СРАВНЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОКРЫТИЙ СЕРЕБРОМ И СПЛАВОМ СЕРЕБРО-СУРЬМА

Из драгоценных металлов серебряное покрытие получило наиболее широкое применение в гальванотехнике. Однако серебро имеет ряд существенных недостатков: низкие твердость (90 - 100 кгс/мм²) и износостойкость, а также склонность к потускнению.

В отличие от чистого металла гальванические сплавы обладают большей износостойкостью, твердостью и повышенной устойчивостью к атмосферным воздействиям [1, 2]. С этой точки зрения интерес представляют сплавы серебра с родием, вольфрамом, молибденом и сурьмой. Предварительные опыты показали, что положительные результаты получаются при электроосаждении покрытий Аg—Sb из электролита состава, г/л:

Калий:
дицианоаргентат	56 -60
роданистый	100 - 120
сурьмяновиннокислый (в пересчете на металлическую сурьму)	2,0 - 8,0
Сегнетова соль	40 -50
Блескообразующая добавка, мл/л	1,0 - 2,0

Аноды — Ср 999,9°

Покрытия наносили на механически отполированные латунные образцы. Толщина покрытия изменялась в пределах 4-30 мкм и контролировалась взвешиванием образца до и после покрытия. Содержание сурьмы в электролите определяли объемным (броматометрическим) методом [3], а в покрытии — колориметрическим методом на спектрофотометре СФ-18 и фотоколориметре ФЭК-М [4].

Для сравнения были получены серебряные покрытия из электролита указанного состава, не содержащего сурьмяновиннокислый калий и сегнетову соль [5].

Авторы статьи изучили физико-механические свойства покрытий (микротвердость, износостойкость, блеск и коррозионную стойкость) в зависимости от различных факторов: концентрации сурьмы в электролите и покрытии, катодной плотности тока и температуры, при которой серебряные покрытия испытывались на «старение».

Микротвердость покрытий определяли по методу Виккерса на приборе ПМТ-3 при нагрузке 20 г. Наименьшую толщину покрытий, при которой исключается влияние металла подложки на величину микротвердости образца, в первом приближении вычисляют по формуле:

где D - диагональ отпечатка алмазной призмы на покрытии, мкм;

H_vmax - наибольшая из величин микротвердости покрытия (подложки), кгс/мм²;

ΔH_v- разность микротвердостей покрытия и подложки, кгс/мм².

Для данных опытов эта величина составляла 18- 20 мкм.

Микротвердость каждого образца покрытия определяли по семи замерам диагонали отпечатка алмазной призмы и рассчитывали по формуле:

где H_v - микротвердость, кгс/мм₂;

Р - нагрузка на алмазную призму, 20 г;

d - диагональ отпечатка, мкм.

Для оценки погрешности измерений проводили первичную математическую обработку экспериментальных данных. Пример оценки погрешности измерений дан для серебряных покрытий с микротвердостью 90, 150 и 202 кгс/мм² (табл. 1).

Износостойкость покрытия определяли истиранием серебряного покрытия по никелевой пластине (число ходов при возвратно-поступательном движении - 5000). Уменьшение веса покрытия после истирания характеризовало степень истирания. Дисперсионный анализ данных показал, что ошибка измерений не превышает 10%.

Коррозионную стойкость покрытий толщиной 4 и 6 мкм, полученных при плотности тока соответственно 2,0 и 3,0 А/дм² из электролита оптимального состава, определяли в камере влажности в течение десяти суток.

Блеск покрытия измеряли по абсолютному коэффициенту отражения, измеренному по методу Тейлора на спектрофотометре СФ-18.

На рис. 1 представлена зависимость содержания сурьмы в покрытии от концентрации (%) от концентрации сурьмы в электролите (г/л) при плотностях тока 2,0 и 4,0 А/дм².

По данным рис. 1 видно, что повышение плотности тока и концентрация сурьмы в электролите приводят к увеличению содержания сурьмы в покрытии. Изменение содержания сурьмы в покрытии оказывает влияние на физико-механические свойства покрытий. Сравнение величины микротвердости покрытия в зависимости от концентрации сурьмы в электролите позволяет сделать вывод, что микротвердость определяется содержанием в нем сурьмы (рис. 2). Ход кривых, представленных на рис. 3, также подтверждает этот вывод. Так, с возрастанием плотности тока увеличивается содержание сурьмы в покрытии и растет его микротвердость.

Известно, что серебряные покрытия подвержены «старению». Это выражается в снижении микротвердости покрытия, что нежелательно. Одним из ускоренных методов испытания на «старение» является термообработка. Условиям эксплуатации ювелирных изделий наиболее полно соответствуют выдержка образцов в кипящей воде или термостате.

Установлено, что выдержка в кипящей воде образцов с покрытиями, полученными при плотностях тока более 3,0 А/дм², практически не снижает их микротвердости, т. е. «старение» сплава не происходит. Аналогичное влияние сурьмы отмечено в [1].

На рис. 4 показано влияние температуры термообработки на микротвердость покрытия при разных концентрациях сурьмы в электролите. Из приведенной зависимости видно, что, чем выше концентрация сурьмы в электролите и, следовательно, в сплаве, тем больше микротвердость покрытия при всех исследуемых температурах. Однако с повышением температуры термообработки микротвердость покрытия снижается.

Результаты определения износостойкости покрытия приведены в табл. 2. Истирание сплава серебро — сурьма, по данным табл. 2, в 8—10 раз меньше, чем истирание серебряного покрытия, т. е. износостойкость покрытий сплавом выше, чем покрытий серебром.

На основании проведенных коррозионных испытаний по-крытий толщиной 4 и 6 мкм можно сделать следующие выводы: при плотности тока 2 А/дм² покрытия серебром и сплавом серебро — сурьма защищают основной металл; при плотности тока 3 А/дм² покрытие сплавом не защищает основного металла. Поэтому рекомендуемая плотность тока для осаждения сплава — 2 - 2,5 А/дм².

Для качественной характеристики стойкости покрытий к старению и коррозионной стойкости авторы определили коэффициенты отражения покрытий серебром и его сплавами.

Коэффициент отражения серебряных покрытий составляет 93- 95%, покрытий сплавом серебро — сурьма — 95 - 98%, что соответствует отражению блестящих и зеркально-блестящих поверхностей. Выдержка образцов над тиоацетоамидом во влажной среде в течение 6 час снижает коэффициент отражения серебряных покрытий на 10 - 14%, в то время как коэффициент отражения покрытий сплавом серебро — сурьма уменьшается на 2- 4%, т. е. покрытие сплавом серебро—сурьма лучше сохраняет свой декоративный вид.

Таким образом, физико-механические свойства покрытий сплавом серебро — сурьма значительно выше, чем серебряных. Покрытия сплавом серебро — сурьма являются перспективными для ювелирной промышленности.