ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Кристаллическая структура электроосажденных металлов из "Электролитические и химические покрытия" Рассмотрение кристаллических структур электроосажденных металлов показывает, что они, как правило, соответствуют структуре металлов, полученных металлургическим способом [16, 17]. В табл. 2.1 приведена часть периодической системы элементов — металлы, выделяющиеся из водных растворов, и их кристаллические структуры. Более редко встречающиеся типы структур приведены в скобках. [c.39] Как видно из таблицы, для металлов типичны следующие кристаллические структуры кубическая гранецентрированная, кубическая объемно-центрированная и гексагональная плотноупакованная. [c.39] Различия в кристаллической структуре металлов определяют их физико-механические свойства. Однако для одного и того же металла, для которого общая кристаллическая структура одна и та же, свойства будут определяться его внутренней структурой, т. е. микроструктурой. [c.39] Внутренняя структура и состав электроосажденных металлов неоднородны, так как металлы состоят из зерен в виде прилегающих друг к другу кристаллитов. Наиболее характерной особенностью структуры является наличие границ, разделяющих зерна в металле. Структура и физико-механические свойства металлов изменяются в зависимости от многочисленных условий электроосаждения состава электролита, присутствия в электролите тех или иных органических или неорганических составляющих, температуры, pH, плотности тока (потенциала электрода) и т. д., что в конечном счете оказывает влияние на размер, форму и ориентацию зерен в металле. [c.39] Структуру границ зерен можно представить двояким образом. Одним из возможных типов границ являются малоугловые границы, показанные на рис. 2.3. Эти границы состоят из выстроенных в ряд краевых дислокаций и возникают при небольшой разориентировке растущих кристаллических плоскостей. Ширина таких границ приближается к атомным размерам, и они служат границами раздела блоков внутри зерна. Несмотря на то, что блок может и.меть сам по себе точечные и линейные дефекты, он является достаточно совершенным кристаллом и для рентгеновских лучей будет представлять область когерентного рассеяния. [c.40] Размер зерна электроосажденных металлов в зависимости от природы металла может изменяться ь широких пределах. Наиболее мелкокристаллической структурой обладают металлы, которые выделяются из раствора с высоким перенапряжением, что в первую очередь характерно для металлов группы железа. Если взять однотипные, например, сернокислые электролиты, из которых можно получить разные металлы, то размер зерна растет в ряду Со, Ре, N1, Си, Zn. В1, Сё, 8п и меняется примерно на 2 порядка, т. е. от Ю до 10 м. В такой же последовательности уменьшается общее перенапряжение выделения металла. [c.41] При осаждении одного и того же металла из разных электролитов в целом также наблюдается уменьшение размера зерен с ростом поляризации. Например, при электроосаждении металлов из цианидных электролитов, в которых поляризация более высокая, размер зерен всегда меньше, чем при осаждении из сернокислых электролитов. [c.41] Уже более осторожно можно сказать об уменьшении размера зерна с увеличением перенапряжения (или плотности тока) при получении металла из вполне определенного электролита. Здесь при изменении плотности тока в результате изменения ситуации в приэлектродном слое и условий кристаллизации структура может изменяться не столь простым образом. Итак, общая тенденция уменьшения размера зерна с ростом поляризации при выделении металла не всегда оказывается справедливой. [c.41] Кроме того, следует учесть еще два фактора. Первый — это равномерность распределения зерен по размерам. Чтобы считать зерна одинаковыми по размерам, средняя площадь зерен в плоскости, параллельной плоскости осадка, должна составлять около 0,8 максимальной площади зерен, что для электролитических осадков не всегда соблюдается. Последнее может быть связано как с влиянием загрязнений, так и с неравномерным распределением тока по поверхности катода. Второй фактор — это из.