Локальные электрохимические покрытия

ЛОКАЛЬНЫЕ
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ 
ПОКРЫТИЯ
А.А. ТИХОНОВ
Москва
ИНФРА-М
2025
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого
МОНОГРАФИЯ

УДК  621.357(075.4)
ББК  34.663.05
	
Т46
Тихонов А.А.
Т46	
	
Локальные электрохимические покрытия : монография / А.А. Тихонов. — Москва : ИНФРА-М, 2025. — 382 с. — (Научная мысль). — DOI 
10.12737/2193752.
ISBN 978-5-16-020790-2 (print)
ISBN 978-5-16-113445-0 (online)
В монографии представлены результаты исследований, выполненные 
автором и другими ведущими специалистами по локальным электрохимическим покрытиям. Подробно рассмотрены основные способы нанесения 
локальных электрохимических покрытий от нано- и микроразмеров до метровых. Приведены технологии нанесения локальных электрохимических 
покрытий, представляющие из  себя металлы, сплавы, токопроводящие 
полимеры, полупроводники, оксидные, фосфатные и композиционные покрытия на металлические и неметаллические поверхности. Представлены 
свойства полученных покрытий.
Может быть полезной специалистам, занимающимся созданием изделий наноэлектроники, оптоэлектроники, молекулярной электроники, 
микроэлектроники, получением наноматериалов, разработкой носителей 
информации сверхвысокой плотности, катализаторов (химических, электрохимических, фотокатализаторов), микрофлюидных тестсистем, сенсоров (магниторезистивных, химических, электрохимических, биосенсоров), 
нанореакторов, лазерных диодов, пьезоэлектрических преобразователей, 
солнечных батарей, химических источников тока, топливных элементов, электрохимических 2D- и 3D-принтеров, а также ремонтом деталей, 
приборов, изделий, оборудования в машиностроении, микроэлектронике, 
электротехнике и других отраслях промышленности.
УДК  621.357(075.4)
ББК  34.663.05
Р е ц е н з е н т ы:
Бичурин М.И., доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой 
проектирования и технологии радиоаппаратуры Новгородского государственного университета имени Ярослава Мудрого;
Филиппов Д.А., доктор физико-математических наук, профессор, главный 
научный сотрудник, заведующий лабораторией Новгородского государственного университета имени Ярослава Мудрого;
Персинин С.А., кандидат химических наук, доцент, главный инженер НПО 
«Металлокерамика»
ISBN 978-5-16-020790-2 (print)
ISBN 978-5-16-113445-0 (online)
©  Тихонов А.А., 2025
Данная книга доступна в цветном исполнении 
в электронно-библиотечной системе Znanium

От автора
В этой монографии представлена информация об исследованиях 
в области нанесения локальных электрохимических покрытий, их 
свойствах и применении. В течение длительного времени автор 
занимался исследованиями в  этом направлении и  накопил значительный экспериментальный материал, часть которого не была 
опубликована. Опыт работы в этом направлении и всестороннее изучение проблемы нанесения и улучшения свойств локальных электрохимических покрытий позволили автору набраться смелости 
сформировать тенденции развития и некоторые идеи по дальнейшему развитию локальных электрохимических покрытий. Кроме 
этой, основной причины, побудившей автора написать эту монографию, существуют и другие причины, а именно:
–
– отсутствие систематизированной информации по локальным 
электрохимическим покрытиям (ЛЭП);
–
– появление информации о  новых улучшенных технологических процессах нанесения ЛЭП в КНР, США, ФРГ, Англии 
и других странах, не нашедшей отражения в отечественных 
источниках литературы;
–
– вторая молодость – новый всплеск интереса к технологиям 
нанесения ЛЭП, использующимся для восстановления изношенных или подвергшихся коррозии деталей, в первую очередь от импортного оборудования и машин, в связи с санкциями;
–
– расширение области применения локальных электрохимических покрытий в  таких бурно развивающихся научнотехнических направлениях, как наноэлектроника, оптоэлектроника, получение наноматериалов, создание сенсоров, 
катализаторов, суперконденсаторов, разработка носителей 
информации сверхвысокой плотности, электрохимических 
2D- и  3D-принтеров, 3D-MID, солнечных батарей, химических источников тока, топливных элементов и т.д.

