ГАЛЬВАНИЧЕСКОЕ МЕДНЕНИЕ. Меднение металла
Меднение
Среди услуг, которые оказывает участок гальванических покрытий, функционирующий на нашем предприятии, одной из наиболее востребованных является нанесение медного слоя на поверхность различных изделий – меднение. Меднение может играть роль финишного покрытия, оно обладает высокими эксплуатационными характеристиками и декоративностью. Также медь может быть промежуточным материалом, поверх которого наносится другой защитный слой. Поскольку поверхность, изготовленная из меди, обладает повышенной адгезией с другими материалами, такое покрытие является более долговечным.
Технология
Гальванический процесс, который позволяет изготавливать медное покрытие на различных поверхностях, может протекать по-разному. Зависит он от используемых электролитов и материала основы.
В гальванике для меднения применяют такие электролиты:
- кислые. Чаще всего применяется сернокислый электролит. К его достоинствам можно отнести простой состав, высокий выход по току, а также устойчивость. Но при их использовании нельзя нанести медь на стальную или цинковую поверхность. Для таких изделий необходимо использовать другие электролиты, позволяющие получить тонкое покрытие из меда, а после наращивать медный слой в кислых растворах электролитов;
- щелочные растворы применяют реже, поскольку они обладают меньшей устойчивостью и более низким выходом по току. Но с их применением удается наносить медное покрытие непосредственно на стальную поверхность. Также щелочные составы применяют для нанесения меди на изделия из цинка, имеющие сложную форму с большим количеством отверстий и впадин.
Сочетание меднения и других видов гальванических покрытий позволяет получать защитный слой, обладающий повышенным сцеплением с металлом основы, высокими эксплуатационными характеристиками и красивой блестящей поверхностью.
Часто к меднению прибегают для того, чтобы улучшить соединение при пайке. Данная технология позволяет надежно соединять между собой отдельные детали конструкций, например, при изготовлении емкостей с эллиптическими днищами.
Сферы применения
Самостоятельно медное покрытие очень часто используется при производстве декоративных изделий. В последнее время весьма популярными стали старинные предметы из меди. Используя данную технологию, удается создавать изделия, искусственно состаренные. Кроме того, меднение имеет широкое применение в электротехнике, так как медь отличается хорошей электропроводностью. Для этих же целей может быть использовано серебро, но изготовление медных покрытий обходится намного дешевле.
Меднение очень часто используется в сочетании с другими гальваническими процессами. Такой технологией пользуются для предотвращения цементации стали. Медь наносится на участки стальных изделий, которые подвергаются дальнейшей механической обработке. Если этого не сделать, поверхностные слои стали становятся науглероженными и плохо поддаются резанию.
Меднение позволяет восстанавливать детали с хромированным покрытием, особенно это актуально при реставрации автомобильных деталей. В этом случае медь наносится довольно толстым слоем, который полностью скрывает все дефекты. После шлифовки медь может служить основой для нанесения дальнейших покрытий.
prodnisha.ru
Свойства и область применения медных покрытий | Меднение
Медные покрытия не рекомендуются для защиты железа и стали от коррозии. Омедненные изделия могут быть защищены от атмосферной коррозии лишь! в том случае, когда медные покрытия совершенно свободны от пор даже микроскопических размеров. При наличии пор изделия не только не будут защищены от коррозии, но, напротив, в присутствии корродирующего агента, между железом и медью начнет работать коротко замкнутый гальванический элемент, в котором железо будет играть роль анода и его коррозия будет протекать более интенсивно, чем неомедненного железа.
Медные покрытия не могут также рассматриваться как защитно-декоративные. Хотя химическая стойкость меди больше, чем железа, но в наружной атмосфере с небольшой относительной влажностью медные покрытия тускнеют в результате окисления, которое протекает по параболическому закону. При повышенной влажности в порах медных покрытий происходит ржавление стали (анода). На беспористых медных покрытиях в наружной атмосфере с повышенной влажностью постепенно образуется зеленая патина, которая, по некоторым данным, представляет собой основной сульфат меди CuSO43Cu(OH)2; на морском побережье может образоваться основной хлорид меди. Устойчивость патины в различной атмосфере, по-видимому, объясняется образованием закиси меди. При анодном окислении в соответствующих электролитах можно искусственно получать патину.
Довольно широко распространен процесс меднения участков стальных деталей, подлежащих обработке резанием после термической обработки — цементации. Стальные детали иногда подвергают меднению с последующим химическим или электрохимическим окрашиванием в различные цвета. Однако наиболее широко медные покрытия используют в качестве промежуточных слоев при защитно-декоративном хромировании стальных и цинковых деталей. Широкое применение электролитических осадков меди в качестве промежуточных слоев при нанесении различных гальванических покрытий в известной мере определяется хорошим сцеплением электроосажденной меди с различными металлами. В отличие от горячих методов нанесения металлических покрытий, при которых между основным металлом и покрытием образуется промежуточный диффузионный слой, при электролитическом осаждении меди на сталь не удается обнаружить промежуточный диффузионный слой. Решающую роль для обеспечения прочного сцепления в данном случае играет тщательная подготовка поверхности основного металла — обезжиривание и травление, причем в случае химического или электрохимического удаления деформированного слоя часто наблюдается продолжение структуры основного металла в электроосажденном металле. Прочность сцепления между основным металлом и покрытием при этом приближается по величине к прочности связи между отдельными атомами в твердом металле.
