CC BY
17
УДК 669.248
Коровкин А.В., Дроздова Ю.В., Поляков Н.А., Цупак Т.Е.
Некоторые причины низкого уровня адгезии никелевого покрытия
Коровкин Андрей Викторович - аспирант 5го курса заочной формы обучения кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов; заместитель главного металлурга по покрытиям и неметаллическим материалам АО «НПО Энергомаш им. академика В.П. Глушко»; почта [email protected]; Дроздова Юлия Викторовна - ведущий инженер-технолог АО «НПО Энергомаш им. академика В.П. Глушко»;
Поляков Николай Анатольевич - к.х.н., зав.лабораторией Строения поверхностных слоев ИФХЭ РАН, доцент
кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ им. Д.И. Менделеева;
Цупак Татьяна Евгеньевна - д.т.н., профессор кафедры технологии неорганических веществ и
электрохимических процессов РХТУ им. Д.И. Менделеева
РХТУ им. Д.И. Менделеева», Москва, Россия
125047 Москва, Миусская пл., 9, тел.: +7(499)978-59-90;
АО «НПО Энергомаш им. академика В.П.Глушко», Химки, Россия
141401 Московская обл., Химки, ул.Бурденко, д.1, тел.: +7(495)286-92-83
ИФХЭ РАН, Москва, Россия
119071, г. Москва, Ленинский проспект, д. 31, корп. 4
Адгезия никелевого покрытия является одной из важнейших характеристик качества деталей, применяемых в ракетно-космической технике. Выбор операций по подготовке поверхности никелевых сплавов существенным образом сказывается на сцеплении никелевого покрытия. Контрольные и технологические операции по никелевым покрытиям и исследования мест с недостаточной адгезией позволяют выявить причины ее низкого уровня. В настоящей работе представлены материалы по определению причин низкого уровня адгезии никелевого покрытия.
Ключевые слова: Никелевое покрытие, адгезия никеля, причины недостаточного сцепления никеля
Solution for forming adhesive rough layer on the surface of conductive pattern before pressing internal layers of multilayer printed circuit boards
Korovkin A.V.1, Drozdova Y.V.2, Polyakov N.A.3, Tsupak T.E.1
1.D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
2.NPO Energomash named after V.P. Glushko, Khimki, Russia
3.Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
The adhesion of the nickel coating is one of the most important characteristics of the quality ofparts used in rocket and space technology. The choice of operations for the preparation of the surface of nickel alloys significantly affects the adequacy of the adhesion of the nickel coating. Control and technological operations on nickel and studies of places with insufficient adhesion allow us to identify the causes of its low level. In this paper, materials are presented to determine the causes of the low level of adhesion of the nickel coating. Keywords: Nickel coating, nickel adhesion, causes of insufficient nickel adhesion.
Адгезия покрытия является одной из важнейших характеристик, определяющих эксплуатационные свойства деталей любой отрасли, в том числе ракетно-космической техники. Недостаточные адгезионные свойства покрытия, обнаруженные на этапе изготовления какого-либо узла, приводят, как минимум, к необходимости повторного нанесения покрытия. Поэтому, для предотвращения появления дефектов покрытия, выраженных в виде вздутий, отслоений и т. п., необходимо четкое понимание причин, приводящих к появлению некондиционного покрытия, для их исключения.
В настоящей работе проведена оценка влияния абразивной обдувки электрокорундом на качество сцепления никелевого покрытия на образцах из материала ХН58МБЮД-ИД (ЭК-61). Для исследования были отрезаны от одной заготовки из материала ЭК-61 и изготовлены 6 образцов в виде прямоугольного параллелепипеда размером 50х20х10. Для трех образцов была выполнена
обдувка электрокорундом. Далее все 6 образцов прошли, одновременно, операции по подготовке поверхности: обезжиривание, травление в смеси кислот, анодное травление, химическая активация, катодная активация, включая межоперационные промывки. Нанесение никелевого покрытия расчетной толщиной 250 мкм проводили из электролита с органическими добавками [1], [2]. Образцы с никелевым покрытием подвергали термической обработке [3], выполненной по режиму старения материала ЭК-61. Термообработка показала, что на всей поверхности образцов, прошедших обдувку электрокорундом присутствуют
множественные дефекты в виде вздутий (пузырей) никелевого покрытия размером от доли мм до 15 - 20 мм (рис.1а). На образцах без обдувки электрокорундом вздутий не обнаружено.
Для проведения исследований никелевое покрытие в областях дефектов было принудительно снято путем вскрытия пузырей и последующего
отрыва покрытия на всех трех образцах. Снятие никелевого покрытия было проведено произвольно из областей дефектов, расположенных на разных участках поверхности. Кроме этого, никелевое покрытие было принудительно снято с поверхности, где дефекты отсутствовали.
При визуальном анализе внутренней поверхности никелевого покрытия обнаружено, что в областях расположения дефектов (вздутий) покрытие имеет светлую блестящую поверхность (рис.1б по стрелкам 1). В областях принудительного отрыва поверхность покрытия темно-серая, матовая (рис.1б по стрелкам 2). На поверхности образца, расположенной под пузырем, поверхность также имеет светлый оттенок (рис.1а по стрелке 1), в то время как, на поверхности принудительного отрыва -цвет более темный (рис.1а по стрелке 2). Светлая и блестящая внутренняя поверхность никелевого покрытия в области дефектов позволяет квалифицировать их как «водородные пузыри».
