Скоростное наращивание меди.

Необходимость скоростного наращивания меди связано с процессом изготовления сложных деталей, в основе которого лежит явление гальванопластического копирования, открытого в начале XIX века (см.«Что такое гальванопластика? Часть1»).

Для наращивания меди применялся сульфатный электролит, основой которого являлись медный купорос и серная кислота. Это – наиболее простой и исследованный процесс, который до сих пор используется умельцами в домашних условиях (см. «Как выбрать электролит меднения?»).

Недостаток сернокислого электролита в том, что он не позволяет нанести качественное покрытие непосредственно на стальные детали, вследствие выпадения контактной меди, образующей рыхлый осадок, плохо сцепленный с поверхностью, тогда как гальванопластика подразумевает возможность получать комбинированные детали из различных металлов и неметаллов (см. «Металлизация пластмасс. Часть1»).

Поэтому состав электролита дорабатывался с целью получения необходимой адгезии, качественного равномерного покрытия и при этом достаточно скоростного наращивания.

Изготовление декоративных изделий методом наращивания меди.

Изготовление декоративных изделий методом наращивания меди.

В конце XIX века был разработан электролит на основе цианистой соли меди. До сих пор этот электролит позволяет получать самые качественные равномерные медные покрытия. Но он является очень ядовитым и требует особые меры предосторожности.

Достойной заменой цианистым электролитам меднения стал пирофосфатный электролит, как наиболее экологически безопасный. Медь из прирофосфатного электролита можно осадить непосредственно на сталь, алюминий, молибден и прочие металлы, но для гальванопластического толстослойного наращивания он не подходит, т.к. скорость осаждения меди не превышает 3 – 4 мкм/час.

Решить вопрос скоростного наращивания меди позволила разработка  электролита, который, как и сернокислый, состоял только из двух компонентов, но серная кислота была заменена органической кислотой – сульфаматной.

Первоначально электролит для наращивания меди содержал: 240 – 260 г/л сульфамата меди и 50 – 60 г/л сульфаминовой кислоты. При оптимальной температуре 25 – 30ºС электролит позволял осуществлять наращивание меди до 2 мм без внутренних напряжений, что уже было очень большим достижением.

Конструктивные элементы, изготовленные медной гальванопластикой.

Конструктивные элементы, изготовленные медной гальванопластикой.

Однако, при высоких плотностях тока по контуру покрываемых деталей происходило образование дендритов. Для  устранения этого недостатка в электролит вводится добавка пирофосфата калия, анион которого, адсобируясь на поверхности катода, частично ее перекрывает, вследствие чего устраняется явление денритообразования.

В результате для наращивания меди толщиной до 8 мм оптимальным выбран электролит состава, г/л:

Сульфамат меди  240 – 260

Пирофосфат калия  2,5 – 5

Кислота серная  80 – 100

pH = 0,3 – 0,8;

температура 22 – 30ºС,

катодная плотность тока 2,0 – 4,0 А/дм2 (без перемешивания) или 4,0 – 8,0 А/дм2 (с перемешиванием).

При увеличении концентрации сульфамата меди скорость наращивания меди увеличивается. Изменение концентрации кислоты, а следовательно, pH раствора (в указанных пределах) практически не влияют на скорость наращивания меди, а повышение температуры, наоборот,  приводит к значительному увеличению скорости осаждения покрытия. Присутствие в электролите пирофосфата калия не позволяет рекомендовать проведение электролиза при температуре более 40ºС.

Методом гальванопластики путем наращивания меди можно изготавливать конструктивные элементы СВЧ и КВЧ устройств, декоративные изделия, копии с гипсовых отливок и скульптур.

По вопросам разработки техпроцесса гальванопластического наращивания меди обращайтесь к нам!

New!

Похожие публикации:

Рубрика: Советы молодым специалистам | 4 комментария

Покрытие сплавом кадмий-олово.

Уникальные свойства кадмия, несмотря на его токсичность, не позволяют в полной мере отказаться от его использования. Химические свойства кадмия во многом аналогичны цинку, однако, он более пластичен, поэтому детали с резьбовыми соединениями предпочитают кадмировать (см. «Процесс кадмирования»). Кроме того, он надежно защищает сталь от коррозии в условиях тропического климата, морской воды и солевого тумана.

