Реферат: Осаждение двойного покрытия медь-никель

для создания слоев на деталях, работающих в вакууме.

Толщина медных покрытий в зависимости от их назначения:

при нанесении в качестве подслоя при серебрении и золочении стальных деталей 0,3¸0,5 мкм;

при нанесении в качестве подслоя многослойных защитно-декоративных покрытий 9¸36 мкм;

при нанесении в качестве подслоя при пайке.……………6¸36 мкм;

для снижения переходного сопротивления……………….9¸30 мкм;

для защиты деталей от цементации…………………..…….£50 мкм;

для покрытия деталей перед последующей глубокой вытяжкой……………………………………………………………...£9 мкм;

в гальванопластике………..……………………………………³1 мм.

Широкое применение медных покрытий в качестве промежуточных слоев в значительной мере обусловлено хорошим сцеплением меди с различными металлами. При электролитическом осаждении меди на сталь не образуется диффузионного слоя. Решающую роль для обеспечения прочного сцепления играет тщательная подготовка поверхности основного металла (обезжиривание, травление). Причем, при применении химического или электрохимического удаления деформированного слоя, часто наблюдается продолжение структуры основного металла в покрытии.

При защитно-декоративном никелировании роль медного слоя – максимальная экономия стратегического никеля из-за перекрытия пор, а также снижение трудоемкости операций механической подготовки поверхности деталей.

Для меднения применяют как кислые (простые), так и щелочные (комплексные) электролиты. Из кислых электролитов невозможно получить осадки с прочным сцеплением на стальных и цинковых изделиях. Это объясняется контактным вытеснением железом и цинком меди, а также работой коротко замкнутых гальванических элементов Fe – Cu и Zn – Cu. Т.к. в этих системах анодами являются железо и цинк, то вне зависимости от продолжительности электролиза железо и цинк, находящиеся в контакте с медью в кислом электролите, растворяются, что обуславливает отслаивание покрытия. По этой причине предварительно наносят тонкий слой меди из щелочного электролита, затем медь наращивают до нужной толщины в кислом электролите.

2.2 Простые (кислые) электролиты.

Катодная реакция – Cu2+ +2е ® Cu

Анодная реакция – Cu - 2е ® Cu2+

К простым электролитам относится целый ряд кислых электролитов: сернокислые, борфтористоводородные, кремнийфтористоводородные, сульфамидные, нитратные и хлористые. Они просты по составу и допускают работу при высоких плотностях тока, особенно при условии перемешивания и повышенной температуре. Осаждение меди происходит, в основном, при разряде двухвалентных ионов меди. Простые электролиты отличаются малой катодной поляризацией (не превышает 50¸60 мВ). Поэтому осадки меди из таких электролитов имеют крупнозернистую, грубую, но вместе с тем плотную структуру. Электролиты отличаются высоким выходом меди по току (95¸100%) и значительной скоростью осаждения. Эти электролиты устойчивы и не токсичны, а также обладают хорошей выравнивающей способностью. К недостаткам кислых электролитов следует отнести их низкую рассеивающую способность, и невозможность непосредственного нанесения на изделия из железа и цинка. Но при введении в кислые электролиты некоторых органических добавок (столярного клея, сахаромицетов, и т.д.), тормозящих процесс контактного обмена, то можно получить медные осадки, прочно сцепленные со сталью.

Составы кислых электролитов:

Сульфатный электролит:

CuSO4*5H2O – 180 ¸ 220 г/л.

Н2SO4 – 40 ¸ 60 г/л.

NaCl – 0,03 ¸ 0,06 г/л.

Блескообразователи Б-7211 или ЛТИ 3 ¸ 5 мг/л.

Элетролит приготовляют растворением основных компонентов в воде и последующим введением в электролит добавок. Электролиз ведется при температуре 18 ¸ 50°С, iк – 1 ¸ 5 А/дм2, iа – до 5 А/дм2. При работе с высокими плотностями тока следует перемешивать электролит сжатым очищенным воздухом. Анод – медь. Выход меди по току близок к 100%. Скорость осаждения меди при плотности тока 4,5 А/дм2 составляет 1 мкм/мин. Анодный выход по току несколько больше катодного, поэтому наблюдается увеличение концентрации меди и уменьшение концентрации кислоты. Электролит отличаются относительно хорошей рассеивающей способностью. Осадки получаются с высоким блеском (до 95% по серебряному зеркалу), хорошей выравнивающей способностью (до 85% при толщине слоя 200 мкм), а также с относительно невысокими внутренними напряжениями (до 1100 мПа).

Борфтористоводородный электролит:

Cu(BF4)2 – 450 г/л.

НBF4 – 30 г/л.

Н3BO3 – 15 ¸ 20 г/л.

Электролиз ведется при температуре 20 ¸ 40°С, iк – до 40 А/дм2, iа – 5 ¸20 А/дм2. Анод – медь. Выход меди по току 95 ¸ 100%. Фторборатные электролиты готовят введением фторбората меди в борфтористоводородную кислоту. К достоинствам электролита относятся: высокая устойчивость раствора, нетоксичность, плотная мелкокристаллическая структура осадков при плотностях тока, значительно превосходящих обычные. Концентрационная поляризация и склонность к шламообразованию у борфтористоводородного электролита меньше, чем у слабокислого, он дороже, однако, этот электролит обладает большой производительностью. Поэтому рекомендуется его применение для нанесения меди на движущуюся проволоку, ленту, а также для восстановления изношенных деталей.

Фторборатные и сульфатные электролиты являются основными при осаждении меди. Также часто применяют кремнефтористый электролит меднения.

Кремнефтористый электролит: