Электроосаждение металлов натиранием

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Казанский национальный исследовательский

технологический университет

Я. В. Ившин, П. А. Богомолов

ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЕ 

МЕТАЛЛОВ НАТИРАНИЕМ

Учебно-методическое пособие

Казань

Издательство КНИТУ

2022

УДК 678.002.3(075)
ББК 35.71я7

И25

Печатается по решению редакционно-издательского совета 

Казанского национального исследовательского технологического университета

Рецензенты:

канд. хим. наук Е. В. Миронова
канд. техн. наук С. И. Васюков

И25

Ившин Я. В.
Электроосаждение металлов натиранием : учебно-методическое пособие / 
Я. В. Ившин, П. А. Богомолов; Минобрнауки России, Казан. нац. 
исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2022. – 92 с.

ISBN 978-5-7882-3153-2

Изложены теоретические сведения о процессе электроосаждения металлов 

натиранием, его преимуществах и недостатках, необходимом оборудовании, способах 
предварительной подготовки поверхности, условиях и способах нанесения 
покрытия. Приведены рабочие характеристики электролитов, параметры технологического 
процесса, методы оценки качества покрытия, изложены алгоритмы 
необходимых расчетов. 

Предназначено для бакалавров и магистров, обучающихся по направлению 

подготовки «Химическая технология», при изучении ими дисциплин, связанных 
с электроосаждением металлов и защитой от коррозии.

Подготовлено на кафедре технологии электрохимических производств.

ISBN 978-5-7882-3153-2
© Ившин Я. В., Богомолов П. А., 2022
© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2022

УДК 678.002.3(075)
ББК 35.71я7

2

С О Д Е Р Ж А Н И Е

Введение.........................................................................................................................4
1. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ И ДОСТОИНСТВА СПОСОБА..............................5
2. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЦЕССА ..............................................................13
3. ОБОРУДОВАНИЕ ..................................................................................................19
4. АНОДЫ, ИХ МАТЕРИАЛЫ И ФОРМЫ .............................................................23

4.1. Выбор анодов ....................................................................................................24
4.2. Анодные прокладки..........................................................................................27

5. РАСТВОРЫ .............................................................................................................28

5.1. Типы растворов.................................................................................................28
5.2. Электролиты для осаждения металлов...........................................................28
5.3. Наращивание.....................................................................................................32

6. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА..........................................33

6.1. Подготовка поверхности..................................................................................34

6.1.1. Механическая обработка............................................................................34
6.1.2. Химическая и электрохимическая обработка..........................................35
6.1.3. Промывка.....................................................................................................36
6.1.4. Травление.....................................................................................................36
6.1.5. Осветление...................................................................................................38
6.1.6. Активация....................................................................................................38

6.2. Нанесение промежуточного слоя....................................................................39
6.3. Осаждение толстых слоев................................................................................39
6.4. Размерная обработка ........................................................................................39

7. РЕЖИМЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА...................................................................................40
8. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА.....................................................43
9. КВАЛИФИКАЦИЯ ОПЕРАТОРОВ .....................................................................44
10. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ.....................................................................46
11. ОБЕСПЕЧЕНИЕ УРОВНЯ КАЧЕСТВА ПОКРЫТИЯ.....................................49
12. ПРИМЕРЫ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НА МЕТАЛЛЫ
И ИХ СПЛАВЫ...........................................................................................................54
13. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ...............................................................................59

Требования к отчету о лабораторной работе........................................................59
Лабораторная работа 1. Нанесение медного покрытия методом 
селективного электронатирания.............................................................................59
Лабораторная работа 2. Электрохимическое никелирование методом 
селективного электронатирания.............................................................................65
Лабораторная работа 3. Электрохимическое цинкование методом 
селективного электронатирания.............................................................................70
Лабораторная работа 4. Ремонт металлической детали изделия........................77

Библиографический список .......................................................................................84
Приложение .................................................................................................................85

В В Е Д Е Н И Е

Сегодня в связи с ростом стоимости труда, материалов и замены 

деталей все большее число фирм применяет способ электронатирания 
для восстановления изношенных деталей машин, прокорродировавших 
участков покрытий и новых деталей с браком механической обработки. 
Этот процесс используется в развитых странах для портативного нанесения 
гальванических покрытий уже более 30 лет.

