Гальванические покрытия. Технологии, храктеристики, применения

Ю.Д. ГАМБУРГ

Второе издание, 
переработанное и дополненное

ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ

ТЕХНОЛОГИИ • ХАРАКТЕРИСТИКИ • ПРИМЕНЕНИЯ

Þ.Ä. Ãàìáóðã
Ãàëüâàíè÷åñêèå ïîêðûòèÿ. Òåõíîëîãèè, õàðàêòåðèñòèêè, ïðèìåíåíèÿ: Ó÷åáíî-ñïðàâî÷íîå ðóêîâîäñòâî / Þ.Ä. Ãàìáóðã –
2-å èçä. ïåðåðàáîòàííîå è äîïîëíåííîå – Äîëãîïðóäíûé: Èçäàòåëüñêèé Äîì «Èíòåëëåêò», 2018. – 240 ñ.

ISBN 978-5-91559-235-2

 ðóêîâîäñòâå îáîáùåíû è ñèñòåìàòèçèðîâàíû äàííûå ïî ñîâðåìåííîé ãàëüâàíîòåõíèêå â ïðèáîðîñòðîåíèè, ýëåêòðîíèêå,
ìàøèíîñòðîåíèè è ëàáîðàòîðíîé ïðàêòèêå. Ïðèâåäåíû ïîäðîáíûå ñâåäåíèÿ îá ýëåêòðîõèìèè êàòîäíûõ è àíîäíûõ ïðîöåññîâ â
ãàëüâàíîòåõíèêå, î ðîëè êîìïîíåíòîâ ðàñòâîðîâ è óñëîâèé ýëåêòðîîñàæäåíèÿ.
Äåòàëüíî ðàññìîòðåíû ïðèíöèïû âûáîðà îïòèìàëüíûõ ïðîöåññîâ, ïðåèìóùåñòâà è íåäîñòàòêè êàæäîãî âèäà ïîêðûòèé, èõ ôóíêöèîíàëüíûå õàðàêòåðèñòèêè, ðåöåïòóðà ðàñòâîðîâ, ìåòîäû èõ
ïðèãîòîâëåíèÿ è êîððåêòèðîâàíèÿ. Ïðèâåäåíû ðåæèìû ðàáîòû è
ðàçîáðàíû îñîáåííîñòè ýêñïëóàòàöèè ãàëüâàíè÷åñêèõ âàíí.
Ðàññìîòðåíû ìåòîäû êîíòðîëÿ ôèçè÷åñêèõ ñâîéñòâ è ñòðóêòóðû ïîêðûòèé, îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ ðàçëè÷íûõ âèäîâ ïîêðûòèé.

Ñïðàâî÷íèê ïðåäíàçíà÷åí äëÿ ñòóäåíòîâ è ïðåïîäàâàòåëåé òåõíè÷åñêèõ è õèìèêî-òåõíîëîãè÷åñêèõ ñïåöèàëüíîñòåé, òåõíîëîãîâ,
êîíñòðóêòîðîâ è èíæåíåðîâ ãàëüâàíè÷åñêèõ ïðîèçâîäñòâ â ýëåêòðîíèêå, ïðèáîðîñòðîåíèè è ìàøèíîñòðîåíèè.

© 2017, Þ.Ä. Ãàìáóðã
© 2018, ÎÎÎ Èçäàòåëüñêèé Äîì
«Èíòåëëåêò», îðèãèíàë-ìàêåò,
îôîðìëåíèå

ISBN 978-5-91559-235-2

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие ко второму изданию ........................................................................................  9

Глава 1. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ, 
НАЗНАЧЕНИЕ ПОКРЫТИЙ И ИХ ВЫБОР .......................................................................11
 
1.1. Общие сведения..........................................................................................................11
 
1.2.  Электрохимические процессы при нанесении гальванопокрытий. ......................12
 
1.3. Выбор материалов и процессов. ...............................................................................18
 
 
1.3.1. Удельное электрическое сопротивление и сопротивление контактов .........19
 
 
1.3.2. Коррозионные свойства гальванопокрытий ...................................................24
 
 
1.3.3. Паяемость ..........................................................................................................26
 
