Электроосаждение кобальта и его сплавов
Значения стандартных потенциалов никеля и кобальта достаточно близки, а катодная поляризация кобальта выражена несколько слабее, чем никеля. По этой причине кобальт, присутствующий в электролите никелирования, выделяется на катоде предпочтительно перед никелем в тем большей степени, чем ниже плотность тока, выше температура и больше интенсивность перемешивания. В сернокислом электролите, содержащем равное количество никеля и кобальта, катодный осадок содержит до 99% Со.
Для электроосаждения кобальта применимы те же электролиты, что и для никелирования — сульфатные, хлоридные, фторборатные, сульфаматные. Были предложены также щелочные электролиты, которые готовили добавлением к сульфатным моно-, ди- и триэтаноламина, но эти электролиты не получили сколько-нибудь значительного промышленного применения.
Необходимо отметить, что покрытия из сплавов кобальта имеют более широкое применение, чем чисто кобальтовые покрытия, что объясняется в значительной степени техническими и экономическими соображениями. До 1956 г. на мировом рынке стоимость кобальта в 3—5 раз превышала стоимость никеля, но в период 1956—1959 гг. стоимость кобальта резко понизилась, в то время как никель значительно подорожал, что способствовало увеличению потребления кобальта в различных сплавах. Во время 1-й мировой войны кобальт вытеснил никель в производстве покрытий, но в середине тридцатых годов появились промышленные установки для блестящего никелирования путем введения в электролит 5% Со. Такие покрытия успешно применялись для никелирования автомобильных бамперов, поскольку они значительно пластичнее, чем покрытия, полученные при введении в электролит органических блескообразователей. Никель-кобальтовые покрытия примерно в одинаковом соотношении отличаются большой твердостью и, поддерживая постоянными состав электролита и режим электролиза, можно наращивать слои сплава в 2— 3 мм, которые, в частности, могут быть использованы для изготовления оформляющих вставок при прессовании изделий из пластмасс гальванопластическим методом, а также в других случаях, где требуется наращивать относительно толстые, пластичные и твердые слои сплава.
В последнее время промышленное применение получил богатый кобальтом сплав с вольфрамом и фосфором, поскольку такие сплавы сохраняют свою твердость при высокой температуре. Покрытия на основе кобальта начали применять в производстве элементов памяти электронно-вычислительных устройств.
Сульфат кобальта, и в особенности двойная серно-аммиачная соль кобальта, более растворима, чем соответствующие соли никеля. По этой причине из двойной серно-аммиачной соли можно выделять кобальт с 100%-ным выходом по току, в то время как никель из такого электролита едва выделяется с выходом по току, равным 95%- Сплавы кобальта с вольфрамом и молибденом обычно выделяются с выходом по току, равным 30—50%. Выход по току в кобальтовых ваннах повышается с увеличением концентрации металла в электролите и с повышением рН. Для получения из сульфатных электролитов гладкого кобальтового покрытия с высоким выходом по току надо поддерживать концентрацию кобальта в пределах 65—100 г/л, а рН — в пределах 3,5—4. Снижение рН в менее концентрированных по кобальту электролитах при температуре 20—30° С приводит к значительному уменьшению выхода по току, причем этот эффект значительно больше, чем в ваннах никелирования.
Как и в никелевых электролитах для буферирования, вводят борную кислоту; хлориды необязательны, так как кобальтовые аноды не пассивируются.
Ниже приведены составы типовых электролитов для покрытия кобальтом и его сплавами с никелем, вольфрамом, молибденом и фосфором (в г/л) и режимы процесса:
Вместе с ванной Уоттса для электроосаждения никеля в литературе рекомендуются хлористые ванны, хлорид-гипофосфитные, сульфаматные, пирофосфатные и щелочные ванны, содержащие триэтаноламин.
Электролиты для осаждения сплавов вольфрама и молибдена содержат лимонную кислоту или другие гидроокиси, алифатические кислоты в качестве комплексообразователей. При наличии таких соединений получаются плотные, без трещин вольфрамовые сплавы. Для предупреждения хрупкости и образования трещин в сплавах, содержащих молибден, требуются более эффективные комплексообразователи. Ионы аммония предупреждают резкое снижение выхода по току при электроосаждении вольфрамсодержащих сплавов, хотя некоторым удавалось осаждать подобные сплавы, регулируя рН при помощи едкого натра. Из нейтральных или слабо щелочных растворов (рН = 7,0—8,5) можно получать покрытия из плотных сплавов с содержанием 40—65% W. Из слабо кислых растворов осаждаются пористые сплавы с содержанием 36—50% W. Содержание вольфрама в электроосажденном сплаве зависит от концентрации вольфрамат-ионов в электролите.
Сплав с содержанием 35% молибдена может осаждаться как из кислых, так и щелочных растворов с выходом по току около 45%.
Кобальтфосфорные сплавы могут осаждаться из раствора хлористого кобальта, содержащего фосфорную или фосфористую кислоту или обе кислоты вместе. рН доводят до 0,5—2 при помощи карбоната кобальта. Содержание фосфора в осадке может колебаться в пределах 1—12% в зависимости от концентрации фосфористой кислоты в электролите.
Различными авторами предложено соосаждение кобальта с железом, рением, серебром, медью, оловом, титаном, марганцем из различных электролитов.