Технология гальванических металлических покрытий

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Федеральное государственное бюджетное 
образовательное учреждение высшего образования 
«Казанский национальный исследовательский 
технологический университет» 

И. О. Григорьева, Ж. В. Межевич, А. Ф. Дресвянников 

ТЕХНОЛОГИЯ 
ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ 
МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ 

Учебное пособие 

Казань 
Издательство КНИТУ 
2019 

УДК 621.357.74(075) 
ББК 34.663я7

Г83

Печатается по решению редакционно-издательского совета  
Казанского национального исследовательского технологического университета 

Рецензенты: 
канд. хим. наук, доц. А. В. Желовицкая 
канд. техн. наук В. В. Терехин 

Г83 

Григорьева И. О. 
Технология гальванических металлических покрытий : учебное пособие / И. О. Григорьева, Ж. В. Межевич, А. Ф. Дресвянников; 
Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : 
Изд-во КНИТУ, 2019. – 284 с. 

ISBN 978-5-7882-2780-1

Изложены теоретические основы электрохимического осаждения металлических покрытий, основные закономерности электролиза и механизм образования катодных осадков. Представлены лабораторные работы, в которых 
рассмотрены технологии получения гальванических металлических покрытий, методы их исследования, а также вопросы стабильности процессов и качества металлопокрытий. 
Предназначено для бакалавров и магистрантов, обучающихся в рамках 
направления «Химическая технология» по профилям подготовки бакалавриата 
«Технология защиты от коррозии» и «Технология электрохимических производств» и программам подготовки магистратуры «Коррозия и защита металлов», «Функциональная гальванотехника», «Перспективные электрохимические технологии». 
Подготовлено на кафедре технологии электрохимических производств. 

ISBN 978-5-7882-2780-1
© Григорьева И. О., Межевич Ж. В., 

Дресвянников А. Ф., 2019

© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2019

УДК 621.357.74(075) 
ББК 34.663я7

В В Е Д Е Н И Е  

Научно-технический прогресс в современных условиях обуслав
ливает интенсивное развитие различных отраслей промышленности, 
в том числе традиционных (машиностроение, приборостроение), и относительно новых областей техники (микроэлектроника, хемотроника, 
ракетостроение, космонавтика). Важную роль в развитии современной 
техники играет гальванотехника, весьма разветвленный и специализированный способ производства. 

В классическом представлении термин «гальванотехника» обо
значает технику осаждения металлов и неметаллов на поверхности изделия и включает гальваностегию и гальванопластику. Гальваностегия – это технический термин для обозначения технологических процессов, применяемых при формировании электролизом тонких слоев, 
используемых в качестве металлических покрытий, т. е. покрытие поверхности одного металла другим. Гальванопластика – технический 
термин для обозначения технологических процессов, в результате которых получают толстые металлические осадки для изготовления и размножения точных копий с различных предметов, воспроизводящих во 
всех деталях рельеф оригинала.  

В современном понимании гальванотехника представляет собой 

широкий спектр процессов: 

– электроосаждение металлических покрытий на детали из чер
ных и цветных металлов (цинкование, меднение, никелирование, хромирование, железнение, покрытие сплавами и т. д.); 

– электрохимическое и бестоковое (химическое) нанесение неме
таллических неорганических покрытий (фосфатные, хроматные, оксидные, оксалатные, сульфидные и т. д.); 

– металлизация неметаллических изделий (пластмасс) и химиче
ское (бестоковое) осаждение металлов на поверхности металлических 
изделий; 

– электрохимическая обработка металлических заготовок с це
лью формообразования (электрохимическое полирование и шлифование, анодная размерная обработка); 

– электрохимическое формование или электроформование (сино
ним гальванопластики); 

