Электролит блестящего меднения

 

Изобретение относится к гальваностегии, в частности к нанесению медных покрытий на сталь без применения промежуточного подслоя, и может быть использовано в машиностроении и приборостроении. Электролит содержит медь сернокислую 80-90 г, аммоний щавелево-кислый 220-250 г, 1-бутокси-3-морфолинопропанол-2 10^-4-10^-5 моль/л или 3-морфолино-1-бутилтиопропанол-2 10^-4-10^-5 моль/л и воду - до 1 л. Технический результат: получение беспористых осадков меди с высоким выходом по току и с минимальным наводороживанием стальной основы. 2 табл.

Изобретение относится к гальваностегии, в частности к нанесению медных покрытий на сталь без применения промежуточного подслоя, и может быть применено в машиностроении и приборостроении для получения зеркальных медных покрытий с минимальным наводороживанием стальной основы.

Известен электролит блестящего меднения, содержащий медь сернокислую, цинк сернокислый, пирофосфат натрия, соду кальцинированную, щавелевую и борную кислоту [1]. Недостатками укачанных электролитов является низкая плотность тока 0,8-1,2 А/дм².

Наиболее близким но техническому решению и достигаемому эффекту является электролит меднения, содержащий медь сернокислую, щавелевокислый аммоний и воду [2], позволяющий расширить интервалы допустимых плотностей тока от 5 до 7 А/дм² и получать качественные осадки. Недостатком указанного электролита является невозможность получения блестящих зеркальных осадков (блеск 17-30 отн. ед.), беспористых (число пор 18-14 на 1 см²), без наводороживания стальной основы (N = 75-63%, табл. 2, 1).

Задачей изобретения является получение качественных осадков меди без применения промежуточного подслоя с зеркальной блестящей поверхностью.

Технический результат заключается в получении беспористых осадков меди с высоким выходом по току и с минимальным наводороживанием стальной основы.

Данный технический результат достигается тем, что в электролит, включающий сернокислую медь, щавелевокислый аммоний и воду, в качестве блескообразователя вводят: 1-бутокси-3-морфолинопропанол-2, имеющий структурную формулу: или 3-морфолино-1-бутилтиопропанол-2, имеющий структурную формулу: при следующем соотношении компонентов: Медь сернокислая, г - 80-90 Аммоний щавелевокислый, г - 220-250 1-бутокси-3-морфолинопропанол-2, моль/л - 10^-4-10^-5
или 3-морфолино-1-бутилтиопропанол-2, моль/л - 10^-4-10^-5
вода, л - До 1
Для получения щавелевокислого электролита блестящего меднения были приготовлены три состава компонентов, приведенные в табл.1.

Электролит готовят следующим образом: растворяют отдельно медь сернокислую и щавелевокислый аммоний в дистиллированной воде при температуре 60-70^oС. Затем при перемешивании добавляют первый раствор ко второму. Для удаления примесей электролит прорабатывают в течение 4 ч при плотности тока 1 А/дм², и добавляют блескообразующую добавку. Все реактивы используются марки "ч.д.а.".

Электроосаждение меди проводят при температуре 18-25^oС и плотности тока 1-4 А/дм². Наводорожинание стали определяли по изменению пластичности пружинной проволоки из углеродистой стали У8А диаметром 1 мм, длиной 100 мм, измеряемой числом оборотов до разрушения при скручивании на машине К-5 (растягивающая нагрузка 1,5 кг). Пластичность стальных образцов (N) определяли по формуле N = (а/a₀)•100%, где a и a₀ - число оборотов проволочных образцов до разрушения соответственно покрытого и непокрытого слоем меди.

При исследовании физико-механических свойств основы применялись пластины 40х40х2 мм из стали 10 KП, нерабочая сторона которых изолировалась лаком для металлов.

Образцы перед нанесением покрытия полировались тонкой микронной шкуркой, обезжиривались венской известью.

Качество покрытий определяли по внешнему виду. Катодный выход по току определяли с помощью медного кулонометра.

Блеск осадков измеряли на блескометре ФБ-2 (с фотоэлементом) по отношению к увиолевому стеклу, блеск которого составляет 65 отн.ед. Область значений 10-50 соответствует полублестящей, 50-90 - блестящей и 90-100 - зеркальной поверхности. Пористость медных покрытий определяли по ГОСТу 9.302-79.

