1tom314

12. ELEKTROCHEMIA 630

atrakcyjna, żc często inne metale, a niekiedy i inne tworzywa, pokrywa się warstwą miedzi tylko w tym celu, by przez następną obróbkę chemiczną nadać pokrytym przedmiotom odpowiednie zabarwienie. Tworząca się w czasie obróbki chemicznej na powierzchni metalu warstewka tlenków może zabarwić przedmioty na kolory żółty, pomarańczowy, czerwony, fioletowy, brązowy do czarnego, a nawet niebieskawy, podczas gdy siarczek miedzi(II) może zabarwić na kolor popielatoszary do niebieskoczamego. Zasadowe sole miedzi nadają powierzchniom zabarwienie zielonkawe o różnym odcieniu.

Do wytwarzania warstewek tlenkowych na miedzi i jej stopach stosuje się głównie roztwór o składzie [12.16]:

wodorotlenek sodu, NaOH    50 g/1

nadsiarczan potasu, K₂S₂0₈    8 g/1

Temperatura 50°C; czas zanurzenia do 15 min.

Elektrochemiczne wytwarzanie tlenkowej powłoki na aluminium nazywa się często anodowym oksydowaniem (anodowaniem), proces ten prowadzi się bowiem anodowo w roztworze kwasu siarkowego lub w roztworach kwasów organicznych — kwasu cytrynowego (umożliwiającego otrzymywanie nieporowatych powłok cienkich, ok. 1 -t-2 pm) lub kwasu szczawiowego (gdy należy wytworzyć grubsze powłoki, do 60 pm, odporne na ścieranie).

Najtańszym i najczęściej stosowanym roztworem do anodowania jest kwas siarkowy (150-=-180 g/1 l-^SOJ. Wytwarzane w nim powłoki są przezroczyste i twarde oraz łatwo dają się barwić. Stosuje się gęstość prądu w granicach 1-^2 A/dm^? przy napięciu 12 h- 20 V w zależności od rodzaju stopu glinu. W kąpieli z H₂S0₄ należy dążyć do pracy przy możliwie najniższych temperaturach (do 22°C).

12.2.8. Badania jakości powłok galwanicznych

Powłoki galwaniczne, które powinny charakteryzować się głównie dekoracyjnym wyglądem, są poddawane przede wszystkim ocenie wizualnej. Ocenia się wtedy: połysk i gładkość powłok, ich barwę oraz strukturę osadzonej warstwy.

Oprócz wzrokowej oceny osadzanych powłok, przeprowadza się często badania za pomocą przyrządów tych właściwości powłok, które są ważne ze względu na ich przeznaczenie i użytkowanie. W szczególności badaniom poddaje się: naprężenia wewnętrzne występujące w powłokach, ich twardość oraz przyczepność do metalu podłoża. W przypadku powłok stykowych określa się również rezystancję przejścia oraz odporność na ścieranie wydzielonych powłok.

Dość duże naprężenia wewnętrzne w powłokach galwanicznych są związane ze znacznym stopniem zdefektowania struktury tych powłok. Naprężenia wewnętrzne można podzielić na obce i własne. Naprężenia obce zależą od metalu podłoża, natomiast naprężenia własne powstają niezależnie od podłoża i są charakterystyczną cechą danej powłoki. Wartość naprężeń własnych w powłokach jest zmienna i zależy od wielu czynników', głównie od składu kąpieli i parametrów pracy przy ich osadzaniu.

Zbyt duże wartości naprężeń własnych w powłokach są bardzo szkodliwe, gdyż wywołują ich pękanie i rozwarstwianie. W celu zmniejszenia tych naprężeń dodaje się do kąpieli, zwłaszcza do osadzania błyszczących powłok, specjalne dodatki antynaprę-żeniowe.

Naprężenia własne w powłokach galwanicznych są mierzone podczas ich osadzania. Przyrządy stosowane do tego celu nazywają się kontraktometrami. Rejestrują one odkształcenie specjalnej próbla (blaszki) pokrywanej jednostronnie powłoką galwaniczna. Naprężenia rozciągające stwarzają tendencję do powiększania tej próbki; w przypadku zas naprężeń ściskających — działanie jest odwrotne. Budowę kontraktometrów opisano w monografiach specjalistycznych [12.1] i [12.17].

Jedną z najczęściej określanych właściwości powłok galwanicznych jest jednak ich twardość. Jest ona uzależniona w dużej mierze od struktury tych powłok. Wzrost twardości następuje na ogół w miarę wzrastających zniekształceń sieci krystalicznej, typowych dla budowy polikrystalicznej metali, w tym również powłok metalowych.

