

5

0

5 0

5

0 5

5

0

значительным при толщинах, превышающих 33-36 мкм. При осуществлении способа между катодом и поверхнос-i эю детали, выступающей из электролиза, в указанном зазоре возникает дуговой газовый разряд. На месте попадания разряда на поверхность детали происходит осаждение слоя металла в виде бугра овальной формы. Создание условий для протекания такой кристалли- 1зации осаждаемого металла обеспечивается за счет соответствующего пе™ рераспределения электрических зарядов в поверхности покрываемого металла в момент попадания на ту зону жгута создающегося дугового газового разряда, причем под основанием жгута дугового разряда покрываемый металл на поверхности изделия получает избыток отрицательных зарядов, что создает условия для протекания кристаллизации положительных ионов металла покрытия.

Покрытие детали в момент попада- ния на ее поверхность жгута газового разряда осуществляется не только в зоне его непосредственного соприкосновения с изделием, но и в ближайших, прилегающих к ней участках. Этим и обуславливается характерная форма получаемого на поверхности изделия бугра покрытия овальной форма с поднятием металла от краев к центру. При такой схеме размещения элект родов и обрабатываемых изделий помехи, препятствующие возникновению газового дугового разряда, сведены к минимуму. Поднимающиеся с выступающего участка детаты покрытого тонкой пленкой жидкости, испарения облегчают зажигание дугового газового разрй - да катодного проводника. Более толстые слои электролита, способные помешать его зажиганию, остаются вне зоны действия дугового разряда и из них производится только подвод поло жительно заряженных ионов осаждаемого металла в зону осаждения,

Для получения более равномерного покрытия по всем участкам обрабатываемой поверхности детали дуговой газовый разряд смещают по обрабатываемой поверхности с последовательным перекрытием осаждаемых бугров„ Такое смещение обеспечиваетсяs например, при продольном перемещении катода вдоль поверхности вращающейся относительно центральной оси сниметрии цилиндрической детали. При этом может быть использован, напримерs привод, аналогичный широко применяемым в токарных станках, Для переме™ Кения катода можно применять, например простейшие механизмы, которые способны выполнять возвратно-поступательное движение, например кулачковый.

Во время вращения кулачка такого механизма связанный с подпружиненным толкателем катодный проводник будет прыгать то вверх, то При каждом таком прыжке в создающемся воз - душном промежутке будет проходить газовый разряд, с помощью которого осуществляется нанесение покрытия При осуществлении способа детагъ должна изолироваться от элементов анны, через которые возможна переда ча электрического тока, Детали могут обрабатываться и насыпыо при ргэмеде1 Пии их во вращающейся изолированной ячейке, но при этом частота перемещения таких деталей и чтменештя их Позиции относительно катода должна быть достаточно высокой ц обзспечи вать попадание дугового разряда практически на всё участки поверхности, Детали могут,, например,-, обрабатывать ся в барабане5 совершавшем относително катода сложные колебательные перемещения.

Ось вращения uapaoaia может иметь наклоны к линии горизонт и., Катод пии этом должен размащатъс. и во вну рен ней полости бараоана па} пружинящей подвеске о В случае необходимости по лучения толстого слоя покрытия тольк на одном участке изделия мояцгО прозз водить нанесение покрытии без нореноса катодного проводника на поверхности обрабатываемой д- а-пн.

«j 0

5 О

0

5

При нанеоении покрытий по предлагаемому способу используются применяемые при нанесении гальванических покрытий стандартные источники питания выпрямленным током для гальванических ванн, а также стандартные электролиты для проведения осаждения металлов.

Формула изобретения

1. Способ электроосаждения покрытий, преимущественно металлических, на цилиндрические детали, включающий размещение анода и обрабатываемой детали в электролите, а катода - выше уровня электролита, и проведение процесса в режиме электродугового разря- да5 отличающийся тем, что, с целью повышения скорости осаждения и равномерности покрытий, деталь погружают в электролит на глубину, равную 2/3 - 4/5 величины ее диаметра, процесс ведут при напряжении на электродах 3-24 В, размещении катода на расстоянии 1,2-96 мм от выступающей из электролита обрабатываемой поверхности и периодическом соприкосновении катода с обрабатываемой поверхностью на 3-10 с с последующим отводом его в исходное положение , причем после окончания горения дуги деталь поворачивают вокруг продольной оси и катод вновь приводят в соприкосновение со следующим участком обрабатываемой поверхности.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью нанесения покрытий по всей длине детали, катод периодически смещают вдоль ее продольной оси.

Изобретение относится к электроосаждению металлических покрытий. Цель изобретения - повышение скорости осаждения и равномерности покрытий. Способ электроосаждения покрытий преимущественно металлических на цилиндрические детали включает размещение анода и обрабатываемой детали в электролите, а катода - выше уровня электролита и проведение процесса в режиме электродугового разряда. При осуществлении способа деталь погружают в электролит на глубину, равную 2/3-4/5 величины ее диаметра, а катод размещают на расстоянии 1,2-96 мм от выступающей из электролита обрабатываемой поверхности и периодически приводят в соприкосновение с обрабатываемой поверхностью на 3-10 с, после чего катод отводят в исходное положение. После окончания горения дуги деталь поворачивают вокруг продольной оси и катод вновь приводят в соприкосновение со следующим участком обрабатываемой поверхности. При нанесении покрытий по всей длине детали катод периодически смещают вдоль ее продольной оси. Способ позволяет получить равномерные покрытия толщиной 36-60 мкм в течение 3-4 с. 1 з.п. ф-лы.