Адсорбція молекул травника на поверхні матеріалу.

У стадії адсорбції молекули травника вступають в контакт з поверхнею матеріалу. Цей контакт може бути або хімічною адсорбцією (хемосорбцією), або фізичною адсорбцією.

У першому випадку між молекулами травника і поверхнею матеріалу існують або сили обмінної взаємодії, або кулонівського притягання, залежно від типу поверхні і адсорбованих компонентів; у другому випадку молекули травника утримуються на поверхні слабкими силами Ван-дер-ваальса. Відповідно енергія активації адсорбції при хемосорбції виявляється істотно вищою, ніж при фізичній адсорбції. Вимірювання цієї енергії часто служить достатнім критерієм для ідентифікації характеру адсорбції молекули травника на поверхні матеріалу.

Рис. 2. Схема дифузійного відведення продуктів травлення від поверхні пластини:

І – розчин; II – матеріал.

 

3. Кінетична стадія процесу. Це власне хімічна взаємодія адсорбованих молекул травника з матеріалом: відбувається розрив хімічних зв’язків між атомами, розташованими в об’ємі, і поверхневими атомами матеріалу і видалення останніх в розчин. Механізми, відповідальні за протікання цієї стадії, досить різноманітні, часто достатньо складні і вимагають спеціального розгляду.

4. Десорбція продуктів реакції з поверхні матеріалу. В ході кінетичної стадії на поверхні матеріалу накопичуються продукти реакції, які можуть бути хімічно або фізично пов’язані з поверхнею. Перш ніж перевести їх в розчин, необхідно розірвати ці зв’язки, в чому і полягає суть стадії десорбції (за природою своїй зворотній стадії адсорбції).

5. Видалення продуктів реакції від поверхні матеріалу в об’єм розчину (Рис. 2). За рахунок хімічної взаємодії матеріалу з травником поблизу поверхні матеріалу (на відстані δ) накопичуються продукти взаємодії, концентрація яких в об’ємі розчину n₀' істотно менша ніжна межі розділу матеріал – розчин N_s'. Градієнт концентрації продуктів травлення в розчині grad _хN' є причиною виникнення дифузійного потоку молекул цих продуктів J_x', направленого від поверхні матеріалу в об’єм розчину. Таким чином, ця стадія є аналогічною (але зворотньою по знаку) стадії 1, з тією лише різницею, що тут здійснюється дифузійне перенесення не молекул травника, а молекул (іонів), що виникли в результаті його взаємодії з матеріалом.

Видно, що весь процес травлення складається з двох дифузійних, двох сорбційних і однією кінетичною стадій, кожна з яких може бути ланкою, що обмежує сумарну швидкість процесу травлення.

 

Застосування.

1. Зняття окислів і продуктів корозії.

2. Полірування.

3. Декоративне узорне травлення.

4. Вибіркове стравлювання.

5. Фрезерування.

6. Точіння і заточування.

7. Клеймування.

8. Зняття дефформованого шару.

 

Операції технологічного процесу.

Технологічний процес хімічної обробки включає слідуючі операції:

1. Підготовка поверхні (обезжирення).

2. Нанесення захистного покриття (лакофарбові покриття; клеєві стрічки; гумові трафарети; металеві покриття; гідрошаблони).

 

Рекомендована література до НЕ 1.2: [7–С.43-50, 8–С.3-8, 9–С.19-21, 10–С.69-71, 174, 181, 200-202].

 

Питання для поточного самоконтролю та контролю знань по НЕ 1.2:

1. Назвіть типи хімічного розчинення.

2. Опишіть кінетику процесу хімічного розчинення.

3. Наведіть приклади застосування хімічного розчинення.

4. Назвіть операції технологічного процесу хімічної розмірної обробки.

 

 

Тестові завдання до НЕ 1.2.

Тест 1. Якою реакцією по характеру взаємодії з речовиною являється хімічне травлення:

1. Реакцією розчинення.

2. Реакцією сполучення.

3.Реакцією перетворення

4.Реакцією виділення

5.Реакцією насичення

Тест 2. На скільки типів розподіляється реакція розчинення:

1. на 2

2. на 3

3. на 4

4. на 5

5. на 6

Тест 3. Як називаються типи реакції розчинення:

1. Молекулярне, іонне, реактивне.

