CC BY
8
УДК 669.369
Ягодкин И.М., Солонин М.Д., Аснис Н.А., Симонова М.С., Ваграмян Т.А.
Электрохимическая очистка тонкой проволоки из сплава медь-ниобий перед нанесением гальванических покрытий
Ягодкин Илья Максимович, студен 5 курса кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; Солонин Михаил Дмитриевич, аспирант кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии, e-mail: [email protected];
Аснис Наум Аронович, к.т.н., ведущий инженер кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; Ваграмян Тигран Ашотович, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой инновационных материалов и защиты от коррозии.
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва, 125047, Москва, Миусская пл., д. 9.
Симонова Мария Сергеевна, специалист отдела материаловедения, ведущий конструктор ОКР «Нить». АО «ИСС» им. академика М.Ф. Решетнева, Россия, Железногорск, 662972, Красноярский край, г. Железногорск, ул. Ленина 52.
В работе представлено влияние на микрорельеф поверхности режима электрохимической подготовки тонкой проволоки, состоящей из сплава медь-ниобий, в растворе щелочи при температуре 20-25оС на качество готовой к гальваническому золочению поверхности. Представлены фотографии поверхности после катодной, анодной обработки и после обработки с наложением переменного тока в растворе гидроксида натрия с концентрацией 30 г/л. Удалось получить качественное золотое покрытие на поверхности тонкой проволоки без заметных потерь в её прочностных характеристиках.
Ключевые слова: обработка поверхности тонкой проволоки, сплав медь-ниобий, золочение тонкой проволоки.
Electrochemical purifying of a thin copper-niobium alloy wire before electroplating
Yagodkin I.M.1, Solonin M.D. 1, Asnis N.A. 1, Simonova M.S. 2, Vagramyan T.A. 1
1 D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Russian Federation, Moscow.
2 JSC "ISS" named after Academician M.F. Reshetnev, Russian Federation, Zheleznogorsk.
The paper presents the effect on the microrelief of the surface of the mode of electrochemical preparation of a thin wire, consisting of a copper-niobium alloy in an alkali solution at a temperature of20-25 °C on the quality of the surface ready for galvanic gilding. Photographs of the surface after cathodic, anodic treatment and after treatment with the application ofalternating current in a sodium hydroxide solution with a concentration of30 g/l are presented. It was possible to obtain a high-quality gold coating on the surface of a thin wire without noticeable losses in its strength characteristics.
Введение
Одним из основных промышленных применений золота является его использование в сфере радиоэлектроники, поскольку этот металл сочетает в себе ряд важных качеств: высокая электропроводимость, химическая стойкость и отличная паяемость.
Одним из наиболее распространенных методов получения золотого покрытия является гальваническое золочение. В таком случае покрытие получают за счет пропускания тока через раствор, содержащий ионы золота, а тонкий подбор параметров процесса позволит контролировать качество осаждаемого покрытия [1]. Наиболее важными параметрами такого процесса являются плотность тока, при которой осаждаются компактные качественные покрытия, и высокий выход по току.
Необходимым условием для формирования долговечного гальванического покрытия является подготовка подложки, то есть удаление различных загрязнений и окислов.
Тонкая золоченая металлическая проволока может быть применена в качестве материала для создания радиоотражающих рефлекторов спутниковых антенн. Металлом основы могут быть вольфрам, молибден, сплав медь-ниобий и другие материалы [2].
Экспериментальная часть
Объектом исследования являлась тонкая проволока (толщина порядка 30 мкм) из сплава медь-ниобий. Первичная оценка качества обработки на каждой из стадий проводилась путем визуального осмотра поверхности образца, дальнейшее изучение проводилось с помощью сканирующего электронного микроскопа Thermo Fisher Scientific Quattro C, а также проводились измерения среднего усилия, необходимого для разрыва проволоки при помощи разрывной машины Shimadzu AGS-X.
Проводилась очистка поверхности проволоки от окислов, поскольку наличие оксидной пленки значительно ухудшает адгезию золота к поверхности сплава. Фотографии поверхности исходной проволоки из сплава медь-ниобий представлены на рисунке 1. Значения усилий на разрыв представлены в таблице 1 (№1).
Эксперименты по электрохимической очистке проволоки проводились в растворе с концентрацией гидроксида натрия от 30 до 90 г/л при температуре 20-25оС. Интервал плотностей тока для катодной и анодной обработки составлял 10-300 А/дм2, время обработки составляло 3-5 с. Для обработки с наложением переменного тока использовался понижающий ЛАТР, интервал напряжений
переменного тока, накладываемого во время экспериментов, составлял 2,2-2,5В, что соответствовало интервалу плотностей переменного тока 180-450 А/дм2.
