Кристаллическая структура электроосаждённых металлов





Микроструктура

 

Кристаллическая структура электроосаждённых металлов, как правило, соответствует структуре металлов, полученных металлургическим способом. Для металлов типичны следующие кристаллические структуры:

- кубическая гранецентрированная – Fe, Co, Ni, Cu, Pd, Pt, Au, Pb;

- кубическая объёмно-центрированная – Cr, Mn, Fe, W, Mo;

- гексагональная плотноупакованная – Co, Zn, Ru, Os, Сd.

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, то есть микроструктурой.

Внутренняя структура и состав электроосаждённых металлов неоднородны, так как металлы состоят из зёрен в виде прилегающих друг к другу кристаллитов. Наиболее характерной особенностью структуры является наличие границ, разделяющих зёрна 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, рН, плотности тока или потенциала электрода и т.д. Всё это влияет на размер, форму и ориентацию зёрен в металле.

Несмотря на наличие в электроосаждённых металлах большого числа других дефектов (внедрённых атомов, вакансий, дислокаций, пор, пустот), определяющее влияние на их физико-механические свойства оказывают границы зёрен.

 

Структура границ зёрен

 

Одним из возможных типов границ зёрен являются малоугловые границы.Они показаны на рисунке 1. Эти границы состоят из выстроенных в ряд краевых дислокаций. Возникают они при небольшой разориентировке растущих кристаллических плоскостей. Ширина таких границ приближается к атомным размерам. Они служат границами раздела блоков внутри зерна.

Другой тип границ – большеугловые границы. Он типичен для зёрен с большими углами разориентировки (рисунок 2).

  Рис. 1. Малоугловая граница   Рис. 2. Большеугловые границы между зёрнами

 

Такие границы характеризуются относительно большими промежутками между атомами. Эти промежутки имеют ширину десятков атомных диаметров, содержат атомы в аморфном состоянии, дислокации. Эти промежутки являются поверхностями, на которых адсорбируются чужеродные атомы и молекулы веществ, присутствующие в приэлектродном слое.

Размер зерна электроосаждённых металлов в зависимости от природы металла может изменяться в широких пределах. Наиболее мелкокристаллической структурой обладают металлы, которые выделяются из раствора с высоким перенапряжением. Если взять однотипные, например сернокислые электролиты, из которых можно получить разные металлы, то размер зёрен растёт в ряду Co, Fe, Ni, Cu, Zn, Bi (висмут), Cd, Sn и меняется от 10-3 до 10-5 м. В такой же последовательности уменьшается общее перенапряжение выделения металла.

При осаждении одного и того же металла из разных электролитов в целом также наблюдается уменьшение размера зёрен с ростом поляризации. Например, при электроосаждении металлов из цианидных электролитов, в которых поляризация более высокая, размер зерна всегда меньше, чем при осаждении из сернокислых электролитов.

Тенденция уменьшения размера зерна с ростом поляризации (или тока) при выделении металла в конкретном электролите не всегда справедлива. Здесь при изменении плотности тока в результате изменения ситуации в приэлектродном слое и условий кристаллизации структура может изменяться сложным образом.

Кроме этого необходимо учесть следующее.

1. Равномерность распределения зёрен по размерам. Чтобы считать зёрна одинаковыми по размерам, средняя площадь зёрен в плоскости, параллельной плоскости осадка, должна составлять около 0,8 максимальной площади зёрен. Для электролитических осадков это не всегда соблюдается. Последнее связано как с влиянием загрязнений, так и с неравномерным распределением тока по поверхности катода.

2. Изменение поперечного сечения зёрен при увеличении толщины осадка. Например, при осаждении меди из сернокислого электролита меднения размер зерна ~1 мкм при толщине осадка 100 мкм.

3. Различие форм зёрен в поперечном и в продольном сечении. По поперечному сечению в большинстве случаев наблюдается столбчатая структура осадков. Однако в присутствии ПАВ возможны и слоистые структуры. Форма зерна в продольном сечении обычно близка к многогранникам.

 

Текстура

 

Вследствие быстрого роста определённых граней кристаллов в структуре может возникать предпочтительная ориентация зёрен по отношению к плоскости подложки. Такую предпочтительную ориентацию зёрен или определённых кристаллографических плоскостей называют текстурой.

Текстура электроосаждённых металлов зависит от многих факторов и зачастую плохо воспроизводится. Основными факторами, влияющими на образование той или иной текстуры, являются:

- состав электролита;

- режим электролиза;

- наличие в электролите органических и неорганических добавок;

- материал и структура металла-основы;

- толщина осадка;

- температура электролита;

- наличие или отсутствие перемешивания электролита;

- форма тока;

- наложение магнитного и ультразвукового поля и др.

Эти же факторы определяют не только тип текстуры, но и степень её совершенства.

Текстура определяет не только физико-механические свойства осадков, но и является причиной их анизотропии. Например, прочность на разрыв и микротвёрдость текстурированных электролитических осадков в различных направлениях могут изменяться на 20–30% по сравнению с нетектурированными осадками.

Также существует связь между изменением внутренних напряжений или блеском осадков и текстурой.

 





Читайте также:
Фразеологизмы и их происхождение: В Древней Греции жил царь Авгий. Он был...
Виды функций и их графики: Зависимость одной переменной у от другой х, при которой каждому значению...
Экономика как подсистема общества: Может ли общество развиваться без экономики? Как побороть бедность и добиться...
Новые русские слова в современном русском языке и их значения: Менсплейнинг – это когда мужчина что-то объясняет...

Рекомендуемые страницы:


Поиск по сайту

©2015-2019 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-11-19 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту:

Обратная связь
0.027 с.