Введение
Локальные электрохимические покрытия (ЛЭП)  – это ограниченные определенным местом, не выходящие за известные (избранные) пределы покрытия, нанесенные электрохимическим способом. Основными синонимами слова «локальные» в сочетании 
со  словом «покрытия» являются прилагательные: селективные, 
местные, ограниченные, топические, вневанные. Таким образом, 
локальные электрохимические покрытия наносятся не на всю поверхность детали или изделия, а на часть поверхности. В настоящее 
время все больше внимания уделяется нанесению ЛЭП. Возрастающий интерес к нанесению ЛЭП обусловлен расширением применения ЛЭП в самых разнообразных отраслях промышленности 
за счет появления новых технологических процессов их нанесения 
и увеличением ассортимента ЛЭП. В  монографии представлена 
информация о ЛЭП, состоящих из металлов: меди, никеля, хрома, 
железа, цинка, олова, свинца, кадмия, индия, кобальта, золота, 
серебра, палладия, платины, рутения, родия и  других, а  также 
из сплавов на их основе, токопроводящих полимеров, полупроводников, фосфатных, оксидных и композиционных покрытий. Рассмотрены способы, позволяющие существенно улучшить свойства 
ЛЭП за счет использования импульсного тока, введения в их состав наночастиц и т.д. Разработаны и приведены технологические 
процессы, позволяющие наносить ЛЭП на металлы, в том числе 
и на плохо покрываемые металлы (молибден, титан, алюминий), 
и  сплавы на  их основе. Приведены данные об  осаждении ЛЭП 
на полупроводники и на неметаллические материалы типа углеродных нанотрубок. В монографии подробно рассмотрены почти 
все способы локализации покрытий, включая самые современные, 
появившиеся буквально вчера. Первая глава посвящена нанесению 
ЛЭП методом электронатирания. В электронатирании отсутствует 
гальваническая ванна, ее функции выполняет адсорбционный материал, пропитанный электролитом. Соответственно, используются 
небольшие объемы электролитов, значительно меньше загрязняются сточные воды и окружающий воздух. Электронатирание позволяет наносить покрытия на детали различной конфигурации, 
в  том числе на  крупногабаритные (не помещающиеся в  гальванические ванны), и осуществлять ремонт без демонтажа оборудования. В этой главе представлены схемы установок и оснастки, 
варианты совершенствования технологических процессов, составы 
электролитов и свойства полученных покрытий. Во второй главе 
дана информация о нанесении ЛЭП в местных (локальных) ваннах. 
Несмотря на то что этот способ осаждения ЛЭП известен доста

точно давно, он применяется в настоящее время, прежде всего, для 
ремонта изношенных или проржавевших деталей. Третья глава 
посвящена струйному и  проточному способам создания ЛЭП, 
имеющим очень высокую скорость нанесения покрытий. В  четвертой главе приведены данные о  гальваноконтактном способе 
нанесения ЛЭП. В этом способе происходит абразивная обработка 
покрываемой поверхности и формирующегося покрытия, что позволяет повысить катодную плотность тока, увеличить твердость, 
износостойкость покрытий и существенно снизить шероховатость 
осаждаемых покрытий до Ra = 0,04–0,07 мкм и исключить операции предварительной и финишной обработки. Пятая глава посвящена созданию ЛЭП с помощью защитных масок. В гальванотехнике накоплен большой опыт по применению самых разных защитных масок, и возникла необходимость провести сравнительный 
анализ существующих защитных материалов и дать информацию 
о новых. Если в первых пяти главах рассматриваются технологии 
получения ЛЭП с размерами примерно от 10 мкм до десятков дециметров, то в шестой главе приведены способы осаждения ЛЭП 
от нескольких мкм до наноразмеров. Это литографические методы 
(рентгеновская, электронная, ионно-лучевая и др.), позволяющие 
получать ЛЭП наноразмеров. Рассмотрены многочисленные темплаты, все более широко использующиеся для получения наноразмерных ЛЭП. Это темплаты из  анодированного алюминия, 
коллоидных кристаллов, поликарбонатов, блоксополимеров и др. 
Приведены примеры получения ЛЭП импульсным электролизом, 
методом декарирования ступеней, направленным электрохимическим синтезом. Существенное внимание уделено нанесению ЛЭП 
микро-/наноразмерными электрод-инструментами. Представлена информация об осаждении ЛЭП с помощью сканирующего 
зондового микроскопа. Рассмотрена технология получения ЛЭП 
с  помощью мениска и  микро-/нанопипеток. Приведены данные 
об электрохимических 2D- и 3D-принтерах. Заканчивается монография заключением, в котором рассматривается применение ЛЭП, 
сделаны выводы и даны рекомендации по совершенствованию способов нанесения ЛЭП и улучшению свойств электроосаждаемых 
локальных покрытий. Монография содержит 736 ссылок литературы.

