Покрытия из Рс1, Сг, Со, Ре и Ай вносят растягивающие внутренние напряжения, что приводит к растрескиванию, появлению сколов, шелушению, повышенной усталостной прочности металла и разрушению деталей. Покрытия из Хп, Сг1, РЬ и вызывают сжимающие напряжения и вследствие этого могут отслаиваться. Одним из факторов, обусловливающих возникновение внутренних напряжений, является несовпадение межатомных расстояний металлов осадка и подложки.

Твердость гальванических покрытий, как правило, выше, чем у массивных образцов соответствующих металлов. Это обусловлено осаждением из водных растворов нежелательных неметаллических примесей разной природы (5, Р, С и др.), образующих включения, а также наводороживанием пленок и связанным с ним искажением структуры вещества.

Мелкозернистые покрытия обладают более высокой твердостью по сравнению с крупнозернистыми, что связано с увеличением свободной энергии, характерным для более мелких кристаллитов. Внешние слои гальванических покрытий, состоящие из более крупных кристаллитов, обладают более низкой твердостью, чем расположенные ближе к подложке мелкокристаллические слои. Твердость однозначно коррелирует с адгезией покрытия к основе. Низкая адгезия при высокой твердости связана со склонностью пленки к растрескиванию.

Для снижения твердости и повышения пластичности покрытия его выдерживают при повышенных температурах, обеспечивая условия для перестройки зернистой структуры. Например, для никелевого покрытия температура рекристаллизации составляет 400.600"С, для медного — 150.300'С.

Пористость является основным неотъемлемым свойством гальванических покрытий, в которых объемная доля пор может достигать 1 %.

Тонкие напыленные пленки имеют высокое отношение плошали поверхности к объему, разную степень упорядочения структуры, малую массу, а также несовершенную кристаллическую решетку, что приводит к новым эффектам и заметным отклонениям от явлений, наблюдающихся в массивных образцах.

Условия термодинамического равновесия в тонких пленках существенно отличаются от условий в объеме: пленка образуется из многих дискретных зародышей при их сильной раэориентации и смещении относительно друг друга. Все это приводит к образованию дислокаций и сетки вакансий на поверхностях раздела соединяющихся зародышей и возникновению упругих напряжений в пленке.

Конденсация из молекулярного пучка тонкой металлической пленки на холодной подложке представляет собой своеобразный процесс «закалки», при котором в ней «замуровываются» различ-

ные точечные дефекты: атомы внедрения и замещения, избыточные вакансии и др. Относительная равновесная концентрация вакансий, например, в меди и золоте при комнатной температуре составляет 10"" и 10~15 соответственно. С повышением температуры она увеличивается и при приближении к температуре плавления достигает Ю-4. Быстрым охлаждением можно сохранить высокую концентрацию вакансий: избыточные вакансии не успевают уйти в стоки (дислокации) и остаются в решетке.

Наиболее важные характеристики покрытий, получаемых вакуумным напылением, — адгезия, равномерность толщины, структура и механические свойства.

Прочность сцепления покрытия с подложкой очень высокая: о„ достигает 350 МПа. Между покрытием и основой образуется переходная область переменного состава не в результате обычной диффузии, а вследствие проникновения в глубь подложки частиц и ионов с высокой кинетической энергией. Адгезия покрытий, полученных методом катодного распыления, выше, чем у покрытий, нанесенных обычным вакуумным напылением. Покрытия толщиной около 1 мкм, осажденные катодным распылением, имеют беспористую мелкозернистую структуру в отличие от традиционных вакуумных покрытий, у которых преобладает столбчатая структура со значительными напряжениями и сквозными порами.

Сравнение пористости покрытий из золота, полученных на однотипных подложках гальваническим методом, вакуумным напылением и катодным распылением, показывает, что плотность пор, см"2, в гальваническом покрытии толщиной 2 мкм составляет 10, обычном вакуумном толщиной 5 мкм — 19, а в покрытии, нанесенном катодным распылением толщиной 1 мкм — 16.

Несовершенные по структуре тонкие пленки, содержащие после напыления различные виды дефектов, обладают большей свободной энергией, чем фольга аналогичных металлов, что способствует активации процесса взаимной диффузии при сварке.

Из практики порошковой металлургии известно, что порошковое тело нестабильно из-за избытка свободной энергии. Это связано прежде всего с наличием чрезвычайно развитой внутренней межфазной поверхности раздела твердого тела с порами.

При повышении дисперсности металлических порошков увеличивается их объемная усадка в процессе спекания под давлением, снижается температура начала заметной усадки (рис. 1.1) и возрастает их прочность. Более активными принято считать порошки, которые при прочих равных условиях (температура, усилие сжатия и др.) уплотняются с большей скоростью. Чем выше дисперсность порошков, тем больше их удельная поверхность и значительнее отклонение системы от термодинамического равновесия.