Metale osadzane galwanicznie charakteryzują się większą twardością niż metale otrzymywane w procesach hutniczych. Wzrost twardości elektrolitycznie otrzymanych metali jest m.in. wynikiem powstawania w sieci osadzanego metalu dyslokacji, wbudowywania się substancji powierzchniowo czynnych, wnikania w sieć cząsteczkowego wodoru oraz budowy drobnoziarnistej.

Ze względu na niewielką grubość powłok elektrolitycznych mierzona jest w zasadzie ich mikrotwardośi, przy obciążeniu wgłębnika wynoszącym najczęściej 0,01 -t-2 N. Jako wgłębnik jest wykorzystywana diamentowa piramidka Vickersa lub piramidka Knoopa. Ta ostatnia nadaje się szczególnie do pomiaru twardości cienkich warstw' z uwagi na mniejsze zagłębienie w materiał przy pomiarze.

Przyczepność powłok ocenia się głównie jakościowo, chociaż opracowano również metody ilościowe [12.1]. Jedna z metod jakościowych, stosowana również do powłok niemetalowych, polega na nacięciu badanej powłoki siatką rys przecinających się pod kątem prostym i sięgających w głąb aż do podłoża. Odstęp rys wynosi ok. 3 mm. Przy małej przyczepności obserwuje się zluszczenic i odwarstwienie czworoboków powłoki między rysami.

Inną metodą jakościową, stosowaną często przez praktyków, jest metoda szybkich zmian temperatury. Polega ona na wykorzystaniu różnego współczynnika rozszerzalności cieplnej powłoki i podłoża. Badany przedmiot ogrzewa się do odpowiedniej temperatury, charakterystycznej dla danego układu podłożc-powłoka, po czym w rzuca się go do zimnej wody. Brak złuszczeń i pęcherzy świadczy o dobrej przyczepności.

Rezystancja przejścia występuje w miejscach styku powierzchni przewodzących prąd elektryczny. Miejsca te, mimo' najlepszej obróbki powierzchniowej, mają powierzchnię przewodzenia prądu znacznie mniejszą niż to wynika z. geometrii konstrukcji. Rezystancja takiego zestyku o danej powierzchni geometrycznej będzie znacznie większa niż stałego połączenia dwóch takich samych powierzchni metalicznych.

Pomiar rezystancji przejścia polega na porównaniu spadku napięcia na oporniku wzorcowym ze spadkiem napięcia na rezystancji mierzonej. Pomiarów dokonuje się za pomocą mostka pomiarowego, na gotowych elementach stykowych, np. łączówkach teletransmisyjnych, lub w praktyce laboratoryjnej, posługując się różnego rodzaju urządzeniami specjalnie przystosowanymi do tego typu pomiarów.

Wzrost odporności powłok na ścieranie zależy w dużej mierze od wzrostu ich twardości. Nie można jednak tych właściwości powłok utożsamić. Proces zużycia na ścieranie zależy bowiem nie tylko od tw^rardości, lecz również od innych czynników, np. od współczynnika tarcia czy defektów struktury powłok wpływających na ich plastyczność. Ze względu na brak ujednoliconej metodyki pomiaru ścieralności, tę właściwość powłok bada się zwykle w warunkach najbardziej zbliżonych do warunków eksploatacji.

12.2.9. Badanie korozyjne powłok

Ze względu na mechanizm ochrony metalu podłoża przed korozją, powłoki galwaniczne osadzone na tym metalu można podzielić najogólniej na powłoki anodowe i powłoki katodowe. Powłoki anodowe są wykonane z metalu, który' w określonym środowisku korozyjnym charakteryzuje się potencjałem elektrochemicznym bardziej ujemnym od potencjału metalu podłoża. Powłoka wtedy nie tylko izoluje metal podłoża od środowiska zewnętrznego, ale w przypadku jej uszkodzenia lub wady (pęknięcie, uszkodzenie mechaniczne, porowatość) nadal spełnia funkcję ochronną, ulegając sama korozji. Przykładem może by'ć powłoka cynkowa na stali. Za powłoki katodowe uważa się natomiast te, których potencjał jest w danym środowisku korozyjnym bardziej dodatni niż metal podłoża. Ochrona podłoża polega wówczas jedynie na izolującym działaniu powłoki, nie ulegającej korozji (rys. 12.11). Przykładem może być powłoka niklowa na stali.

Badania korozyjne powłok polegają na poddawaniu gotowych wyrobów lub tylko próbek, działaniu mniej lub bardziej złożonego naturalnego lub sztucznego środowiska korozyjnego, którego składniki oddziałują chemicznie lub elektrochemicznie na metal podłoża lub powłokę galwaniczną.