Электролит для нанесения медного покрытия

 

Изобретение относится к гальваностегии, в частности к нанесению медных покрытий, и может найти применение в различных отраслях промышленности. Предложен электролит для нанесения медных покрытий, содержащий, г/л: сульфат меди пятиводный - 5-100; диглицинат меди Сu(Gly)₂ - 40-150; аминоуксусную кислоту - Gly 0,25-1; сульфат натрия - 30-130; органическую добавку - 0,5-5. Кроме того, в электролите в качестве органической добавки могут быть использованы моносахариды или полисахариды. Техническим результатом изобретения является повышение сцепления покрытия с металлом и прочности покрытия за счет осаждения меди из нетоксичного комплексного аминоацетатного соединения в присутствии фонового электролита (сульфата натрия) и буферной системы на основе аминоуксусной кислоты. 3 з.п.ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к гальваностегии, в частности к нанесению медных покрытий, и может найти применение в различных отраслях промышленности .

Известен электролит для нанесения цинкового покрытия ("Гальванические покрытия в машиностроении", справочник в 2 т., т. 1, под ред. Шлугера М.А., М.: Машиностроение, - 1985 г., с.95, табл. 3, 2), содержащий цианистый комплекс меди (20-30 г/л), цианиды щелочных металлов (5-10 г/л), едкий натр (5-10 г/л). Известный электролит обладает высокой рассеивающей способностью и позволяет получать покрытия с мелкокристаллической структурой, хорошо сцепленные с остальной основой.

Основным недостатком известного электролита является его токсичность, требующая выполнения строгих мер безопасности, и, следовательно, большие затраты на обезвреживание сточных вод, а также относительно низкая устойчивость электролита при эксплуатации. Кроме того, с увеличением плотности тока, из-за увеличения катодного потенциала меди, быстро падает выход по току (для известного электролита - 40-60%).

Наиболее близким по существенным признакам и достигаемому эффекту является электролит для нанесения медных покрытий (патент РФ 2149225 C1, C 25 D 1/04, опубликованный 20.05.2000), содержащий сульфат меди (в перерасчете на медь 40-150 г/л), серную кислоту (70-170 г/л), органическую добавку.

Главным недостатком такого электролита является невозможность получения прочносцепленного покрытия на более электроотрицательных, чем медь, металлах и сплавах. Это обусловлено рядом причин. Во-первых, особенностями работы короткозамкнутых гальванических элементов "железо-медь", "цинк-медь" и т.д., так как в этих элементах анодами являются железо, цинк и т.д., то независимо от продолжительности электролиза металлы, находящиеся в контакте с медью, в таком электролите растворяются, что обусловливает отслаивание покрытия. Во-вторых, при погружении таких металлов в электролит происходит контактное вытеснение меди в виде плохо сцепленного (иногда рыхлого) осадка.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка нетоксичного электролита для нанесения медных покрытий, обеспечивающего хорошее сцепление покрытия с металлом и высокую твердость покрытия.

Для решения поставленной задачи предлагается в электролит для нанесения медных покрытий, включающий сульфат меди и органическую добавку, ввести диглицинат меди, аминоуксусную кислоту, сульфат натрия в следующем соотношении компонентов, г/л: Сульфат меди пятиводный - 5-100 Диглицинат меди Cu(Gly)₂ - 40-150 Аминоуксусная кислота - Gly - 0,25-1,0 Сульфат натрия - 30-130 Органическая добавка - 0,5-5,0 Предлагаемый состав электролита позволяет повысить сцепление покрытия с металлом и прочность покрытия за счет осаждения меди из нетоксичного комплексного аминоацетатного соединения в присутствии фонового электролита (сульфата натрия) и буферной системы на основе аминоуксусной кислоты. Константа нестойкости комплекса диаминоацетата меди (диглицината меди) мала (K_нест= 5•10^-15), поэтому электродный потенциал меди в растворе становится отрицательнее, чем у железа и других, более электроотрицательных, чем медь, металлов и контактного вытеснения меди не происходит. Кроме того, электроосаждение меди из комплексных ионов Cu(Gly)₂ протекает с высокой поляризацией, что обеспечивает равномерное распределение меди на поверхности изделия и повышение прочности сцепления покрытия с металлом.

В качестве органической добавки предлагается использовать по меньшей мере одну добавку из класса моносахаридов (например, гексозы, пентозы) или из класса полисахаридов (например, сахарозу, лактозу, мальтозу, крахмал, гликоген, инулин, пектиновые вещества).

Введение в состав электролита органической добавки позволяет получать твердые блестящие или полублестящие покрытия.

В известных электролитах для нанесения медных покрытий не использовались диглицинат меди и аминоуксусная кислота (глицин) в предлагаемых соотношениях. Следовательно, предлагаемый электролит для нанесения медных покрытий отвечает критерию "новизна".

Использование диглицината меди и аминоуксусной кислоты в составах электролитов с целью повышения микротвердости, адгезии покрытия к основе и уменьшения токсичности электролита заявителю не известно. Следовательно, предлагаемый состав электролита отвечает критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемый электролит готовят следующим образом.

Первый вариант. Отдельно готовят комплекс меди с аминоуксусной кислотой путем взаимодействия гидроксида меди (II) с избытком аминоуксусной кислоты (глицином): Остальные компоненты последовательно растворяют в дистиллированной воде. Затем смешивают этот раствор с предварительно полученным комплексом меди и хорошо перемешивают.

Второй вариант. Гидроксид меди, аминоуксусную кислоту, сульфат меди, сульфат натрия и органическую добавку последовательно растворяют в дистиллированной воде и перемешивают. При этом также образуется комплекс меди с аминоуксусной кислотой.

Электроосаждение меди из предлагаемого электролита проводят при плотности тока 0,1-3 А/дм², температуре 18-30^o С, рН 3,5-5,5. Составы электролитов и результаты испытаний приведены в табл. 1 и 2 соответственно.

Оптимальные концентрации исходных компонентов, входящих в состав электролита, обусловлены тем, что при уменьшении концентрации ниже указанных пределов невозможно получить качественное сплошное покрытие, а при увеличении концентрации выше указанных пределов ухудшается прочность сцепления, твердость и рассеивающая способность покрытия.

Как видно из таблицы, предлагаемый электролит позволяет получать качественные твердые блестящие или полублестящие покрытия с хорошим сцеплением покрытия и металла без предварительного осаждения никелевого подслоя.

Предлагаемый электролит нетоксичен, так как не содержит и не образует в процессе эксплуатации токсичных веществ. Следовательно, при использовании электролита не требуется дополнительных природоохранных мероприятий и специфических мер техники безопасности.

Формула изобретения

1. Электролит для нанесения медных покрытий, включающий сульфат меди, органическую добавку и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит диглицинат меди, аминоуксусную кислоту и сульфат натрия при следующем соотношении компонентов, г/л:
Сульфат меди - 5-100
Диглицинат меди - 40-150
Аминоуксусная кислота - 0,25-1,00
Сульфат натрия - 30-130
Органическая добавка - 0,5-5,0
2. Электролит по п. 1, отличающийся тем, что он в качестве органической добавки содержит моносахариды.

3. Электролит по п. 1, отличающийся тем, что он в качестве органической добавки содержит полисахариды.

4. Электролит по п. 3, отличающийся тем, что он в качестве полисахаридов содержит по меньшей мере один полисахарид, выбранный из группы, включающей сахарозу, лактозу, мальтозу, крахмал, гликоген, инулин, пектиновые вещества.

РИСУНКИ

Рисунок 1