Селективное электролитическое натирание – метод локальной 

электрохимической обработки изделий. Благодаря интенсивному обновлению 
электролита непосредственно у поверхности покрываемого 
изделия процессы электролитического натирания допускают применение 
высоких плотностей тока и, следовательно, позволяют достигать 
значительных скоростей формирования осадка (до 50 мкм/мин).

На первых этапах реализации процесса дефекты поверхности, 

обусловленные следами подвески, накоплением газа или недостаточной 
рассеивающей способностью электролита, устранялись натиранием. 
Кусок металла обматывался тканью, присоединялся к анодному 
токоподводу, обмакивался в электролит и приводился в контакт с дефектным 
участком покрытия. При этом не производилось никакого 
контроля процесса осаждения, так как это была чисто косметическая 
обработка. Эта процедура дала начало тому, что сейчас известно как 
электроосаждение натиранием, селективное осаждение, электрохимическая 
металлизация или контактное осаждение. В англоязычной литературе 
чаще всего используется термин Brush plating.

Метод селективного электронатирания, в отличие от традицион-

ной гальванотехники, не требует применения стационарных ванн, что 
позволяет производить обработку поверхностей крупногабаритных изделий 
непосредственно на месте их расположения. Процессы селективного 
электронатирания характеризуются высокими скоростями осаждения 
и не требуют больших объемов электролитов.

Инфляция подняла стоимость производимых товаров и услуг на 

беспрецедентный уровень, и в обозримом будущем снижения цен не 
предвидится. Менеджмент и инженерия постоянно изыскивают новые 
методы производства и ремонта изделий, которые бы снизили стоимость 
и повысили качество производимой продукции. Селективное 
электронатирание решает  многие из этих проблем. 

1 . О Б Л А С Т И  П Р И М Е Н Е Н И Я  И  Д О С Т О И Н С Т В А  

С П О С О Б А

Опыт использования селективного электронатирания в различ-

ных областях промышленности достаточно четко определил основные 
направления, где его применение наиболее целесообразно. А это многие 
процессы – от золочения мелких контактов до цинкования поверхности 
резервуаров большого объема. При этом металл осаждается из 
электролита, содержащегося в абсорбирующем материале, прикрепленном 
к аноду.

Наиболее распространенный способ использования электрооса-

ждения натиранием связан с восстановлением размера изношенных, неправильно 
образованных (забракованных) или прокорродировавших 
деталей, таких как наружная поверхность валов, участки цапфы осей 
и внутренней поверхности отверстий. В указанных областях применяется, 
как правило, осаждение никеля и его сплавов или в случае необходимости 
быстрого электроосаждения толстых слоев металла осаждают 
медное покрытие на никелевую подложку. 

Другим важным способом применения метода электронатирания 

является нанесение нового или восстановление коррозионностойкого 
слоя на ограниченных участках сложных механизмов (узлов). Барьерная 
защита может быть обеспечена путем никелирования с использованием 
очень плотных беспористых покрытий. Протекторная защита 
обеспечивается электроосаждением кадмия, цинка или сплава цинк–никель. 
Специально разработанный процесс кадмирования предотвращает 
водородное охрупчивание при электроосаждении и устраняет 
необходимость термообработки кадмированных деталей.

Другой крупномасштабной областью применения электрооса-

ждения натиранием является никелирование жаропрочных сплавов перед 
пайкой твердым припоем. Слой чистого никеля на поверхности 
сплавов значительно улучшает их смачиваемость твердым припоем, 
обеспечивая прекрасное качество стыков.