Осаждение сплава олово-цинк в значительной мере позволяет решить эту проблему: коррозионная стойкость стальных изделий, покрытых сплавом олово-цинк, выше, чем у олова и цинка и приближается к коррозионной стойкости кадмиевых покрытий (см. «Осаждение сплава олово-цинк»).

С развитием уровня промышленности все более разносторонними становятся характеристики, предъявляемые к гальваническим покрытиям: коррозионная защита в жестких условиях морского климата, пластичность, паяемость – эти требования могут быть выполнены только путем осаждения сплава кадмий – олово.

Покрытие сплавом кадмий – олово.

Покрытие сплавом кадмий – олово.

Для осаждения сплава кадмий – олово, содержащего 20 — 50% Sn, применяют борфтористый электролит.

Состав борфтористого электролита: г/л

Cd(BF4)2               240-250

NH4BF4               50-60

HBF4                   50-70

Н3ВО3                18-20

Sn(BF4)2             20-30

Клей столярный  1-2

Режим электролиза: температура электролита 20 – 30ºС, плотность тока = 1,5 ÷ 2 А/дм2, аноды – из сплава кадмий – олово.

Перемешивание электролита приводит к обогащению сплава оловом, как и при увеличении концентрации олова в электролите. Так, при содержании Sn(BF4)2  30 – 40 г/л в осадках олова содержится 60 – 80%.

С повышением температуры электролита резко снижается содержание олова в сплаве. При этом покрытие становится грубым.

С увеличением концентрации NH4BF4 в электролите количество олова в осадках уменьшается: ионы аммония экранируют поверхность катода и уменьшается скорость диффузии ионов олова в прикатодном слое.

Лучшей коррозионной стойкостью по сравнению с кадмием обладает сплав кадмий – олово (40—80 % Cd). Коррозионный потенциал этого сплава немного положительней, чем у кадмия. Покрытия легко паяются и пассивируются, образуя в зависимости от состава различного цвета пленки — от бесцветной до темной.

Применение этого покрытия позволяет снизить расход кадмия за счет возможности уменьшить толщину защитного покрытия и изменения его химического состава.

Для повышения коррозионной стойкости в условиях тропического климата покрытия сплавом кадмий – олово пассивируют в растворе, содержащем 200г/л хромового ангидрида и 0,25 г/л серной кислоты. Температура раствора 60 – 70ºС, продолжительность пассивации 15 – 30 сек.

Покрытия сплавами кадмий – олово и цинк – олово являются перспективными также для защиты алюминиевых сплавов (см. «Химические и электрохимические методы покрытия алюминия»).

Цинковые и кадмиевые покрытия можно наносить на алюминиевые сплавы. Сплавы кадмий – олово и цинк – олово обычно наносят с подслоем никеля или меди. Контакт алюминия с медью в коррозионном отношении менее желателен, чем с никелем.

Для работки технологии нанесения сплава кадмий – олово обращайтесь к нам!

New!

Похожие публикации:

Рубрика: В помощь технологам | 2 комментария

Электролиты в гальванике.

Для получения качественного гальванического покрытия необходимо правильно выбрать химический состав электролита. Очень важно понимать назначение всех компонентов, содержащихся в растворе и механизм получения покрытий.

Для проведения процесса осаждения применяется электрохимическая система, которая состоит из электролита и металлических электродов, находящихся в электролите, которые обеспечивают обмен электронами.

При электрохимическом осаждении на аноде происходит растворение металла, а на катоде образуется гальваническое покрытие. При этом восстановление металла происходит из водных растворов солей, которые входят в химический состав электролита.

На первой стадии процесса катионы металла электролита двигаются (мигрируют) к катоду, адсорбируются на нем и под воздействием тока восстанавливаются до металла.

Гальванические покрытия имеют четко выраженную кристаллическую структуру. Многочисленными исследованиями химического состава электролита установлено, что чем плотнее и мельче структура покрытий, тем выше их свойства  (см. «Что такое гальванопластика? Часть 1»).