 
1.3.4. Рост нитевидных кристаллов на оловянных покрытиях ..............................28
 
 
1.3.5. Магнитные свойства .........................................................................................31
 
 
1.3.6. Твердость и износостойкость, антифрикционные свойства.........................33
 
 
1.3.7. Обеспечение специальных функциональных свойств. .................................36
 
1.4.  Механические свойства, характерные для всех гальванопокрытий .....................37
 
 
1.4.1. Адгезия (сцепляемость с поверхностью основы) .........................................37
 
 
1.4.2. Пластичность и прочность ...............................................................................39
 
 
1.4.3. Внутренние механические напряжения..........................................................42
 
1.5. Выбор толщины покрытия ........................................................................................44
 
1.6. Выбор типа электролита ............................................................................................45
 
Глава 2. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ НАНЕСЕНИЯ 
ПОКРЫТИЙ ............................................................................................................................47
 
2.1.  Электрические условия проведения процессов электроосаждения. ....................47
 
 
2.1.1. Плотность тока. Закон Фарадея .......................................................................47
 
 
2.1.2. Выход по току....................................................................................................53
 
 
2.1.3. Электродный потенциал и перенапряжение ..................................................55
 
 
2.1.4. Напряжение на ванне. Электросопротивление раствора ..............................61
 
2.2.  Температурные и прочие условия электроосаждения ............................................64
 
2.3. Составы растворов для электроосаждения металлов и сплавов ...........................68
 
 
2.3.1. Основные компоненты .....................................................................................68
 
 
2.3.2.  Измерения кислотности и буферирование. 
 
 
 
Стабилизация рН в гальванических ваннах ...................................................69
 
 
2.3.3. Вспомогательные вещества (добавки) ............................................................71

GAmburg_15.indd   5
GAmburg_15.indd   5
2/8/18   5:49 PM
2/8/18   5:49 PM

Оглавление

 
2.4. Стадии электрохимических процессов ....................................................................73
 
 
2.4.1. Общая характеристика стадийности ...............................................................73
 
 
2.4.2. Стадия переноса вещества ...............................................................................74
 
 
2.4.3. Стадия химической реакции ............................................................................76
 
 
2.4.4. Стадия переноса заряда ....................................................................................77
 
 
2.4.5. Адсорбционные явления ..................................................................................78
 
 
2.4.6. Стадия образования зародышей (нуклеация) ................................................79
 
 
2.4.7. Стадия поверхностной диффузии ...................................................................81
 
2.5. Общая величина перенапряжения ............................................................................82
 
2.6.  Омическое падение напряжения вблизи катода. .....................................................85
 
2.7.  Поляризуемость (поляризационное сопротивление) ..............................................86
 
2.8. Распределение тока по поверхности электрода ......................................................87
 
 
2.8.1. Макро- и микрораспределение, первичное и вторичное 
 
 
 
распределение тока. ..........................................................................................87
 
 
2.8.2. Рассеивающая способность .............................................................................90
 
 
2.8.3. Улучшение равномерности распределения металла на катоде ....................94
 
 
2.8.4. Шероховатость поверхности гальванопокрытий. 
 
 
 
Эволюция микропрофиля при электроосаждении. 
 
 
 
Блестящие гальванопокрытия .........................................................................96
 
2.9. Анодные процессы ...................................................................................................100
 
2.10.  Нестационарные электрические режимы осаждения металлов ........................105
 
 
2.10.1. Виды нестационарных токов, средняя и допустимая плотности тока. ...105
 
 
2.10.2. Размер зерен осадков, распределение тока и металла 
 
 
 
при нестационарном электролизе. ...............................................................106
 
 
2.10.3. Получение композиционно-модулированных гальванопокрытий ...........107
 
2.11. Особенности электроосаждения сплавов .............................................................108
 
2.12.  Особенности электроосаждения из комплексных электролитов 
 
 
и в присутствии ПАВ. ............................................................................................110
 
2.13. Композиционные гальванические покрытия .......................................................111
 
2.14. Различные способы нанесения покрытий ............................................................113
 
 
2.14.1. Осаждение на изделия, расположенные на подвесках ..............................113
 
 
2.14.2. Осаждение в барабанах и колоколах ...........................................................113
 
