Способ нанесения медного гальванического покрытия на детали из алюминия и его сплавов

Изобретение относится к области гальваностегии и может быть использовано в области вакуумной техники. Способ включает анодное оксидирование в водном растворе, содержащем ортофосфорную и серную кислоты, нанесение покрытия электроосаждением из сернокислого электролита меднения, при этом анодное оксидирование осуществляют при анодной плотности тока 1-2 А/дм2, а перед нанесением покрытия электроосаждением наносят подслой из раствора состава, г/л: медь сернокислая 5-водная 200-250, серная кислота 50-70, плавиковая кислота 10-15, вода остальное, в течение 2-3 минут при комнатной температуре и катодной плотности тока 1-2 А/дм2. Способ обеспечивает снижение энергозатрат при высоком качестве покрытия. 1 табл., 3 пр.

 

Изобретение относится к электрохимическому способу нанесения покрытий на изделия, изготовленные из алюминия и его сплавов и использующихся в вакуумной технике.

При нанесении гальванических покрытий на поверхность алюминиевых сплавов возникают трудности, связанные с постоянным присутствием на ней оксидной пленки, взаимодействием алюминия со щелочными и кислыми электролитами, электроотрицательным значением потенциала.

Известен способ, включающий двухстадийную электрохимическую обработку деталей из алюминия и его сплавов в цинкатном электролите первоначально в катодном режиме, продолжительность которого равна времени образования шлама на поверхности детали, а затем в анодном режиме, продолжительность которого равна времени удаления шлама. Способ позволяет получить высокую сцепляемость гальванопокрытий с поверхностью деталей [1]. Однако, наряду с указанными достоинствами, следует отметить и его недостаток, связанный с использованием специального оборудования и неудобством в промышленном применении.

Известен способ [2] обработки переменным асимметричным током низкой частоты с равной длительностью анодного и катодного импульсов и равным соотношением анодного и катодного полупериодов в водном растворе серной, муравьиной, щавелевой и лимонной кислот. Использование переменного тока позволяет формировать пористый оксидный слой, что приводит к увеличению адгезии покрытия к подложке за счет его анкерного зацепления на пористой основе.

Известен способ получения гальванического покрытия алюминиевого сплава, анодно оксидированного в 30%-ной ортофосфорной кислоте [3]. Анодное оксидирование в ортофосфорной кислоте дает положительные результаты в широком диапазоне концентраций, однако не является универсальным и для отдельных алюминиевых сплавов рекомендуется строго определенная концентрация. По причине часто меняющихся марок алюминиевых сплавов это вызывает определенные неудобства в промышленном производстве.

Хорошие результаты были получены при анодном оксидировании алюминия марки 1163АТ в смеси серной и ортофосфорной кислот с добавкой тетрабората натрия перед нанесением гальванопокрытия [4]. Авторы отмечают, что добавка серной кислоты приводит к увеличению пористости поверхностного слоя, что позволяет использовать дополнительную обработку в виде нанесения покрытия с хорошей адгезией. Добавление в раствор тетрабората натрия обеспечивает повышение защитных свойств покрытия в результате образования прочного барьерного слоя на поверхности алюминия в начальный период анодного оксидирования. Однако в данном способе перед анодным оксидированием проводят дополнительную гомогенизирующую обработку, а сам процесс проводится в две стадии.

Наиболее близким к заявленному явился способ, характеризующийся тем, что анодное оксидирование алюминия и деформированных алюминиевых сплавов различного состава проводят в растворе, содержащем 15% ортофосфорной кислоты и 15% серной кислоты при анодной плотности тока 3,2 А/дм2 при температуре 37°C в течение 5 минут с последующим нанесением покрытия электроосаждением из стандартного сернокислого электролита меднения [5]. Недостатки способа-прототипа следующие: значительные энерго- и тепловые затраты при недостаточно высоком качестве покрытия, особенно сложнопрофилированных деталей. Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.

Поставлена задача - повышение технологичности способа.

Технический результат - снижение энергозатрат при высоком качестве покрытия.

Этот технический результат достигается тем, что в способе нанесения медного гальванического покрытия на детали из алюминия и его сплавов, включающем анодное оксидирование в водном растворе, содержащем ортофосфорную и серную кислоты, и нанесение покрытия электроосаждением из стандартного сернокислого электролита меднения, анодное оксидирование осуществляют при анодной плотности тока 1-2 А/дм2, а перед нанесением покрытия электроосаждением наносят подслой меди из раствора состава, г/л:

Медь сернокислая 5-водная 200-250 г/л
Серная кислота 50-70 г/л
Плавиковая кислота 10-15 г/л
Вода остальное,

в течение 2-3 минут при катодной плотности тока 1-2 А/дм2.

