Применяем уроки химии и физики в быту. Меднение болтов для выпуска

Применяем уроки химии и физики в быту. Меднение болтов для выпуска.

Основной объем делищ нужно сделать за весну.
Одна из таких работ, заменить заднюю банку глушителя.

Купил б/у заднюю банку, с авто 2009 года.
Надо будет ввариваться…но старый в любом случае надо отсоединять…на авто варить не буду.
К чему я это…надо болты-гайки.

Пошел на рынок, а болтов то нет омедненных.
Что же за страна такая.

Чуток расстроился и решил гальванизировать болты, гайки и шайбы сам.
Задача это не особо сложная…обычная кухонная магия.

Нужна кислота, медный купорос, медь…ну и источник постоянно тока.
Чистую кислоту даже и не стал пытаться искать. Купил обычный, дешевый аккумуляторный электролит.

Медный купорос купил в магазине для садоводов.

Ехать куда-то покупать медные пластинки не стал, взял толстый медный провод.

Ничто не предвещало беды ))

Когда попытался в магазине найти обычные, "черные" болты, гайки, шайбы…столкнулся с тем, что сейчас все продается в цинке.
Ай яй яй.
Полазил по своим закромам, тоже ничего не нашел.
В общем, задача по гальванике теперь получила дополнение в виде предварительного удаления цинка с гаек, болтов и шайб.

Цинк можно удалить разными путями…механически-в данном случае не очень удобно, выжечь-в целом легко…кинуть в мангал например или на горелке прокалить…но это отпустит металл…не хотелось.
Решил убрать цинк химически.
Если детальку покрытую цинком кинуть в емкость с кислотой, то кислота скушает цинк…причем достаточно быстро.
Чтобы ускорить процесс и сделать удаление цинка более равномерным, добавил еще электричество.
В качестве анода выступает деталька, с которой надо снять цинк, подвешенная на медном проводе. В качестве катода-металлическая пластина.
Ну и в качестве среды-электролит.

Ну главное тут помнить:
Работы с кислотой требуют повышенной аккуратности. Используем перчатки, защищаем глаза. Работаем в хорошо проветриваемом помещении (процедура токсична и взрывоопасна). При смешивании кислоты с водой…всегда добавляем кислоту в воду, а не наоборот!
В общем дав 2-3А тока, в течении 5-8 минут получаем очищенную от цинка детальку.

Теперь наконец-то можно заняться тем, для чего это все и затевалось.
МЕДНИМ!

Готовим раствор.
100гр-электролит.
20гр-дистиллированная вода.
20гр-медный купорос.

Очищенные от цинка детальки, доводим металлической щеткой, промываем в щелочном растворе, обезжириваем.

В банку с раствором помешаем медную проволоку и вешаем на нее +.
На медной проволоке подключенной к — вешаем детальку.

Для начала оставляем так не подавая ток на 5 минут.

Детальки покроются микронным слоем меди из раствора.
И уже после даем ток…я давал 20-30мА…на 10 минут.

Эпизодически "потряхиваем" в растворе…

Ну и спустя около 4 часов баловства, получаем кучку нужностей, с грифом hand made.

Дальше хорошо промыл в воде с хозяйственным мылом. Полировать не стал )

Теперь думаю, что еще омеднить…или разцинкить )

p.s. Давно перестал отвечать на комментарии, так как 99 из 100 просто не заслуживают прочтения, не говоря уже ответа на них.
-А можно купить…
-А можно у токаря заказать…
-А можно…уй в стакане мыть.

Пост написан весной 14 года! и в общем-то как-то тихо, спокойно валялся, как один из многочисленных записей в блоге, а этим летом у аквариумных рыбок драйва зашевелились плавники и народ токнуло, и тема всплыла.
…ох если бы я за каждый из ваших дебильных комментов получал хотя бы по $0.10, я бы уже миллионером стал…
И КСТАТИ, СИДЕТЬ И ПАЛЬЦЕМ В КЛАВУ ТЫКАТЬ КУДА ПРОЩЕ, ЧЕМ ПОЙТИ И СДЕЛАТЬ ЧТО-ТО СВОИМИ РУКАМИ…ДА?

Меднение в домашних условиях

Медь – это один из древних металлов: люди начали применять ее для создания орудий труда еще в 4 тысячелетии до нашей эры. Такое широкое распространение меди объяснимо тем, что вещество встречается в природе в металлическом самородном состоянии. И сегодня медь используется повсеместно – в металлургии, автомобильной промышленности, электротехнике и строительстве.

Содержание:

Состав меди

Металлическая медь представляет собой тяжелый металл розово-красного цвета, ковкий и мягкий, который плавится при температуре больше 1080 градусов по Цельсию, очень хорошо проводит теплоту и электрический ток: электропроводимость меди выше в 1,7 раза, чем алюминия и больше в 6 раз выше, чем железа, и только немного уступает электропроводимости серебра.

Специфические особенности меди определяются содержанием в металле конкретных примесей, количество которых может различаться приблизительно в 10 – 50 раз. По содержанию кислорода принято использовать следующую классификацию меди:

• бескислородная медь с содержанием кислорода меньше 0,001%;
• медь рафинированная с содержанием кислорода от 0,001до 0,01%, но с увеличенным присутствием фосфора;
• медь большой чистоты с содержанием кислорода примерно 0,03-0,05%;
• металл общего назначения с содержанием кислорода 0,05 – 0,08%.

В меди кроме кислорода может присутствовать водород, который в металл попадает в процессе электролиза или при совершении отжига в атмосфере, которая содержит водяной пар. При высокой температуре водяной пар разлагается с формированием водорода, который в медь легко диффундирует.

