Vnitřní napětí katodicky vyloučených povlaků kovů

1. Vnitřní napětí katodicky vyloučených povlaků kovů Přednášející: Ing. Xenie Ševčíková, Ph.D. Integrita

2. 1. Techniky experimentálního šetření povrchového napětí • Metoda dilatometrická umožňuje provádět hodnocení průměrného vnitřního napětí 1. druhu (makropnutí) galvanicky vyloučených povlaků v celém jeho průřezu. • Obecně lze tuto metodu charakterizovat jako kvantitativní hodnocení deformace pokovovaného vzorku v průběhu galv. procesu. • Napětí 1. druhu může dosahovat hodnot přesahujících mez pevnosti vyloučeného kovu, vedoucí v konečném důsledku  destrukci povlaku. Integrita

3. 1. 1 Techniky experimentálního šetření povrchového napětí Vliv přísad na vlastnosti a vzhled povlaků Obr. 1 Vliv vnitřních napětí povlaku Ni-Fe na jeho vzhled při různém obsahu přísady snižující vnitřní napětí Integrita

4. 1. 2 Techniky experimentálního šetření povrchového napětí • Vnitřní napětí je důsledkem mřížkových poruch a deformací mřížky, ke kterým dochází během procesu galvanického vylučování kovů. • Dilatometrickou metodou lze zjišťovat pouze vertikálně orientovaná napětí. • Průběh napětí ve směru příčném a ve směru růstu vrstvy tímto způsobem měřit nelze. • Rostoucí napětí může v některých případech snížit kvalitu přilnavosti a korozní odolnosti vyloučené vrstvy. Integrita

5. 2. Vliv přísad na vlastnosti a vzhled povlaků Obr. 2 Vliv komerční přísady (EL) na vnitřní napětí povlaku Ni-Fe Integrita

6. 3. Příprava a průběh měření ČSN 03 8162Elektrolyticky vyloučené kovové povlaky – Metoda stanovení vnitřního napětí. Praha: Český normalizační institut, 1987. Obr. 3 Schéma , komponenty dilatometrického měření, IS – metr, měřící pracoviště Integrita

7. 4. Povlaky vyloučeny z elektrolytu na bázi Fe Obr. 4 Nerovnoměrný povlak. Příčinou může být nižší teplota chloridové lázně s kombinací nízké proudové hustoty. Vzorek byl vyloučen při proudové hustotě 2 A/dm2 a teplotě 80°C. Na zkušebním vzorku bylo provedeno několik měření k získání střední hodnoty tloušťky vyloučené Fe vrstvy. Tato hodnota byla 15,2 µm. Integrita

8. 5. Povlaky vyloučeny z elektrolytu na bázi Ni-Fe Obr. 5 Lamelární struktura Ni-Fe povlaku, lehce vroubkovaná v důsledku nečistot povlaku (M 200:1) Obr. 5. 2 Anomální průběh prvotního vyloučení mezivrstvy Ni charakteru (M 20:1) Obr. 5. 1 Vodíkový pittingNi-Fe povlaku. Integrita

9. Obr. 5. 3 Vlevo: slitinový povlak Ni-Fe, vpravo: galv. povlak Fe Tab.1 Hodnoty obsahu Fe a Ni ve slitinovém povlaku povlaku Integrita

10. 6. Závislost obsahu Fe v povlaku v návaznostina obsahu železa v elektrolytu Obsah Fe v povlaku [ % ] Koncentrace Fe v lázni [ mol / l ] Integrita

11. 6. 1 Závislost koncentrace Fe v elektrolytu na vnitřním napětí Vnitřní napětí [ MPa] Koncentrace Fe v lázni [mol / l ] Integrita

12. 6. 2 Katodická proudová účinnost v závislosti na koncentraci Fe v elektrolytu Katodická proudová účinnost η[ A / d m2] Koncentrace Fe v lázni [ mol / l ] Integrita

13. 6. 3 Závislosti vnitřního napětí na proudové hustotě Vnitřní napětí [ MPa] Proudová hustota [A/ dm2] Integrita

14. 6. 4 Závislost vnitřního napětí na teplotě Vnitřní napětí [ MPa] Teplota T [°C ] Integrita

15. 6. 5 Závislost vnitřního napětí na obsahu Sacharinu Vnitřní napětí [ MPa] Integrita

16. 7. Závislost vnitřního napětí na změně složení chloridového elektrolytu • Graf 1. Vnitřní napětí Fe povlaku pro proudovou hustotu 2A/dm2 Vnitřní napětí [ MPa] Doba vylučování Fe povlaku [ min ] Integrita