 
2.14.3. Локальное (селективное) осаждение и электронатирвание ......................114
 
2.15.  Пример расчета параметров электроосаждения ..................................................114
 
Глава 3. ТЕХНОЛОГИЯ ОСАЖДЕНИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ ...........................117
 
3.1.  Подготовка поверхности основы и вспомогательные операции .........................117
 
 
3.1.1. Механическая обработка ................................................................................117
 
 
3.1.2. Химическое и электрохимическое обезжиривание .....................................118
 
 
3.1.3. Травление .........................................................................................................119
 
 
3.1.4. Декапирование (активация) ...........................................................................123
 
 
3.1.5. Электрополирование .......................................................................................124
 
 
3.1.6. Цинкатная обработка и прочие методы подготовки....................................124

GAmburg_15.indd   6
GAmburg_15.indd   6
2/8/18   5:49 PM
2/8/18   5:49 PM

Оглавление 

 
 
3.1.7. Вода в гальваническом производстве. Промывка. ......................................125
 
 
3.1.8. Обработка покрытых изделий .......................................................................126
 
3.2. Электроосаждение цинка и его сплавов ................................................................127
 
 
3.2.1. Свойства и области применения цинковых покрытий ...............................127
 
 
3.2.2. Типы и составы растворов. Условия осаждения .........................................128
 
 
3.2.3. Приготовление, эксплуатация и корректирование электролитов...............130
 
 
3.2.4. Аноды ...............................................................................................................132
 
 
3.2.5. Послеэлектрозизная обработка; удаление покрытий ..................................133
 
 
3.2.6. Добавки для цинкования ................................................................................133
 
 
3.2.7. Неполадки при цинковании ...........................................................................134
 
 
3.2.8. Осаждение сплавов цинка ..............................................................................134
 
3.3. Осаждение кадмия и его сплавов ...........................................................................135
 
 
3.3.1. Положительные и отрицательные качества, области применения. ...........135
 
 
3.3.2. Состав и приготовление электролитов. ........................................................136
 
 
3.3.3. Осаждение сплавов на основе кадмия ..........................................................138
 
3.4. Осаждение меди и ее сплавов .................................................................................138
 
 
3.4.1. Свойства и области применения медных покрытий ...................................138
 
 
3.4.2. Составы растворов для осаждения меди ......................................................140
 
 
3.4.3. Приготовление и очистка растворов .............................................................142
 
 
3.4.4. Механизм и кинетика осаждения ..................................................................144
 
 
3.4.5. Особенности процессов, аноды, добавки. Удаление покрытий 
 
 
 
низкого качества ..............................................................................................144
 
 
3.4.6. Неполадки при меднении ...............................................................................146
 
 
3.4.7. Осаждение латуни и бронзы ..........................................................................147
 
3.5.  Электроосаждение никеля и его сплавов ..............................................................149
 
 
3.5.1. Свойства и области применения ...................................................................149
 
 
3.5.2. Составы электролитов ....................................................................................151
 
 
3.5.3. Приготовление, очистка и корректирование растворов, аноды .................155
 
 
3.5.4. Органические добавки, применяемые при никелировании. ......................156
 
 
3.5.5. Осаждение сплавов на основе никеля ..........................................................157
 
 
3.5.6. Неполадки при никелировании .....................................................................158
 
 
3.5.7. Удаление некачественных покрытий ............................................................159
 
3.6. Электроосаждение хрома ........................................................................................159
 
 
3.6.1. Свойства хромовых покрытий и области их применения ..........................159
 
 
3.6.2. Состав и приготовление электролитов .........................................................161
 
 
3.6.3. Условия хромирования ...................................................................................163
 
 
3.6.4. Аноды ...............................................................................................................164
 
 
3.6.5. Корректирование электролита .......................................................................165
 
 
3.6.6. Неполадки при хромировании .......................................................................165
 
 
3.6.7. Хромирование из растворов на основе трехзарядных ионов хрома .........166
 
3.7. Железо и его сплавы ................................................................................................166
 
 
3.7.1. Применение железных покрытий и состав растворов ................................166
 
 
3.7.2. Электроосаждение сплавов железа ...............................................................168