Глава 1
НАНЕСЕНИЕ ЛЭП ЭЛЕКТРОНАТИРАНИЕМ
1.1. СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОНАТИРАНИЯ
Электронатирание – это электрохимический способ обработки 
поверхности, в котором функцию гальванической ванны выполняет адсорбционный материал, пропитываемый электролитом. 
При этом электрод-инструмент должен прижиматься к обрабатываемой поверхности и перемещаться по ней, или поверхность 
детали двигается по поверхности электрод-инструмента. В зависимости от  того, к  какому полюсу выпрямителя подключается 
электрод-инструмент, можно выполнять катодные или анодные 
процессы: наносить покрытия, выполнять анодирование, электролитическое травление, электрополирование и  другие процессы. В связи с отсутствием гальванической ванны и небольших 
объемов используемых электролитов, электронатирание: значительно меньше загрязняет сточные воды и окружающий воздух; 
позволяет наносить покрытия на  детали различной конфигурации, в  том числе на  крупногабаритные (не помещающиеся 
в гальванические ванны), и осуществлять ремонт без демонтажа 
оборудования; позволяет нанести локальные покрытия, по более 
простой технологии; может использовать мобильное, портативное, переносное оборудование. Электронатиранием покрытия 
наносятся с более высокой скоростью за счет применения более 
высоких катодных плотностей тока, так как устраняется диффузионная поляризация, потому что происходит интенсивное перемешивание электролита в катодной зоне при движении анод-инструмента [1–18]. Одним электрод-инструментом можно выполнить различные операции, например, по подготовке поверхности 
к нанесению покрытий. Причем в ряде случаев можно использовать универсальные электролиты, которые позволяют совмещать 
технологические операции (травление с нанесением покрытий, 
механическую обработку с обезжириванием и травлением и т.д.) 
Однако в технологических процессах электронатирания не всегда 
учитываются эти специфические особенности этого процесса, 
его отличие от традиционных гальванических процессов, выполняемых в  ваннах. Цель этой главы монографии — представить 
информацию, позволяющую совершенствовать технологию нанесения покрытий электронатиранием за счет использования более 
совершенных электрод-инструментов, составов электролитов 

и уменьшения количества операций путем их совмещения, как 
при нанесении покрытий на стали, так и на плохо покрываемые 
сплавы молибдена, титана, алюминия.
Почему в настоящее время все больше внимания уделяется нанесению покрытий методом электронатирания? Возрастающий 
интерес к нанесению покрытий электронатиранием обусловлен появлением новых технологических процессов нанесения покрытий 
способом увеличения ассортимента покрываемых деталей и  наносимых покрытий. Такие покрытия могут обладать защитными 
антикоррозионными свойствами, повышенной износостойкостью, 
высокой твердостью, значительной электропроводностью или, наоборот, диэлектрическими свойствами, хорошей паяемостью, иметь 
декоративные и другие необходимые свойства.
Однако в практике использования методов электронатирания 
не в полной мере реализуются технологические возможности этого 
способа. В  связи с  этим важно показать многообразие, прежде 
всего, новых покрытий, наносимых электронатиранием, а также 
представить информацию, позволяющую совершенствовать технологию нанесения покрытий электронатиранием за  счет более 
рационального применения наиболее подходящих электрод-инструментов, адсорбционных материалов, электролитов (составы 
электролитов часто не раскрываются, так как являются ноу-хау). 
Уровень механизации и  автоматизации процессов электронатирания довольно низкий, мало информации о возможном применении неспециализированного оборудования для осуществления 
электронатирания; не в полной мере представлены схемы электронатирания; недостаточно информации о возможностях и применении электронатирания. Цель этой главы монографии — восполнить пробелы в этих вопросах.
1.2. УСТАНОВКИ И СТАНКИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОНАТИРАНИЯ
Процесс электронатирания может выполняться с  помощью: 
ручных и  механизированных установок, специализированных 
станков для электронатирания, металлообрабатывающих станков 
(в основном токарных и сверлильных станков), станков для электрохимической обработки и приспособленного для электронатирания роботизированного оборудования. На рисунке 1.1 представлена схема ручного электронатирания покрытий электрод-инструментом с металлической токопроводной частью.
В данной схеме используется электрод-инструмент, состоящий 
из токопроводящей части, изготовленной из нержавеющей стали 
12Х18Н10Т (6), и деревянной диэлектрической части (7). Также 
для изготовления токопроводящих частей электрод-инструментов 

