Что такое гальванопластика? Часть 1.

Области применения гальванопластики.

Благодаря гальваническим покрытиям, как мы рассматривали ранее (см. «Первые шаги в гальванике. Часть1.» ), металлические изделия за счет тонкого поверхностного слоя приобретают новые качества, тем самым, расширяется диапазон применения. Эта область гальваники относится к гальваностегии. А если деталь полностью изготавливается методом наращивания – это уже гальванопластика.

Основное различие направлений заключается в том, что в гальваностегии добиваются наилучшего сращивания осаждаемого металла с катодной основой, а в гальванопластике полного отделения осаждаемого металла от основы.

Основная задача гальванопластики —  изготовление изделий сложной конфигурации с внутренними поверхностями высокой чистоты обработки, которые невозможно выполнить механически. Для этого в гальванопластике делают специальную форму-матрицу (металлическую или пластмассовую), на которую производится наращивание металла. Чтобы отделить металлическую копию от основы на поверхность матрицы наносится разделительная пленка.

Весьма широкое применение нашла гальванопластика в приборостроении и автомобильном производстве при изготовлении никелевых матриц для отливки и прессовании сложных деталей, а также тонкостенных полых изделий высокой точности для авиации и космонавтики.

Метод гальванопластики дает возможность получать точные размеры отверстий в сочетании с большой прочностью всего изделия. Гальванопластику широко используют в медицине, а также при изготовлении барельефов, медалей, ювелирных украшений.

Метод  изготовления формообразующих элементов, имеющих сложный рельеф, представлен в нашем обучающем курсе.

Разновидностью гальванопластики является  гальваноштамповка – наращивание на плоских фотополимерных матрицах, используемых в качестве фотошаблона, точных плоских деталей со сложным рисунком толщиной до 150 мкм.

Гальванопластика точных плоских деталей

Гальванопластика точных плоских деталей

Методом гальванопластики можно изготавливать конструктивные элементы СВЧ и КВЧ устройств путем многослойного наращивания и гальванопластикой монтажа (услуги по разработке технологии наша фирма готова предоставить), что дает возможность использовать в конструкции неметаллические детали и узлы заданной конфигурации (см. Публикации – патент №2). В таких случаях толщина наращиваемого металла может быть весьма значительная – до 1000мкм. Чтобы получить стабильные результаты при таких толщинах необходимо постоянство всех технологических параметров.

Гальванопластика монтажа

Гальванопластика монтажа

В гальванопластике в настоящее время используют довольно ограниченное число металлов и сплавов, так как сложно обеспечить получение однородных покрытий с мелкокристаллической  структурой и минимальными внутренними напряжениями при высокой скорости осаждения. Наиболее часто гальванопластикой наращивают медь, никель и железо,  поэтому темой следующей публикации будет гальванопластическое осаждение никеля.

New!

Похожие публикации:

Рубрика: Гальваника для бизнеса | Комментарии к записи Что такое гальванопластика? Часть 1. отключены

Осаждение сплава олово-свинец.

В условиях развития новых отраслей промышленности возрастают требования к новым конструктивным материалам с улучшенными характеристиками, которые успешно могут заменить гальванические покрытия. Наша фирма принимает заказы на  разработку новейших технологий по гальванике и гальванопластике, а также готова помочь в решении текущих вопросов.

В помощь заводским технологам  предлагаем ряд стандартных технологий нанесения гальванических покрытий металлов и сплавов, наиболее надежных и актуальных. К таким покрытиям относится сплав олово-свинец.

Область применения определяется его свойствами: коррозионной надежностью, способностью к оплавлению при сравнительно невысоких температурах (240-2800С в течение 0,25-0,35 мин), в результате чего покрытие приобретает высокие эксплуатационные характеристики, не подвергается иглообразованию, допускает пайку низкотемпературными припоями с применением неактивированных флюсов.

Потенциалы свинца и олова различаются между собой лишь на 14 мВ, поэтому разряд их ионов протекает при незначительной поляризации, что создает хорошие условия для совместного осаждения из растворов. На практике, как правило, используют фторборатные электролиты, стабильные во времени и достаточно удобные в эксплуатации.