Продолжение микроструктуры основного металла в электролитическом осадке, по-видимому, обеспечивается в тех случаях, когда основной металл имеет относительно крупнокристаллическую структуру и электролиз протекает при условиях, соответствующих образованию кристаллов примерно таких же размеров. При включении посторонних ионов, атомов или молекул осадки получаются мелкокристаллическими и продолжения структуры основного металла не наблюдается (рис. 82).
Рис. 82. Продолжение структуры основного металла электроосажденной меди (снизу вверх): серебра (а), никеля (б) (нет продолжения), в — катаной меди
При защитно-декоративном хромировании стальных и цинковых деталей роль медного слоя сводится к максимальной экономии стратегического никеля при сохранении защитных свойств суммарных покрытий (Cu+Ni+Cr) и снижению трудоемкости операций механической подготовки поверхности стальных деталей.
Как известно, медь значительно пластичнее стали и в процессе ее полировки удается получать гладкую, блестящую поверхность, на которую легко наносить блестящие никелевые покрытия. Здесь необходимо оговорить, что в последнее время достигнуты большие успехи в получении блестящих покрытий, не требующих полировки, но эта задача решена еще не полностью. При нанесении относительно тонких слоев из цианистых или пирофосфатных электролитов на стальные или цинковые детали удается получать блестящие или полублестящие медные покрытия, поверх которых после промывки можно наносить блестящие никелевые покрытия.
www.stroitelstvo-new.ru
| Химическое меднение чаще всего применяют при изготовлении печатных плат для радиоэлектроники, в гальванопластике, для металлизации пластмасс, для двойного покрытия одних металлов другими. Составы растворов для меднения (г/л)
Этот раствор позволяет получать пленки с небольшим содержанием никеля.
Этот раствор отличается большой стабильностью работы по времени и позволяет получить толстые пленки меди. Для улучшения сцепления пленки с основным металлом применяют термическую обработку такую же, как и для никеля. Автор: Л.А. Ерлыкин Читайте еще: |
www.sdelaysam.info
| Изготовление изделий и деталей способом гальванопластики. В отличие от гальваностегии, требующей высокой прочности сцепления покрытий с основным металлом, гальванопластика имеет своей целью копирование изделий с последующим отделением полученной копии от изделия. Таким путем производится формование деталей, копирование художественных изделий и изготовление гальваническим путем сложнопрофилированных изделий, получение которых другими способами невозможно или нецелесообразно. Способом гальванопластики изготовляют трубы переменного сечения, матрицы патефонных пластинок, наносят электропроводные схемы на платы из пластмасс, готовят бюсты и статуи, металлические сетки и фольгу с микронной толщиной, печатные стереотипы и прочие металлические изделия. В качестве металла для наращивания стенок деталей обычно применяют гальванически осужденную медь, реже никель или железо и лишь в специальных случаях другие металлы. В общем виде всякий гальванопластический процесс можно разделить на четыре последовательные стадии: 1) формование оттиска для матрицы; 2) обработка оттиска или матрицы, заключающаяся в создании электропроводного слоя на поверхности неметаллической формы, или разделительного слоя, если форма выполнена из металла; 3) гальваническое получение металлической копии; 4) отделение копии от формы с последующей механической или химической отделкой копии, если в этом есть необходимость. Выбор материала для изготовления формы, оттиска или матрицы зависит от конфигурации изделия, с которого необходимо снять копию. Так, для копирования деталей и изделий со слабым рельефом, особенно при условии многократного снятия копий с одной матрицы, лучше всего применять металлы. Так, например, для многократного копирования какого-либо барельефа или орнамента, его предварительно гравируют на стальной или медной плитке, а для изготовления трубок в качестве основы берут калиброванную круглую сталь. Для изделий глубокого профиля применяют заливку формы расплавленным алюминием, на который затем и производят наращивание меди с последующим вытравливанием алюминия из медной оболочки. При копировании художественных изделий из цветных металлов для изготовления матриц применяют легкоплавкие сплавы, состоящие обычно из висмута, олова, свинца и кадмия в различных соотношениях. Так, например, сплав, состоящий из 35% висмута, 35% свинца и 30% олова имеет температуру плавления 140° С. Из неметаллических материалов и сплавов для изготовления матриц используют гипс, восковые и парафиновые композиции, стеарин и низкоплавкие пластмассы. Одна из экономических восковых композиций содержит в своем составе 25 вес. ч. натурального воска, 50 — парафина, 45 —церезина, 18 -графита и 4—скипидара. Расплавление восковых композиций производят очень медленно и на таком слабом огне, чтобы образование пузырьков газа было исключено. Оригинал перед заливкой композиции следует подогреть. Охлаждение застывающей композиции следует производить, возможно, медленней. Если в качестве заполняющей массы выбран гипс, то он перед заливкой должен быть настолько жидким, чтобы заполнить все мелкие детали рисунка. Поверхность металлических изделий перед покрытием заполняющей массой следует протереть графитом или маслом. Перед наращиванием медного слоя на металлические матрицы их поверхность покрывают разделительным слоем, предохраняющим металлы от сращивания. Для этой цели можно применим. 0,1%-ный раствор воска в скипидаре. Если же матрица изготовлена из воска, гипса или другого неметаллического материала, то на нее наносят электропроводный слой. Для создания электропроводного слоя применяют графитирование, бронзирование, химическое восстановление металлов, а для стекла и керамики — вжигание металлических паст, вакуум-катодное распыление, вакуум-термическое распыление и металлизацию. Наиболее распространенным и старинным способом создания электропроводного слоя является графитирование, которое производят путем нанесения тонкого слоя графита кисточкой или ватой с растиранием его по поверхности до получения равномерного металлического блеска. Из химических способов нанесения металлов обычно применяют химическое восстановление серебра на стекле или керамике. Для этого тщательно обезжиренные изделия на 2 - 3 с погружают с раствор хлористого олова SnCl2 2h3О с концентрацией его 2—3 г/л, промывают в воде и погружают в свежеприготовленный состав для серебрения. После осаждения пленки серебра детали промывают в воде и завешивают в ванну для наращивания меди. Перед завешиванием в ванну меднения следует обеспечить полное смачивание подготовленных матриц в кислом медном электролите. Для этой цели матрицы на несколько секунд погружают в раствор, состоящий из сернокислого медного электролита и винного спирта, смешанных в соотношении 1 : 1.