Сцепление медного покрытия со стальной основой определяли методом нанесения взаимно пересекающихся царапин на пластины и скручиванием образцов на машине К-5. Сцепление считалось удовлетворительным, если не наблюдалось отслаивания осадков от металла основы.

Потенциал катода определяли при помощи комбинированного цифрового прибора Щ-4313, в качестве электрода сравнения применяли хлорсеребряный электрод.

Результаты экспериментального наблюдения приведены в табл.2.

Поверхность медного электрода заряжена отрицательно при электроосаждении меди из щавелевокислого электролита: Е = -0,75 мВ при 3А/дм² и Е = -0,85 мВ при 7А/дм², поэтому следует ожидать на ней преимущественной адсорбции катионактивных и молекулярных добавок.

Эффективность ингибирующего и блескообразующего действия исследуемых добавок зависит от их строения: эти добавки имеют три гетероатома - сера, азот и кислород, т. e. имеется 3 адсорбционных центра, за счет которых и происходит взаимосвязь данных молекул с поверхностью металла катода, а именно с его приповерхностными aтомами, имеющими незавершенный d-подуровень.

Молекулы, адсорбируясь на поверхности стального образца, образуют защитную пленку, и разряд иона гидроксония происходит на этой пленке. Адатомы водорода не проникают в глубь металла, мобилизуются и уходят в глубь раствора.

Пример 1. Для электроосаждения меди из щавелевокислого электролита использовали состав III (табл. 1, 1) при Д_К = 3-7 А/дм². Потенциал катода смещается в область отрицательных (от -0,41 до -0,51 В) значений. Катодные осадки получаются крупнокристаллические, шершавые, полублестящие, пористые (18-14 пор на 1 см² при толщине покрытия 1-10 мкм), отслаивающиеся от основы.

Такие покрытия не могут препятствовать проникновению водорода в стальную основу. Пластичность образцов сильно падает на 25-37% при Д_К = 3-7 А/дм², выход по току равен 80-84%.

Пример 2.

Для электроосаждения меди из щавелевокислого электролита использовали состав I (табл. 1) с применением добавки 1-бутокси-3-морфолинопропанол-2 при Д_К = 3-7 А/дм². Потенциал катода понижается от -0,70 до -0,81 В. Катодные осадки получаются мелкокристаллические, плотные, беспористые, хорошо сцепленные с основой, с блестящей поверхностью (блеск равен 86-75 отн.ед.). Пластичность стальных образцов достаточно высокая 96-85%. Выход по току составляет 97-95%.

Пример 3. Для электроосаждения меди из щавелевокислого электролита использовали состав II (табл. 1) с применением добавки 3-морфолино-1-бутилтиопропанол-2 при Д_К = 3-7 А/дм². Потенциал катода изменяется от -0,77 до -0,89 В, что обеспечивает получение осадков с мелкозернистой структурой, плотных, хорошо сцепленных с основой, беспористых, с зеркальной поверхностью (блеск 100-90 отн.ед.). Диффузия адатомов водорода через такие покрытия затруднена и наводороживание минимальное (пластичность 100-90%). Выход по току 100-98%.

Таким образом, приведенные примеры наглядно иллюстрируют, что введение вышеуказанных добавок в щавелевокислый электролит обеспечивает получение качественных, практически беспористых гальванических осадков с блестящей зеркальной поверхностью в широком интервале плотностей тока при минимальном наводороживании стальной основы.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Ямпольский Л.М., Ильин В.Н. Краткий справочник: Гальванотехника. - Л. : "Машиностроение", 1981. - С. 141.

2. Авторское свидетельство СССР 411155, кл. С 23 В 5/18. "Способ электролитического меднения".

Формула изобретения

Электролит блестящего меднения, содержащий сернокислую медь, щавелевокислый аммоний, блескообразователь и воду, отличающийся тем, что в качестве блескообразователя используется:
1-бутокси-3-морфолинопропанол-2, имеющий структурную формулу

или 3-морфолино-1-бутилтиопропанол-2, имеющий структурную формулу:

при следующем соотношении компонентов:
Медь сернокислая, г - 80-90
Аммоний щавелевокислый, г - 220-250
1-Бутокси-3-морфолинопропанол-2, моль/л - 10^-4-10^-5
или
3-Морфолино-1-бутилтиопропанол-2, моль/л - 10^-4-10^-5
Вода, л - До 1

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2