главная > справочник > химическая энциклопедия:

Электроосаждение

Электроосаждение, выделение фазы (металла, сплава. оксида и др.) на пов-сти электрода в результате протекания электрохим. реакции. Электроосаждение металлов лежит в основе гидроэлектрометаллургии (см. Электролиз)и гальванотехники. Металлы Au, Ag, Cu, Bi, Pb, Sn, Cd, Co, Ni, Fe, Zn, Mn осаждаются из водных растворов простых солей. Некоторые элементы - W, Mo, P, S - м. б. выделены в виде сплавов с металлами группы железа. Al, Mg, Be, Zr и др., имеющие высокий отрицат. электродный потенциал (см. Электрохимический ряд напряжений), осаждаются из неводных растворов или расплавов солей.

Электроосаждение металла происходит при более отрицат. электродном потенциале, чем его равновесный потенциал в данном растворе (см. Поляризация). Выделение Ag, Pb, Cd из водных растворов простых солей происходит при небольших значениях поляризации электрода Со, Ni, Fe вьщеляются при высокой поляризации электрода; для Сu, Bi, Zn поляризация имеет промежут. значение. Величина растет с увеличением тока i через электрохим. систему. Подвод разряжающихся ионов к пов-сти катода осуществляется путем диффузии. конвекции и миграции. Ток i_д, при котором скорость разряда ионов сравнивается со скоростью их доставки к пов-сти катода путем диффузии. наз. предельным диффузионным током. Дальнейший рост тока становится возможным при возрастании потенциала электрода до значений, достаточных для протекания новой электрохим. реакции (выделения Н₂ или др. металлов). В режиме предельного диффузионного тока на катоде наблюдается рост дендритов и порошкообразных отложений, при более низких токах осаждаются плотные металлич. слои.

При содержании в растворе ионов неск. металлов и достижении потенциала их совместного разряда на катоде образуется осадок сплава. Для получения компактных слоев сплавов стремятся сблизить потенциалы разряда ионов, изменяя активность разряжающихся ионов (напр., путем подбора соответствующих лигандов) или избират. торможением разряда более электроположит. металла (напр., введением в раствор ПАВ). Наиб. часто встречающийся случай совместного разряда ионов - выделение металла и Н₂.

Кол-во электричества, затраченное на выделение металла, отнесенное к общему кол-ву пропущенного электричества, наз. выходом металла по току. Выделяющийся Н₂ может включаться в материал катода и растущий осадок, ухудшая их физ.-мех. свойства. Особенно сильное воздействие водород оказывает на высокопрочные стали, вызывая развитие трещин, - т. наз. водородное охрупчивание. Для устранения охрупчивания после нанесения покрытия изделия прогревают до восстановления исходных мех. свойств.

Согласно закону Фарадея, кол-во выделяющегося металла на единице площади пов-сти за единицу времени пропорционально току, поэтому распределение тока по пов-сти электрода важно для получения равномерных по толщине покрытий, особенно на сложно профилир. изделиях. Распределение тока зависит от электрохим. поляризуемости dE/di, омич. сопротивления р-ра, соосаждения примесей и локального выхода металла по току.

Морфология пов-сти электроосажденных слоев и их структура определяются плотностью тока, температурой, интенсивностью перемешивания р-ра, концентрацией компонентов, присутствием в растворе ПАВ или др. примесей. Повышение температуры, интенсивности перемешивания или снижение плотности тока способствуют росту более крупных и совершенных кристаллов.

Электроосаждение металлов обычно протекает в неравновесных условиях и в присутствии адсорбир. компонентов раствора. Следствием этого является отклонение физ. и мех. свойств электроосажденных металлов, особенно сплавов, от значений, характерных для равновесных условий. Осадки имеют более высокую твердость, пониженные пластичность и электропроводность, малый размер кристаллов. Плотность дислокаций достигает 10¹¹-10¹² см^-1 , что соответствует предельным степеням деформации металла. Из-за повышенной концентрации вакансий в электроосажденных слоях наблюдается ускоренная взаимная диффузия компонентов в многослойных покрытиях. Особенно сильно отличаются от равновесных свойства электроосажденных сплавов, для которых характерно образование сильно пересыщенных твердых растворов и др. метастабильных фаз, иногда отсутствующих на диаграмме равновесия. В некоторых случаях на катоде осаждаются аморфные системы - т. наз. металлич. стекла.

Соосаждение с металлом разл. примесей может происходить не только в результате совместного разряда ионов (напр., водорода, фосфора или серы), но и путем захвата из раствора заряженных частиц и нейтральных молекул ПАВ. Включение в растущий осадок крупных неметаллич. частиц (А1₂О₃, MoS₂, алмаза и др.) приводит к образованию композиц. покрытий, которые м. б. использованы в качестве абразивных или антифрикц. покрытий. Электроосаждение металлов и сплавов используется для придания пов-сти изделия особых физ.-мех. свойств: магнитных (изготовление магнитопроводов и магн. экранов, нанесение рабочих слоев на диски элементов памяти ЭВМ), электрических (токонесущие слои волноводов и печатных плат, элементы сопротивлений и нагревателей), высокой твердости, сопротивления износу, отражат. способности, а также для покрытия контактов с низким переходным сопротивлением. См. также Электрокристаллизация

Лит.: Ротинян А.Л., Тихонов К. И., Шошина И. А., Теоретическая электрохимия, Л., 1981; Антропов Л. И., Теоретическая электрохимия, 4 изд., М., 1984.

© Ю. М. Полукаров.