Первичное покрытие матрицы по электропроводному слою называется затяжкой и производится в слабокислом электролите меднения без подогрева и перемешивания. Для этой цели можно применить следующий состав (г/л) и режим затяжки: Медный купорос CuSO4 5h3O........................................ 140—160 Серная кислота h3SO4 .............................................. 12—15 Винный спирт С2Н5ОН.................................................... 30—50 Рабочая температура, °С.............................................. 15—25 Плотность тока DK, Л/дм2 ....................................... До 5 Изделия завешивают в ванну под током, покачивая их в момент погружения так, чтобы в углубленных участках не оставалось пузырьков воздуха. Процесс затяжки продолжается от 0,5 до 2 ч. По достижении толщины первичного слоя в 5—15 мкм матрицы выгружают и перевешивают в ванну с медным электролитом для скоростного наращивания, состав которого приведен выше (см. стр. 26). Плотность тока зависит от выбранного режима. Толщина слоя меди составляет обычно не менее 1 - 2 мм. Отделение копии от матрицы производят различными способами. Так, если форма матрицы это позволяет, разделение производят путем опиливания или обточки краев копии до обнажения разделительного слоя. Отделение гальванокопий от керамической основы происходит при погружении их в горячую воду за счет различных коэффициентов расширения. Матрицы из воска и легкоплавких сплавов выплавляют путем погружения в горячую воду. Алюминиевые основы вытравливают, погружая изделия в 15—20%-ный раствор каустической соды при 70—80° С. Освобожденные копии тщательно очищают от остатков матриц, опиливают по заданным размерам, а для придания массивности тыльную сторону заливают металлическими или любыми другими сплавами. Для создания декоративной внешности лицевую сторону копий полируют, а затем никелируют, серебрят, оксидируют или покрывают другими металлами в зависимости от назначения. Для снижения толщины слоя меди на различных поверхностях деталей и даже для полного прекращения наращивания меди можно пользоваться методом раздельного регулирования анодной плотности тока. Меднение стальных деталей в целях местной защиты от цементации. Этот процесс не имеет специфических особенностей, как по составу выбираемых электролитов, так и по режимам осаждения меди. Его особенностью является безукоризненное качество медного слоя, определяемое беспористостью и абсолютной прочностью сцепления меди со сталью. Эти требования качества определяются тем, что процесс цементации проводится при температуре около 900 °С в газовой среде, постепенно и непрерывно выделяющей активный углерод. В этих условиях недоброкачественное медное покрытие беспрепятственно пропускает цементующий реагент вследствие пористости или отслаивания, и готовые детали из легированных конструкционных марок стали переходят в окончательный брак. Если же меднение производится на внутренних поверхностях шестерен, подлежащих затем протяжке шлицев, то вместе с шестернями гибнут и протяжные броши, имеющие весьма высокую стоимость. Минимальная толщина слоя меди при защите от цементации принята по ряду технологических соображений и должна составлять не менее 10—15 мкм при обязательном условии беспористости и прочности сцепления. Следует указать, что брак по пробою цементации может иметь место и при высоком качестве медного слоя за счет присутствия агрессивных примесей в карбюризаторе. Для твердых карбюризаторов такой примесью является сера в количествах, превышающих 0,12%, а для жидких карбюризаторов при газовой цементации агрессивными примесями являются: сера, содержание которой также не должно превышать 0,12%, кислород воздуха, проникающий в печи при отсутствии избыточного давления, и водород как неизбежная составная часть отходящих газов после расщепления карбюризатора.Технологический процесс меднения в целях местной защиты от цементации складывается из следующих основных операций. 1. Монтировка в подвески. Материалом для подвесок следует брать железо, а в качестве изоляторов при меднении внутренних полостей — фарфор, винипласт или полиэтилен. 2. Изоляция участков, не подлежащих меднению. Для этой цели наиболее целесообразно применить парафиновый сплав, состоящий из 70% парафина, 10% воска, 10% канифоли и 10% каменноугольного иска. Указанный сплав, разогретый до 90—100° С, наносят на детали способом погружения или кистью. 3. Электрообезжиривание. Эту операцию производят в общепринятом составе при 15—25° С. 4. Промывка в холодной проточной воде. 5. Декапирование в 10%-ной смеси серной и соляной кислот при 15—25° С не менее 2—3 мин. 6. Промывка в холодной проточной воде. 7. Меднение. Эту основную операцию можно производить по одному из трех вариантов электролитов: а) меднение в цианистом электролите; б) ускоренное меднение в одном из кислых электролитов при высоких плотностях тока с подслоем меди толщиной 2-3 мкм из цианистого электролита; в) ускоренное меднение в кислом электролите с подслоем никеля толщиной не менее 3—5 мкм. 8. Промывка в холодной проточной воде. Во время этой операции производят проверку пористости слоя меди по ГОСТ 16875—71 и если она более 3-5 пор на 1 см2, то детали снова завешивают в ванны меднения до получения слоя с требуемой пористостью. 9. Снятие изоляционной массы. Удаление массы производят в горячей воде, а массу после выпаривания воды используют вновь.