Повышение качества покрытия на деталях достигается за счет предлагаемого режима и нанесения медного покрытия в две стадии, энергозатраты снижаются за счет снижения рабочей температуры и анодной плотности тока.

Способ осуществляют следующим образом. Покрытию подвергают сложнопрофилированные детали, изготовленные из алюминиевых сплавов следующих марок Al-Mg-Si, АМг, Д16. Предварительно детали обезжиривают, осветляют в растворе HNO3:HF=3:1. Далее деталь анодно оксидируют в растворе H2SO4+H3PO4 при комнатной и повышенной температурах. После проведенного анодного оксидирования на деталь наносят медное покрытие из стандартного сернокислого электролита без предварительного медного подслоя. Толщина медного покрытия составляет 9 мкм. Было выявлено, что при осаждении меди на анодно оксидированные в растворе 15% H2SO4+15% H3PO4 детали при рабочей плотности тока 1-2 А/дм2 получался осадок плохого качества и наблюдались непрокрытия в труднодоступных местах. Для устранения этого нежелательного явления рекомендуется либо снижать катодную плотность тока, что приводит к значительному увеличению времени нанесения покрытия, либо использовать двухстадийное меднение.

1 стадия: нанесение подслоя из раствора следующего состава:

Медь сернокислая 5-водная 200-250 г/л
Серная кислота 50-70 г/л
Плавиковая кислота 10-15 г/л
Вода остальное

2 стадия: основное меднение из стандартного сернокислого раствора:

Медь сернокислая 5-водная 200-250 г/л
Серная кислота 50-70 г/л
Спирт этиловый 7-10 мл/л
Вода остальное

Процессы проводят при комнатных температурах и рабочих плотностях тока 1-2 А/дм2.

После покрытия детали нагревают в вакуумной печи при температуре 200°C в течение 1 часа (стандартный прием). Прочность сцепления покрытия с основой определяют по методу сеток, методом крацевания и по контролю отслоений гальванопокрытий после отжига.

Примеры

Пример 1. Деталь из сплава Al-Mg-Si анодно оксидировалась в электролите 15%H2S04+15%Н3Р04, вода-остальное (по прототипу) при комнатной температуре и плотности тока 2 А/дм2 в течение 5 минут. Далее наносилось медное покрытие из стандартного сернокислого электролита следующего состава:

Медь сернокислая 5-водная 250 г/л
Серная кислота 70 г/л
Спирт этиловый 10 мл/л
Вода остальное,

при катодной плотности тока 1.5 А/дм2. При этом на некоторых участках поверхности наблюдалось появление красных пятен, а на выступах и кромках деталей образовывались дендриты, что говорит о высокой катодной плотности тока. Также в труднодоступных местах наблюдалось непрокрытие. При снижении катодной плотности тока до 0.8 А/дм2 осадок получился гладким и полублестящим, прочно сцепленным с основой. Но в этом случае в значительной мере увеличиваются временные затраты до 52 минут.

Пример 2. Для снижения временных затрат с сохранением высококачественных медных осадков предлагается следующий способ.

1. Деталь из сплава Al-Mg-Si анодно оксидировалась в электролите 15% H2SO4+15% H3PO4, вода-остальное (по прототипу) при комнатной температуре и плотности тока 2 А/дм2 в течение 5 минут.

2. Нанесение подслоя из раствора следующего состава:

Медь сернокислая 5-водная 250 г/л
Серная кислота 70 г/л
Плавиковая кислота 10 г/л
Вода остальное,

в течение 2-3 минут при комнатной температуре и плотности тока 1.5 А/дм2.

3. После затяжки поверхности деталей тонким слоем меди их промывают в холодной проточной воде и меднят в стандартном сернокислом электролите

Медь сернокислая 5-водная 250 г/л
Серная кислота 70 г/л
Спирт этиловый 10 мл/л
Вода остальное

при тех же режимах. В этом случае осадок получился отличного качества и прочно сцепленным с основой. Затраты при этом сокращаются примерно в 2.3 раза. Эксперименты показали, что данные концентрации являются оптимальными и отклонение от них, особенно плавиковой кислоты, приводит к отслоению покрытия.

Результаты исследований представлены в таблице.

Таким образом, предлагаемый способ нанесения покрытий на алюминий и его сплавы сочетает в себе простоту в промышленном производстве, минимальные затраты на производство и обеспечивает получение прочно сцепленных с основой медных покрытий с заданными физико-химическими свойствами на алюминиевых сплавах различного состава.