Состав осадка определяется соотношением концентраций в растворе солей олова и свинца. Изменяя концентрации, можно получить сплав любого состава. Выход по току около 100%. Для увеличения рассеивающей способности в состав электролита вводят свободную борфтористоводородную кислоту, что увеличивает электропроводимость раствора и способствует нормальному растворению анодов. Борная кислота препятствует гидролизу солей, поддерживая рН  на заданном уровне. Добавки гидрохинона предохраняют от окисления Sn+2 в Sn+4.

Электролит необходимо перемешивать при помощи качающихся катодных штанг. Аноды завешиваются раздельно свинцовые  (марок С-1,С-2) и оловянные (марок О-1,О-2), распределяя силу тока пропорционально составу сплава ( 60% — свинцовых, 40% -оловянных). Анодная плотность тока 1-2 А/дм2.

В результате электролит становится пригодным для осаждения сплава на  деталях со сложной конфигурацией, в частности  печатных платах, позволяет  получать равномерное покрытие в отверстиях и контактных площадках.

Состав электролита:

Pb(BF4)2 – в пересчете на Pb  – 23 — 42 г/л

Sn(BF4)2 – в пересчете на Sn  – 35 — 60 г/л

HBF4 (свободная)                   – 40 — 100 г/л

H33 (свободная)                 – 25 — 40 г/л

Клей мездровый                     –  3 — 5 г/л

Гидрохинон                             – 0,8 — 1 г/л

Температура                            + 18 — 300С

ДК = 1 — 2 А/дм2

Электролит работает стабильно и позволяет получать мелкокристаллическое покрытие с содержанием олова  58-63%, свинца 42-37%. Состав сплава поддерживается за счет соотношения концентраций солей в электролите. Наличие в растворе примесей меди в количестве более 0,1 г/л, цинка — до 0,3 г/л, железа – до 0,6 г/л приводит к ухудшению паяемости. Для удаления примесей электролит проработать при ДК = 0,3-0,4 А/дм2.

New!

Похожие публикации:

Рубрика: В помощь технологам | 10 комментариев

Осаждение сплава олово-висмут.

Потребность в гальванических покрытиях возникает, когда поверхность детали нуждается в специальных свойствах. Не всегда гальванические покрытия чистым металлом могут удовлетворить эти требования.Плата с покрытием оловом

Применяемые ранее для пайки покрытия  оловом в процессе эксплуатации показали себя не лучшим образом: со временем на поверхности появлялись нитевидные кристаллы, которые в условиях насыщенных электромонтажных схем могли вызвать короткое замыкание.

 

В результате исследований получено, что уменьшить скорость роста кристаллов на поверхности олова может добавка в покрытии олова небольшого количества висмута (0,2 – 1,8%), т.е. покрытие олово-висмут. Висмут позволяет  предотвратить переход белой модификации олова в серую и снижает вероятность иглообразования. Поэтому покрытия сплавом  олово-висмут (99,8) рекомендуется в качестве защитных для деталей, подлежащих пайке.

Особенности  процесса осаждения сплава олово-висмут в нашем обучающем курсе.

Условием совместного осаждения металлов (в частности олова и висмута) является равенство их потенциалов осаждения, сближение которых необходимо осуществить, подбирая состав электролита и режим осаждения. У висмута и олова стандартные потенциалы близки, поэтому сплав олово-висмут можно получать, изменяя концентрации металлов олова и висмута  в растворах простых солей.

Электролиты для осаждения олова бывают кислые и щелочные. Так как висмут в щелочных растворах разлагается, для осаждения сплава олово-висмут применяют сульфатные электролиты состава:

Покрытие сплавом олово-висмут.

SnSO4 – 40-60 г/л Bi(NO3)3 – 0,5 -1,5 г/л
H2SO4 – 100-120 г/л
NaCl  – 0,2 — 0,8 г/л
Добавка ОС-20 – 2-5 г/л
Трилон Б – 3-5 г/л
Температура +15 – 250
СДК = 1-2 А/дм2

Завешивать деталь надо под током с толчком 2-4 А/дм2.