10. Приемку медненых деталей производят на соответствие покрытия чертежу, на толщину слоя меди любым способом, применяемым для этой цели, и на прочность сцепления. Эту проверку производят натиранием медненых участков закругленным концом медного стержня. При плохом сцеплении на слое меди образуются характерные мелкопузырчатые вздутия, ясно различаемые без оптических приспособлений. В наиболее важных случаях медненые детали прогревают при 200—300° С в течение одного часа. При отсутствии вздутий и отслаивания покрытие считается годным по прочности сцепления. Меднение по способу биполярного подключения деталей в электролите. Этот способ меднения применяется при одностороннем покрытии деталей, причем слой меди в этом случае может наноситься на одну из сторон плоских деталей (на внутреннюю поверхность цилиндрических деталей), например шестерен, у которых наружные зубья цементируются и калятся, на наружную поверхность кольцевых деталей и прочие изделия, для которых требуется лишь одностороннее покрытие. Оригинальность этого способа заключается в том, что поверхности, не подлежащие покрытию, совершенно не требуют изоляционного покрытия парафиновыми сплавами, лаками или резиновыми чехлами и вместе с тем, находясь в электролите, не покрываются медью.
Эта особенность позволяет весьма существенно снизить трудоемкость ручных работ за счет исключения изоляционных операций. Другая особенность процесса заключается в том, что детали не завешивают на катодные штанги и к ним не подводится контакт от источника постоянного электрического тока. Третьей особенностью процесса является его пригодность для всех цианистых и заменяющих цианистые электролитов, не создающих выпадения контактной меди. Особо отмечается его пригодность для всех видов гальванических покрытий при условии, что эти покрытия производятся не из кислых электролитов.
Сущность этого способа заключается в том, что покрываемые детали завешивают в щелочной или цианистый электролит на продольные штанги, помещенные между катодными и анодными шинами параллельно им, причем эти штанги изолируют от прямого электрического контакта с источником постоянного тока. Так, например, в качестве такой штанги используют стальную трубу или стержень с натянутой на него резиновой трубкой. Таким образом, штанга воспринимает лишь механическую нагрузку от массы деталей. Завеску деталей на штангу производят посредством изолированных подвесок: проводов с полиэтиленовой изоляцией, винипластовых хомутов, охватывающих детали по непокрываемым участкам, капроновых сеток и прочих изоляционных материалов, стойких в медном электролите. Крепление подвесок к деталям должно осуществляться только по непокрываемым участкам, не допуская касания и даже экранирования покрываемых поверхностей. Затем на анодные и катодные шины ванны завешивают медные электроды. Их форма зависит от конфигураций покрываемых деталей.
Так, при покрытии плоских деталей на катодные и анодные шины завешивают листовую медь, используя для этой цели резервные пластинчатые аноды, а. Если же детали имеют цилиндрическую форму (б), то внутренний электрод имеет форму трубки или стержня круглого сечения, а наружный электрод изготовляют в форме кольца из листовой меди, концентрически расположенного вокруг детали и имеющего высоту, равную высоте детали. При включении тока поверхность деталей, обращенная к анодам, заряжается отрицательно и, являясь катодом, покрывается слоем меди.
Соответственно, поверхность детали, обращенная к катодам, заряжается положительно, становится анодом и, следовательно, не покрывается медью. Граница покрытия регулируется изменением расстояния между анодом, деталью и катодом. При переключении полюсов соответственно меняются и поверхности покрытия. Процесс меднения можно вести и с нерастворимыми стальными электродами за счет обеднения электролита солями меди. Для осаждения меди требуется более высокое напряжение на шинах ванны, чем при непосредственном контакте.
|
www.galvantech.ru
меднение металла, меднение алюминия
ОАО «Пензенский арматурный завод» – это предприятие, которое завоевало репутацию надежного партнера, изготавливающего недорогую и долговечную продукцию и предоставляющего качественные услуги. В настоящее время трубопроводная арматура, выпускаемая под маркой ОАО «ПАЗ» широко используется различными отраслями промышленности, в частности нефтяной, химической, газовой, атомной энергетикой и т.д.Что же касается услуг, то в первую очередь к ним стоит отнести нанесение защитных покрытий на изделия и детали гальваническим методом, в том числе и меднение алюминия и других металлов.
