ИЗУЧЕНИЕ ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ НИКЕЛЕВЫХ ПОКРЫТИЙ ИЗ СЕРНОКИСЛОГО ЭЛЕКТРОЛИТА НИКЕЛИРОВАНИЯ С ДОБАВКАМИ ИЗОНИКОТИНОВОЙ КИСЛОТЫ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 544.6

Наркевич Е.Н., Поляков НА.

ИЗУЧЕНИЕ ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ НИКЕЛЕВЫХ ПОКРЫТИЙ ИЗ СЕРНОКИСЛОГО ЭЛЕКТРОЛИТА НИКЕЛИРОВАНИЯ С ДОБАВКАМИ ИЗОНИКОТИНОВОЙ КИСЛОТЫ

Наркевич Екатерина Николаевна, инженер 2-ой категории, e-mail: angel-kateg@yandex.ru; Поляков Николай Анатольевич, к.х.н., зав.лабораторией строения поверхностных слоев. Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН (ИФХЭ РАН) 119071, г. Москва, Ленинский проспект, д.31, к.4

Изучено влияние добавок изоникотиновой кислоты на внутренние напряжения никелевых покрытий из сернокислого электролита никелирования типа Уоттса. Показано, что добавка изоникотиновой кислоты вызывает рост внутренних напряжений в никелевых осадках. Высокие внутренние напряжения таких покрытий являются причиной их растрескивания.

Ключевые слова: электролит Уоттса, никелевые покрытия, внутренние напряжения, растрескивание.

STUDY OF INTERNAL STRESSES OF NICKEL COATINGS FROM SULPHATE ELECTROLYTE WITH ADDITION OF ISONICOTINIC ACID

Narkevich E.N., Polyakov N.A.

A.N. Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry of RAS (IPCE of RAS), Moscow, Russian Federation

The effect of isonicotinic acid additives on the internal stresses of nickel coatings from the nickel-type sulphate-type electrolyte of Watts type is studied. It is shown that the addition of isonicotinic acid causes an increase in internal stresses in nickel precipitates. High internal stresses of such coatings cause their cracking. Keyword: Watts type bath, nickel deposits, internal stresses, cracking

Введение

Процесс никелирования является довольно широко распространенным процессом в гальванотехнике, что объясняется сочетанием ценных физико-химических свойств

электрохимически осажденного никеля [1-3]. Одним из самых простых и широкораспространенных составов является сернокислый электролит никелирования - электролит Уоттса [2].

В отсутствие специальных добавок данный электролит позволяет получать только матовые покрытия. Для получения блестящих никелевых покрытий вводятся блескообразующие добавки. Ранее было показано, что введение изоникотиновой кислоты (ИНК) в электролит Уоттса может существенно улучшить качество получаемых осадков никеля [4]. Известно, что введение блескообразующих добавок может приводить к растрескиванию гальванических осадков вследствие увеличения в них внутренних напряжений. Для никелевых покрытий внутренние напряжения являются прямой эксплуатационной

характеристикой. Большие напряжения могут вызывать растрескивание осадка, отслаивание его от подложки и ухудшение декоративных качеств. Поэтому основной задачей было изучить влияние добавки изоникотиновой кислоты в стандартный электролит типа Уоттса на внутренние напряжения никелевых покрытий.

Методики экспериментов

Для электроосаждения никелевых покрытий использовали электролиты на основе электролита

Уоттса. Сернокислый электролит никелирования включал в себя (г/л): NiSO4•7H2O - 280, МСЬ^О -60, Н3ВО3 - 40. Также в раствор вводились различные концентрации изоникотиновой кислоты в количестве 0,5...2,5 г/л.

Внутренние напряжения измеряли методом деформации гибкого катода в процессе электроосаждения никелевых покрытий.

Деформацию катода вследствие возникновения внутренних напряжений фиксировали с помощью цифрового оптического микроскопа. Перемешивали электролит с помощью магнитной мешалки. Для измерения внутренних напряжений использовали установку, представленную на рис. 1.

