Электролит и способ меднения

Электролит и способ меднения

Реферат

Изобретение относится к области гальваностегии и может быть использовано для электрохимического меднения стальной поверхности деталей без нанесения дополнительного подслоя.

Для меднения широкое распространение в промышленности получили сернокислый и цианистый электролиты. Медные цианистые электролиты обладают высокой рассеивающей способностью, позволяют осаждать медь непосредственно на стальные детали. Осадки, полученные из этих электролитов, отличаются мелкокристаллической структурой, однако, цианистые электролиты токсичны, недостаточно устойчивы и имеют сложный многокомпонентный состав, дороги.

Для замены цианистых электролитов наибольшее внимание заслуживают пирофосфатные и аммиачные электролиты. Они очень просты по составу, нетоксичны и содержат общедоступные и дешевые компоненты. Недостатком их является узкий интервал рабочих плотностей тока. В пирофосфатных электролитах на основе К₄Р₂О₇ допустимая плотность тока не превышает 1,5 А/дм². В существующих аммиачных электролитах рабочий интервал плотностей тока составляет 1,2-1,8 А/дм². Гальванические покрытия в машиностроении. Справочник под ред. М.А.Шлугера, Москва, Машиностроение, 1985, т.1, с.93-100.

Наиболее близким аналогом предложенного электролита и способа меднения являются электролит и способ, раскрытые в SU 1035097 A, МПК 7 C 25 D 3/38, опубл. 15.08.1983. Электролит содержит, г/л: сернокислую медь 40-60, гидроксид натрия 90-110, глицерин 40-60, меламин (2,4,6-триамино-1,3,5-триазин) 0,4-0,6 и воду. Подготовку деталей перед меднением проводят обычным способом. Покрытие наносят при температуре электролита 10-30°С и катодной плотности тока 0,5-2,0 А/дм².

Электролит имеет хорошую рассеивающую способность 50-70%, высокий выход по току 85-95%, однако, является нестабильным в силу восстановительных свойств глицерина. Покрытия, полученные из этого электролита, при небольших толщинах имеют низкую микротвердость и высокую пористость.

Задачей предложенного изобретения является расширение ассортимента отечественных бесцианидных электролитов меднения, позволяющих получать качественные медные покрытия на стальных изделиях, в том числе и сложнопрофилированных.

Техническим результатом является повышение микротвердости, прочности сцепления покрытия с основой, его равномерности, защитной способности за счет снижения пористости, а также уменьшение вероятности восстановления в объеме электролита комплексов меди.

Указанный технический результат достигается тем, что электролит меднения стальной поверхности деталей включает соединение меди, гидроксид щелочного металла, многоатомный спирт, азотсодержащую органическую добавку и воду, при этом электролит дополнительно содержит нитрат калия или натрия, в качестве соединения меди электролит содержит сульфат или нитрат или гидроксид меди, в качестве многоатомного спирта - пропиленгликоль, а в качестве азотсодержащей органической добавки - тетраалкиламмония гидроксид при следующем соотношении компонентов, моль/л:

Соединение меди	0,1-0,5
Гидроксид щелочного металла	1,5-5,0
Нитрат калия или натрия	0,2-0,8
Пропиленгликоль	0,6-2,5
Тетраалкиламмония гидроксид	0,0002-0,0006

В качестве гидроксида щелочного металла электролит содержит гидроксид натрия, и/или калия, и/или лития. Кроме того, электролит может дополнительно содержать углекислый натрий в количестве до 0,3 моль/л.

В качестве тетраалкиламмония гидроксида можно выбрать тетраметиламмония гидроксид, или тетраэтиламмония гидроксид, или тетрапропиламмония гидроксид, или тетрабутиламмония гидроксид и т.д.

Указанный технический результат достигается также тем, что способ меднения стальной поверхности деталей включает подготовку деталей и электролитическое осаждение меди, при этом осаждение проводят из электролита, приведенного выше состава, при катодной плотности тока 0,5-3,0 А/дм² и температуре электролита 20-40°С.

Подготовка поверхности включает обезжиривание, активирование в соляной кислоте и межоперационные промывки.

Предложенный электролит свободен от токсичных цианид-ионов и представляет собой щелочной раствор на основе тетрагидроксокупритных комплексов и смешанных пропандиоловых гидроксокомплексов Cu(II).

Электролит готовят следующим образом: расчетные количества компонентов растворяют в отдельных порциях воды, нагретой до 30-40°С, и смешивают при температуре растворов не более 50°С. Для приготовления раствора используют реактивы квалификаций "ч.д.а." и "х.ч.", тетрабутиламмония гидроксид (ТУ6-09-1369-76) - квалификации "ч". Свежеприготовленный электролит рекомендуется прорабатывать 2-3 А·ч/л, затем периодически корректировать по всем компонентам.