Цели меднения металлов
Меднение – это технологический процесс, позволяющий наносить на металл, а также другие материалы слой меди толщиной от 1 до 300 мкм. Благодаря высокой адгезии меди, ее электропроводности и пластичности гальваническое меднение металла востребовано многими предприятиями.Меднение алюминия или иных материалов позволяет:
Защитить металл от коррозии. Несмотря на относительную мягкость меди, этот металл отличают повышенные антиокислительные свойства. Медное покрытие надежно защищает изделие или деталь от коррозии даже при условии эксплуатации во влажной среде.Повысить электропроводность детали. Низкая стоимость меди стала одной из причин широкого распространения этого металла в электротехнике. В настоящее время меднение часто используют при производстве электродов, контактов, электротехнических шин и другой токопроводящей продукции.Создавать копии различных изделий. В этом случае пластиковая или восковая основа покрывается специальным лаком, а затем подвергается меднению. Данный технологический процесс позволяет получить металлическую копию воскового слепка. Чаще всего эта технология применяется при производстве сувенирной продукции, ювелирных изделий и т.д.
Нередко меднение металла выполняют и в качестве предварительной обработки деталей, при подготовке их к хромированию или никелированию. Связано это с тем, что никель и хром лучше ложатся на подслой из меди.
Способы меднения алюминия и других металлов
Промышленное меднение металла чаще всего осуществляетcя одним из двух способов – с использованием щелочных или кислых электролитов меднения.Среди кислых электролитов наиболее широкое распространение нашли сернокислые составы, к преимущественным характеристикам которых можно отнести хорошую химическую устойчивость, относительную дешевизну и высокий выход по току. Реже для меднения металлов промышленным способом применяют борфтористоводородные электролиты.Что же касается щелочных электролитов меднения, то наиболее применяемыми из них являются цианистые и пирофосфатные составы. Достоинствами щелочных электролитов являются такие их качества, как: мелкокристаллическая структура осадков и хорошая рассеивающая способность. Кроме того, необходимо отметить, что использование щелочных электролитов позволяет выполнять меднение стальных деталей и заготовок без предварительного подслоя.
Стоимость меднения алюминия и других металлов
Каждый производитель стремится снизить себестоимость изделия. Именно поэтому вопрос цен на услугу меднения металла почти всегда стоит на первом месте. Понимая и разделяя заботы клиентов, ОАО «Пензенский арматурный завод» всегда старается поддерживать доступные цены на все услуги, в том числе и на меднение алюминиевых и стальных заготовок и деталей.Стоимость меднения зависит от многих факторов, в том числе и таких как:
Конфигурация и размер детали.Способ нанесения защитного покрытия.Объем партии.
Именно поэтому без уточнения дополнительных деталей невозможно назвать конкретную сумму, в которую вам обойдется меднение металла. Но в любом случае вы можете быть уверены в том, что мы готовы к диалогу и можем предложить вам по-настоящему выгодные условия сотрудничества.
armatura-paz.ru
ГАЛЬВАНИЧЕСКОЕ МЕДНЕНИЕ: ООО "НПП Электрохимия"
--> Заказать ГАЛЬВАНИЧЕСКОЕ МЕДНЕНИЕ стали
--> Заказать ГАЛЬВАНИЧЕСКОЕ МЕДНЕНИЕ нержавейки
--> Заказать ГАЛЬВАНИЧЕСКОЕ МЕДНЕНИЕ алюминия
--> Заказать ГАЛЬВАНИЧЕСКОЕ МЕДНЕНИЕ ЦАМ
--> Заказать ГАЛЬВАНИЧЕСКОЕ МЕДНЕНИЕ диэлектриков
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГАЛЬВАНИЧЕСКОМ МЕДНЕНИИ.
Медь - металл розового цвета с атомной массой 63,5, плотностью 8,9 г/см3, температурой плавления 10830С, удельным электросопротивлением 0,017 Ом мм. Медь пластична, твердость медных покрытий 2, 5 - 3,0 ГПа. Медь интенсивно растворяется в аэрированных аммиачных и цианидных растворах, азотной кислоте, медленнее - в хромовой, слабо - в серной и почти не взаимодействует с соляной кислотой. На воздухе медь легко реагирует с влагой, углекислыми н сернистыми соединениями, окисляется и темнеет. Стандартный потенциал меди по отношению к ее одновалентным нонам +0,52 В, двухвалентным ионам +0,34 В.
В жестких условиях эксплуатации медь и ее сплавы не должны контактировать с хромом, оловом, сталями, цинком, кадмием, алюминием и магнием. Пластичность меди, высокая электропроводность привели к широкому использованию медных покрытий в промышленности.
Медные покрытия широко применяются в основном в качестве подслоя при нанесении многослойных покрытиях, а также для улучшения пайки, создания электропроводных слоёв, местной защиты стальных деталей при цементации.
2. ЭЛЕКТРОЛИТЫ МЕДНЕНИЯ.
Для электролитического осаждения меди разработано большое количество электролитов, которые, обычно, разделяют на две группы: кислые и щелочные.
2.1 Кислые электролиты меднения.
К кислым электролитам относятся сульфатные и фторборатные электролиты. Их основные достоинства - простота состава и устойчивость в эксплуатации, но они обладают низкой рассеивающей способностью. Также из них невозможно непосредственно меднить сталь из-за выпадения контактной меди, а, следовательно, плохое сцепление со сталью слоя меди. Вследствие этого меднение осуществляется после предварительного осаждения медного слоя (3-4 мкм) из щелочных электролитов или после осаждения никелевого слоя (3-5 мкм).
