Характеристика существующих электролитов

 

Электролиты меднения подразделяются на две группы: простые, в основном кислотные, в которых медь находится в виде аква-иона, и комплексные, преимущественно щелочные, где она входит в состав сложного катиона или аниона.

К щелочным электролитам относятся цианистые, в которых достигается наилучшее качество покрытий, железосинеродистые, пирофосфатные и др.

Старейшим и наиболее широко применяемым кислым электролитом является сернокислый. Остальные борфтористоводородный, кремнефтористоводородный и сульфаминовый имеют ограниченное применение.

Сернокислые электролиты позволяют применять сравнительно высокие плотности тока, дают почти 100% выход по току, стабильны в работе и не требуют частых корректировок. Основные их недостатки:

1) крупнокристаллическая структура осадков;

2) вдвое более низкий электрохимический эквивалент двухвалентной меди по сравнению с одновалентной, входящей в состав цианистых электролитов;

3) относительно низкая рассеивающая способность;

4) невозможность непосредственно на железных деталях получить покрытия, имеющие прочное сцепление с основным металлом из-за контактного выделения меди на поверхности железа.

Цианистые медные электролиты обладают высокой рассеивающей способностью, позволяют осаждать медь непосредственно на железных и стальных деталях с хорошим сцеплением. Осадки мелкокристаллические и малопористые. Однако они приготавливаются из ядовитых и дорогих солей, требуют частой корректировки. Характеризуются пониженным выходом по току (60-80%). Часто требуют подогрева.

Пирофосфатные электролиты для меднения стали, цинкованного сплава и алюминия – наиболее надёжные заменители цианистых. Они обладают хорошей рассеивающей способностью, выход по току 90-95%.

 

Основные применяемые электролиты меднения

 

Цианистые электролиты.

Общепринятый электролит состава (г/л):

Комплексная цианистая соль NaCu(CN)₂ 40-50;

Цианистый натрий NaCN 10-20;

Рабочая температура, ºС 15-25;

Катодная плотность тока, А/дм² 0,5-1,0;

Катодный выход по току h_к, % 50-70.

В качестве растворимых анодов применяют медь при соотношении площади анодов к площади детали 2:1.

Осаждённая медь мелкокристаллическая, но матовая. Для получения блеска в электролит вводят блескообразователи: гипосульфит Na₂S₂O₃ или винная кислота H₂C₄H₄O₆ + сернокислый марганец MnSO₄´5H₂O.

Также используют реверсивный ток. Соотношение катодных и анодных периодов от 10:1 до 15:1. Реверсирование тока частично растворяет микровыступы на поверхности катода, устраняются пузырьки водорода на катоде, снижается наводораживание стали, устраняется пассивирование медных анодов, всегда имеющее место при повышенных плотностях тока.

Щелочные нецианистые электролиты.

Наиболее полно заменяет цианистые электролиты железосинеродистый электролит следующего состава, г/л:

Медь Cu (в пересчёте на металл) 20-25;

Железосинеродистый калий K₄Fe(CN)₆´3H₂O 180-220;

Сегнетова соль КNaC₄H₄O₆ 90-110;

Едкий калий КОН 8-10;

Рабочая температура,ºС 50-60;

Плотность тока i_k, А/дм² 1,5-2;

Выход по току h_к, % 50-60.

Несмотря на высокую рассевающую способность электролита, широкому применению мешает некоторое количество цианистых комплексных солей, образующихся во время эксплуатации электролита и высокая стоимость сегнетовой соли.

Пирофосфатный электролит. Наиболее известный состав, г/л:

Медный купорос CuSO₄´3H₂O 30-50;

Натрий пирофосфорнокислый Na₄P₂O₇´10H₂O 120-180;

Натрий кислый фосфорнокислый Na₂HPO₄´12H₂O 70-100;

Рабочая температура, ºС 20-30;

Кислотность, рН 7,5-8,9;

Катодная плотность тока i_k, А/дм² 0,3-0,4;

Катодный выход по току h_к, % 75-80.

Аноды медные. Их площадь в 2-3 раза больше площади деталей. Скорость осаждения мала 3-4 мкм/ч. Механическое перемешивание позволяет повышать катодную плотность тока до 1 А/дм². При наложении ультразвуковых колебаний до 4 А/дм².

Аммиакатный электролит.

Аммиакатные электролиты получили широкое применение при цинковании и кадмировании. Разработаны они и для меднения, г/л:

Медь хлорная CuCl₂´2H₂O 35-50;

Аммоний хлористый NH₄Cl 260-300;

Аммиак NH₄OH 150-200;

Аммоний щавелевокислый (COONH₄)₂ 10-30;

Рабочая температура, ºС 15-25;

Кислотность, рН 8,6-9,0;

Катодная плотность тока i_k, А/дм² 1,3-2,5.

Кислые электролиты.

Наиболее общепринятый – сернокислый, г/л:

Медный купорос CuSO₄´5H₂O 200-250;

Серная кислота H₂SO₄ 50-70;

Рабочая температура, ºС 15-25;

Катодная плотность тока i_k, А/дм² 1-2;

Катодный выход по току h_к, % 95-98.

При перемешивании электролита сжатым воздухом или его прокачивании с непрерывным фильтрованием катодную плотность тока можно повысить до 6-8 А/дм², а при вращении цилиндрических деталей на катоде – до 30-40 А/дм². Наличие серной кислоты предотвращает гидролиз медных закисных солей, снижает омическое сопротивление электролита, уменьшает активную концентрацию ионов меди, что способствует мелкозернистости покрытия и даст возможность применять высокие плотности тока.

Существенное значение для качества покрытий имеет химический состав медных анодов. Повышенное содержание мышьяка или закиси меди приводит к серьёзным неполадкам при меднении.

Реверсирование тока с катодным периодом 8 с и анодным – 2 с позволяет повысить катодную плотность тока без перемешивания до 3-5 А/дм². Покрытия образуются гладкие, беспористые, дендриты отсутствуют.

Наложение ультразвукового поля повышает скорость осаждения.

Для получения гладких и блестящих покрытий вводят различные блескообразователи.