ченение поперечного сечения зерен при увеличении толщины осадка. Например, по мере роста осадка меди из сернокислого электролита размер зерна может изменяться от I мкм при толщине осадка 2 мкм до 10—15 мкм при толщине осадка 100 мкм. Такое изменение размера зерен приводит к различию физико-химических свойств осадков разной толщины и подчас не позволяет однозначно оценить размер зерна. Форма зерен как в продольном, так и поперечном сечении образца также может быть разнообразной. По поперечному сечению в большинстве случаев наблюдается столбчатая структура элекролитических осадков, однако в присутствии поверхностно-активных веществ возможны и слоистые структуры. Форма зерна в продольном сечении обычно близка к многогранникам. Изменения размеров зерен менее выражены для металлов, выделяющихся с высоким перенапряжением. [c.41] Текстура определяет не только физико-механические свойства осадков, но и является причиной их анизотропии. Например, прочность на разрыв и микротвердость текстурированных электролитических осадков могут изменяться на 20—30 % по сравнению с нетекстурированными осадками. Можно отметить также определенную связь между изменением внутренних напряжений или блеском осадков и текстурой. [c.42] Свойства электроосажденных металлов определяются их структурой. Некоторые свойства являются структурно-нечувствительными, другие — сильно зависят от структуры. [c.42] Определенно трудно сказать, может ли какое-нибудь свойство металла полностью не зависеть от структуры. Однако некоторые свойства можно считать структурно-нечувствительными, т. е. очень слабо зависящими от структуры. Таким свойством, например, для металлургических металлов является плотность. При заданной кристаллической структуре металла она не зависит от размера формы и ориентации зерен. Напротив, плотность электроосажденных металлов либо близка к плотности металлургических, либо ниже ее и зависит от состава электролита и режима электролиза, так что в какой-то степени зависит от структуры. Снижение плотности может быть связано с повышенным содержанием вакансий, образованием пустот, пор и скоплений примесей по границам зерен, т. е. нарушениями регулярности структуры. Подобное же относится и к термическому коэффициенту объемного расширения, так как он является обратной функцией плотности и функцией температуры. Термический коэффициент линейного расширения может зависеть от ориентировки зерен в текстурированных осадках. Теплоемкость электроосажденных металлов также может слабо зависеть от их структуры, за счет скопления неметаллических примесей по границам зерен. [c.42] Пластичность электролитических осадков также зависит от структуры, возрастая с увеличением размера зерна. [c.43] Все эти свойства, как и микроструктура, зависят от состава электролита, режима электролиза, температуры и ряда других, трудноучитываемых параметров электролиза, и их зависимость от какого-либо параметра всегда приходится определять экспериментально. [c.43] Таким образом, несмотря на наличие сложной зависимости электропроводимости электроосажденных металлов от многих факторов, измерение ее может дать определенную информацию об из.менении структуры осадка и его загрязненности примесями. [c.44] Одним из характерных свойств электроосажденных металлов является наличие в них внутренних напряжений. Возникновение внутренних напряжений в процессе электроосаждения оказывает определенное влияние на формирование структуры и определяет некоторые важные физико-механические свойства осадка прочность сцепления с основой, пластичность и др. Под внутренними напряжениями понимают силы, стремящиеся сжать или растянуть осадок металла. При возникновении напряжений сжатия осадок может вспучиваться, отделяясь от основы при напряжениях растяжения, превышающих предел прочности металла, осадок растрескивается и также отслаивается от основы. [c.44] Внутренние напряжения определяются большим числом факторов [22] они зависят от материала и предварительной обработки металла-основы, влияние которой может сказываться до толщин осадка 15—20 мкм. Внутренние напряжения уменьшаются с увеличением толщины осадка, за исключением малых толщин ( 2—5 мкм), где наблюдается их рост. Однако в процессе роста иногда может происходить изменение знака внутренних напряжений. Для многих металлов, особенно для 2п, С(1, В1, РЬ, 5п, характерно довольно быстрое снижение внутренних напряжений после электролиза в результате протекания послекристаллизационных процессов. Аналогичные явления наблюдаются также для Си и Ае, однако в течение более длительного времени (десятки суток). Послекристаллизационные процессы при повышенных температурах протекают более быстро. [c.44] Присутствие в электролите загрязнений, а также органических добавок может изменять значения внутренних напряжений, что наиболее заметно сказывается при осаждении цинка, висмута, меди и менее сильно при осаждении железа и кобальта. Загрязнения обычно снижают напряжения растяжения. [c.44] С ростом плотности тока напряжения растяжения в таких металлах, как кобальт и железо, возрастают, для меди и сурьмы наблюдается переход от напряжений сжатия к напряжениям растяжения, в осадках цинка, кадмия, висмута, олова, свинца уменьшаются напряжения сжатия. [c.44] Повышение температуры вызывает уменьшение напряжений растяжения для железа, кобальта, меди, сурьмы. Характер изменения внутренних напряжений в цинке, кадмии, олове, свинце, висмуте при повышении температуры может быть различным. [c.44] Вернуться к основной статье