Из кислых электролитов наиболее распространен сульфатный электролит. Основными компонентами сульфатных электролитов являются сульфат меди и серная кислота.
Предполагается, что на катоде разряд двухвалентных ионов меди протекает в две стадии:
Cu2+ -› Cu+ -› Cu0,
Cu2+ + e- -› Cu+
причем замедленной стадией является Cu2+ + e- -› Cu+. Доля каждой стадии зависит от состава электролита и режима электролиза: плотности тока, температуры перемешивания. Электропроводность нейтральных растворов сульфата меди невелика, поэтому в них добавляют серную кислоту, которая значительно повышает электропроводность растворов температуры перемешивания.
Выход меди по току около 100 %, так как выделения водорода на катоде не происходит, поскольку потенциалы выделения меди имеют более положительные значения, чем потенциалы выделения водорода.
Повышение кислотности электролита способствует уменьшению растворимости сульфата меди, что приводит к снижению верхнего предела допустимой плотности тока. Для увеличения концентрации ионов меди в катодном слое применяют перемешивание. В этом случае кислотность электролитов можно увеличивать. Чем интенсивнее перемешивание, тем выше может быть содержание серной кислоты. Повышение температуры способствует увеличению растворимости сульфата меди: при 25 °С - 23,05 г CuSO4 на 100 г воды; при 100 °С - 73,6 г. Повышенная кислотность способствует получению более мелкокристаллических осадков.
Вблизи анодов наряду с ионами Cu2+ в растворе могут находиться в незначительном количестве ионы одновалентной меди, образующиеся в результате протекания реакции:
Cu + Cu2+ -› 2Cu+
При накоплении в растворе ионов Cu+ равновесие будет сдвигаться влево, и металлическая медь будет выпадать в виде осадка.
При недостаточной кислотности раствора сульфат одновалентной меди будет гидролизоваться с образованием Сu(ОН)2 или СuО2
Cu2SO4 + h3O ‹-› Cu2O + h3SO4
В результате в электролите будут взвешенные частицы металлической меди и оксида меди, которые, включаясь в катодный осадок, делают его темным, шероховатым, а иногда - рыхлым.
Присутствие серной кислоты способствует протеканию реакций окисления одновалентной меди:
Cu2SO4 + h3SO4 + 1/2О2 -› 2CuSO4 + Н2О Cu2O + 2h3SO4 + 1/2O2 -› 2CuSO4 + 2h3O
Таким образом, серная кислота прежде всего нужна для предупреждения накопления ионов Cu+ и гидролиза ее солей.
В сульфатные электролиты иногда вводят поверхностно-активные вещества. Эти вещества вводят для повышения катодной поляризации, что способствует получению более мелкозернистых плотных, иногда блестящих, осадков. Благоприятное действие этих добавок сказывается в том, что они предупреждают образование наростов на краях и выступающих частях деталей. Наилучшими добавками являются декстрин (не более 1 г/л) и фенол или его сульфосоединения (1-10 г/л).
Для получения блестящих медных покрытий предложено большое количество блескообразующих добавок, обеспечивающих зеркальный блеск покрытий, придающих им пластичность и снижающих внутренние напряжения.
При работе с электролитами для получения блестящих покрытий особое внимание следует уделять анодам. Используют аноды марки АМФ, не дающие шлама и содержащие 0,03-0,06 % фосфора. В остальных случаях применяют аноды из чистой рафинированной меди (99,9 %), содержащей не более 0,1 % примесей.
Взвешенные частицы шлама обычно являются причиной грубого шероховатого осадка. Для предотвращения попадания шлама в электролит рекомендуется аноды помещать в чехлы из кислотостойкого материала и вести непрерывную фильтрацию электролита.
На качество получаемых блестящих покрытий большое влияние оказывает концентрация ионов Сl-. При пониженной концентрации снижается блеск покрытий и образуются прижоги на острых кромках деталей, при повышенном содержании образуются полосы на покрытиях.
Вредными примесями в медных сульфатных электролитах являются мышьяк, сурьма, некоторые органические вещества, образующие коллоидные растворы, анодный шлам.
Кроме сульфатных, используют фторборатные электролиты. Эти электролиты обладают высокой устойчивостью; получающиеся покрытия плотные и мелкокристаллические, рассеивающая способность электролитов примерно такая же, как у сульфатных. Большая растворимость фторбората меди позволяет применять повышенные плотности тока. Из этих электролитов осаждать медь непосредственно на стальные детали нельзя; необходим подслой никеля или меди из цианидных электролитов.
2.2 Щелочные электролиты меднения.
К щелочным электролитам относятся цианидные, пирофосфатные и этилендиаминовые электролиты. Основные достоинства: высокая рассеивающая способность, получение мелкокристаллических осадков, возможность непосредственно меднить стальные детали.
Довольно распространены цианидные электролиты. Условия осаждения меди из цианидных электролитов существенно отличаются от условий осаждения в кислых электролитах.
В цианидных электролитах медь находится в составе комплексных ионов, степень диссоциации, а, следовательно, и активность ионов меди очень мала. Поэтому потенциал выделения меди в них примерно на 0,9-1,2 В отрицательнее, чем в сульфатных растворах.