 

Аноды из олова, их необходимо поместить в чехлы из хлориновой ткани. Анодная плотность тока должна быть в 2 раза меньше катодной, а в отсутствии тока аноды следует вынимать из электролита олово-висмут, во избежание контактного осаждения висмута. После приготовления электролита для осаждения сплава олово-висмут требуется проработка током при плотности 0,5-1 А/дм2.

Некачественное покрытие олово-висмут (шероховатое) может осаждаться, если в электролите присутствуют механические примеси, при этом электролит олово-висмут следует отфильтровать. Если покрытие олово-висмут серое, с темными пятнами – возможно накопление 4-х валентного олова, которое следует осадить пирофосфатом калия (4,5 г/л на 1 г 4-х валентного олова).

Заметно ухудшает качество покрытия олово-висмут наличие в электролите олово-висмут примесей хлора (0,1–0,2 г/л), которые могут попасть при обработке подслоя меди перед покрытием олово-висмут. Поэтому при декапировании подслоя меди перед покрытием олово-висмут следует исключить применение соляной кислоты.

В целом электролит олово-висмут прост в приготовлении и эксплуатации, но требует регулярного анализа и чистоты. Анализ электролита олово-висмут следует проводить не реже 1 раза в неделю.

На опыте замечено, что выдержка покрытий при температуре 2000С в течение 1-9 часов значительно подавляет образование нитевидных кристаллов, поэтому после нанесения покрытия олово-висмут рекомендуется термообработка.

Для получения блестящих покрытий олово-висмут в электролит вводят блескообразователи: 0,6 г/л фурфурола с 20 г/л формалина и 0,7 г/л камфоры. Покрытие олово-висмут получается плотное и блестящее. Такой электролит для сплава  олово-висмут имеет высокую рассеивающую способность и обладает выравнивающим эффектом.

Блестящее покрытие сплавом олово-висмут более декоративно и коррозионностойко, но имеет один недостаток – гораздо хуже паяется, так как органические добавки из электролита экстрагируются в покрытие олово-висмут и препятствуют растекаемости припоя.

Для повышения адгезии и коррозионной стойкости поверхности деталей с покрытием олово-висмут при нанесении покрытия олово-висмут на сплавы алюминия и стали необходимо предварительно нанести подслой никеля и меди (см. «Анализ причин нестабильности адгезии покрытия ХимНМОВи к поверхности деталей из алюминиевых сплавов.») Кроме того, растекаемость припоя по покрытию олово-висмут, нанесенному на медный подслой значительно выше, чем   по покрытию олово-висмут, нанесенному на никелевый подслой.

При работе с электролитом олово-висмут необходимо соблюдать требования безопасности – работать в спецодежде и перчатках. Ванна олово-висмут должна иметь бортовую вентиляцию.

New!

Похожие публикации:

Рубрика: В помощь технологам | 38 комментариев

Анализ причин нестабильности адгезии покрытия ХимНМОВи к поверхности деталей из алюминиевых сплавов.

Нестабильность адгезии  покрытия: химическим никелем, медью и сплавом олово-висмут с алюминиевой основой – это головная боль цеховых технологов — гальваников. Внешне вполне качественное покрытие может отслаиваться на различной стадии изготовления деталей — при термообработке, сборке, пайке.

Логично предположить, что возможно присутствовало нарушение технологии в процессе нанесения покрытия, т.к.  адгезия зависит от множества  причин: качества обезжиривания поверхности, способа активации, состава раствора хим. никелирования, режимов осаждения и др.

Исследования влияния химических факторов на адгезию позволили решить проблему лишь частично и заставили обратить внимание на состояние поверхности деталей, поступающих на покрытие. Проведен глубокий анализ технологии получения алюминиевых заготовок из сплавов Д-16 и АМц при отливке и прокате.

В результате выявлено, что сплавы Д-16 выпускают плакированные и неплакированные. Плакировочный слой наносят  для защиты от коррозии. При изготовлении деталей этот слой частично нарушается, образуя неоднородности поверхности, которые вызывают отслоение покрытия. Избежать этого можно за счет механического снятия поверхностного слоя на глубину 2,5-3% от толщины листа.

Легирующие добавки в сплавах АМц и Д-16, применяемые для упрочнения сплава,  придания пластичности и мелкозернистости, образуют с алюминием твердые растворы CuAl2, Mg2Si и др., которые при горячем прокате вызывают структурную неоднородность, что на качестве металла не отражается, но влияет на адгезию наносимого покрытия.

