Методы контроля гальванических покрытий

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Федеральное государственное бюджетное 
образовательное учреждение высшего образования 
«Казанский национальный исследовательский 
технологический университет» 
 
 
 
 
 
 
Ж. В. Межевич, Н. Б. Березин 
 
 
 
МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ 
ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ 
 
Практикум 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Казань 
Издательство КНИТУ 
2018 

 

УДК 620.0197.5
ББК 34.66

М43

 
Печатается по решению редакционно-издательского совета  
Казанского национального исследовательского технологического университета 
 
 
Рецензенты: 
д-р техн. наук, проф. Р. Т. Ахметова 
д-р хим. наук Д. Г. Яхваров 
 
 
 
 
 
 
 
 

М43

Межевич Ж. В.
Методы 
контроля 
гальванических 
покрытий
: 
практикум 
/ 

Ж. В. Межевич, Н. Б. Березин; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2018. – 88 с.

ISBN 978-5-7882-2468-8
 
Представлены лабораторные работы по методам контроля электролитов, гальванических покрытий, факторов,  влияющих на качество покрытий.  
Предназначен для бакалавров направления подготовки 18.03.01 «Химическая технология» и  магистрантов направления подготовки 18.04.01 
«Химическая технология», обучающихся по программам «Функциональная 
гальванотехника» и «Перспективные электрохимические технологии». 
Подготовлен на кафедре технологии электрохимических производств. 
 

 
 
 

ISBN 978-5-7882-2468-8
© Межевич Ж. В., Березин Н. Б., 2018
© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2018

УДК 620.0197.5
ББК 34.66

ВВЕДЕНИЕ 
 
Технология нанесения гальванических покрытий влияет на качество готовых изделий, их долговечность и эксплуатационные характеристики. Важнейшим фактором, обеспечивающим необходимое качество покрытий, является режим электролиза: плотность тока, напряжение на ванне температура электролита, перемешивание, выход 
металла по току. 
Особое внимание уделяется предварительной подготовке деталей, т.е. окончательной отделке поверхности. 
Не менее важное значение имеет состав электролита, в который вводят вещества, являющиеся поставщиками ионов для дальнейшего их восстановления, буферные добавки, поддерживающие значения рН в определенном интервале. Иногда этот интервал может быть в 
пределах двух-трех десятых от единицы измерения рН.  В электролиты вводятся добавки, повышающие электропроводимость растворов, 
т.к. электропроводимость находится в прямой зависимости от количества носителей заряда. Добавляют  в электролиты поверхностноактивные вещества (ПАВ), влияющие на качество, зернистость, плотность осадков, а также блескообразующие добавки, отвечающие за 
блеск покрытий, и другие добавки, которые позволяют получать покрытия с заданными специфическими свойствами. 
Следовательно, состав электролита, а, значит, и контроль электролитов – не менее важная задача, чем, собственно, сам технологический процесс. 
В электролитах, используемых для электроосаждения металлических покрытий, ионы металлов могут находиться в виде гидратированных ионов и в виде комплексных ионов. Известно, что ионы свинца, олова, кадмия, меди, серебра восстанавливаются из растворов простых солей при сравнительно малой поляризации (поляризация  этом 
случае обусловлена уменьшением концентрации ионов в прикатодном 
слое и с торможением, связанным с построением кристаллической решетки). Образующиеся осадки этих металлов имеют крупнозернистую 
структуру, растут в виде отдельных изолированных кристаллов (или 
агрегатов кристаллов). Только в присутствии определенных для данного электролита ПАВ, вызывающих сильное торможение реакции, 
возможно образование мелкокристаллической структуры осадка. Есть 
металлы (это металлы группы железа и платины, а также хром и мар

ганец), которые выделяются из простых электролитов и даже  в отсутствии ПАВ с высоким перенапряжением и образуют при этом мелкозернистые осадки. Осадки, полученные из комплексных электролитов, 
имеют мелкозернистую структуру. Характерные примеры – это цианидные электролиты меднения, цинкования, кадмирования, цинкатные 
электролиты, этилендиаминовые электролиты меднения. 
Высокая катодная поляризация в комплексных электролитах 
определяется величиной константы нестойкости комплексов, с затруднениями при их разряде, а также изменением характера энергетического состояния поверхности катода. 
Что необходимо знать и контролировать у электролитов? Состав электролита, его рН. Многие процессы электроосаждения металлов весьма чувствительны даже к небольшим изменениям кислотности. Если в медном сернокислом электролите кислотность может 
меняться в широком диапазоне без заметного влияния на выход по 
току, то в никелевых электролитах изменение рН на одну единицу 
может вызвать изменение выхода по току на десятки процентов. рН 
электролита влияет и на предельно допустимые значения плотности 
тока, а также на структуру и твердость электролитических осадков. 
Важнейшая характеристика электролита – его рассеивающая 
способность (РС). Рассеивающая способность электролита – это  его 
способность улучшать первичное распределение тока по поверхности 
детали. РС позволяет судить о равномерности распределения металла 
по поверхности на основании толщины. Первичное распределение тока определяется геометрической конфигурацией пространства между 
катодом и анодом, а также величиной омического сопротивления 
электролита на разных участках пространства между катодом и анодом.  
Факторы, влияющие на РС: 
1) геометрические факторы обусловлены разноудаленностью 
различных участков покрываемой детали от анода и сложностью рельефа поверхности детали.  В первом приближении влияние геометрических факторов описывается законом Ома – чем больше падение напряжения между  анодом и катодом (деталью), тем меньше плотность 
тока и, соответственно, меньше толщина покрытия. На первичное распределение тока можно повлиять путем установки различных барьеров из неэлектропроводных материалов перед выступающими частями 
покрываемой поверхности. В некоторых случаях перед выступающи