GAmburg_15.indd   7
GAmburg_15.indd   7
2/8/18   5:49 PM
2/8/18   5:49 PM

Оглавление

 
3.8.  Легкоплавкие металлы: Sn, Pb, Bi, Sb, In, их cплавы ..........................................170
 
 
3.8.1. Олово ................................................................................................................170
 
 
3.8.2. Сплавы олово – свинец, олово – висмут, олово – цинк ..............................175
 
 
3.8.3. Свинец ..............................................................................................................176
 
 
3.8.4. Висмут ..............................................................................................................178
 
 
3.8.5. Сурьма ..............................................................................................................178
 
 
3.8.6. Индий ...............................................................................................................179
 
3.9. Осаждение серебра и его сплавов ..........................................................................180
 
 
3.9.1. Области применения покрытий из серебра .................................................181
 
 
3.9.2. Составы растворов, их приготовление и очистка........................................181
 
 
3.9.3. Катодные и анодные процессы ......................................................................184
 
 
3.9.4. Сплавы серебра с сурьмой, медью и палладием .........................................184
 
3.10. Электроосаждение золота и его сплавов..............................................................186
 
 
3.10.1. Свойства и области применения золотых покрытий .................................186
 
 
3.10.2. Типы растворов, составы и условия осаждения ........................................187
 
 
3.10.3. Приготовление растворов и проведение процессов ..................................188
 
 
3.10.4. Осаждение сплавов золота ...........................................................................189
 
 
3.10.5. Удаление покрытий .......................................................................................190
 
3.11. Платиновые металлы: Pd, Pt, Rh ...........................................................................190
 
 
3.11.1. Палладий.........................................................................................................190
 
 
3.11.2. Платина ...........................................................................................................192
 
 
3.11.3. Родий ...............................................................................................................193
 
3.12.  Электрокаталитическое (химическое) восстановление металлов .....................195
 
 
3.12.1. Общие сведения .............................................................................................195
 
 
3.12.2. Предварительные операции..........................................................................195
 
 
3.12.3. Состав и приготовление растворов .............................................................196
 
3.13.  Наиболее распространенные общие нарушения процессов 
 
 
нанесения покрытий, их причины и методы устранения ...................................197

Глава 4. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ И СТРУКТУРЫ 
ГАЛЬВАНОПОКРЫТИЙ .....................................................................................................199
 
4.1.  Измерения удельного электрического сопротивления .........................................199
 
4.2.  Измерения других электрических свойств ............................................................202
 
4.3. Измерения прочности и пластичности ..................................................................204
 
4.4. Измерения микротвердости. ...................................................................................205
 
4.5. Измерения внутренних напряжений ......................................................................208
 
4.6. Измерения паяемости ..............................................................................................210
 
4.7.  Измерения сцепляемости покрытий с основой ....................................................210
 
4.8. Измерения пористости покрытий ...........................................................................212
 
4.9.  Определение коррозионной стойкости изделий с покрытием ............................213
 
4.10. Измерения толщины покрытий .............................................................................214
 
4.11.  Особенности структуры гальванопокрытий ........................................................217

GAmburg_15.indd   8
GAmburg_15.indd   8
2/8/18   5:49 PM
2/8/18   5:49 PM

ПРЕДИСЛОВИЕ 
КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ

Электрохимические – к ним мы здесь условно относим также химико-каталитические и некоторые чисто химические – методы 
нанесения металлических покрытий и модификации поверхности широко применяются и интенсивно развиваются. Этим и обусловлен выход в свет данного справочника. Для второго издания 
(первое было опубликовано в 2006 году) текст полностью переработан, в него внесен ряд исправлений, уточнений и дополнений.
Справочник отражает почти шестидесятилетнюю (начиная 
с 1958 года) практическую работу автора с самыми разнообразными электролитами и процессами электрохимического получения гальванопокрытий в лабораторных и производственных условиях, а также исследования свойств покрытий, выполненные 
им в основном в Институте физической химии и электрохимии 
им. А. Н. Фрумкина РАН и в РХТУ им. Д. И. Менделеева. 
Первая глава книги представляет собой краткое введение 
в предмет гальванотехники, в ней также даны необходимые сведения о важнейших свойствах гальванических покрытий. Вторая 
глава посвящена электрохимическим основам гальванотехники. 
Основную часть материала третьей главы составляет описание 
конкретных процессов нанесения покрытий, причем сведения 
о составе ванн, их приготовлении и технологических особенностях приведены по возможности по единой схеме. 
Наряду с этим книга содержит сведения о методах исследовательской и лабораторной работы в данной области (четвертая 
глава). 
Весь этот материал представлен в максимально сжатой фор ме, поэтому некоторые технологические процессы, имеющие 
промышленное значение, не нашли здесь отражения. Так, в книге 