находят применение графит, платинированный титан (для нерастворимых электрод-инструментов), а для растворимых анод-инструментов — металлы, необходимые для формирования покрытий, желательно в виде гранул [19–21]. Для нанесения покрытия электронатиранием создают катод, присоединяя покрываемую деталь или 
изделие (3) к отрицательному полюсу выпрямителя (8). Затем пропитанным электролитом пористым материалом (5) анод-инструмента натирают участок покрываемой детали или изделия. Перед 
нанесением покрытия покрываемая поверхность (2) детали должна 
быть подготовлена. Причем подготовку поверхности можно выполнить, используя тот же электрод-инструмент, который применяется 
для нанесения покрытия. Например, используя суспензию порошкообразного абразивного материала в  растворе электрохимического обезжиривания, можно выполнить операции механической 
обработки и обезжиривания, а затем выполнить электролитическое 
травление в соответствующем электролите, и после промывки покрываемого участка детали нанести покрытие. В способе электронатирания, представленном на рис. 1.1, подача электролита в зону 
электроосаждения осуществляется периодическим окунанием 
ткани (5), намотанной на токопроводящую часть электрод-инструмента, в  емкость с  электролитом. Поддон (1) предназначен для 
сбора израсходованного электролита. При нанесении небольших 
по площади локальных покрытий небольшой толщины или при 
использовании гелеобразного электролита можно обойтись и без 
поддона, как это показано на рис. 1.2.
Рис. 1.1. Схема установки ручного нанесения покрытий электрод-инструментом с металлической токопроводной частью: 1 – поддон, 2 – подготовленная поверхность, 3 – металлическая деталь, 4 – электронатираемое 
покрытие, 5 – ткань, пропитанная электролитом, 6 – токопроводящая часть 
электрод-инструмента, 7 – диэлектрическая ручка, 8 – выпрямитель
Для электронатирания покрытий в качестве электрод-инструмента может применяться гальваническая кисть (риc. 1.3). В схеме 
ручного электронатирания покрытий с помощью гальванической 

кисти (см. рис. 1.3) применяется ВПТГ-3 – это выпрямитель переменного тока конструкции В.М. Гореева с силой тока 3 А и напряжением 20 В, позволяющий изменять силу тока дискретно 
через 0,01 А и стабильно ее поддерживать. Достоинством данного 
выпрямителя также является наличие системы защиты от короткого замыкания. В данной схеме (см. рис. 1.3) подача электролита 
на покрываемый участок осуществляется методом окунания щетины кисти (9) в емкость с электролитом.
Рис. 1.2. Нанесение золотого покрытия на наружную поверхность серебряного кольца ручным способом электронатирания на кафедре дизайна НовГУ
Риc. 1.3. Схема ручного электронатирания ЛЭП с помощью гальванической 
кисти: 1 – ВПТГ-3, 2 – тумблер подачи тока, 3 – регулятор силы тока, 4 – цифровой миллиамперметр, 5 – тумблер включения в сеть, 6 – анодная клемма 
«+», 7 – катодная клемма «–», 8 – розетка, 9 – электрод-инструмент (гальваническая кисть), 10 – натираемый участок, 11 – изделие
       
    
 

На рисунке 1.4 представлена фотография восстановления внутренних поверхностей детали способом ручного электронатирания. 
Для этого в отверстия вставляют цилиндрический электрод-инструмент, смоченный электролитом и присоединенный к положительному полюсу выпрямителя, восстанавливаемую деталь подключают к катодной клемме выпрямителя. Деталь прижимают к пластине-подставке, электродом-инструментом вручную совершают 
возвратно-поступательные движения. Отработанный электролит 
попадает в поддон, расположенный под пластиной-подставкой.
Рис. 1.4. Восстановление внутренних отверстий ручным электронатиранием 
с помощью цилиндрического электрод-инструмента, смоченного электролитом меднения специалистом фирмы SIFCO ASC.
Ручные установки для электронатирания довольно мобильны, 
в  основном это переносные установки. Такие установки универсальны, и с помощью гальванической кисти или набора электродов-инструментов с металлическими или графитовыми анодами 
можно нанести покрытия различных составов не только на ровную 
поверхность, но и на детали и изделия сложной конфигурации. 
Однако покрытия, получаемые способом ручного электронатирания, могут существенно отличаться по толщине и иметь другие 
дефекты за счет невозможности стабилизировать: силу прижима 
электрод-инструмента, скорость его движения и другие параметры. 
Существенно улучшает качество электронатираемых покрытий 
и повышает скорость нанесения покрытий механизация процесса 
электронатирания и автоматизация системы контроля технологических параметров, так как обеспечивает: контроль скорости нане