Все дефекты поверхности проявляются при травлении в виде различных по цвету пятен и полос, следовательно, пришлось сменить технологию подготовки поверхности.

Оптимальная схема техпроцесса:

1. Обезжиривание в моющем средстве МЛ-51 при t = 55°С.

2. Травление в щелочи NaOH  — 60 – 100 г/л t = 60-90°С

3. Осветление в растворе HNO3 – 2% об.

HF  –  1% об.

4. Предварительное никелирование

NiSO4 – 200 г/л
Н2SO4 – 70 г/л
NH4F  –  20 г/л  в течение 10-30сек;  t = 20°С

5. Химическое никелирование

NiSO4 –  20 г/л
CH3COONa  –  10 г/л
CH3COOH  –   6,2 г/л
NaH2PO2 –  25 г/л
в течение 10-30 мин; t = 65-70°С

6. Отжиг в водороде t = 300°С; в течение 30 мин

7. Обезжиривание

8. Декапирование        H2SO4 1:1

9. Меднение в пирофосфатном электролите

10. Покрытие сплавом олово-висмут.

После внедрения вышеприведенной технологии брак практически исчез.

Дорогие коллеги, если вы столкнулись с аналогичными проблемами – пишите, постараюсь помочь. Предлагайте свои темы для обсуждений.

E-mail: koroleva@tep-nn.ru, Королева Галина Владимировна.

New!

Похожие публикации:


Рубрика: В помощь технологам | 6 комментариев

Первые шаги в гальванике. Часть 3.

Как нанести металлическое покрытие?

Нанести металлические покрытия можно различными способами:

  • Физическим;
  • Химическим;
  • Электрохимическим.

Гальванические покрытия

Физическим методом металлизация осуществляется погружением в расплав, напылением, конденсацией в вакууме.

Особенностью химического способа является ведение процесса без наложения электрического тока, что позволяет получать равномерные покрытия на деталях сложной конфигурации, как на внешней поверхности, так и внутри. Этот способ основан на окислительно-восстановительных реакциях, которые протекают на поверхности изделий.

Химическая металлизация в основном применяется для нанесения никелевых и медных покрытий. Процесс никелирования осуществляется в слабощелочных или кислых растворах при температуре +80 -1000С. Основными компонентами являются соль металла и восстановитель. После нанесения химического никеля требуется термическая обработка, которая за счет  образования диффузионных слоев обеспечивает прочность сцепления покрытия с основой.

Процесс химического меднения нашел широкое применение для металлизации пластмасс и других непроводящих материалов, поскольку растворы меднения позволяют наносить покрытие при комнатной температуре.

Электрохимичекий способ нанесения покрытий является наиболее распространенным. Основное его преимущество – возможность получать покрытия заданной толщины, как матовые, так и блестящие, а главный недостаток – разброс толщины на сложнопрофилированных деталях.

Качество гальванического покрытия зависит от ряда факторов:

  • осаждаемого металла;
  • материала поверхности;
  • состава электролита;
  • режимов осаждения (температуры, плотности тока, наличия перемешивания) и др.

Для примера приведу схему нанесения никелевого покрытия на сталь.

I. Углеродистые стали (никель необходим для защиты от коррозии)

  1. Обезжиривание
  2. Травление
  3. Декапирование
  4. Никелирование в сернокислом электролите.

II.Высоколегированные стали (гальваническое покрытие требуется для придания специальных свойств (например, паяемости)

  1. Обезжиривание
  2. Травление
  3. Активация в соляной кислоте
  4. Никелирование в хлорном электролите
  5. Никелирование в сернокислом электролите.
  6. Высокотемпературный отжиг.

Технологическая схема процесса во втором случае значительно усложняется, но потребность в таких технологиях  последнее время возрастает в связи с использованием новых материалов. В решении подобных вопросов всегда готова вам помочь. Пишите.

E-mail: koroleva@tep-nn.ru, Королева Галина Владимировна.

New!

Похожие публикации:

Рубрика: Советы молодым специалистам | 50 комментариев