СУЛЬФАТНО-ХЛОРИДНЫЙ ЭЛЕКТРОЛИТ МЕДНЕНИЯ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 621.357.7

В.И. Балакай

докт. техн. наук, проф., декан технологического факультета Южно-Российский государственный политехнический университет (НИИ)

имени М.И. Платова (Россия, г. Новочеркасск)

К.А. Шпанова

магистр 1 курса технологического факультета Южно-Российский государственный политехнический университет (НИИ)

имени М.И. Платова (Россия, г. Новочеркасск)

М.Г. Чиряев

магистр 2 курса технологического факультета Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ)

имени М.И. Платова (Россия, г. Новочеркасск)

СУЛЬФАТНО-ХЛОРИДНЫЙ ЭЛЕКТРОЛИТ МЕДНЕНИЯ

Разработан низкоконцентрированный сульфатно-хлоридный электролит блестящего меднения. При введении в электролит ионов хлора и поверхностно-активных веществ скорость нанесения меди увеличивается в 10 раз.

Ключевые слова: Электролит, меднение, тиомочевина, сульфатно-хлоридный, скорость нанесения

Для разработки электролита блестящего меднения использовали сернокислый электролит широко используемый в промышленности состава, моль/л: СиБ04 - 0,25; Н2Б04 - 0,4. Данный электролит имеет низкую себестоимость, прост для корректировки и в эксплуатации; полученные из него осадки пластичны и хорошо сцеплены с основой. Однако он имеет низкую производительность. Катодная плотность тока находится в пределах 0,5 А/дм2.

Введение в сульфатный электролит малых концентраций ионов хлора С1- приводит к увеличению предельной плотности тока до 4 А/дм2. Для получения блестящих покрытий предложено в качестве поверхностно-активных веществ использовать тиомочевину (ТМ) и ОС-20. Добавка ТМ является многофункциональной. Во-первых, она способствует образованию и стабилизации

коллоидных соединений. Во-вторых, её адсорбция на катоде приводит к возрастанию перенапряжения катодного процесса, что способствует повышению качества катодных осадков.

Важнейшим свойством ОС-20 является способность образовывать высокостабильные хелатные комплексы с медью [1], что является позитивным фактором для металла, выделяющегося из растворов простых солей с низким перенапряжением.

В присутствии добавок получаются блестящие покрытия с производительностью, превышающей на порядок производительность базового электролита. Так введение ТМ в сульфатный электролит увеличивает предельно допустимую скорость электроосаждения меди от 0,5 А/дм2 до 5,0 А/дм2. Полученные значения кинетических параметров электроосаждения меди (табл. 1) для базового электролита соответствуют смешанной кинетике первой стадии восстановления. Рассчитанное значение равновесного потенциала меньше стандартного (в0 = 0,153 В).

Таблица 1 - Кинетические параметры электроосаждения меди

Кинетический параметр Состав электролита

1 2

плотность тока обменау0, А/дм2 0,01018 0,4

предельная плотность тока диффузии уд, А/дм2 1,749 13,53

коэффициент переноса а 0,172 0,5

количество участвующих в реакции электронов 1 1

Рассчитанный равновесный потенциал, В 0,071 0,018

Электролит 1 не содержит ТМ; электролит 2 содержит ТМ.

При введении в электролит ТМ и ОС-20 в покрытиях было обнаружено присутствие гидроксидов и сульфидов меди. Эти включения оказывают существенное влияние на триботехнические характеристики покрытий, снижая коэффициент трения скольжения (коэффициент трения составляет 0,15).

Изменение кинетических параметров электроосаждения, связанное с введением в электролит ТМ, свидетельствует о снижении активационных ограничений (увеличение коэффициента переноса) и значительном снижении концентрационной поляризации (увеличение предельного катодного тока). Смещение равновесного потенциала в отрицательную сторону можно объяснить попаданием электроактивных частиц в более прочное координационное окружение.

Действие найденного сочетания добавок предположительно связано с редокс-катализом восстановления меди(П) до меди(1) ТМ, особенно эффективного в условиях образования коллоидных частиц в приэлектродной области. Отмеченные явления приводят также к значительной интенсификации процесса электроосаждения.

Одним из аспектов влияния коллоидных частиц на процесс электроосаждения металлов является образование неметаллических включений в получаемых покрытиях.

Вследствие взаимодействия ионов разряжающегося металла с ионами HS- или S2-, получаемых от блескообразователей, образуются коллоидные частицы [2], которые способствуют увеличению предельного тока электроосаждения металла. Так введение тиомочевины в сульфатный электролит увеличивает предельно допустимую скорость электроосаждения меди с 0,5 А/дм2 до 4,5 А/дм2.

На основании представленных результатов для получения покрытий с улучшенными антифрикционными свойствами предложен электролит меднения состава, моль/л: CuSO4 0,25, H2SO4 0,4, NaCl 0,0310-3, ТМ 0,4 10-4, OC-20 2,0 г/л. Режимы электролиза: температура 18 - 25 оС, катодная плотность тока 0,1 - 4,5 А/дм2.

Список литературы:

1. Гембицкий П.А., Жук Д.С., Каргин В.А. Полиэтиленимин. - М.: Наука, 1971. - 204 с.

2. Vieweger V., Liebscher U., Strawch A. Einfluss schewfelorganischer ver bindungen out die kupferabs cheidung aus sairen electrolyter mithohen strombichten // Korrosionsswoche, Budapest, 11 - 15 Apr., 1998: Wortr. Biz. - Budapest, 1998. - S. 844 - 850.