Источники информации

1. Патент РФ №2082837, С25Д 5/44, опубл. 27.06.1997.

2. Патент РФ №2109854, С25Д 11/04, опубл. 27.04.1998.

3. Аверьянов Е.Е. Справочник по анодированию. М.: Машиностроение, 1988. с.95.

4. Патент РФ №2186159, С25Д 11/00, С25Д 11/08, С25Д 11/18, опубл. 27.07.2002.

5. Гальванотехника: Справ, изд. Ажогин Ф.Ф., Беленький М.А., Галь И.Е. и др. М.: Металлургия, 1987. с.416.

Таблица
№ опыта Состав электролита анодного оксидирования Режим Состав меднения Режим Качество покрытия Сцепление с основой после отжига
1 15% H2SO4 ja=2 A/дм2, CuSO4 jk=1,5 А/дм2, Не прокрылось +
15% H3PO4 t=20°C, (станд.) t=20°C,
5 минут 52 минуты
2 15% H2SO4 ja=2 A/дм2, CuSO4+HF 3 минуты отличное +
15% H3PO4 t=20°C, CuSO4 27 минут
5 минут (станд.) jk=1,5 А/дм2,
t=20°C,
3 15% H2SO4 ja=2 A/дм2, CuSO4 jk=0,8 А/дм2, хорошее +
15% H3PO4 t=40°C, (станд.) t=20°,
5 минут 52 минуты
4 15% H2SO4 ja=2 A/дм2, CuSO4+HF 3 минуты отличное +
15% H3PO4 t=40°C, CuSO4 27 минут
5 минут (станд.) jk=1,5 А/дм2,
t=20°C,

Способ нанесения медного гальванического покрытия на детали из алюминия и его сплавов, включающий анодное оксидирование в водном растворе, содержащем ортофосфорную и серную кислоты, нанесение покрытия электроосаждением из сернокислого электролита меднения, отличающийся тем, что анодное оксидирование осуществляют при анодной плотности тока 1-2 А/дм2, а перед нанесением покрытия электроосаждением наносят подслой из раствора состава, г/л:

медь сернокислая 5-водная 200-250
серная кислота 50-70
плавиковая кислота 10-15
вода остальное,

в течение 2-3 мин при комнатной температуре и катодной плотности тока 1-2 А/дм2.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к гальванотехнике, в частности к способу подготовки перед нанесением серебра на длинномерные изделия малого сечения сложной конфигурации типа проволоки, изготовленные из алюминия и его сплавов, применяемых в производстве легких и особо легких проводов и кабелей.
Изобретение относится к гальванотехнике, в частности к способу подготовки перед нанесением серебра на длинномерные изделия малого сечения сложной конфигурации типа волноводов, изготовленных из алюминия и его сплавов.

Изобретение относится к области гальваностегии, в частности к способам нанесения покрытий на детали из алюминиевых сплавов и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, преимущественно в авиационной технике.

Изобретение относится к области гальванотехники, в частности к способам подготовки поверхности деталей из алюминия и его сплавов перед нанесением гальванопокрытий.

Изобретение относится к химической обработке поверхности металлов, в частности к цинкатной обработке алюминиевой основы магнитных дисков, перед нанесением химического ни-- келевого покрытия, и может быть использовано в электронной промышленности.

Изобретение относится к гальванотехнике, предназначено для нанесения гальванических покрытий на алюминий и его сплавы и может найти применение в машинои приборостроении.

Изобретение относится к гальванотехнике, в частности к подготовке поверхности изделий из алюминия и его сплавов перед нанесением электрохимических покрытий, и может быть использовано в машинои приборостроительных отраслях промышленности.
Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии, а именно к способу уплотнения анодно-окисного покрытия на поверхности деталей из алюминия и его сплавов, и предназначено для повышения их коррозионной стойкости с одновременным выявлением поверхностных дефектов металла.

Изобретение относится к электролитическим способам обработки изделий из титановых сплавов для получения защитных покрытий и может быть использовано в нефтегазодобывающей, нефтеперерабатывающей, судостроительной и других отраслях промышленности
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано перед нанесением медных покрытий на изделия из алюминия и его сплавов. Электролит содержит ортофосфорную кислоту и сульфат меди, при этом он дополнительно содержит серную кислоту и бифторид аммония при следующих соотношениях компонентов, г/л: H3PO4 - 150-200; H2SO4 - 140-150; CuSO4·5H2O - 110-120; NH4F·HF - 0,1-0,2 и воду - остальное. Технический результат: получение высококачественных медных гальванопокрытий на деталях сложного профиля из любых типов алюминиевых сплавов. 2 пр.
Наверх