GAmburg_15.indd   9
GAmburg_15.indd   9
2/8/18   5:49 PM
2/8/18   5:49 PM

Предисловие ко второму изданию

приведен лишь минимум, с точки зрения автора, сведений о механической обработке поверхности, о таких вспомогательных 
операциях как промывка и термообработка и о проблемах экологии. Не включены в справочник данные о нанесении оксидных и фосфатных защитных слоев, вопросы оборудования гальванических производств, а также химического анализа растворов 
и покрытий. Подробную информацию в данных областях следует искать в более представительных специализированных 
справочниках и монографиях, перечисленных в списке литературы. В книгу также не включены многие устаревшие сведения, которые, к сожалению, до сих пор встречаются в учебниках 
и справочниках по гальванопокрытиям.
Ю.Д. Гамбург

GAmburg_15.indd   10
GAmburg_15.indd   10
2/8/18   5:49 PM
2/8/18   5:49 PM

1.1. 
Общие сведения

Классификация покрытий. Процессы электрохимического нанесения металлических, комбинированных и неметаллических покрытий используются практически во всех отраслях техники – от металлургии и тяжелого 
машиностроения до микроэлектроники и нанотехнологий. С помощью электрохимических технологий получают металлы высокой чистоты (в том числе высокочистую медь), цинкуют кузова автомобилей, изготовляют печатные платы, 
аноды электролитических конденсаторов, покрывают золотом контакты изделий 
микроэлектроники. Сейчас наиболее интенсивно развивающиеся области применения гальванопокрытий связаны с электроникой, информационными технологиями, энергетикой и приборостроением, поэтому в данном справочном пособии 
наибольшее внимание уделено этой стороне применения гальванических покрытий. При этом номенклатура покрытий с точки зрения применяемых материалов 
также весьма широка – от железа до родия и платины и от простейших защитных слоев до сложных сплавов и многокомпонентных структур. Поэтому классификация покрытий и процессов может быть лишь очень приблизительной.
Самая простая классификация принята в машиностроении и состоит в разделении всех покрытий на три типа – функциональные, коррозионно-защитные 
и защитно-декоративные. 
Функциональные покрытия включают все многообразие поверхностных 
слоев, наносимых с целью той или иной модификации поверхности – например, 
увеличения твердости, поверхностной электропроводности, улучшения электроконтактных свойств, паяемости, изменения коэффициента трения (в любую сторону), увеличения износостойкости, придания электроизоляционных, магнитных 
или каких-либо специальных свойств. 
Коррозионно-защитные покрытия наносятся для защиты поверхности тех 
или иных изделий от коррозии в процессе их эксплуатации либо просто в поме
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ 
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ, 
НАЗНАЧЕНИЕ ПОКРЫТИЙ 
И ИХ ВЫБОР