2. Молекулярне, іонне, фрактальне.

3. Іонне, реактивне, пасивуюче.

4. Молекулярне, іонне, реактивне, пасивуюче.

5. Молекулярне, іонне, реактивне, фрактальне.

Тест 4. Скільки стадій процесу травлення?

1. 1.

2. 2.

3. 3.

4. 4.

5. 5.

Тест 5. Який порядок проходженя процесу травлення?

1. досягти поверхні; адсорбуватися; прореагувати хімічно; десорбуватися; віддалитися від поверхні.

2. досягти поверхні; десорбуватися; прореагувати хімічно; адсорбуватися; віддалитися від поверхні.

3. досягти поверхні; адсорбуватися; прореагувати хімічно; віддалитися від поверхні; десорбуватися.

4. досягти поверхні; адсорбуватися; прореагувати хімічно; десорбуватися; анігілювати; віддалитися від поверхні.

5. адсорбуватися; досягти поверхні; прореагувати хімічно; десорбуватися; віддалитися від поверхні.

Тест 6. Наведіть приклади застосування хімічного травлення.

1. Зняття окислів і продуктів корозії,

2. Полірування.

3. Декоративне узорне травлення.

4. Вибіркове стравлювання.

5. Фрезерування.

6. Точіння і заточування.

7. Клеймування.

8. Зняття дефформованого шару.

 

 

Тест 7. Назвіть послідовність виконання операцій хімічної розмірної обробки.

1. обезжирення, нанесення захистного покриття, травлення.

2. обезжирення, створення шорсткості, нанесення захистного покриття, травлення.

3. обезжирення, створення шорсткості, травлення.

4. Створення шорсткості, нанесення захистного покриття, травлення.

5. Нанесення захистного покриття, травлення, зняття захистного покриття.

 

Навчальний елемент 1.3.

Лекція 3.

Тема 3. "Хімічне нанесення металевих покриттів".

1. Типи реакцій.

2. Переваги і недоліки методу.

3. Підготовка поверхонь.

4. Області застосування (Ni, Cu, Co, Zn, Cd, Sn)

Типи реакцій.

1. Некаталітичні реакції. Такі реакції мають місце коли деяка поверхня занурена у відновлюючий розчин. Наприклад нітрат срібла з формальдегідом. Цей метод використовують для створення срібних дзеркал. Забезпечує значну товщину

2. Каталітичні реакції. Це реакції в яких матеріал поверхні заготовки служить каталізатором реакції. Існує обмежена кількість металів на які можна нанести інший метал. Наприклад відновлення хлористого нікелю, гіпофосфату натрію можна здійснити на поверхні заліза, алюмінію, кобальту.

3. Каталітичні реакції у присутності активаторів. Оскільки існує обмежена кількість металів на які можна осаджувати металеве покриття, то необхідно спочатку активізувати поверхні металів які не являються каталізаторами. Наприклад хлористий паладій часто використовують при осадженні на мідь і нікель.

4. Каталітичні реакції у присутності активаторів і сенсибілізаторів. Цей метод використовується при осадженні на неметалеві поверхні, які перед активацією необхідно зробити чутливими до осаджуваного металу. Наприклад при осадженні нікелю треба полити поверхню 0,1 хлориду, а після промити водою.

 

Переваги і недоліки методу.

Переваги:

1. Можливість осадження металів на діелектрики (кераміка, скло, пластмаса).

2. Металізацію можна здійснити локально на любих ділянках поверхні, в тому числі і в порожнинах (куди підвід струму утруднений).

3. Можна нанести металеві шари значної товщини з високою міцністю щеплення.

4. Можна нанести покриття однакової товщини на складно профільовані поверхні.

5. Осаджені шари володіють рядом покращених характеристик, які не можуть бути отриманими методом електроосадження.

Недоліки:

1. Відносно дорогі і складні за компонентами реактиви.

2. Зниження швидкості осадження по мірі експлуатації розчину.

3. Необхідність частої заміни розчинів для металізації.

4. Високі температури проведення процесу.