6) 1
Рис.1 Фрагмент образца с принудительно отделенным никелевым покрытием (а) и внутренняя поверхность отделенного никелевого покрытия (б). Стрелками показаны: 1 - области водородных пузырей, 2 - области принудительного отрыва покрытия. Увеличено.
Электронномикроскопическое исследование внутренней поверхности покрытия показало, что в пузырях на поверхности покрытия присутствует множество неметаллических и не проводящих частиц, заряжающихся под электронным пучком (рис.2 по стрелкам 3). В областях принудительного отрыва покрытия количество таких частиц значительно меньше.
Проведенным микрореттеноспектральным анализом (МРСА) установлено, что в спектрах от этих частиц присутствуют алюминий и кислород (рис.3). Такой состав частиц позволяет квалифицировать их как частицы электрокорунда, которыми обрабатывалась поверхность образцов и на которые впоследствии было проведено электроосаждение никелевого покрытия.
Рис.2 Электронное изображение внутренней поверхности никелевого покрытия на границе разделяющей области водородного пузыря и принудительного отрыва покрытия (а) и увеличенное изображение частиц электрокорунда в
области водородного пузыря (б). Стрелками показаны: 1 - поверхность водородного пузыря, 2 -поверхность принудительного отрыва покрытия, 3 - частицы электрокорунда.
С целью определения особенностей формирования диффузионной зоны между основным материалом и никелевым покрытием был проведен МРСА внутренней поверхности никелевого покрытия в области пузырей и в областях принудительного отрыва покрытия. Как следует из полученных результатов, на внутренней поверхности покрытия в областях пузырей присутствуют незначительные количества элементов основного материала: железо ~ 0.6%, хром ~ 0.5% (рис.4а). В областях принудительного отрыва никелевого покрытия на внутренней поверхности последнего в значительных количествах присутствуют элементы основного материала образца: железо ~ 8.6%, хром ~ 10.2% (рис.4б).
Рис.3 Частица электрокорунда на внутренней поверхности никелевого покрытия в области водородного пузыря и результат количественного МРСА частицы.
Рис.4МРСА внутренней поверхности никелевого покрытия в областях вздутия (а) и принудительного отрыва (б)
Эти результаты свидетельствуют о том, что в областях водородных пузырей диффузионная зона в покрытии не сформирована из-за наличия на границе «покрытие - основной» материал в несплошностей (зазоров), существовавших до операции термообработки.
Результаты и их обсуждение
Как показали проведенные исследования на границе «никелевое покрытие - основной материал образца», в случае применения абразивной обработки, всегда присутствует значительное количество частиц электрокорунда, выявляемых на всех обдуваемых поверхностях. Значительное количество внедренных в поверхность частиц корунда позволяют сделать вывод о том, что проведение подготовки поверхности, включающее щелочное обезжиривание, травление в смеси кислот, травление на обратном токе в ванне «хлористого» никелирования не позволяет гарантированно удалять внедренные в покрываемою поверхность инородные частицы. Поэтому частицы электрокорунда всегда присутствуют на покрываемой поверхности и являются причиной низкой адгезии покрытия, способствующими образованию водородных пузырей.
Наличие частиц на границе «покрытие - основной материал» существенно облегчает процесс
образования полостей на границе «частица -покрытие», в которых при осаждении покрытия молизуется водород. Водород в полостях на границе частица - покрытие может находиться под высоким давлением, которое при нагреве увеличивается пропорционально росту температуры и при превышении предела текучести никелевого покрытия происходит образование дефекта в виде пузыря.
Выводы
Образование большого количества дефектов в виде вздутий по всей поверхности никелевых покрытий, осажденных на предварительно отпескоструенные основы из сплава ЭК-61, может происходить вследствие значительного загрязнения поверхности электрокорундом.
Фактором, непосредственно вызывающим образование дефектов, является наводораживание и последующая молизация водорода в местах, загрязненных частицами электрокорунда.
Существующая на предприятиях технология подготовки поверхности под гальваническое нанесение никелевого покрытия не обеспечивает гарантированного удаления частиц корунда.
Список литературы
1. Цупак Т.Е. Высокопроизводительные процессы электроосаждения никеля и сплава никель фосфор из электролитов, содержащих карбоновые кислоты : специальность 05.17.03 «Технология электрохимических процессов и защита от коррозии» : автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора техничен наук / Цупак Татьяна Евгеньевна; Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева. -Москва, 2008.- 35 с.- Место защиты: Российский химико-технологический Ун-т им Д.И. Менделеева.-Текст : непосредственный.
2. Пащенкова М.С., Двойных И.Г., Коровкин А.В., Цупак Т.Е. Электроосаждение блестящих никелевых покрытий из сульфатно-сукцинатно-хлоридного электролита в присутствии ПАВ // Успехи в химии и химической технологии. - 2007. Т. 21, №9. - С. 49-53.
3. Зимон А.Д. Адгезия пленок и покрытий. - М.: Химия, 1977. - С.284.
