CC BY
33
УДК 546.562
Немцев А.Д., Серов А.Н., Желудкова Е.А., Григорян Н.С., Абрашов А.А., Нырков Н.П., Писарев А. С.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЩЕЛОЧНОГО БЕСЦИАНИДНОГО МЕДНЕНИЯ
Немцев Александр Дмитриевич, студент магистратуры кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии, e-mail: aleknemtsev@yandex.ru;
Серов Александр Николаевич, к.х.н., главный технолог АО «Евроэкопласт», Москва, ул. Дербеневская, д. 20; Желудкова Екатерина Александровна, аспирант кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; Григорян Неля Сетраковна, к.х.н., доцент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; Абрашов Алексей Александрович, к.т.н., доцент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; Нырков Николай Павлович, студент магистратуры кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; Писарев Александр Сергеевич, аспирант кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии. Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, 125047, Москва, ул. Миусская площадь, д. 9
Для непосредственного меднения стали, алюминия и цинка широко используются цианидные электролиты меднения. Несмотря на свои достоинства эти электролиты неустойчивы и токсичны. В качестве замены цианидным электролитам меднения был разработан бесцианидный щелочной электролит меднения, состоящий из 7,5 г/л в пересчёте на металл Cu2+; 150 г/л фосфорсодержащего органического лиганда, определены рабочие параметры процесса: pH = 9,6; температура t = 40-60°C; диапазон плотностей тока iK = 0,5-2,5 А/дм2. После были проведены сравнения с существующим импортным аналогом. Ключевые слова: бесцианидное меднение.
RESEARCHING OF PROCESS OF ALKALINE CYANIDE-FREE COPPER PLATING
Nemtsev A.D., Serov A.N*., Zheludkova E.A., Grigoryan N.S., Abrashov A.A, Nyrkov A.P., Pisarev A.S. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia *AO "Evroekoplast", Moscow, Russia
Cyanide-based electrolytes are widely used for direct copper plating of steel, aluminum and zinc. Despite of advantages like good throwing power and fine-grained coats, these electrolytes are unstable and toxic. Alkaline cyanide-free electrolyte of copper plating was developed for replacing cyanide electrolytes. Electrolyte consist of 7,5 g/l Cu2+; 150 g/l phosphorus-containing ligand. Process parameters were determined: pH = 9,6; temperature t = 40-60°C; current density range ik = 0,5-2,5 A/dm2. After all comparison between the electrolyte and existing import analogue were provided. Keywords: cyanide-free copper plating.
Медные покрытия широко применяются как в качестве самостоятельных покрытий, так и в качестве подслоя для других гальванических покрытий. Они используются для улучшения паяемости поверхностей, защиты стальных деталей от цементации [1]. Для осаждения покрытий наиболее широко используют на практике цианидные электролиты, так как вследствие высокой катодной поляризации они обладают наивысшей рассеивающей способностью и позволяют получать покрытия с мелкокристаллической структурой, хорошо сцепленные со стальной и цинковой основой. Основные их недостатки — высокая токсичность, требующая выполнения строгих мер безопасности, и большие затраты на обезвреживание сточных вод, а также относительно низкая устойчивость состава электролита при эксплуатации [2].
Имеющиеся на данный момент бесцианидные электролиты меднения не получили широкого практическогоприменения. Исходя из этого, возникает потребность в щелочном бесцианидном электролите, который по своим качествам не уступал бы цианидному электролиту меднения. Одним из возможных способов заменить ядовитые цианиды, является использование фосфорсодержащих
органических кислот в качестве
комплексообразователя [3].
Определение параметров процесса меднения
Объектом исследования является электролит УМ-М1, содержащий ионы меди в виде основного карбоната меди, фосфорсодержащий органический лиганд (в дальнейшем ЛФО2), для корректировки значения рН электролита использовался раствор КОН. Исходя из литературных данных, было исследовано влияние концентрации ЛФО2 на внешний вид (рис. 1) осаждаемых покрытий в угловой ячейке Хулла при токовой нагрузке 0,5 А при заданной концентрации Си2+ 7,5 г/л в пересчёте на металл[3]. В результате была установлена оптимальная концентрация ЛФО2-150 г/л.
Рис. 1. Внешний вид медного покрытия, осаждённого в угловой ячеке Хуллапри I = 0,5 А, t = 50 pH = 9,5, С^2^ = 7,5 г/л, C(ЛФО2) = 150 г/л
При помощи ячейки Хулла было исследовано влияние pH на внешний вид осаждаемых покрытий. Установлено, что рабочим диапазоном pH является 8,5 - 10,0.
На предварительно подготовленные образцы из сплава ЦАМ 4.1 и алюминия были нанесены медные покрытия. Медные покрытия на указанных подложках обладают хорошей адгезией (1 балл при тесте адгезии [4]).
В разработанном электролите с ростом катодной плотности тока с 0,5 до 2,5 А/дм2 выход по току снижается с 0,975 до 0,645. Из данных, представленных на рис. 2А, следует, что оптимальным диапазоном плотностей тока является 0,5 - 1,5 А/дм2.
приготовленный в соответствии с инструкцией, и электролит УМ-М1.
Поляризационные измерения. На графике (рис. 3) приведены суммарные катодные поляризационные кривые, снятые в электролите УМ-М1 и импортном аналоге. Из графика видно, что кривые являются практически идентичными.
-Е, мВ
Рис. 3. Суммарные катодные поляризационные кривые 1 - УМ-М1; 2 - импортный аналог
Рассеивающая способность. Для определения рассеивающей способности использовали ячейку Херинга-Блюма с внутренними размерами 500х25х50 мм. Рассеивающая способность электролитов оказалась идентичной - 11,5% для УМ-М1 и 11,8% для аналога.
Рис
. 2. Зависимость катодного выхода по току от плотности тока(А) и температуры(Б)
С ростом температуры от 30 до 70 °С выход по току увеличивался от 81% до 98% (рис. 2Б). Оптимальным является диапазон температур 50 -60°С, поскольку при более высоких температурах увеличивается расход энергии, ускоряется испарение воды из электролита, при том, что выход по току возрастает всего на 2-4%.
Сравнение разработанного электролита с импортными аналогами
Для сравнения был выбран один из представленных на российском рынке электролит щелочного бесцианидного меднения,
Выводы
Разработан щелочной электролит бесцианидного меднения на основе фосфорсодержащего органического лиганда (ЛФО2), который позволяет осаждать компактные хорошо сцепленные с основой покрытия непосредственно на сталь, алюминий и цинк, не уступающие по качеству покрытиям, осаждаемым из цианидного электролита. Электролит по техническим характеристикам и возможностям пригоден в качестве замены токсичному цианидному электролиту. По эксплуатационным характеристикам разработаннный электролит не уступает зарубежным аналогам.
Список литературы
1. Ажогин Ф.Ф., Беленький М.А., Галль И.Е. Гальванотехника: Справ. изд. М.: Металлургия, 1987. 736 с.
2. Гальванические покрытия в машиностроении. Справочник. В 2-х томах/Под ред. М. А. Шлугера. -М.: Машиностроение, 1985 - Т. 1, 240 с., ил. Т. 1.
3. Tomaszewski L.C., Tomaszewski T.W. CYANIDE-FREE COPPER PLATING PROCESS, 4469569, Sep. 4, 1984.
4. ASTM D3359 - 09e2 Standard Test Methods for Measuring Adhesion by Tape Test.