Также известно электроосаждение покрытий для улучшения кон-

тактного электрического сопротивления. Это относится к электроосаждению 
золотых и родиевых покрытий коммутирующих устройств моторов 
и генераторов. Комбинированное применение золота и родия 
обеспечивает 
высокую 
электропроводность 
и 
превосходную 

износостойкость. Электроосаждение натиранием ограниченных участков 
алюминиевых или медных токоподводов с использованием цианид-
ных и безцианидных электролитов пришло на смену традиционному 
электроосаждению в ванне. Восстановление золотых покрытий на контактах 
печатных схем – еще один пример использования электронати-
рания для улучшения электропроводимости.

Приведем лишь небольшую часть преимуществ, которые дает се-

лективное электронатирание:

1. Портативность. Все оборудование и процессы для селектив-

ного нанесения покрытий электронатиранием спроектированы портативно. 
Поскольку для восстановления деталей не нужна гальваническая 
ванна, то работа может проводиться прямо на предприятии заказчика, 
что существенно снижает время простоя оборудования и транспортные 
расходы.

2. Возможность самостоятельно производить ремонт деталей 

непосредственно на месте их монтажа в соответствии с вашим графиком 
работы, независимо от посторонних услуг и бумажной волокиты.

3. Возможность восстановить деталь до нужных размеров без 

необходимости последующей механической обработки или с ее минимумом (
во многих случаях).

4. Согласованность технологической документации с федераль-

ными и рабочими спецификациями.

5. Возможность проводить дополнительные исследования и раз-

вивать производство без существенных капитальных вложений.

6. Возможность нарастить металл без деформации при нагревании.
7. Контроль толщины начиная от 0,25 мкм.
8. Экологическая совместимость. Главной причиной этого явля-

ется небольшой объем гальванических растворов, применяемых при 
электроосаждении. Так, например, промышленное электроосаждение 
драгоценных металлов может осуществляться с количеством раствора, 
не превышающим 50 мл. Наибольший используемый объем электролита 
при выполнении любого вида работ составляет не более 10 л. Даже 
если произойдет потеря (утечка) раствора, его объем будет значительно 
меньше, чем при нанесении покрытий в ваннах. Загрязнение воздуха 
также существенно меньше, т. е. при нанесении покрытий натиранием 
не используются большие открытые емкости. В контакте с гальваническим 
раствором находятся только ограниченные участки поверхности 
детали, поэтому при их промывке образуются очень незначительные 

объемы промывных вод, что снижает количество обезвреживаемых отходов 
и объем потребляемой воды.

9. Селективность. Ограниченные участки больших сложных 

устройств (механизмов) могут быть обработаны без необходимого демонтажа, 
без значительной маскировки и непосредственно на предприятии 
заказчика, без транспортных расходов.

10. Высокая скорость осаждения металла. При скоростях осажде-

ния от 10 мкм/мин и выше восстановление исходных размеров деталей 
возможно за очень короткое время. Селективность и высокая скорость 
осаждения металла значительно сокращают время простоя оборудования. 
В настоящее время экономически обосновано восстановление неправильно 
образованных или изношенных дорогостоящих деталей 
сложной формы, например коробки передач большого размера, тяжелых 
валов и т. п.

11. Гибкость. Электроосаждение натиранием покрытий чистыми 

металлами и сплавами может применяться для восстановления внутренних 
отверстий, наружных цилиндрических поверхностей, матриц, 
лопаток турбин реактивных двигателей, разъемов печатных схем, промышленных 
подшипников и т. д.

Метод электроосаждения металлов натиранием нашел примене-

ние в различных отраслях промышленности:

1) Морской флот:
– восстановление цапф, опорных поверхностей подшипников, 

гнезд под подшипники, зубчатых передач до исходных размеров (кадмий, 
никель). В большинстве случаев восстановление можно осуществить, 
не прибегая к  механической обработке;

– восстановление повреждений от утечек пара и эрозии на гори-

зонтальных соединениях паровых турбин по месту их расположения 
(серебро);

– восстановление изношенных и растравленных седел клапанов 

без демонтажа всей системы (медь, никель, кобальт);

– восстановление зарубок, вмятин и царапин на гидравлических 

цилиндрах (медь, никель, хром);

– нанесение покрытия на поверхность уплотнительных колец (се-

ребро);

– размерная обработка концевых контактов электромоторов (ни-

кель, медь, олово);

