Электроосаждение

ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЕ, выделение фазы (металла, сплава, оксида и др.) на пов-сти электрода в результате протекания электрохим. р-ции. Э. 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 р-ров простых солей. Нек-рые 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 р-ров или расплавов солей.
Э. металла происходит при более отрицат. электродном потенциале, чем его равновесный потенциал в данном р-ре (см. Поляризация). Выделение Ag, Pb, Cd из водных р-ров простых солей происходит при небольших значениях поляризации электрода Со, Ni, Fe вьщеляются при высокой поляризации электрода; для Сu, Bi, Zn поляризацияимеет промежут. значение. Величинарастет с увеличением тока i через электрохим. систему. Подвод разряжающихся ионов к пов-сти катода осуществляется путем диффузии, конвекции и миграции. Ток i_д, при к-ром 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. р-ции (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 р-ре 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 р-р 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. св-ва. 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. св-в.
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, т-рой, интенсивностью перемешивания р-ра, концентрацией компонентов, присутствием в р-ре ПАВ или др. примесей. Повышение т-ры, интенсивности перемешивания или снижение плотности тока способствуют росту более крупных и совершенных кристаллов.
Э. металлов обычно протекает в неравновесных условиях и в присутствии адсорбир. компонентов р-ра. Следствием этого является отклонение физ. и мех. св-в 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 св-ва электроосажденных сплавов, для к-рых характерно образование сильно пересыщенных твердых р-ров и др. метастабильных фаз, иногда отсутствующих на диаграмме равновесия. В нек-рых 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 р-ра заряженных частиц и нейтральных молекул ПАВ. Включение в растущий осадок крупных неметаллич. частиц (А1₂О₃, MoS₂, алмаза и др.) приводит к образованию композиц. покрытий, к-рые м. б. использованы в качестве абразивных или антифрикц. покрытий. Э. металлов и сплавов используется для придания пов-сти изделия особых физ.-мех. св-в: 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.