– электрохимическая финишная обработка металлических заготовок для обеспечения определенных требований к поверхностному 
слою заготовок; 
– процессы очистки поверхностей и подготовки их к гальваническим, химическим и конверсионным покрытиям; 
– операции травления (после проведения термообработки) и др.
К компонентам понятия гальванотехники относятся также
очистка сточных вод гальванических цехов и извлечение из них металлов, оборудование гальванических цехов, средства механизации и автоматизации процессов, аппаратура контроля электролитов и покрытий, система стандартов на электролиты, гальванические процессы и их 
режимы. 
Гальванотехника является составной частью производственных 
процессов в различных областях техники, т. е. одним из видов межотраслевых технологий. Методы гальванотехники применяют не только 
для нанесения защитных покрытий с заранее заданными специальными 
свойствами, но и для получения полуфабрикатов, сложных деталей и 
элементов. Электрохимические методы все чаще применяют для решения многих сложных задач, когда другие технологические процессы непригодны или мало эффективны. 
Основоположником гальванотехники является Б. С. Якоби, член 
российской академии наук. В 1837 году он впервые получил медную 
копию гальванопластическим способом с металлического оригинала. 
В последующие годы были известны немногие электролитические процессы: серебрение, золочение, покрытие оловом изделий из меди и ее 
сплавов, осаждение меди для получения металлических копий. Однако 
эти процессы не имели промышленного значения; рецептура и режим 
электролиза подбирались эмпирически, и это часто приводило к плохим результатам. 
С начала 20-х годов ХХ века начинается бурное развитие теоретической и прикладной электрохимии, появляются более совершенные, 
теоретически обоснованные процессы электролитического осаждения 
металлами, которые способствуют широкому использованию гальванотехники в различных отраслях промышленности.  
С развитием новых отраслей техники (радиоэлектроника, атомная энергетика, ракетостроение, полупроводниковая промышленность) 
возникли новые, более сложные задачи, связанные с обработкой поверхности металлов. Во многих случаях поверхности изделий необходимо придавать целый комплекс заданных свойств. Например, 

покрытия должны иметь высокую коррозионную стойкость в жестких 
условиях эксплуатации, хорошую электропроводность, должны быть 
достаточно равномерными по толщине и составу. Наряду с покрытиями, имеющими улучшенные антикоррозионные и механические свойства, требуются покрытия с высокими оптическими (блеск) и особыми 
магнитными свойствами, сверхпроводимостью, жаростойкостью, способностью сохранять паяемость после длительного хранения на воздухе и др. Путем совместного осаждения металлов в виде сплавов покрытиям можно придавать новые разнообразные свойства. Кроме того, 
в виде сплавов получают покрытия металлами, которые не выделяются 
из водных растворов на катоде, например, вольфрам, молибден, рений 
и другие. Таким способом получают жаростойкие покрытия сплавами 
вольфрам – железо, вольфрам – никель, вольфрам – кобальт, вольфрам – хром, молибден – никель и др.  

Широкий спектр технологических приемов, позволяющих полу
чать гальванические покрытия с заданными специфическими свойствами, большое разнообразие применяемых химических веществ и режимов электролиза привели к формированию нового направления, которое в научной и технической литературе называют функциональной 
гальванотехникой. Несмотря на то что в последние годы появилось 
много способов нанесения металлических покрытий, считается, что 
гальванические методы еще долгое время будут доминирующими 
в промышленности. 

Настоящее учебное пособие предназначено для студентов-элек
трохимиков (бакалавров и магистров), обучающихся в рамках направления «Химическая технология» на кафедре технологии электрохимических производств, и содержит информацию, усвоение которой позволит студенту улучшить подготовку в области прикладной электрохимии, в частности гальванотехники, и овладеть практическими навыками работы на экспериментальном оборудовании. 

В данном пособии рассмотрены теоретические основы нанесения 

гальванических металлических покрытий, представлены лабораторные 
работы, изложен материал, необходимый для подготовки к проведению 
этих работ и представления полученных экспериментальных результатов. Лабораторный практикум отвечает современному уровню в области гальванотехники и смежных отраслях и включает работы, связанные с нанесением наиболее широко применяемых металлических защитных, декоративных и специальных покрытий. При этом предпочтение было отдано материалам, прошедшим практическую проверку.  

Основные задачи лабораторного практикума – освоение лекционного материала, систематизация знаний по прикладной электрохимии, 
экспериментальное подтверждение основных теоретических положений в области гальванотехники, выработка определенных умений и 
навыков, связанных с подготовкой экспериментальной установки, выбором режимов проведения электрохимического процесса и методик 
исследования, оценкой качества получаемых металлических покрытий. 
Основная цель лабораторного практикума – научить студента самостоятельно с первых шагов своей профессиональной деятельности решать 
конкретные практические задачи в области гальванотехники и защиты 
от коррозии гальваническими покрытиями. 
В ходе выполнения конкретной задачи студенту необходимо 
ознакомиться с методическими указаниями и руководством по выполнения лабораторной работы, а также с предлагаемой литературой по 
данной теме, самостоятельно спланировать и провести эксперимент, 
исследовать и проанализировать параметры технологического процесса нанесения покрытия,  его защитные и функциональные свойства. 
Лабораторная работа завершается обработкой экспериментальных результатов, написанием отчета и докладом по результатам работы. Лабораторные работы предпочтительно выполнять индивидуально. В зависимости от объема и содержания работы преподаватель может изменить по своему усмотрению технические параметры или количество 
выполняемых экспериментов. Учитывая быстрое изменение приоритетов и тенденций в области гальванотехники, объекты исследования 
также могут видоизменяться от приведенных в содержании при сохранении методической основы выполнения задачи. 