ми частями покрываемой детали устанавливают дополнительные катоды, которые отвлекают на себя часть тока. Иногда к удаленным участкам детали подводят дополнительные аноды, а иногда аноды изготавливают в форме деталей. Необходимо отметить, эти приемы используют только в случае покрытия крупных единичных деталей; 
2) электрохимические факторы – это скорость роста катодного 
потенциала при увеличении плотности тока (поляризуемость). Чем 
больше плотность тока, тем больше поляризация – уравнение Тафеля. 
Увеличение поляризуемости всегда способствует увеличению РС, т.е. 
более равномерному распределению плотности тока на поверхности 
катода. Электропроводимость раствора – еще один электрохимический фактор. Увеличение электропроводимости электролита приводит 
к снижению абсолютной разницы омических сопротивлений на разноудаленных участках катода. Чем выше электропроводимость электролита, тем выше РС. К электрохимическим факторам следует отнести и 
зависимость выхода по току от плотности тока. Эта зависимость не 
влияет на распределение тока, но может существенно влиять на распределение металла. 
Электролиты обладают еще и качественной характеристикой – 
кроющей способностью (КС). Кроющая способность электролита характеризуется минимальной плотностью тока, при которой начинается 
электроосаждение металла. Чем меньше плотность тока, при которой 
начинается электроосаждение металла из данного электролита, тем 
лучше его (КС). Кроющая способность представляет интерес, когда 
необходимо нанести гальваническое покрытие на поверхности изделия 
в виде тонкой  металлической пленки. 
Трудно назвать отрасль производства, в которой не применялись бы электролитические покрытия металлами, поэтому большое 
значение придается обеспечению и контролю их качества. Существуют требования к  качеству покрытий, они регламентированы  ГОСТ 
9.301-78. Для всех видов покрытий установлены требования к внешнему виду и при необходимости к специальным свойствам. Кроме того 
для металлических покрытий устанавливают требования к толщине, 
пористости, микротвердости, блеску и прочности сцепления; в случае 
покрытия сплавами – к химическому составу; для неметаллических 
неорганических покрытий – требования к защитным свойствам, и 
при необходимости, к толщине. Специальные свойства должны соответствовать требованиям конструкторской документации. 

1. КОНТРОЛЬ ЭЛЕКТРОЛИТОВ 
 
Лабораторная работа 1 
 
ОПРЕДЕЛЕНИЕ рН ЭЛЕКТРОЛИТОВ С ПОМОЩЬЮ  
МИКРОСУРЬМЯНОГО ЭЛЕКТРОДА 
 
Введение 
 

Влияние рН раствора при электроосаждении металлов, осо
бенно выделяющихся при электроотрицательных потенциалах из растворов простых и комплексных солей, на качество покрытий общеизвестно. 

 При электролизе простых солей электроотрицательных метал
лов (железа, никеля, цинка, олова и других) при небольшой концентрации водородных ионов происходит выделение на катоде водорода, 
вследствие чего выход металла по току уменьшается. Выделение водорода вызывает и изменение структуры и физико-химических 
свойств осадков. Включаясь в осадок, водород повышает внутренние 
напряжения, вызывает хрупкость, растрескивание осадков. В некоторых случаях понижение рН повышает перенапряжение восстановления ионов металла, способствуя образованию мелкокристаллических 
осадков.  

Повышение рН выше определенного предела приводит к обра
зованию гидроксидов металлов, которые, включаясь в  осадок, также 
ухудшают его качества (повышают внутренние напряжения, вызывают 
в нем хрупкость и способствуют образованию трещин). Во избежание 
образования и накопления гидроксидов у катода электролиты должны 
иметь определенную постоянную кислотность во время электролиза. 
Для поддержания постоянной кислотности в электролиты  вводят специальные вещества, которые  в определенном интервале рН придают 
электролиту высокие буферные свойства. 