Г Л А В А
1

GAmburg_15.indd   11
GAmburg_15.indd   11
2/8/18   5:49 PM
2/8/18   5:49 PM

Глава 1. Области применения электрохимических покрытий 

щении, либо под открытым небом, либо в каких-то особых климатических условиях (например, морских), либо в условиях специфической химической среды, 
например, в щелочных растворах. 
Защитно-декоративные покрытия имеют целью, наряду с функцией защиты 
от коррозии, также придание поверхности внешнего вида, требуемого дизайном 
изделия. Примерами могут служить золочение серебряных изделий в ювелирной 
практике или хромирование некоторых внешних деталей автомобиля.
Реальные покрытия часто совмещают несколько функций. Одно и то же покрытие может одновременно служить и для защиты основы от химической коррозии, и повышать износостойкость поверхности. При разработке электронной 
аппаратуры нередко решается задача обеспечения нужной поверхностной электропроводности и переходного (контактного) сопротивления при заданной контактной механической нагрузке, а также сохранение стабильности этих характеристик. В любом случае основной целью нанесения традиционных покрытий 
является изменение каких-либо свойств поверхности, в том числе внешнего 
вида. 
Из новейших, наиболее перспективных направлений развития гальванотехники можно указать изготовление интегральных схем, устройств магнитной записи, а также мультислойных структур, состоящих из чередующихся тонких 
слоев разных металлов. Интенсивно развивается селективное нанесение покрытий и получение сверхтонких слоев. Достигнута, например, возможность получения рисунка с линиями шириной менее 0,02 мкм и слоев толщиной менее 10 нм. Матричное, или темплатное, осаждение – это выделение металла на 
строго определенных местах специально подготовленной основы, которая затем удаляется. Этот метод позволяет получать, например, так называемые нанопроволоки и более сложные наноструктуры путем выделения металла в порах оксидной или полимерной матрицы, нанесенной на проводящий катод, или 
в пустотах коллоидного кристалла с упорядоченной трехмерной структурой.
В лабораторной практике гальванотехника практикуется главным образом 
для защиты поверхности от коррозии, получения зеркальных отражающих поверхностей или для чернения деталей аппаратуры.

1.2. 
 Электрохимические процессы при нанесении 
гальванопокрытий 

В данном разделе максимально кратко рассмотрены важнейшие 
стороны процессов нанесения гальванических покрытий, которые в последующих главах изложены с необходимыми подробностями. Поэтому необходимо 
предупредить читателя, что здесь могут иметь место некоторые упрощения, связанные с краткостью изложения.

GAmburg_15.indd   12
GAmburg_15.indd   12
2/8/18   5:49 PM
2/8/18   5:49 PM

1.2. Электрохимические процессы при нанесении гальванопокрытий 

Катодный процесс. Суть процесса электроосаждения (по-английски 
electroplating, или electrodeposition) состоит в том, что изделие, поверхность 
которого обладает электрической проводимостью, помещают (обычно подвешивают) в токопроводящий раствор, содержащий материал будущего покрытия в виде ионов, например, Ni2+, а также, возможно, и в виде незаряженных 
частиц, например, AgCN. Для получения такого раствора, который называют 
«электролит» или «ванна» в воде растворяют какое-либо химическое соединение данного металла (обычно соль), например, сульфат никеля. Если покрываемое изделие не проводит тока, то на его поверхность предварительно наносят 
электропроводный слой. Далее его подключают в качестве катода, т.е. к отрицательному полюсу источника постоянного тока (выпрямителя, иногда аккумуляторной батареи) и включают ток. Иногда – это обязательно оговаривается – 
изделие погружают в раствор, заранее подав на него (изделие) электрическое 
напряжение; причины этого ниже будут обсуждены подробно. В производственных условиях изделие обычно подвешивают с помощью специальной 
подвески на медную штангу, к которой ток уже подведен, и поэтому 
процесс осаждения начинается уже 
в момент контакта подвески со штангой. При этом ионы осаждаемого металла, находящиеся в непосредственной близости к поверхности катода, 
получают с него электроны и превращаются в атомы металла, которые 
постепенно образуют слой на поверхности. В случае осаждения никеля это записывают как Ni2+ + 2е = 
Ni (знак минус в обозначении электрона подразумевается). Здесь для 
превращения двухзарядного иона 
в атом никеля потребовалось два электрона. Процессы присоединения электронов называют электровосстановлением.
Получаемая новая поверхность остается металлической, то есть проводящей, 
и процесс продолжается до тех пор, пока мы не выключим ток (разорвем электрическую цепь, снимем подвеску со штанги) или пока в растворе есть ионы 
никеля. По окончании процесса изделие с покрытием извлекают из раствора, 
тщательно промывают водой и сушат.
Осаждение производится в сосуде с химически стойкой внутренней поверхностью (который называют электролизером, гальванической ванной, электро
Рис. 1. Устройство для нанесения гальванопокрытий. 1 – аноды, 2 – покрываемое изделие (катод), 3 – раствор электролита