5. Високі затрати на нейтралізацію і регенерацію відпрацьованих розчинів.

6. Процес вимагає суворого регулювання параметрів, температури, кислотності, часу промивки і витримки.

7. Розчини не достатньо стабільні в роботі.

 

Підготовка поверхонь.

1. Створення певної шорсткості поверхні механічним шляхом (піскоструйна, галтовка, шліфування, полірування, кранцювання), хімобробкою органічним розчинником чи нанесенням адгезійного шару.

2. Обезжирення в органічному розчиннику

трихлоретилен	3,1 кг/ год
ксилол	2,2 кг/ год
трихлоретилен	1,7 кг/ год
бензин	1,3 кг/ год
уайт-спірит	0,9 кг/ год
гас	0,65 кг/ год

3. Травлення. Як правило воно здійснюється у водних розчина кислот, можливі добавки окислювачів.

 

Області застосування.

Нікель (Ni) − для підвищення стійкості до зношування, захисту від корозії, для заміни хрому при виготовленні інструментів. Примітка: після нанесення необхідна термообробка.

Кобальт (Co) − іде в сполуках Co+P; Co+B володіють високими електромагнітними властивостями. Можуть використовуватись в елементах пам'яті магнітних носіїв інформації.

Купрум (Cu) – металізація діелектриків (як із декоративною ціллю, так і в системах багатошарових покриттів, захист від електромагнітного випромінювання).

Цинк (Zn) – підшар при осадженні гальванічних покриттів на легкі метали і сплави.

Кадмій (Cd) – для дрібних деталей особливо складної конфігурації.

Oлово (Sn) – використовується для пайки з безкислотним флюсом.

 

Самостійна робота НЕ 1.3

Області застосування (Ni-P, Ni-B, Co-P). Умови формування шарів, їх структура і властивості.

Області застосування (Ag, Au, Pt) Умови формування шарів, їх структура і властивості.

[11–С.201-227, 12]

 

Рекомендована література для НЕ 1.3: [11–С.201-227, 12].

 

 

Питання для поточного самоконтролю та контролю знань по НЕ 1.3:

1. Назвіть типи реакцій при хімічному нанесенні металевих покриттів.

2. Назвіть переваги і недоліки методу хімічного нанесення металевих покриттів.

3. Опишіть процес підготовки поверхонь до хімічного нанесення металевих покриттів.

4. Перелічіть області застосування хімічно нанесених металевих покриттів (Ni, Cu, Co, Zn, Cd, Sn)

 

 

Тестові завдання до НЕ 1.3.

Тест 1. Перелічіть всі типи реакцій при хімічному нанесенні металевих покриттів.

1. Некаталітичні, каталітичні, каталітичні реакції у присутності активаторів, каталітичні реакції у присутності активаторів і сенсибілізаторів.

2. Некаталітичні, каталітичні, каталітичні реакції у присутності десенсибілізаторів, каталітичні реакції у присутності активаторів і сенсибілізаторів.

3. Каталітичні, каталітичні реакції у присутності активаторів, каталітичні реакції у присутності активаторів і сенсибілізаторів, каталітичні реакції у присутності активаторів і оптимізаторів.

4. Некаталітичні, каталітичні, каталітичні реакції у присутності активаторів, квазікаталітичні реакції у присутності активаторів і сенсибілізаторів.

 

Тест 2. Як називаються реакції при хімічному нанесенні металевих покриттів, коли деяка поверхня занурена у відновлюючий розчин?

1. Некаталітичні реакції.

2. Каталітичні реакції.

3. Каталітичні реакції у присутності активаторів.

4. Каталітичні реакції у присутності активаторів і сенсибілізаторів.

 

Тест 3. Як називаються реакції при хімічному нанесенні металевих покриттів, в яких матеріал поверхні заготовки служить каталізатором реакції.?

1. Некаталітичні реакції.

2. Каталітичні реакції.

3. Каталітичні реакції у присутності активаторів.

4. Каталітичні реакції у присутності активаторів і сенсибілізаторів.

 

Тест 4. Як називаються реакції при хімічному нанесенні металевих покриттів на поверхні металів, які не являються каталізаторами?

