1.1 Медные покрытия
Медь – один из самых распространённых металлов в гальванотехнике. Медное покрытие мягкое, красноватого цвета, довольно пластичное, хорошо поддается пайке. Кроме того, медь – прекрасный проводник электричества. Тем не менее, для окончательных покрытий медь используется редко, так как быстро окисляется под действием кислорода воздуха и как следствие – тускнеет.
Превосходные выравнивающие и кроющие свойства меди делают ее идеальной для использования в качестве подложки перед нанесением других металлов. Помимо этого, благодаря своей мягкости и пластичности, медь легко полируется до яркого блеска, что позволяет получать на ней такой же яркий и блестящий слой другого металла.
Медь способна заполнять остроугольные углубления и сглаживать нежелательные неровности поверхности, позволяя наносить основной металл гладким равномерным слоем. Выравнивающие и кроющие свойства меди дают возможность избежать образования пор и пузырьков на конечном покрытии.
В качестве металлической подложки медь (из пирофосфатного электролита) может наноситься на алюминий, который из-за наличия окисной пленки практически не удерживает покрытия других металлов, осаждаемых электролитическим способом. Медь – единственный металл, который можно осаждать на поверхность изделий из цинка, свинца, медно-свинцовых и цинковых сплавов, отлитых под давлением.
Меднение в кислых электролитах.
В кислых электролитах медь присутствует в виде двухвалентных ионов. Чаще всего используются сульфатные и фторборатные электролиты так как они устойчивы в эксплуатации, имеют высокий выход по току (95-100%) и высокую скорость осаждения. Электролиты обладают хорошей выравнивающей способностью, особенно в присутствии органических добавок – производных пиридина, гидразина, некоторых красителей.
При использовании кислых электролитов не удается получить прочно сцепленных медных осадков непосредственно на стальных изделиях из-за контактного выделения меди. Однако при введении в такие электролиты органических добавок, тормозящих процесс контактного обмена, можно получить осадки, прочно сцепленные со сталью. В промышленности перед меднением стальных изделий в кислых электролитах на них наносят подслой никеля толщиной 0,3 - 0,5 мкм.
Состав сульфатных электролитов и режим осаждения:
| Состав электролита (г/л) и режим осаждения | Электролит №1 | Электролит №2 | Электролит №3 |
| Сульфат меди CuSO4 | 200-250 | 200-250 | 180-250 |
| Хлорид натрия Na Cl | - | 0,06-0,09 | - |
| Серная кислота H2SO4 | 50-70 | 40-60 | 30-50 |
| Соляная кислота HCl | - | - | 0,01-0,02 |
| Блокообразующая добавка | - | Зависит от добавки. | - |
| Температура, ° | 18-25 | 18-25 | 18-25 |
| Катодная плотность тока, А/дм2 | 1-2 | 3-5 | 2-3 |
Состав фторборатных электролитов и режим осаждения:
| Состав электролита, г/л | Электролти №4 | Электролит №5 |
| Фторборат меди CuBF4 | 35-40 | 220-250 |
| Кислота борфтористоводородная свободная HBF4 | 15-18 | 2-3 |
| Кислота борная HBO3 | 15-20 | 15-16 |
| Температура, ° | 18-25 | 60 |
| Катодная плотность тока, А/дм2 | До 10 | До 30 |
Электролит №1 – стандартный сернокислый, при перемешивании сжатым воздухом или механическим способом катодную плотность тока можно поднять до 6-8 А/дм2. Качество и мелкозернистость осадков, получаемых из этого электролита, повышаются при введении 7-10 мл/л этилового спирта.
Электролит №2 – используется для осаждения блестящих медных покрытий, обладает выравнивающим действием, требует высокой чистоты компонентов.
Электролит №3 – применяется для осаждения блестящих покрытий на детали несложной конфигурации.
Электролиты №4, 5 – фторборатные, используются для осаждения толстых слоев меди. Перемешивание, как правило, производят сжатым воздухом или механической мешалкой.
Меднение в щелочных электролитах.
Составы цианидных электролитов и режимы осаждения:
| Состав электролита (г/л) и режим работы | Электролит №1 | Электролит №2 | Электролит №3 | Электролит №4 |
| Цианид меди Cu(CN)2 | 40-50 | 25-30 | 25-30 | 100-120 |
| Цианид натрия NaCN | 45-55 | 55-70 | 35-40 | 135 |
| Карбонат натрия Na2CO3 | 10-15 | - | 20-30 | - |
| Едкий натр NaOH | 3-5 | 4-5 | До pH = 12,5 | 25-30 |
| Тартрат калий-натрия KNaC4H4O6 | - | - | 45-50 | - |
| Роданид натрия | - | - | - | 15-20 |
| Температура, ° | 40-45 | 18-25 | 55-70 | 70-80 |
| Катодная плотность тока, А/дм2 | До 1,5 | 0,3-0,6 | 1,5-6,0 | 1,0-4,0 |
Электролит № 1 – один из самых распространенных в промышленности.
Электролит № 2 – применяется для предварительного меднения стальных изделий.
Электролиты № 3,4 – высокопроизводительные цианистые электролиты меднения.
Во всех цианистых электролитах отношение анодной поверхности к катодной рекомендуется поддерживать равным 2:1. Применение реверсивного тока при использовании цианистых электролитов приводит к увеличению блеска и понижению пористости покрытий.
Основное достоинство цианистых электролитов меднения – высокая рассеивающая способность, мелкозернистость осадков и возможность непосредственно осаждать медь на стальные изделия. Главные недостатки – токсичность, невысокая устойчивость, низкий выход по току, малая скорость осаждения.
Из нецианистых щелочных электролитов меднения наибольшее распространение получили пирофосфатные электролиты.
Составы пирофосфатных электролитов и режимы работы:
| Состав электролита (г/л) и режим работы | Электролит №1 | Электролит №2 | Электролит №3 | Электролит №4 |
| Сульфат меди CuSO4 | 30-50 | 80-90 | 1.0-2.5 | 45-55 |
| Пирофосфат натрия Na4P2O7 | 120-180 | - | - | 200-240 |
| Гидрофосфат натрия Na2HPO4 | 70-100 | - | - | - |
| Пирофосфат калия K4P2O7 | - | 350-370 | 80-120 | - |
| Нитрат аммония NH4NO3 | - | 20-25 | - | - |
| pH | 7,5-8,9 | 8,5 | - | 7-8 |
| Температура, ° | 20-30 | 50-55 | 18-25 | 55-65 |
| Катодная плотность тока, А/дм2 | 0,3-0,4 | 0,5 | 1-3 | 0,3-0,8 |
Электролит № 1 – наиболее часто применяемый в промышленности, требует при работе отношения катодной площади к анодной, равного 1:3. При нанесении покрытий на сталь, детали следует опускать в электролит под током, кроме того, в начале электролиза следует дать «толчок тока» в течении 20-50 секунд.
Электролит № 2 – применяется для меднения стали и цинковых сплавов.
Электролит № 3 – применяется для предварительного меднения алюминиевых сплавов.
Электролит № 4 – применяется для непосредственного меднения алюминиевых сплавов.
По рассеивающей способности пирофосфатные электролиты не уступают цианистым. Микротвердость и внутренние напряжения осадков, полученных в этих электролитах, существенно не отличаются от тех, что получены в цианистых.
Недостатки пирофосфатных электролитов – неустойчивость и недостаточная адгезия получаемых из них покрытий со сталью. Чаще всего применяются для нанесения меди на алюминиевые сплавы, а также при металлизации диэлектриков.