GAmburg_15.indd   13
GAmburg_15.indd   13
2/8/18   5:49 PM
2/8/18   5:49 PM

Глава 1. Области применения электрохимических покрытий 

литической ванной, а в лабораторном масштабе – электролитической ячейкой). 
Емкость электролизера может составлять от нескольких миллилитров до тысяч 
литров. Конструкции электролизеров и ячеек весьма разнообразны и обычно 
содержат ряд дополнительных устройств и приспособлений – для подогрева, 
для удаления выделяющихся газов, для перемешивания, для размещения деталей на подвесках и т.д. Лабораторные ячейки изготовляют из химически стойкого стекла или фторопласта.
Аноды и анодные процессы. Чтобы электрический ток проходил через раствор, нужно, чтобы цепь была замкнута, для чего необходимо поместить в раствор еще один электрод – анод, который соединяют с положительным полюсом 
источника тока. Часто в ванну подвешивают несколько анодов. Анод наряду 
с этим может (хотя и не обязательно) выполнять еще одну функцию: он служит 
источником тех самых ионов, которые расходуются на катоде. В рассмотренном 
выше случае для этого достаточно использовать никелевый анод. При прохождении тока он будет растворяться, давая нужные ионы Ni2+. Если используется 
нерастворимый анод, например, угольный, то время от времени необходимо корректировать состав раствора, добавляя нужное вещество, скажем, сернокислый 
никель (существуют и другие причины, по которым следует корректировать состав раствора). На поверхности нерастворимого анода происходит выделение 
кислорода, образование ионов водорода или какие-либо другие процессы электроокисления – в зависимости от состава раствора и материала анода. Анодом 
в электрохимии в общем случае как раз и называется электрод, на котором происходят окислительные процессы. В заводских условиях применяются массивные металлические аноды, а в лабораторных используют либо пластины, либо 
свернутую (свитую) проволоку из того металла, которым покрывается деталь 
(за исключением хрома и некоторых специальных случаев). 
Схема процесса в целом (в виде простейшей лабораторной установки) показана на рис.1.
Когда покрытие наносится без внешнего источника тока (так называемое 
«электрокаталитическое», «химическое», или «беcтоковое» – по-английски 
electroless – осаждение), в большинстве случаев процесс все равно имеет электрохимическую природу, только источником электронов является какое-либо вещество в растворе («восстановитель»). Вещество восстановителя в таких случаях попадает в состав покрытия, поэтому, например, никель, восстановленный 
гипофосфитом, содержит фосфор, а восстановленный борогидридом – бор. 
Некоторые покрытия образуются в результате химических или электрохимических процессов с участием самого материала поверхности. Примером может служить оксидирование алюминия или фосфатирование стали. В данном 
справочнике рассмотрены только катодные процессы с выделением металлов 
или сплавов.