1. Некаталітичні реакції.

2. Каталітичні реакції.

3. Каталітичні реакції у присутності активаторів.

4. Каталітичні реакції у присутності активаторів і сенсибілізаторів.

Тест 5. Як називаються реакції при хімічному нанесенні металевих покриттів на поверхні неметалів?

1. Некаталітичні реакції.

2. Каталітичні реакції.

3. Каталітичні реакції у присутності активаторів.

4. Каталітичні реакції у присутності активаторів і сенсибілізаторів.

 

Тест 6. Чи можна проводити металізацію хімічним методом в порожнинах (куди підвід струму утруднений)?

1. Так.

2. Ні.

Тест 7. Чи можна проводити металізацію хімічним методом поверхонь кераміки, скла, пластмаси?

1. Так.

2. Ні.

Тест 8. Чи можна хімічним методом нанести металеві шари значної товщини з високою міцністю щеплення?

1. Так.

2. Ні.

 

Тест 9. Чи можна хімічним методом нанести покриття однакової товщини на складно профільовані поверхні?

1. Так.

2. Ні.

 

Тест 10. Як змінюється швидкість осадження металу хімічним методом по мірі експлуатації розчину.

1. Знижується.

2. Підвищується.

 

Тест 11. Назвіть послідовність виконання операцій при хімічному осадженні металів.

1. Створення певної шорсткості поверхні механічним шляхом; обезжирення в органічному розчиннику; травлення; осадження металів.

2. Травлення; створення певної шорсткості поверхні механічним шляхом; обезжирення в органічному розчиннику; осадження металів.

3. Створення певної шорсткості поверхні механічним шляхом; травлення; обезжирення в органічному розчиннику; осадження металів.

4. Обезжирення в органічному розчиннику; створення певної шорсткості поверхні механічним шляхом; травлення; осадження металів.

5. Травлення; створення певної шорсткості поверхні механічним шляхом; осадження металіво; безжирення в органічному розчиннику.

 

Тест 12. Чи використовується кранцювання при хімічному осадженні металів.

1. Так.

2. Ні.

 

Тест 13. Чи використовується шліфування при хімічному осадженні металів.

1. Так.

2. Ні.

 

Тест 14. Чи використовується полірування при хімічному осадженні металів.

1. Так.

2. Ні.

 

Тест 15. Чи використовується галтовка при хімічному осадженні металів.

1. Так.

2. Ні.

 

Тест 16. Чи наноситься адгезійний шар при хімічному осадженні металів.

1. Так.

2. Ні.

 

Тест 17. По якому основному критерію підбирають розчинник при підготовці поверхні перед хімічним осадженням металів?

1. Розчинна здатність.

2. Температура експлуатації.

3. Ступінь токсичності.

4. Текучість.

5. Органічний чи не органічний.

 

Тест 18. В яких одиницях вимірюється розчинна здатність розчинників?

1. кг/м²·год.

2. кг/м².

3. Н/м²

4. Па/м²

5. Дж·кг/м²

 

Тест 19. В чому переважно здійснюється травлення при підготовці поверхні перед хімічним осадженням металів?

1. У водних розчинах кислот.

2. У водних розчинах лугів.

3. У водних розчинах кислот і лугів.

4. У водних розчинах лугів і окислювачів.

5. У водних розчинах кислот і окислювачів.

 

Тест 20. Хімічно осаджений Ni використовується для:

1. Підвищення стійкості до зношування.

2. Захисту від корозії.

3. Заміни хрому при виготовленні інструментів.

4. Покращення електропровідності.

5. Зменшення тертя.

 

Тест 21. Хімічно осаджена Cu використовується для:

1. Металізації діелектриків.

2. Захисту від електромагнітного випромінювання.

3. Захисту від корозії.

4. Підвищення стійкості до зношування.

5. Зменшення тертя.

 

Навчальний елемент 1.4.

Лекція 4.

Тема 4. "Електроліз".

1. Процеси, протікаючі при електролізі води.

2. Приклади застосування електролізу.

3. Електроліз водних розчинів і розплавлених сполук. Електроліз в хімії.

4. Електроосмос і електрофорез.

5. Хемотроніка.