Составы кислых электролитов:
Сульфатный электролит:
CuSO4*5H2O – 180 ¸ 220 г/л.
Н2SO4 – 40 ¸ 60 г/л.
NaCl – 0,03 ¸ 0,06 г/л.
Блескообразователи Б-7211 или ЛТИ 3 ¸ 5 мг/л.
Элетролит приготовляют растворением основных компонентов в воде и последующим введением в электролит добавок. Электролиз ведется при температуре 18 ¸ 50°С, iк – 1 ¸ 5 А/дм2, iа – до 5 А/дм2. При работе с высокими плотностями тока следует перемешивать электролит сжатым очищенным воздухом. Анод – медь. Выход меди по току близок к 100%. Скорость осаждения меди при плотности тока 4,5 А/дм2 составляет 1 мкм/мин. Анодный выход по току несколько больше катодного, поэтому наблюдается увеличение концентрации меди и уменьшение концентрации кислоты. Электролит отличаются относительно хорошей рассеивающей способностью. Осадки получаются с высоким блеском (до 95% по серебряному зеркалу), хорошей выравнивающей способностью (до 85% при толщине слоя 200 мкм), а также с относительно невысокими внутренними напряжениями (до 1100 мПа).
Борфтористоводородный электролит:
Cu(BF4)2 – 450 г/л.
НBF4 – 30 г/л.
Н3BO3 – 15 ¸ 20 г/л.
Электролиз ведется при температуре 20 ¸ 40°С, iк – до 40 А/дм2, iа – 5 ¸20 А/дм2. Анод – медь. Выход меди по току 95 ¸ 100%. Фторборатные электролиты готовят введением фторбората меди в борфтористоводородную кислоту. К достоинствам электролита относятся: высокая устойчивость раствора, нетоксичность, плотная мелкокристаллическая структура осадков при плотностях тока, значительно превосходящих обычные. Концентрационная поляризация и склонность к шламообразованию у борфтористоводородного электролита меньше, чем у слабокислого, он дороже, однако, этот электролит обладает большой производительностью. Поэтому рекомендуется его применение для нанесения меди на движущуюся проволоку, ленту, а также для восстановления изношенных деталей.
Фторборатные и сульфатные электролиты являются основными при осаждении меди. Также часто применяют кремнефтористый электролит меднения.
Кремнефтористый электролит:
CuSiF6 – 250 ¸ 300 г/л
H2SiF6 – 10 ¸ 15 г/л
Электролиз ведется при температуре 20 ¸ 60°С, iк – до 40 А/дм2, iа – 10 ¸20 А/дм2. Анод – медь. Электролит готовят, растворяя кремнефтористую медь небольшими порциями в кремнефтористой кислоте, затем раствор фильтруют.
Для непосредственного меднения стали используют хлоридный электролит:
CuCl2*2H2O – 20 ¸ 30 г/л.
НCl – 400 ¸ 550 г/л.
HCOOH – 5 ¸ 10 г/л.
Электролиз ведется при температуре 18 ¸ 25°С, iк – 1 ¸ 1,5 А/дм2. Анод – медь.
В гальванопластике используется нитратный электролит:
CuCl2*2H2O – 0,4 г/л.
Cu(NO3)2 *3H2O – 500 ¸ 600 г/л.
Электролиз ведется при температуре 18 ¸ 25°С, iк – 5 ¸ 20 А/дм2, рН – 1 ¸2. Анод – медь.
При работе с кислыми электролитами важно использовать специальные, не дающие шлама медные аноды, содержащие 0,03 ¸ 0,06 % фосфора. Рекомендуется также использовать анодные чехлы из кислотостойкого материала (например, из полипропиленового волокна) и вести электролиз при непрерывной фильтрации.
2.3 Комплексные (щелочные) электролиты.
В комплексных электролитах разряжается комплексный ион меди ([Cu(CN3)]2-; [CuNH2CH2CH2NH2]2+; [Cu(C4H4O6)]2-; [Cu(NH3)4]2+; [Cu(P2O7) 2]6-; [Cu(P3O10) 2]8-). Степень диссоциации этих ионов мала, поэтому потенциал становится электроотрицательнее (в цианидных электролитах на 0,9 ¸ 1,2 В). Из-за этого не происходит контактного осаждения меди. Щелочные электролиты обладают очень высокой катодной поляризацией. Поэтому осадки получаются мелкозернистыми. Из комплексных электролитов применяют: цианистые, пирофосфатные, аммиакатные, этилендиамидовые, полиэтиленполиаминовые, гексаметафосфатные, триполифосфатные и т.д. Наиболее широко используются цианидные и пирофосфатные электролиты.
Составы щелочных электролитов:
Цианидный электролит:
CuCN – 90 г/л.
NaCNсвоб. – 5 ¸ 7 г/л.
КCNS – 40 г/л.