6

Г л а в а  1  
Н А З Н А Ч Е Н И Е  И  В Ы Б О Р  Г А Л Ь В А Н И Ч Е С К И Х
П О К Р Ы Т И Й  

1 . 1 .  К л а с с и ф и к а ц и я  п о к р ы т и й

В зависимости от требований, предъявляемых к эксплуатационным характеристикам деталей, различают покрытия: 
– защитные (наносятся только с целью защиты покрываемого металла от коррозии); 
– защитно-декоративные (для защиты покрываемого металла от
коррозии и придания его поверхности декоративного вида); 
– специальные или функциональные (для придания поверхности
покрываемого металла определенных характеристик, например твердости, паяемости, износостойкости, электроизоляционных, магнитных 
свойств, а также для защиты основного металла изделия от особых специфических сред). 
По характеру защитного действия металлические покрытия разделяются на покрытия с анодным и катодным характером защиты 
(анодные и катодные покрытия).  
Анодные покрытия состоят из металла более отрицательного, 
чем защищаемый металл. При воздействии коррозионной среды в порах, трещинах или на оголенных от покрытия участках основного металла между этим металлом и покрытием возникает гальваническая 
пара, в которой металл покрытия является отрицательным, растворяющимся анодом. В качестве примера можно привести покрытие стали 
цинком (в промышленной атмосфере) и кадмием (в атмосфере морского тумана). Анодные покрытия обладают лучшими защитными 
свойствами. Однако в некоторых случаях вводятся ограничения на их 
применение: 1) когда техническими условиями предусмотрены определенные требования к товарному виду изделий (в этом случае необходима их дополнительная защита); 2) когда образование продуктов коррозии на поверхности деталей нарушает работоспособность приборов. 

Катодные покрытия состоят из металла более положительного, 

чем защищаемый. В порах, трещинах и на оголенных участках таких 
покрытий растворимым металлом (анодом), будет защищаемый металл. К катодным покрытиям относится большинство защитно-декоративных покрытий на стали (никель, медь, свинец, олово и их сплавы). 
Покрытия с катодным характером защиты должны полностью изолировать металл изделия от воздействия окружающей среды. Это может 
быть обеспечено только при отсутствии пор в осадке. Сформировать 
беспористые покрытия практически трудно, поэтому часто применяют 
многослойные покрытия (двухслойные или трехслойные никелевые, 
а также покрытия медь–никель, медь–никель–хром). Если один слой 
меди или никеля не предохраняет сталь от коррозии атмосферной влагой, то двухслойное покрытие (например, никель с медным подслоем) 
является действенным. Поры медного покрытия перекрываются слоем 
никеля, поры которого редко совпадают с медным. Таким образом в порах никелевого слоя, заполненных электролитом, короткозамкнутый 
гальванический элемент (медь–раствор–никель) не работает вследствие того, что при анодной поляризации никель пассивируется и не 
растворяется.  

Многослойные покрытия на стальной основе, на цинковых и алю
миниевых сплавах, латунных и бронзовых деталях обычно имеют конструкцию медь–никель–хром. В зависимости от природы основы конструкция покрытия может изменяться, например в некоторых случаях 
исключается медный подслой. Широко распространены процессы двойного и тройного никелирования (в том числе с заполнителем). Повышенная коррозионная стойкость двухслойных и трехслойных никелевых покрытий объясняется следующими факторами: а) меньшей суммарной пористостью осадков, так как поры в разных слоях никелевого покрытия 
взаимно перекрываются; б) анодным характером защиты промежуточного слоя никеля относительно подслоя в верхних слоях. Лучшей комбинацией промежуточных слоев в отношении коррозионной стойкости защитно-декоративных покрытий является никель–хром–никель–хром. 
Промежуточный слой хрома играет роль барьера, предупреждающего 
коррозию основного слоя никеля. Однако практическое осуществление 
такой комбинации слоев связано с технологическими трудностями, возникающими при осаждении никеля на хром, поэтому чаще рекомендуется применять трехслойные никелевые покрытия по следующей схеме: 
нижний слой матового или полублестящего никеля, осажденный из электролитов, не содержащих добавок (δ = 30 мкм); тонкий промежуточный 

слой блестящего никеля (δ = 1 мкм), полученный из электролита с серосодержащей добавкой; верхний слой блестящего никеля, осажденный из электролита также с блескосодержащей добавкой, но с меньшим 
содержанием серы. Таким образом с помощью промежуточного слоя с 
более высоким содержанием серы в осадках (около 1 %) обеспечивают 
анодную защиту нижнего и верхнего слоев покрытий. 