– размерная обработка опорных цапф моторных валов без повре-

ждения вентиляторов;

– восстановление размеров внутренних диаметров подшипников 

на колесах турбин (никель, кобальт);

– обновление уплотнительных поверхностей колес турбин (медь, 

твердый никель);

– продление срока службы контактных щеток электромоторов 

и переключателей (платина, родий, золото);

– восстановление валов насосов до исходных размеров (никель, 

медь);

– создание разделительного слоя между уплотнительными по-

верхностями (медь, серебро, олово, индий);

– восстановление размеров кольцевых пазов (олово, медь, никель);
– восстановление исходных размеров цапф коленчатых валов 

(никель).

2) Типографская промышленность:
– восстановление размеров движущихся деталей (твердый никель);
– меднение чернильных барабанов печатных прессов без вы-

прессовки;

– исправление повреждений (пор, зарубок и т. д.) на пластинах, 

покрытиях и оттискивающих цилиндрах (медь, никель, хром);

– восстановление размеров цапф и отверстий (никель, медь). 
3) Полимерная промышленность:
– восстановление пресс-форм до исходных размеров, исправле-

ние царапин, зарубок и т. д. (никель, медь, кобальт, хром);

– восстановление изношенных и растравленных пар соприкасаю-

щихся поверхностей (никель, цинк, медь);

– коррозионная защита полостей (золото, никель).
4) Авиация:
– исправление поврежденных кадмиевых покрытий по месту без 

температурного отпуска (кадмий «S»);

– восстановление посадочных внутренних и внешних диаметров 

подшипников (никель, медь, олово);

– покрытие под пайку алюминиевых приборных панелей (никель, 

медь, олово, свинец);

– восстановление моторов (никель, медь и т. д.).
5) Электротехника – электроника:
– восстановление покрытия на проводниках печатных плат (ни-

кель, золото, родий);

– серебрение разъемных контактов по месту их расположения 

(серебро, олово);

– восстановление поврежденного химического никелевого по-

крытия (никель);

– покрытие переключателей и контактных щеток для снижения

RF-шума и уменьшения износа (родий, платина, золото);

– исправление локальных повреждений покрытий, осажденных

в гальванических ваннах (никель, золото, олово и т. д.).

6) Анодные процессы:
– анодирование локальных участков;
– электрополирование нержавеющей стали, алюминия, углероди-

стых сталей;

– размерная обработка удалением металла.
7) Космическая промышленность. В качестве интересного и со-

временного примера использования метода селективного электронати-
рания более подробно остановимся на его реализации в космической 
промышленности. Когда пришло время покрывать металлом Международную 
космическую станцию, компания Boeing (Everett, WA) выбрала 
селективное электронатирание в качестве завершающего процесса, поскольку 
компоненты станции были слишком большими, чтобы их 
можно было погрузить в гальваническую ванну.

Рис. 1.1. Орбитальная космическая станция

В течение примерно одного года более 300 зон на различных ча-

стично собранных компонентах Международной космической станции 
были покрыты гальваническими покрытиями в Центре космических полетов 
им. Маршалла в Хантсвилле (Алабама) с использованием процесса 
электронатирания, разработанного SIFCO Selective Plating 
(Cleveland). Инженеры Boeing искали доступные варианты нанесения 
локализованных покрытий на некоторые очень крупные компоненты. 

Задача нанесения покрытия заключалась в нанесении хорошо адгезиро-
ванного слоя металла, который обеспечивал бы защиту от коррозии, 
уменьшая сопротивление электрического контакта и обеспечивая равномерный 
теплообмен между сопрягаемыми компонентами.

Покрытия определенной толщины было необходимо наносить на 

локализованные участки очень больших размеров. Даже если предположить, 
что подходящая ванна была бы доступна, то работа с таким 
большим компонентом, как модуль космической станции, являлась непростой 
задачей. Кроме того, сложность маскировки части поверхности 
была слишком трудоемкой и риск катастрофического повреждения, которое 
могло возникнуть в результате неправильной маскировки, был бы 
высоким. Селективное электронатирание позволяло провести процесс 
с минимальной маскировкой для изоляции зоны, на которую собирались 
наносить покрытие, и контролем слива раствора. Высококачественный 
слой с контролируемой толщиной можно было наносить на 
локализованную зону.