Фурфуриловый спирт – 0,3 ¸ 0,6 г/л
Электролиз ведется при температуре 60 ¸ 70°С, iк – 2 ¸ 4 А/дм2. Анод – медь. Выход меди по току 92%. Перемешивание проводят качанием штанг. Цианидные электролиты дают мелкозернистые осадки с хорошим сцеплением со сталью и цинком, обладают очень хорошей рассеивающей способностью. Основные недостатки цианидных электролитов – это токсичность, большие затраты на очистку сточных вод, низкий выход по току, а также относительно низкая устойчивость состава электролита при эксплуатации. Преимуществом цианидных электролитов является также то, что медь восстанавливается из одновалентных ионов, т.е. за 1 А*ч выделяется гораздо больше меди, чем в простых электролитах. Отличительной особенностью технологии нанесения блестящих покрытий из цианидных электролитов является необходимость реверсирования тока. Оно повышает степень блеска покрытий и устраняет пассивацию анодов. Наряду с этим, для улучшения степени блеска вводятся различные блескообразующие добавки. В зависимости от выхода меди по току и применяемой плотности тока, скорость осаждения меди колеблется в больших пределах (5,3 ¸ 132,0 мкн/ч). Электролит готовят постепенным введением цианида меди в концентрированный раствор цианида калия или натрия, нагретого до 60 ¸ 70 °С, при постоянном перемешивании. После образования раствора комплексной соли, его анализируют на содержание свободного циана, корректируют, вводят добавки, доливают водой до рабочего уровня ванны.
Пирофосфатный электролит:
CuSO4*5H2O – 70 ¸ 90 г/л.
K4P2O7 – 350 г/л.
NH4OH (25% раствор) – 1 ¸ 2 г/л.
Кислота лимонная 20 г/л.
Na2SeO3 – 0,002 г/л.
Электролиз ведется при температуре 35 ¸ 40°С, iк – 0,8 ¸ 1,7 А/дм2, рН – 8,3 ¸8,5. Анод – медь. При нанесении покрытий на сталь следует загружать детали в электролит под током. Кроме того, в начале электролиза необходима повышенная плотность тока (1,0 ¸ 1,5 А/дм2) в течение 20 ¸ 50 сек. При составлении электролита, каждый из компонентов растворяют отдельно в горячей воде, затем сливают в рабочую ванну, после чего доводят объем ванны до рабочего уровня. После приготовления электролита вводят различные блескообразующие добавки. Введение в электролит нашатырного спирта и других добавок улучшает работу анодов и способствует повышению допустимой плотности тока при относительно высоком выходе меди по току (близок к 100%).
Пирофосфатные электролиты не уступают цианидным по рассеивающей способности, однако, неустойчивы и недостаточна адгезия со сталью полученных из них покрытий. Пирофосфатные электролиты наиболее часто применяют для нанесения меди на алюминиевые сплавы и при изготовлении металлизированных диэлектриков.
Этилендиаминовый электролит:
CuSO4*5H2O – 100 ¸ 125 г/л.
ZnSO4*7H2O – 15 ¸ 25 г/л.
(NH4)2SO4 – 45 ¸ 60 г/л.
Этилендиамин – 55 ¸ 60 г/л.
Na2SO4*10H2O – 45 ¸ 60 г/л.
Электролиз ведется при температуре 15 ¸ 25°С, iк – 0,5 ¸ 2 А/дм2, рН – 7,8 ¸ 8,3. Анод – медь. Особенностью этилендиаминовых электролитов является то, что детали загружаются в ванну под током плотностью, в 3-5 раз превышающую рабочую. Длительность «толчка тока» составляет 30-60 сек. Электролит рекомендуется приготовлять на дистиллированной воде. В случае применения жесткой воды этилендиамин расходуется на осаждение различных солей. Сначала готовят раствор этилендиаминового комплекса: в раствор сульфата меди при температуре 40-45 °С вводят при перемешивании 20-25% раствор этилендиамина. Отдельно готовятся растворы сульфатов натрия и аммония. В этилендиаминовый раствор сначала вводят раствор сульфата натрия, затем аммония. Затем полученный раствор доводят до рабочего объема, определяют рН, корректируют. Этилендиаминовый комплекс цинка вводят в готовый электролит для депассивации анода. Электролит необходимо проработать током при iк – 0,5 А/дм2.
Из этилендиаминовых электролитов осаждаются плотные мелкозернистые и блестящие осадки меди. Для улучшения сцепления осадков со стальной основой рекомендуется производить осаждение из двух ванн (первый слой осаждается из электролита с более низкой концентрации меди).
Также в промышленности используются аммиакатные электролиты меднения. Они предназначены для замены цианидных электролитов при непосредственном меднении стальных деталей. Осадки из аммиакатных электролитов обладают прочным сцеплением со стальной основой. Однако для них характерна низкая устойчивость состава вследствие сильного испарения, а также наличие мощной вытяжной системы вентиляции. Аммиакатные электролиты обладают несколько худшей рассеивающей способностью по сравнению с пирофосфатными электролитами.
Состав электролита:
CuSO4*5H2O – 90 г/л.
(NH4)2SO4 – 80 г/л.
NH4NO3 – 40 г/л.
NH4OH – 180 г/л.
Электролиз ведется при температуре 20°С, iк – 1,5 ¸ 8 А/дм2, рН – 9,0 ¸ 9,5. Анод – медь. Одними из достоинств электролита являются высокая рабочая плотность тока и достаточно большая производительность. Электролит готовят введением в водный раствор гидроксида аммония растворенных в небольших количествах воды остальных компонентов.
Никель – серебристо-белый металл с сильным блеском. Плотность никеля –8900 кг/м3 , температура плавления – 1452°С, атомная масса 58,71, удельное электрическое сопротивление – 0,068*10-6 Ом*м, теплопроводность – 90 Вт/(м*К), отражательная способность в видимой части спектра – 58 ¸ 62%. Стандартный потенциал Ni/ Ni2+ = -0,25 В. Электрохимический потенциал никеля – 1,095 г/(А*ч). Никель ферромагнитен, твердость никелевых покрытий – 2,5¸5,5 гПа.