17. 7. 1 Závislost vnitřního napětí na změně složení chloridového elektrolytu Graf 2. Vnitřní napětí Fe povlaku pro proudovou hustotu 5A/dm2 Vnitřní napětí [ MPa] Doba vylučování Fe povlaku [ min ] Integrita

18. 7. 2 Závislost vnitřního napětí na změně složení chloridového elektrolytu Graf 3. Vnitřní napětí Fe povlaku pro proudovou hustotu 10A/dm2 Vnitřní napětí [ MPa] Doba vylučování Fe povlaku [ min ] Integrita

19. 7. 3 Shrnutí • Vzorky vyloučené z chloridové lázně o teplotě 50°C dosahovaly nejvyšších hodnot vnitřního napětí ve vyloučeném Fe povlaku. Úprava elektrolytu zvýšením koncentrace FeCl2na 300 [g/l] se u povlaků projevila zvýšením napětí, doloženo v grafech 1 - 3. • Snížení pracovní teploty lázně chloridového elektrolytu a navýšení hodnoty proudové hustotu má negativní dopad ve smyslu rostoucí tendence hodnot vnitřního napětí povlaků. • Nejnižších hodnot napětí, bylo dosaženo u chloridového elektrolytu o teplotě 93°C, tato teplota je velice energeticky náročná Integrita

20. 8. Degradační procesy Obr 8. Degradace Fe povlaku, síťoví trhlin, ztráta přilnavosti, na povrchu jsou soli procesních chemikálií, koroze Integrita

21. 8. 1 Degradace Ni, Fe povlaku Obr 8. 1 Trhliny na povrchu povlaku a příčné, šířka trhlin 1 – 5 mm Integrita

22. 8. 2 Kombinované degradačí faktory – I. Integrita

23. 8. 3 Kombinované degradačífaktory – II. Integrita

24. 9. Popis přípravy experimentální Fe lázně Tab. 9. 1 Výchozí složení chloridového elektrolytu: Tab.9. 2 Parametr úpravy chloridového elektrolytu: Integrita

25. 9. 1 Chemické složeni slitinové Ni-Felázně • NiSO4 . 7H2O 0,7 mol/l ~ 200g/l • FeSO4 . 7H2O 0,05 mol/l ~ 14g/l • KOH 0,12 mol/l ~ 6,7 g/l • KBr 0,085 mol/l ~ 10 g/l • H3BO3 0,5 mol/l ~ 30 g/l • Laurylsíransodný 0,2 g/l • Sacharin 2 g/l • pH lázně bez Sacharinu 2,7 • pH lázně s přídavkem Sacharinu 2,5 Integrita

26. 10 Příklad výpočtu pro slitinový povlak Ni-Fe 1. Hmotnost vyloučeného povlaku : 2. Výpočty hmotnosti povlaku: 3. Tloušťka povlaku t= 8 .10-4cm, šířka pásku 10mm, délka pásku 165mm. Směsná hustota: 4. Výpočet napětí: E = 1,67 . 105MPa modul pružnosti ocelového pásku, d = 0,05 mm tloušťka pásku: 5. Katodická proudová účinnost: Molární hmotnost, (Ni = 58,71 g/mol, Fe = 55,8 g/mol), Molární hmotnost slitiny Ni-Fe : 0,2 . 55,8 + 0,8. 58,71 = 58,128 g/mol, Faradayova konstanta F = 96 500 C/mol = 1608 A. min/mol, Počet nábojů z: Ni = 2, pro Fe= 2 Integrita

27. 10. 1 Příklad výpočtu Ni-Fe 6. Čas, při kterém je vyloučena tloušťka povlaku 8μm: Hmotnost povlaku o tloušťce t = 8 μm: m = 2 . ρ . l . s . t [ g ], Hmotnost získaného povlaku mk, Doba ukončení experimentu τk 7. Teoretická tloušťka povlaku: 8. Proudové hustota: i = 1A/dm2 9. Výpočet proudu: I = 1A/dm2 . 0,35 = 0,35A • Vnitřní napětí pomocí IS-metru, odečet nám zkracuje a prodlužuje vzorek. Délkové rozdíly dosadíme do vzorců a získáme vnitřní napětí. • Vizuální makro-mikroskopická kontrola struktury povlaku – (rovnoměrnost vyloučení povlaku, peeting, lesk povlaku, spálení povlaku v důsledku vyšších proudů). • Obsah Ni a Fe v povlaku – pomocí řádkovacím elektronovým mikroskopie REM a spektrálním analyzátorem (EDS) INCA x-act– jemnost, rovnoměrnost struktury, uspořádání globulárnía lamelární, tvorba lamel.. Integrita

28. Děkuji za pozornost Integrita