Контроль прочности сцепления медных покрытий со сталью проводили методом нанесения сетки царапин по ГОСТ 9.302-88, микротвердость определяли при нагрузке 10 г на микротвердомере ПМТ-3, пористость покрытия определяли по ГОСТ 9.302-88.

Пример 1. Стальную деталь обезжирили, промыли проточной, затем дистиллированной водой, активировали в растворе соляной кислоты и снова промыли дистиллированной водой. Электроосаждение проводили при температуре 20°С и катодной плотности тока 0,5 А/дм² из электролита следующего состава, моль/л:

Гидроксид меди	0,1
Гидроксид калия	1,5
Пропиленгликоль	0,6
Нитрат натрия	0,2
Тетраметиламмония гидроксид	0,0002

Было получено мелкокристаллическое розовое покрытие толщиной 5 мкм с пористостью 1 пор/см² и микротвердостью 720 МПа. Скорость осаждения покрытий в этих условиях составила 2,8 мкм/ч. Прочность сцепления покрытия со сталью удовлетворяет требованиям ГОСТ 9.302-88.

Пример 2. Стальную деталь обезжирили, промыли проточной, затем дистиллированной водой, активировали в растворе соляной кислоты и снова промыли дистиллированной водой. Электроосаждение проводили при температуре 40°С и катодной плотности тока 3 А/дм² из электролита следующего состава, моль/л:

Сернокислая медь	0,5
Гидроксид натрия	5,0
Пропиленгликоль	2,5
Нитрат калия	0,8
Тетрабутиламмония гидроксид	0,0006

Было получено мелкокристаллическое покрытие розового цвета толщиной 10 мкм с пористостью 0,2 пор/см² и микротвердостью 750 МПа. Скорость осаждения покрытия в этих условиях составила 12 мкм/ч.

Прочность сцепления покрытия со сталью удовлетворяет требованиям ГОСТ 9.302-88.

Пример 3. Электроосаждение проводили при температуре 35°С и катодных плотностях тока от 1,0 до 3,0 А/дм² из электролита следующего состава, моль/л:

Сернокислая медь	0,4
Гидроксид натрия	3,5
Пропиленгликоль	2,0
Нитрат калия	0,6
Карбонат натрия	0,25
Тетрабутиламмония гидроксид	0,0004

Были получены мелкокристаллические розовые покрытия толщиной 0,5 мкм до 15 мкм. Увеличение толщины медных покрытий от 0,5 мкм до 10 мкм приводит к уменьшению пористости с 5 пор/см² до полного их отсутствия. При плотности тока 2 А/дм² микротвердость медных покрытий достигает максимума и составляет 950 МПа. 720 МПа. Прочность сцепления покрытия со сталью удовлетворяет требованиям ГОСТ 9.302-88.

Влияние плотности тока на скорость осаждения медных покрытий приведено в таблице.

Плотность тока, А/дм2	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0
Скорость осаждения мкм/ч	9,0	10,2	10,5	9,8	10,3

Независимость скорости осаждения меди от плотности тока обеспечивает нанесение равномерных по толщине медных покрытий по поверхности сложнопрофилированных деталей.

Таким образом, предложенный способ с использованием бесцианидного щелочного электролита на основе тетрагидроксокупритных и гидроксопропандиоловых комплексов позволяет получать твердые мелкокристаллические покрытия высокого качества, имеющие низкую пористость при толщинах более 2 мкм и высокую равномерность покрытий по поверхности сложнопрофилированных деталей.

1. Электролит меднения стальной поверхности деталей, включающий соединение меди, гидроксид щелочного металла, многоатомный спирт, азотсодержащую органическую добавку и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит нитрат калия или натрия, в качестве соединения меди электролит содержит сульфат, или нитрат, или гидроксид меди, в качестве многоатомного спирта - пропиленгликоль, а в качестве азотсодержащей органической добавки - тетраалкиламмония гидроксид при следующем соотношении компонентов, моль/л:

Соединение меди	0,1-0,5
Гидроксид щелочного металла	1,5-5,0
Нитрат калия или натрия	0,2-0,8
Пропиленгликоль	0,6-2,5
Тетраалкиламмония гидроксид	0,0002-0,0006

2. Электролит по п.1, отличающийся тем, что он в качестве гидроксида щелочного металла содержит гидроксид натрия, и/или калия, и/или лития.

3. Электролит по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит углекислый натрий в количестве до 0,3 моль/л.

4. Способ меднения стальной поверхности деталей, включающий подготовку деталей и электролитическое осаждение меди, отличающийся тем, что осаждение проводят из электролита по п.1 при катодной плотности тока 0,5-3,0 А/дм² и температуре электролита 20-40°С.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что подготовка поверхности включает обезжиривание, активирование в соляной кислоте и межоперационные промывки.