Электроосаждение из солевых расплавов

Метод применяется для модификации поверхности и повышения её твёрдости путём электроосаждения из расплавов солей тугоплавких металлов или металлоидов на более дешёвые или мягкие подложки. Электроосаждение из расплава солей при температурах 400-900 °С приводит к восстановлению металлов и образованию диффузионной связи тугоплавких металлов и металлоидов, поскольку они осаждаются не в виде когерентного покрытия, а в виде отдельных частиц. Подложки из мягких металлов, например меди, легко окисляются. Такие металлы, как Fe, Ni, Со, Mo, W, Nb, Ti, Cr и др., могут быть диффузионно покрыты Be, В, Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Y, Zr и редкоземельными металлами из расплава фторидов или хлоридов. Заслуживает внимания дальнейшее улучшение характеристик компонентов, участвующим в процессе. Нанесение электролитических покрытий из расплавов солей представляет большой интерес с точки зрения повышения твёрдости и коррозионной стойкости.

Приведем несколько примеров электроосаждения из солевых расплавов:

1) молибден катастрофически окисляется на воздухе при 650 °С а при силицировании поверхности может выдержать вдвое большую температуру;

2) из расплавов солей на сталь могут быть нанесены А1, В, Cr, Si и V; возможно получение на поверхности твердой смазки Мо-В;

3) возможно совместное осаждение на сталь хрома и иттрия.

За исключением чистого хрома и сплавов вольфрама и молибдена, из перечисленных выше тугоплавких металлов не может быть получено когерентное покрытие в случаях, как водных электролитов, так и расплавов солей. Из водных электролитов содержащих ионы этих металлов, водород выделяется преимущественно на катоде, и даже из расплавов солей металлы осаждаются в основном в виде частиц или дендритов.

Наиболее подробно исследованы электролиты на основе расплавов галогенидов. Самый известный промышленный процесс с использованием данного метода - экстракция алюминия. Известны также электролиты на основе фторидов, хлоридов, фторид-хлоридов, а также несколько низкотемпературных органических расплавов. Покрытия из всех тугоплавких металлов, кроме титана, получают из расплава чистого фторида с соблюдением соответствующих условий: валентное состояние для Cr, V и Мо должно быть +3; для Nb, Zr и Hf  +4; для W - +4 или + 5 и для Та - +5; проводящая подложка должна быть из более благородного металла, чем тот, который на ней восстанавливается. Рабочие температуры электролитов превышают 750-850 °С. Основным электролитом является LiF - KF с добавками фторидов тугоплавких металлов в соответствующих концентрациях.

Метод нанесения покрытий из расплава солей применяется не так давно, как другие методы нанесения тугоплавких металлов и керамики (CVD и PVD), хорошо зарекомендовавшие себя как процессы, с помощью которых можно наносить все перечисленные выше металлы и металлоиды. Исключение составляют, по-видимому, лишь металлы платиновой группы. Для нанесения покрытий из расплавов солей требуется точное соблюдение условий протекания процесса. Чтобы результаты были воспроизводимыми, необходимо длительное время контролировать и поддерживать неизменными многие параметры, что достаточно трудоемко. Состав электролита не должен содержать влаги и загрязняющих окислов. Процесс осуществляется в атмосфере инертного газа (например, аргона или гелия), который довольно дорог. Компоненты электролита активно взаимодействуют с металлической подложкой и металлическими деталями установки, и всякий контакт с воздухом недопустим. Данный метод может найти специальное, очень ограниченное применение, для которого оправдается его высокая стоимость.

Несмотря на то, что хром может быть нанесен с почти 100 %-ной эффективностью, по сравнению с 15-30 %-ной при осаждении из водных электролитов, промышленное использование метода нанесения покрытий из расплава солей экономически невыгодно. В связи с этим его промышленное применение весьма ограниченно. С помощью данного метода можно наносить тугоплавкие металлы на небольшие изделия.

Ввиду высокой сложности метода его применение возможно в мелкосерийном производстве небольших изделий или стратегически важных деталей, если это оправдано экономически. В процессе осаждения покрытия и термообработки образуются тугоплавкие покрытия с прочным диффузионным соединением.