GAmburg_15.indd   14
GAmburg_15.indd   14
2/8/18   5:49 PM
2/8/18   5:49 PM

1.2. Электрохимические процессы при нанесении гальванопокрытий 

В целом электрохимическая сторона процессов более подробно изложена в гл. 2. Там же показано, как выполнить расчет длительности процесса 
для осаждения покрытия нужной толщины, а также другие технологические 
расчеты.
Условия проведения процессов: напряжение, ток, температура, время, 
гидродинамика. Электрическое напряжение, которое применяется при электроосаждении, составляет всего несколько вольт, иногда до 12 – 15 вольт. Величина 
силы тока зависит от размера покрываемого изделия и чаще всего соответствует 
плотности тока в 2 – 4 ампера на квадратный дециметр поверхности. При этом 
скорость осаждения металла тем больше, чем выше плотность тока и составляет в среднем около 0,5 мкм в минуту (хотя имеются как более медленные, так 
и значительно более скоростные процессы). Поэтому если площадь покрываемой поверхности составляет около 1 квадратного метра, то есть 100 квадратных дециметров, то требуется ток в сотни ампер (и соответствующие выпрямители). Многие ванны рассчитаны на суммарный ток в несколько тысяч ампер. 
Процессы проводят обычно при температуре 30 – 60 оС, но в ряде случаев 
можно работать и при комнатной температуре. Часто используется механическое или воздушное перемешивание раствора, либо движение (например, качание вверх-вниз) катода. Это позволяет интенсифицировать процесс, то есть 
увеличить рабочий ток. В лабораторных условиях применяют вращение катода, что одновременно является и одним из методов исследования процесса. 
Длительность получения покрытия может составлять от нескольких секунд до 
нескольких часов, наиболее характерная длительность осаждения – от нескольких минут до десятков минут.
Состав растворов. Растворы почти всегда используются водные. Кроме основного вещества – источника осаждаемого материала, в них вводят много вспомогательных, каждое из которых выполняет какую-либо специальную функцию, 
например, улучшает электропроводность раствора, способствует получению 
блестящей поверхности, препятствует выпадению нежелательного осадка в объеме ванны, и т.д. Процедура приготовления раствора всегда очень подробно 
описывается и должна неукоснительно соблюдаться, причем крайне желательно 
пользоваться максимально чистыми реактивами и максимально чистой водой. 
Каждый тип растворов имеет свой список особо нежелательных загрязнений.
В процессе работы составы растворов изменяются и, как уже было сказано, должны периодически корректироваться. При случайном попадании 
в раствор некоторых примесей ход процесса осаждения резко нарушается, 
и тогда необходима либо тщательная очистка, либо полная замена раствора. 
В литературе состав электролитов приводят или в граммах на литр всего раствора (не растворителя!), т. е. г/л, или в молях на литр (М). Эта традиция связана с методом приготовления растворов: как правило, берут воду в количестве 

GAmburg_15.indd   15
GAmburg_15.indd   15
2/8/18   5:49 PM
2/8/18   5:49 PM

Глава 1. Области применения электрохимических покрытий 

0,5 – 0,7 от общего нужного объема 
раствора и последовательно растворяют в ней рассчитанные количества веществ (некоторые вещества растворяют отдельно и вводят 
уже в виде растворов). Если это 
оговорено, то доводят до необходимого уровня кислотность (рН) 
раствора. Последней операцией 
является доведение общего объема 
раствора и его кислотности до необходимой величины. В гл. 3 описаны как составы растворов, так 
и процедуры их приготовления.
Подготовка поверхности основы. Это один из важнейших моментов при нанесении покрытий. 
Успех всего процесса в первую 
очередь зависит от того, насколько 
хорошо подготовлена поверхность основы к нанесению покрытия (основу называют также «подложка» или «субстрат»). Если на поверхности останутся 
следы неметаллических или органических веществ, даже в виде очень тонких 
пленок, то это резко ухудшит сцепление покрытия с основой. Может быть нарушена сплошность покрытия, в нем могут образоваться поры. В результате 
материал покрытия во время эксплуатации, или даже сразу после нанесения, 
начнет отслаиваться (отшелушиваться) от поверхности. Испытание на адгезию 
(сцепляемость) является одним из обязательных.
Порядок подготовки различен для разных металлов основы и разных металлов покрытий, но главным является удаление всевозможных загрязнений, т. е. 
различных органических и неметаллических пленок на поверхности, которые 
появляются в результате термической обработки, смазки, в процессе механической обработки и т.д. Для этого поверхность сначала обрабатывают растворителями, подвергают щелочной или кислой очистке, травлению, декапированию 
(удалению оксидов, которое в последнее время часто называют «активированием»), наконец, тщательно промывают водой, а в некоторых случаях наносят 
промежуточное покрытие (подслой). Подробно эти операции описаны в гл. 3. 
В лабораторных условиях чаще всего производится механическая очистка поверхности и обезжиривание кашицей венской извести, а покрываемый предмет 
держат щипцами, либо пользуются резиновыми перчатками. 

Рис. 2.  Схема процесса нанесения покрытия. 
1 – анод, 2 – покрываемое изделие (катод), 
3 – покрытие (условно показано распределение толщины), 4 – изоляция. Показано приблизительное распределение линий тока 
в растворе

GAmburg_15.indd   16
GAmburg_15.indd   16
2/8/18   5:49 PM
2/8/18   5:49 PM