Применяемые в гальванике электролиты подразделяются на простые и сложные. В простом химическом составе электролита основным компонентом является соль неорганической кислоты, которая в водном растворе полностью диссоциирует (распадается) на ионы. Поэтому при восстановлении металла на катоде образуется осадок с крупнокристаллической структурой.

Основным компонентом сложного химического состава электролитов является комплексная соль, восстановление металла из которой сопряжено с определенными трудностями. В результате чего покрытие получается наиболее мелкокристаллическое и равномерное, чем из простых электролитов.

Для увеличения электропроводности в химический состав электролитов вводят добавки, которые не участвуют в катодном процессе, но являются переносчиками электричества. В состав кислых электролитов можно добавлять кислоты с одноименным анионом основной соли, а в щелочные – гидроксиды натрия или калия.

В большинстве химических составов электролитов концентрация ионов металла поддерживается постоянной за счет применения растворимых анодов. Их основным недостатком является пассивация, которая уменьшает поверхность анодов, увеличивая их поляризацию, в результате чего выделяется кислород.

Для устранения пассивации в электролит добавляют депассиваторы – вещества, препятствующие образованию труднорастворимых соединений на поверхности анода.

Многие электролиты работают в определенном интервале pH раствора. Для его регулирования вводят буферные добавки. Чаще всего – это борная кислота, уксусная кислота или ацетат натрия (см. «Химическое осаждение никеля – за и против!»).

Большое влияние на структуру осадка оказывают введение в химический состав электролита поверхностно-активных веществ (ПАВ) и коллоидов. Действие каждого ПАВ весьма специфично. В настоящее время нет единой теории, объясняющей механизм действия ПАВ. Предположительно, ПАВ образуют с ионами металла комплексы коллоид-ион металла, замедляя при этом процесс осаждения, что способствует повышению так называемой «катодной поляризации». В результате осадки получается наиболее мелкокристаллические.

Среди поверхностно-активных веществ большой интерес представляют вещества, в присутствии которых удается получить блестящие осадки непосредственно из гальванических ванн. (см. «Электролиты никелирования. Часть 2»).

Такие добавки называют блескообразователями. К ним относятся сульфированный нафталин, мочевина, желатина, тиокарбонат, декстрин, фенол, крезол, сульфид натрия и др. Наиболее успешно блескообразователи применяются в электролитах никелирования, меднения и цинкования.

Использование этих добавок в химическом составе электролита позволяет исключить трудоемкие механические операции полирования и глянцевания.

Медное покрытие из электролита матового меднения.

Медное покрытие из электролита матового меднения.

В качестве примера рассмотрим сульфатный электролит меднения, как наиболее востребованный в гальваническом производстве.

Состав электролита:

Медь сернокислая 180 – 220 г/л

Серная кислота  40 – 60 г/л

Назначения компонентов:

медь сернокислая – основной компонент электролита;

серная кислота – для увеличения электропроводности электролита и предотвращения гидролиза сернокислой закисной меди.

В сульфатные электролиты иногда добавляют поверхностно-активные вещества, которые способствуют получению мелкокристаллических осадков: декстрин (не более 1 г/л) и фенол (1 – 10 г/л). Для получения блестящих медных покрытий вводят блескообразующие добавки,  например, сульфирол (0,1 – 0,2 г/л).

О влиянии параметров технологического процесса на качество покрытия читайте в следующих публикациях.

По вопросам разработки и внедрения технологии нанесения гальванических покрытий обращайтесь к нам!

New!

Похожие публикации:

Рубрика: В помощь технологам | Комментарии к записи Электролиты в гальванике. отключены

С Новым 2014 годом!

Дорогие друзья и коллеги!
Поздравляю с Новым Годом и Рождеством!

Дед Мороз

Желаю Вам успехов в работе: ищите новые решения, двигайтесь вперед, обогащайте свои жизненные впечатления!

Удача приходит к тем, кто наполнен внутренней энергией, с воодушевлением стремится к своей цели и готов к покорению новых рубежей.