При малом количестве цианида аноды пассивируются. При недостаточном количестве свободного цианида, когда происходит пассивация анодов и на них разряжаются ионы ОН- с выделением кислорода, то не весь образующийся кислород выделяется в виде газа, а часть его расходуется на окисление цианида в цианит. Уменьшение содержания цианидов происходит также из-за взаимодействия их с углекислотой воздуха и образования карбонатов (NaCN→ Na2CO3 ).
Содержание свободного цианида оказывает на катодный и анодный процессы противоположное влияние: для катодного процесса требуется минимальное содержание цианидов, для анодного - максимальное. При недостатке свободного KCN на анодах образуется зеленоватая пленка CuCN из-за того, что ионы меди не в состоянии перейти в комплексное соединение. Свободная поверхность анода уменьшается, плотность тока растет, и анодное растворение происходит с образованием ионов двухвалентной меди, которые в виде нерастворимого гидрата осаждаются на аноде. При этом аноды пассивируются и наблюдается интенсивное выделение кислорода.
Основными компонентами медных цианидных электролитов являются комплексный цианид меди и свободный цианид натрия. Из приведенных данных видно, что степень диссоциации комплексных ионов очень мала и уменьшается с увеличением содержания CN- в комплексе. Этим, по-видимому, объясняется повышение катодной поляризации при увеличении содержания свободного цианида в электролите.
Содержание меди в электролите во время работы обычно уменьшается вследствие недостаточной растворимости анодов. Снижение концентрации ионов меди в электролитах приводит к образованию пористых осадков. Кроме того, работая с малоконцентрированными медными электролитами, можно применять только пониженные плотности тока.
Постоянным компонентом цианидных электролитов является карбонат. Он накапливается в результате окисления цианида кислородом воздуха, особенно при нагревании:
2NaCN + 2Н2О + 2NaOH + О2 = 2Na2CO3 + 2Nh4
Присутствие карбонатов в небольших количествах полезно, поскольку при этом повышается электропроводность электролитов. Однако при их накоплении свыше 70 г/л, а в концентрированных - до 140 г/л аноды проявляют склонность к пассивированию, а покрытия получаются пористыми. Карбонаты можно удалять при помощи хлорида бария и вымораживанием, охлаждая электролит до -5 °С. Следует отметить, что карбонаты натрия легче выпадают в осадок, чем калиевые. Сульфаты существенного влияния на процесс электролиза не оказывают.
Введение в электролит депассиваторов, в качестве которых применяют сегнетову соль KNaC4h5O6•4h3O и роданид калия KCNS, позволяет повысить рабочую плотность тока и устранить пассивацию анодов, но при этом следует одновременно повышать температуру электролита.
Высококонцентрированные по меди электролиты, содержащие депассиваторы, позволяют применять высокие плотности тока (до 10 А/дм2) при повышенной температуре и перемешивании. При этом возможно получить выход по току, близкий к 100 %.
Сульфиды, вводимые в электролит, играют роль восстановителя, предупреждая накопление в ванне ионов меди Cu2+.
Для замены ядовитых цианидных электролитов применяют пирофосфатные и этилендиаминовые электролиты.
Из пирофосфатных электролитов получают медные осадки с мелкозернистой структурой. При нанесении тонких слоев осадки получаются гладкими, блестящими или полублестящими. Преимущества пирофосфатных электролитов перед кислыми заключаются в высокой рассеивающей способности и возможности непосредственно проводить меднение стальных деталей в разбавленном пирофосфатном электролите.
Основные компоненты пирофосфатных электролитов: CuSO4 или Сu2Р2О7 и К4Р2О7 или Na4P2O7. В растворах в присутствии Na4P2O7 образуется комплексная соль Na6[Cu(P2O7)2]; при избытке свободного пирофосфата может образовываться Na2[Cu(P2O7)2]. Константы нестойкости комплексов [Сu(Р2О7)2]6- и [Сu(Р2О7)2]2- соответственно равны 3•10-3 и 2•10-9.
В щелочных растворах при рН 8 и достаточном избытке свободных ионов Р2О74- медь находится преимущественно в виде шестизарядных комплексных ионов [Сu(Р2О7)2]6-.
В пирофосфатные электролиты вводят Nh5NO3, который способствует повышению допустимой катодной и анодной плотностей тока и улучшает качество осадков. Из пирофосфатных электролитов можно получать блестящие осадки. В качестве блескообразующих добавок вводят Na2SeO3 совместно с лимонной или триоксиглутаровой кислотой, 2-меркаптотиазол и другие вещества.
При повышенных плотностях тока может происходить пассивация анодов за счет образования на их поверхности труднорастворимой оксидной или солевой пленки. Введение в электролит Nh5OH, Na2HPO4•12h3O, Nh5NO3, сегнетовой соли, лимонной кислоты и других добавок улучшает работу анодов и повышает допустимую анодную плотность тока.
Катодный потенциал меди в пирофосфатных электролитах имеет более отрицательное значение, чем в кислых. Большая катодная поляризация объясняется пассивированием поверхности катода вследствие адсорбции ионов Р2О74- или образования оксидных (Сu2О8) и труднорастворимых соединений (Сu2Р2О7) в виде фазовой пленки.
Предполагают, что выделение меди на катоде из пирофосфатных растворов происходит в результате восстановления двухзарядных комплексов:
CuP2O72- + 2e- -› Cu + Р2О74-,
образующихся при диссоциации шестизарядных комплексов:
Cu(P2O7)26- ‹-› CuP2O72- + Р2О74-.