При классификации защитно-декоративных покрытий в качестве 

основных параметров выделяют цвет и фактуру. Цвет (окраска) пленок 
зависит от природы материала покрытий и их способности окрашиваться 
красящими веществами. Металлические покрытия обладают, в основном, серым цветом. Покрытия из олова, кадмия, серебра, платины имеют 
нейтральные белесые и светло-серые тона. Теплые сероватые цвета 
с желтоватым и розовым оттенком характерны для никеля и его сплавов 
с оловом. Покрытия цинком и хромом имеют холодные с голубоватым 
оттенком цвета. Исключение составляют покрытия на основе меди, золота и их сплавов, которые имеют золотисто-розовые тона. 

Фактура (характер слоя) может быть матовой, блестящей, глад
кой и шероховатой. Изменяя режим электролиза, при хромировании на 
одинаково обработанной поверхности можно получить «молочный», 
блестящий или матово-серый хром; при этом рельеф основы не имеет 
значения. Противоположным примером является получение блестящих 
зеркальных и матовых покрытий хрома. В данном случае фактура зависит от макрорельефа металла основы. 

Существуют также декоративные текстурированные покрытия, 

по своему внешнему виду напоминающие изморозь, агат, нефрит и др. 

Требования, предъявляемые современной техникой к свойствам 

конструкционных материалов, непрерывно возрастают. Во многих случаях эта задача решается с помощью нанесения покрытий, обладающих 
специфическими специальными (функциональными) свойствами. Применение функциональных (специальных) покрытий экономически выгодно, так как при этом снижается металлоемкость изделий из специальных сортов конструкционных сталей. 

Функциональный свойства покрытий можно условно разделить 

на физико-механические, физические, физико-химические и др. К физико-механическим свойствам относят прочностные и антифрикционные характеристики покрытий. Детали, испытывающие при эксплуатации большее давление, работающие на трение, должны иметь высокую 
твердость, износостойкость, хорошую притираемость, низкий коэффициент трения и способность равномерно смазываться. К физическим 

свойствам относятся тепло-, электро- и светотехнические свойства. 
Если механические детали подвергаются воздействию высоких температур, условием их долговечности является жароустойчивость. С целью экономии дорогих и дефицитных жаростойких сплавов в ряде случаев используют обычные конструкционные стали с последующим 
нанесением жаростойких покрытий. В электротехнике, радиоэлектронике широко используются электротехнические свойства покрытий 
(повышенная электрическая проводимость или, наоборот, электроизоляционные свойства). 
В зависимости от назначения и области применения среди специальных (функциональных) покрытий выделяют: 
– покрытия, увеличивающие поверхностную твердость и износостойкость (хром, железо, никель, родий, некоторые сплавы, многослойные покрытия: Cu–Ni–Cr, Cu–Ni–Ni–Cr, Cu–Ni–Ni–Ni–Cr); 
– покрытия, повышающие отражательную способность (родий,
серебро, золото, хром, никель); используются в системах преобразования солнечной энергии в тепловую; 
– покрытия, обладающие оптическими свойствами, например
светопоглощающие покрытия (черный хром, никель, цинк), которые 
используются в оптической технике (микроскопы, бинокли); 
– покрытия, повышающие электропроводящие свойства поверхности (серебро, олово, никель, медь, некоторые сплавы); 
– покрытия, защищающие отдельные участки поверхности изделия от цементации углеродом (медь) и от азотизации (олово); 
– покрытия, придающие поверхности антифрикционные свойства и способствующие снижению коэффициента трения (олово, медь, 
серебро, свинец, индий и их сплавы, композиционные покрытия);  
– магнитные покрытия, используемые в запоминающихся
устройствах (железо, никель, кобальт); 
– сорбционные покрытия, избирательно поглощающие из окружающей среды определенные вещества, например, покрытия, поглощающие масло (пористый хром, фосфатные покрытия) или радиоактивные вещества (оксидные покрытия); 
– покрытия, повышающие надежность электрического контакта
(серебро, медь, палладий, многослойные покрытия с внутренним слоем 
из никеля, кобальта или их сплавов). 
Одни и те же покрытия часто используют для различных целей. 
Например, никелевые и хромовые покрытия применяют в качестве защитно-декоративных и для придания поверхностной твердости