Всем счастья, благополучия, исполнения заветных желаний!

Королева Галина Владимировна.

Снегурочка.

Рубрика: Новости | Комментарии к записи С Новым 2014 годом! отключены

Выбор защитного покрытия.

При разработке новых изделий перед конструктором встает нелегкая задача: в составе сборочного узла, присутствуют, как правило, несколько металлов, которым необходимо придать различные функциональные свойства – устойчивость к истиранию,  перепадам температур, паяемость, повышенную электропроводимость и т.д. Кроме того, необходимо, чтобы изделие имело защитное покрытие от коррозии.

Все эти вопросы решаются путем  нанесения гальванических защитных покрытий (см. «Что может гальваника?»). Но выбор защитного покрытия осложняется тем, что коррозионные процессы, которые могут происходить, зависят от условий и сред, в которых они протекают.

Детали с защитно-декоративным покрытием.

Детали с защитно-декоративным покрытием.

В результате коррозии происходит самопроизвольное  разрушение металлов в результате взаимодействия с окружающей средой. Причиной служит термодинамическая неустойчивость конструкционных материалов.

Коррозионные процессы отличаются разнообразием условий, в которых они протекают. По типу агрессивных сред выделяют:

    • газовую коррозию, т.е. химическую, происходящую под воздействием горячих газов;
    • электрохимическую коррозию в различных природных средах (в загрязненном воздухе при повышенной влажности, особенно в присутствии агрессивных газов);
    • морскую коррозию (под действием морской воды);
    • подземную коррозию – в грунтах и почвах.

Следовательно, для выбора оптимального защитного покрытия необходимо изучить технические условия эксплуатации изделия, определить категории в части воздействия климатических факторов внешней среды.

Деталь с защитным покрытием.

Деталь с защитным покрытием.

В ГОСТ 15150-69 «Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов» приводятся типы климатов и критерии их разграничения.

Например, изделия могут эксплуатироваться в районах с умеренным, с влажным и тропическим климатом, умеренно-холодным морским климатом и т.д.

Виды климатического исполнения имеют обозначения: У4; ХЛ4; ТВ5; ТМ4.1 и т.д. Для каждой категории изделий прописываются значения рабочих и предельных температур воздуха, относительной и абсолютной влажности, нормы на содержание пыли и коррозионно-активных агентов.

При выборе комплектующих желательно подбирать материалы, которые стойкие к воздействию различных агрессивных сред. Кроме того, учитывать рекомендации  ГОСТ 9.005-72 «Допустимые и недопустимые контакты металлов», в котором устанавливаются общие требования к допустимости контактов разнородных в электрохимическом отношении металлов и металлических покрытий в изделиях и к методам защиты от контактной коррозии.

После проработки вышеуказанных материалов защитное покрытие выбирается в соответствии с ГОСТ 9.303-84 «Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Общие требования к выбору и обозначения».

На данном этапе конструктору понадобится консультация технолога: возможно ли осуществить задуманное в условиях данного производства?

Например: для деталей из углеродистой стали в условиях тропического морского климата ТМ 6 в качестве защитного покрытия конструктор выбирает кадмиевое толщиной 30 мкм (Кд30). Но, далеко не каждое производство имеет электролит кадмирования (см. «Процесс кадмирования»), так как покрытие кадмием является одним из наиболее токсичных. Кроме того, детали со сложной поверхностью и низкой степенью наводораживания возможно осуществить только из цианистого электролита.

Технолог может предложить в качестве материала использовать коррозионностойкую сталь, тогда защитным покрытием для данных условий будет 12 мкм гальванического никеля (Н12) (см. «Никелирование»).

При выборе защитного покрытия не последнюю роль играет экономический фактор и возможность механической обработки, поэтому вопрос выбора защитного покрытия необходимо решать конструктору совместно с технологом.

Для разработки и внедрения технологии нанесения защитных покрытий обращайтесь к нам!

New!

Похожие публикации:

Рубрика: Конструкторский отдел | 2 комментария
Страница 5 из 24« Первая...34567...Последняя »