Катодная обработка практически никак не повлияла на состояние поверхности проволоки после обработки в указанных условиях. Механические характеристики и диаметр проволоки также не изменились (таблица 1, №2). При анодной обработке изменилась морфология поверхности, на ней проявились более глубокие следы травления, при этом механические характеристики и усилие на разрыв практически не изменились по сравнению с исходной проволокой (рисунок 2 и таблица 1, № 3).
1/17/2023 НУ ИГО тад в НГ\У цхЛ застой*
10:17:57 АМ 10.00 кУ 14.7 тт 10 005 « 20.7 цт 3.0 ЖдЬукчмт
Рис. 1. Фотография поверхности медь-ниобиевой проволоки до обработки
Рис.2.Фотография поверхности медь-ниобиевой проволоки после анодной обработки
Несколько отличающиеся результаты по очистке поверхности медь-ниобиевой проволоки были получены после ее обработки в течение 2-3 с в режиме переменного тока с частотой 50 Гц. Поверхность была более шероховатой, чем после обработки постоянным током (рисунок 3). На механические характеристики проволоки и ее диаметр обработка практически не повлияла (Таблица 1, №4).
В качестве электролита золочения был выбран раствор, содержащий 81 г/л лимонной кислоты, рН 4,7 (корректировался КОН) и 35 г/л золота по металлу (в виде дицианаурата калия).
Для подготовки проволоки перед золочением была выбрана обработка с наложением переменного тока в растворе гидроксида натрия с концентрацией 30 г/л при температуре 20-25 °С, напряжение на ванне
обработки устанавливалось в диапазоне 2,3-2,4 В, плотность переменного тока составляла 300-320 А/дм2, а время обработки 2-3 с. После очистки проводилась промывка горячей водопроводной водой и холодной дистиллированной водой, а также активация поверхности перед золочением 10% серной кислотой.
Рис. 3. Фотография поверхности проволоки после обработки с наложением переменного тока
Температура процесса золочения составляла 25°С. При плотности тока 23-25 А/дм2 и времени электролиза 3-4 с получали золотые покрытия, имеющие плотную структуру с хорошей адгезией к основе. На рисунке 4 представлена фотография поверхности гальванически осажденного золотого покрытия.
Рис. 4. Фотография поверхности медь-ниобиевой проволоки после золочения
На фотографии видно, что поверхность проволоки покрыта плотным и ровным слоем золота. Структура мелкозернистая, равномерная без пробелов в покрытии. Для сравнения было проведено осаждение золотого покрытия на неподготовленную поверхность медь-ниобиевой проволоки. На неподготовленной золоченой проволоке местами видно отсутствие покрытия, а также наблюдается плохая адгезия золота к основе.
В таблице 1 приведены данные по усилию на разрыв и толщине образцов после различных видов обработки. Толщина золотого покрытия составила 0,20,3 мкм, которые были рассчитаны исходя из разницы между диаметром проволоки после подготовки и золочения и диметром проволоки, прошедшей только подготовку к золочению.
Таблица 1 - Сравнительные характеристики проволоки до обработки и после.
№ Среднее усилие на разрыв, Н Средний измеренный диаметр проволоки, мкм
1 Исходная проволока 0,72±0,01 28,1±0,1
2 После катодной обработки 0,71±0,01 28,1±0,1
3 После обработки анодным током 0,70±0,01 27,3±0,3
4 После обработки переменным током 0,71±0,01 27,1±0,5
5 После предварительно обработки и золочения 0,75±0,01 29,8±0,2
6 После золочения без предварительной обработки 0,76±0,01 29,9±0,1
Заключение
Установлено, что наилучшая очистка медь-ниобиевой проволоки достигается путем обработки переменным током с частотой 50 Гц в растворе гидроксида натрия с концентрацией 30 г/л при температуре 20-25 °С, плотность переменного тока составляла 300-320 А/дм2, а время обработки 2-3 с. При таких параметрах процесса наблюдались значительные изменения морфологии поверхности проволоки (поверхность становилась более шероховатой), чего не наблюдалось при катодной и анодной обработке образцов. При этом после опробованных видов обработки значительного
ухудшения прочностных характеристик образцов не происходит, золотое покрытие осаждалось равномерно и с хорошей адгезией к основе.
Список литературы
1. Ямпольский А.М. Электрохимическое осаждение благородных и редких металлов. Изд. 4-е, перераб. и доп. Л. «Машиностроение» (Ленингр. Отд-ние), 1977. 96 с.
2. Солонин М.Д., Аснис Н.А., Григорян Н.С., Ваграмян Т.А. Очистка тонкой вольфрамовой проволоки перед электрохимическим золочением // Цветные металлы, 2023. № 1, с. 58-63.