С повышением температуры ускоряется выделение меди, что связано как с ускорением диффузии комплексных анионов к катоду, так и с облегчением их разряда.
Анодный выход по току в этих электролитах несколько выше катодного, поэтому при корректировке нет необходимости добавлять медные соли. Анодную плотность тока рекомендуется поддерживать в пределах 2-4 А/дм2. При более низкой плотности тока растворение идет недостаточно быстро, при более высокой - на поверхности анодов образуется труднорастворимая оксидная пленка.
Для предотвращения пассивации анодов должно быть достаточное количество свободных анионов Р2О74- и достаточно высокое рН раствора. Повышение температуры способствует отводу продуктов реакции и, следовательно, уменьшению пассивации анодов. Для этой же цели в электролиты вводят депассиваторы, которые способствуют снижению активности ионов Cu2+ в прианодном слое.
При работе пирофосфатных ванн рекомендуется проводить фильтрацию электролита: для полублестящих осадков - периодически или непрерывно, для блестящих - непрерывно.
Таблица 1 - Составы электролитов меднения
|
Тип |
Состав электролита |
Режим обработки |
Дополнительные указания |
||
|
Компонент |
Количество, г/дм3 |
Температура, 0С |
Плотность тока, А/дм2 |
||
|
Кислые электролиты |
CuSO4∙5h3O h3SO4 |
150-250 50-70 |
18-25 |
1-3 |
При плотности тока более 2 А/дм2 обработку проводят барботажом сжатым воздухом |
|
CuSO4∙5h3O h3SO4 NaCl Блеско- образователь |
180-220 45-65 0,05-0,15 4-6 |
20-30 |
0,8-9 |
Обработку проводят перемешиванием электролита сжатым воздухом и фильтрацией электролита; ia=0,4-5 А/дм2; аноды - медные с фосфором |
|
|
Cu(BF4) HBF4 h4BO3 |
200-225 5-20 20-35 |
15-30 |
2-6 |
||
|
Щелочные электролиты |
CuCN NaCN NaOH |
20-30 5-10 5-10 |
15-55 |
0,3-2 |
Допускается наличие углекислого натрия до 80 г/дм3 |
|
CuSO4∙5h3O K4P2O7 Nh5OH 25%p-p h5P2O7 Аммоний лимонно-кислый |
75-100 300-375 2-15
1-10 15-25 |
50-75 |
0,5-5 |
||
|
CuSO4∙5h3O Этилендиамин (Nh5)2SO4 |
180-250 90-125 60 |
20-40 |
0,5-3 |
||
Особенностью этилендиаминовых электролитов меднения является возможность непосредственного меднения стальных деталей. Детали в ванну загружают под током плотностью в 3-5 раз превышающей рабочую. Составы большинства электролитов меднения приведены в таблице 1.
Данная статья является интеллектуальной собственностью ООО "НПП Электрохимия" Любое копирование без прямой ссылки на сайт www.zctc.ru преследуется по закону. Текст статьи обработан сервисом Яндекс "Оригинальные тексты"
zctc.ru
Как меднение стали борется с коррозией металла
Медь сама по себе не является стойким металлом – на воздухе она быстро покрывается плёнкой окислов, зеленеет и приобретает так называемую патину. Медные изделия и украшения используются исключительно в декоративных целях и требуют за собой ухода. Однако этот металл обладает идеальным сцеплением со сталью при осаждении, создавая промежуточный слой для более стойкого защитного покрытия. Он широко используется в гальванопластике для создания копий, так как пластичен и легко поддаётся обработке и незаменим во всех электронных устройствах и электрических кабелях благодаря прекрасной электропроводности.
Меднение стали представляет собой гальваническую обработку путём осаждения атомов меди из кислых или щелочных электролитов на поверхность обрабатываемой детали. В результате на изделии образуется плёнка толщиной от 1 до 250 мкм, обладающее высокой адгезией, отличной электропроводностью и пластичностью. Меднение используют не только для стали – этот вид гальванизации применим для деталей из алюминия, цинка и их сплавов.
Самое распространенное использование меднения – это промежуточный слой в композиции с никелем и хромом. Именно такое трёхслойное покрытие обеспечивает надёжную защиту металла от коррозии и вредного воздействия агрессивной окружающей среды. Нанесение меди на отдельные участки стальной детали, которые предназначены для обработки резкой. Это защищает их от цементации – проникновения углерода в микропоры металла, что приводит к хрупкости изделия. При ремонте и восстановлении первоначального размера конструктивных элементов слой меди толщиной 100-300 мкм скрывает дефекты и заполняет поры металла. После меднения такая деталь шлифуется и на неё с легкостью наносится любое антикоррозийное металлическое покрытие.
Среди трёх металлов, обладающих хорошей электропроводностью – серебро, золото, медь – последняя является самым дешёвым. Этот металл используется при производстве электронных печатных плат в качестве основы под пайку, для изготовления шин, контактов и выводов, работающих под напряжением. Медный кабель, используемый под электропроводку, в разы долговечнее и надёжнее алюминиевого. В зависимости от технологии меднения, свежее покрытие может быть блестящим или матовым и имеет ярко-розовый, а не жёлто-золотистый цвет.
volix.ru