Поэтому необходимо учитывать значение рН электролита и 

корректировать его значение при электроосаждении металлических 
осадков. 

Водородный показатель (рН) величина, характеризующая ак
тивность или концентрацию ионов водорода в растворах. 

Водородный показатель численно равен отрицательному деся
тичному  логарифму активности или концентрации ионов водорода, 
выраженной в молях на литр, математически это можно представить выражением:                                           
pH=-lg[H+]                                     (1.1) 
Для измерения рН растворов существует много методов, один 
из них – это использование микросурьмяного электрода.                 
Сурьмяный электрод является электродом второго рода, состоящего из металла и его мало растворимого оксида. Такой электрод 
может быть использован для определения концентрации (активности) 
водородных ионов. Схематически сурьмяный электрод можно представить в следующем виде:  
 
OH-|Sb2O3,Sb                                    (1.2) 
Электродную реакцию можно записать: 
 
Sb2O3+3H2O+6e=2Sb+6OH-                                 (1.3) 
Уравнение Нернста для такого электрода можно записать так: 
 
                           
 
                           (1.4) 
 
При 250С уравнение после подстановки в них числовыхзначений постоянных величин принимает следующий вид: 
                                             (1.5)             
Электроды чаще всего находят применение  в качестве индикаторных для приближенных определений рН  при электродного слоя. 
Сурьмяный электрод представляет собой литой сурьмяный 
стержень, опускаемый непосредственно в испытуемый раствор. Для 
того чтобы можно было применять этот электрод в растворах, окисляющих, разъедающих или покрывающих электрод продуктами разложения электролита, его необходимо подвергать непрерывной механической очистке. Сурьмяный электрод изготовляется из металлической сурьмы в виде отлитой палочки или же из сурьмы, электролитические нанесенной на платину. 
Сурьмяный электрод из-за неустойчивости состава его поверхностного окисла применять как электрод сравнения нельзя. Он ис

пользуется в качестве индикаторного электрода для приближенных 
определений pH в умеренно кислых и в нейтральных растворах. 
 Сурьмяные электроды применяются в медицине во всем мире 
для исследования внутрижелудочной кислотности в диапазоне 1-9 рН. 
Точности 0,2 рН для этой цели вполне достаточно. 
Цель работы:  освоение методики определения рН электролитов с помощью сурьмяного электрода. 
Методика проведения работы. Необходимо подключить к 
потенциостату электрохимическую ячейку следующим образом: сурьмяный электрод подсоединить с клеммой «РАБ.»; хлорид-серебряный 
электрод - с клеммой «СРАВН.», расположенными на боковой  панели 
потенциостата;  провести измерения потенциалов сурьмяного электрода с использованием блока высокоомного вольтметра,фиксировать 
только установившиеся значения потенциала. 
Перед началом работы по измерению рН электролитов электрод  тщательно шлифуют,  полируют наждачной бумагой, промывают 
водопроводной, дистиллированной водой и затем исследуемым  раствором. Для калибровки электрода измеряют его потенциал в 10…20 
буферных растворах с известными значениями рН. Результаты представляют в виде табл.  1.1.  По полученным экспериментальным данным строят график зависимости потенциал электрода от рН раствора. 
После этого переходят к измерению рН исследуемых растворов. Калибровки электрода проводят  в универсальной буферной смеси, составленной из фосфорной, уксусной  и борной кислот. 
 
 
Контрольные вопросы 
 
1. Что характеризует рН раствора? 
2. Что такое буферная емкость раствора? 
3. Математическое выражение для рН раствора. 
4. Методы определения рН раствора. 
5. Для чего чаще всего используется сурьмяный электрод? 
6. Краткая запись сурьмяного электрода. 
 
 
 
 

Таблица 1.1 
 
Потенциалы сурьмяного электрода  в универсальной буферной 
смеси 

№ буфера
рН
Е,В

1
2,00
-0,062

2
2,25
-0,065

3
2,59
-0,091

4
3,30
-0,129

5
4,10
-0,175

6
4,59
-0,201

7
5,00
-0,226

8
6,48
-0,296

9
6,70
-0,313

10
7,74
-0,362

11
8,29
-0,389

12
9,25
-0,430

13
9,75
-0,458

14
10,08
-0,477

15
10,30
-0,491

16
11,56
-0,563

17
11,60
-0,564

 
Задание 1. Определить рН  с помощью микросурьмяного электрода  десяти растворов, среди которых электролиты цинкования, 
меднения, никелирования, а также водопроводная и дистиллированная 
вода. Измерить рН этих же растворов с помощью прибора рН-метр. 
Занести экспериментальные  данные в табл. 1.2, сравнить полученные 
значения и сделать выводы.