CC BY
16
УДК 621.794
Жирухин Д.А., Капустин Ю.И., Графушин Р.В., Ваграмян Т.А.
ПОДГОТОВКА ПОВЕРХНОСТИ ТИТАНА ПЕРЕД НАНЕСЕНИЕМ ПОКРЫТИИ СПЛАВОМ НИКЕЛЬ-ФОСФОР
Жирухин Денис Александрович, специалист по учебно-методической работе 1 категории кафедры ИМиЗК, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Zhir Den Alex@mail.ru, Москва, Россия. 125047, г. Москва, Миусская площадь, д. 9
Капустин Юрий Иванович, д.п.н., профессор кафедры ИМиЗК, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, kap@muctr.ru, Москва, Россия.
Графушин Роман Владимирович, старший преподаватель кафедры ИМиЗК, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, r std@mail.ru, Москва, Россия. Ваграмян Тигран Ашотович, д.т.н., профессор, заведующий кафедры ИМиЗК, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, vagramyan@muctr.ru, Москва, Россия.
Титан и его сплавы нашли широкое применение, в качестве конструкционного материала, в радиоэлектронной электронике и авиации, благодаря совокупности его свойств: коррозионной устойчивости, твердости и малой плотности. Однако высокая коррозионная стойкость титана, достигаемая за счет образования плотного слоя оксидов на его поверхности, затрудняет подготовку его поверхности перед нанесение гальванических и химических функциональных покрытий, необходимых для предания титану высокой электропроводности и паяемости. Целью данной работы является разработка процесса подготовки поверхности титана перед нанесением адгезионного функционального покрытия.
Ключевые слова: Титан, химическое никелирование, осаждение сплава никель-фосфор, подготовка поверхности, толщина оксидной пленки.
PREPARATION OF THE TITANIUM SURFACE BEFORE APPLYING THE NICKEL-PHOSPHORUS ALLOY COATING
Zhirukhin D.A., Kapustin Y.I., Grafushin R.V., Vagramyan T.A.
D. I. Mendeleev Russian University of Chemical Technology, Moscow, Russia.
Titanium and its alloys are widely used as a structural material in electronic electronics and aviation, due to the combination of its corrosion resistance, hardness and low density. The high corrosion resistance of titanium, achieved due to the formation of a dense layer of oxides on its surface, creates a significant difficulty in preparing its surface before electrodeposition and chemical deposition functional coatings necessary to give titanium high electrical conductivity and solderability. In this report we give the surface preparation process that provides high adhesion of functional coatings to titanium.
Keywords: Titanium, chemical nickel plating, electroless nickel plating , surface preparation, oxide film .
Подготовка поверхности титана и его сплавов, связана с кислотным травлением и активацией его поверхности, на сегодняшний день нет единой технологии для подготовки поверхности как технического титана так и его сплавов, существует лишь общее видение процессов травления. Для технического титана марки ВТ1-0, подготовка поверхности заключается в кислотном травлении в растворе серной кислоты от 500 до 1500 г/л, иногда содержащих фторид (калия или натрия) в диапазоне концентрации 2 - 5 г/л , при температуре 45 - 60 °С [1], в этом же растворе производится активация поверхности титана/ При обработке сплавов титана в раствор серной кислоты вводятся азотная и соляная кислота, что существенно затрудняет работу с такими растворами.
Основной проблемой при подготовке поверхности титана является их высокая коррозионная
активность по отношению к металлическому титану, что увеличивает ее шероховатость и приводит к новодорожеванию титановой подложки, ухудшая механические свойств титана. С другой стороны, активированная титановая подложка химически не устойчива в атмосфере воздуха и вследствие этого быстро теряет свою активность. Известно, что на поверхность титана не возможно гальванически осаждать металлы, такие как медь, из простых электролитов [2]. При решении этих проблем чаще всего применяют химическое автокаталическое осаждение никелевых покрытий. Отмечается, что при подготовке поверхности титана возможно образование шлама, который не растворяется в процессе активации и вместо однородного компактного покрытия, формируется никелевый порошок, не обеспечивающий хорошую
адгезию, приводящий к объемному восстановлению никеля в растворе химического никелирования [3].
Результатами эллипсометрического
исследования было установлено, что на воздухе толщина оксидной пленки на титане марки ВТ1-0, составляет 70 - 80 нм, которая в процессе травления титана в растворе серной кислоты концентрации 500 г/л, при температуре 50 °С полностью стравливается в течении 3 минут. Согласно литературным данным данная обработка должна происходить в течении 90 минут [1]. Испытания показали, что за указанное время, кроме самой оксидной пленки стравливается и 78 мкм титана. При длительной эксплуатации ванны травления быстро наступит насыщение раствора по солям титана, что приводит к образованию шлама, что отрицательно будет сказываться на адгезии сформировавшегося никелевого покрытия. Показано, что добавление фторид-иона в раствор травления приводит к уменьшению толщины оксидной пленки, при этом растворение титана увеличивается в 2,5 раза. При исследовании процесса коррозии титана в растворах органических кислот (уксусной, пропионовой, аминоуксусной) в интервале от 25 - 500 г/л было установлено, что титан практически не взаимодействует с этими растворами. Однако при совместном введении фторидов в концентрации от 25 - 50 г/л, способствует началу коррозионного процесса на поверхности титана, который полностью прекращается через 10 минут. Эллипсометрическое измерение показало, что толщина оксидного слоя снижается в течении 4 - 5 минут с 78 нм до 25 - 30 нм, при этом даже за время выдержки 90 минут, толщина оксидной пленки составляет порядка 20 нм. Титан обработанный в растворе пропионовой кислоты 75 г/л, фторид натрия 25 г/л, обладает достаточно высокой химической активностью, для начала самопроизвольного осаждения никеля из раствора химического никелирования [4] и формированию компактных покрытии с высокой
адгезией. Оценка величины адгезии при помощи грибкового адгезиметра, показала, что отрыв никелевого покрытия с титановой основы после травления в растворе серной кислоты составляет 3,0 МПа, после травления в насыщенном солями титана растворе серной кислоты 2,4 МПа, а в растворе пропионовой кислоты с добавкой фторида натрия 7,0 - 10,0 мПа.
Из выше приведенных данных можно сделать вывод, что в отличии от общепринятого способа обработки поверхности титана с помощью серной кислоты, активирующие растворы содержащие ряд органических кислот и фторид-ионы способствуют модифицированию оксидной пленки на поверхности титана, благодаря чему удается получать покрытия с высокой степенью адгезии.
Список литературы
1. ГОСТ 9.305-84 Единая система защиты от и старения, покрытия металлические и неметаллические неорганические, операции технологических процессов получения покрытии, М, 1986, 105. С.
2. Салахова Р.К., Тихообразов А.Б., Смирнова Т.Б. О возможности толстослойного меднения титановых сплавов / Труды ВИАМ - 2019 -№12(84) - с. 80- 87.
3. Dolgikh O.V., Sotskaya N.V., Lytkina A.A., Ostankova I.V., Verezhnikov V.N. Kinetics of the formation of solid phase in electrolyte for electroless nickel deposition / / Russian Journal of Physical Chemistry A. 2013. Т. 87. № 2. P. 314-318.
4. Averina Y. et al. Influence of the nature of organic additives on the rate of chemical deposition of nickel / METAL 2019-28th International Conference on Metallurgy and Materials, Conference Proceedings. -2019. - P. 979-984.