Сотрудники SIFCO встретились с инженерами Boeing, чтобы 

установить критерии испытаний для сотен образцов. Каждый образец 
подвергался испытанию с разрушением, использованием проверок на 
изгиб и испытания алюминиевой ленты для оценки адгезии. Испытания 
показали прямую корреляцию между образцами, прошедшими испытание 
на адгезию, и панелями, прошедшими испытание на изгиб. Это 
установило высокую степень достоверности неразрушающего теста 
с использованием ленты для определения адгезии нанесенного никелевого 
покрытия на оборудование.

Инженеры Boeing определили, что оптимальная толщина осажда-

емого никеля, необходимая для достижения желаемого уровня защиты 
от коррозии, должна находиться в диапазоне от 40 до 65 мкм. Операторы 
наносили никелевое покрытие, используя стандартную технологию 
нанесения гальванического покрытия до тех пор, пока не было достигнуто 
расчетное значение ампер-часов. Толщина была проверена на 
образцах с использованием бета-рассеяния. Электролитом выбран никель 
кислый (SPS 5600) с характеристиками покрытия: микротвердость 
557 МПа (HV), внутреннее напряжение 38,5 МПа, коэффициент трения 
0,65–0,80, износостойкость 85 (CS–17).

Для достижения хорошей электропроводности и равномерного 

теплообмена между сопряженными частями (покрытием и металлом-
основой) покрытие должно быть ровным. Равномерность измерялась 
с помощью 
лазерного 
оптического 
оборудования. 
Smart 
Cat 

использовался для измерения равномерности и толщины покрытия на 
поверхности деталей. Измерение было трудоемким, но точным процессом, 
который в начале проекта помог выявить несколько областей, которые 
не отвечали требованиям. Как позже выяснили инженеры, проблема 
заключалась в том, что перед нанесением покрытия сами участки 
основы не были ровными. При надлежащей конструкции анода и технологии 
нанесения покрытия, а также при не очень большой толщине 
никелевого покрытия соответствие критериям равномерности покрытия 
не составило труда.

На первых этапах подготовки поверхности перед нанесением по-

крытия поверхности ее шлифовали. Идея заключалась в том, что более 
гладкая поверхность перед нанесением покрытия способствует получению 
более гладкой поверхности после нанесения покрытия, устраняя 
или по крайней мере сводя к минимуму любые требования к полировке 
после нанесения покрытия. Поэтому было установлено требование: не 
нужно травить слишком агрессивно, чтобы сохранить полированную 
поверхность.

Минимальные требования к травлению в результате обеспечили 

лучшую никелированную поверхность, но, к сожалению, это привело 
к нарушениям адгезии. Кроме того, при полировке перед нанесением 
покрытия чаще всего разрушается ранее плоская поверхность. Таким 
образом, полировка после гальванического покрытия часто пробивала 
никель и обнажала высокие области нижележащего алюминия.   Эта 
проблема была устранена благодаря сведению к минимуму любой предварительной 
полировки, а также проверке равномерности поверхности 
перед нанесением покрытия.

Поверхности для нанесения кистью были классифицированы как 

тип I и тип II. Поверхности типа I, как правило, не были герметизированы 
для заземления с минимальным требованием к чистоте Ra 3 мкм. 
Тип II для уплотняющих поверхностей после покрытия требует Ra от 
0,4 до 0,8 мкм.

Большая часть работ, проводимых на космической станции, тре-

бовала выполнения гальванического покрытия либо на строительных 
лесах, либо на подъемных платформах, которые можно было легко перемещать, 
чтобы добраться до многочисленных областей, которые 
необходимо покрыть металлом. Покрытие обычно выполнялось группами 
по два человека: оператор и служба поддержки. Сотрудник 
службы поддержки располагался либо на земле, либо внутри модуля 
станции.