От источника питания

Рис. 1. Схема установки для измерения внутренних напряжений методом гибкого катода

В качестве катода использовали медную фольгу толщиной 0,2 мм, верхний конец которой жестко

закрепляли зажимом, а сторону, противоположную аноду, изолировали лаком БФ-2. Величину внутренних напряжений в никелевых покрытиях в зависимости от продолжительности

электроосаждения вычисляли по формуле [5]:

ВН _

Е •а • / (1+ У0Ъ)

основы основы Л \_/

3 • I2 • а д ' (1 + 0)

осадка \ /

- модуль упругости Юнга меди, МПа; осадка - модуль упругости Юнга никеля, МПа.

где: Еосновы

Е

¿осНовы - толщина подложки (меди), мкм;

Йосадаа - толщина покрытия, мкм;

Г - прогиб конца катода, мкм; 1 - длина участка катода с покрытием, мкм;

7

Е

осадка

Е

0 _ аосадка

а„

Электроосаждение никелевых покрытий для изучения внутренних напряжений проводили при трех различных температурах - комнатной, 40 и 50 °С; плотности тока - 6 А/дм2, и рН=4-4,5.

Результаты и их обсуждение

Внутренние напряжения (ВН) сильно зависят от условий электроосаждения. При снижении плотности тока, при уменьшении температуры и увеличении рН, ВН обычно увеличиваются.

Были исследованы ВН никелевых покрытий из электролита Уоттса с добавкой ИНК (0,5-2,5 г/л), полученные экспериментальные данные

представлены на рис.2-4.

к

X

<ы

К к л

х С

я ^

х

х

<ы а

н

^

х со

700 -| 600 -500 -400 -300 200 ■ 100 -0

т-1-Г

0.5 1 1.5 2

концентрация ИНК, г/л

2.5

Рис. 2. Зависимость ВН от концентрации ИНК: 1 - при комнатной температуре; 2 - при 40 °С; 3 - при 50 °С

Рис. 3. Зависимость внутренних напряжений, измеренных методом гибкого катода при комнатной температуре, от толщины никелевого покрытия: 1 - без добавок; 2 - 0,5 г/л ИНК; 3 - 1 г/л ИНК; 4 - 1,5 г/л ИНК; 5 - 2 г/л ИНК; 6 - 2,5 г/л

ИНК

0

801)

1-100

(I 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

толщина, мкм

Рис. 4. Зависимость внутренних напряжений, измеренных методом гибкого катода при 40 °С, от толщины никелевого покрытия: 1 - без добавок; 2 - 0,5 г/л ИНК; 3 - 1 г/л ИНК; 4 - 1,5 г/л ИНК; 5 - 2 г/л ИНК; 6 - 2,5 г/л ИНК

Как видно из экспериментальных данных, при увеличении концентрации ИНК в электролите Уоттса внутренние напряжения снижаются. Снижение внутренних напряжений в осадках никеля из электролитов с высокими концентрациями добавки ИНК определяется в первую очередь не уменьшением их реальных величин, а растрескиванием осадков.

Список литературы

1. Gamburg Yu., Zangari G. Theory and practice of metal electrodeposition. - New York: Springer, 2011.

2. Будрейко Е.Н. История никелирования // Гальванотехника и обработка поверхности. - 2018. Т. XXVI, № 1. С. - 36-43.

3. Мамаев В.И. Никелирование: учебное пособие / В.И. Мамаев, В.Н. Кудрявцев; под ред. В.Н. Кудрявцева. - М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2014. - 192 с.

4. Агеенко Н.С., Седойкин С.А., Поляков Н.А. Электролит блестящего никелирования // Патент России № 98104550/02, 20.07.1999.

5. Sotirova G., Armyanov S. A comparative study of methods for evaluation of internal stress using the bent strip//Surface and Coating Technology. 1986. № 28. P. 33-38.