Атомы водорода в бескислородной меди размещаются в междоузлиях кристаллической решетки и на свойствах металла особо не сказываются. В кислородсодержащей меди водород способен взаимодействовать при высоких температурах с закисью меди, при этом образуется в толще меди водяной пар, которому присуще высокое давление, что приводит к вздутиям, трещинам и разрывам. Это явление носит название «водородная болезнь».

Железо, висмут, сурьма и свинец ухудшают пластичность меди. Примеси, что являются малорастворимыми в меди (свинец, кислород, сера, висмут), провоцируют хрупкость при высокой температуре, что затрудняет процесс горячей обработки давлением.

Физические свойства меди

Основное свойство меди, определяемое её использование, — высокая электропроводность или малое удельное электрическое сопротивление. Подобные примеси как железо, фосфор, мышьяк, олово и сурьма, значительно ухудшают её электрическую проводность. На величину электропроводности оказывает большое влияние механическое состояние меди.

Второе важное свойство меди – значительная теплопроводность. Легирующие добавки и свойства уменьшают теплопроводность меди, поэтому созданные на медной основе сплавы самой меди значительно уступают по этому показателю.

Медь при нормальных температурах является коррозиционно устойчивой в таких средах, как пресная вода, сухой воздух, морская вода при небольшой скорости движения воды, неокислительные кислоты и растворы соли при отсутствии кислорода, сухие галогенные газы, щелочные растворы за исключением солей аммония и аммиака, органические кислоты, фенольные смолы и спирты.

В аммиаке, хлористом аммонию, окислительных минеральных кислотах и растворах кислых солей медь не устойчива. Её коррозионные свойства также заметно ухудшаются в некоторых средах с возрастанием количества примесей. Допускается контакт меди с её сплавами, с оловом, свинцом во влажной атмосфере, морской и пресной воде. В то же время контакт меди с цинком и алюминием не допускается вследствие их быстрого разрушения.

Медь, ее сплавы и соединения нашли широкое применение в разных отраслях промышленности. Медь в электротехнике используют в чистом виде в производстве шин контактного и голого проводов, кабельных изделий, электрогенераторов, телефонного оборудования и радиоаппаратуры. Из меди изготавливают вакуум-аппараты, теплообменники и трубопроводы.

Сплавы меди с различными металлами используют в автомобильной промышленности и для изготовления химических аппаратов. Проволока из красной меди изготовления всевозможных шнуров и выгибания самых сложных элементов. Высокие свойства меди делают ее незаменимой при производстве филигранных деталей.

Процедура меднения

Меднением называют процедуру гальванического нанесения меди, толщина слоя которой составляет 1 — 300 мкм и больше. Меднение стали является одним из важнейших процессов в гальванике, что применяется в качестве предварительного процесса при подготовке металлической поверхности для покрытия другими металлами – при хромировании, никелировании и покрытии серебром, а также как законченный самостоятельный процесс.

Использование меднения как подготовительной манипуляции связано с тем, что этот металл способен очень прочно держатся на стали, выравнивать дефекты поверхности. Другие материалы на медь хорошо осаждаются, а вот на чистую сталь – не очень.

Медные покрытия характеризуются высоким сцеплением с разными металлами, высокой электропроводностью и пластичностью. Их принято наносить на стальные, цинковые и алюминиевые детали.

Только что нанесённое покрытие меди имеет ярко-розовый матовый или блестящий цвет, зависимо от технологии нанесения. Медные покрытия в атмосферных условиях способны легко окисляться и покрываться налетом окислов, приобретая пятна различных оттенков и радужные разводы.

Использование меднения

В большинстве своем гальваническое меднение металлов используют в таких случаях:

1. В декоративных целях. Огромной популярностью в настоящее время пользуются старинные изделия из меди. Процедура меднения позволяет наносить на металл медные покрытия, которые как бы «состариваются» после специальной обработки и выглядят так, будто изготовлены давным-давно.
2. В гальванопластике. Используется гальваническое меднение железа для создания металлических копий изделий разной формы и различных размеров. Создаётся пластиковая или восковая основа, которую покрывают электропроводящим лаком и слоем меди. Подобную технологию меднения часто используют при изготовлении ювелирных изделий, сувениров, барельефов, матриц и волноводов.
3. В технических целях. Меднение металла большое значение имеет в электротехнической области. Благодаря низкой стоимости меднения по сравнению с покрытиями золотом или серебром, медные покрытия нашли применение при изготовлении электротехнических шин, электродов, контактов и прочих элементов, которые работают под напряжением. Меднение зачастую используется как покрытие под пайку.

Меднение применяется в сочетании с прочими гальваническими покрытиями:

• При нанесении многослойного защитно-декоративного покрытия. Как правило, медь используется в сочетании с хромом и никелем (3-слойное защитно-декоративное покрытие) и прочими металлами как промежуточный слой для увеличения сцепления с основным металлом и получения более прочного и блестящего покрытия.
• Для предохранения участка при цементации. Меднение свинца способно предохранять участки стальных изделий от цементации — науглероживания. Покрывают медью исключительно те участки, которые подлежат в будущем обработке резанием. Твёрдый науглероженный поверхностный слой не поддается подобным обработкам, а медь может защитить покрытые участки от процесса диффузии углерода в них.
• При восстановлении и ремонте деталей. Меднение металла является важной процедурой при работах реставрационного характера и восстановлении хромированных частей мотто- и автомобильной техники. Наносить принято значительный слой меди – порядка 100-250 мкм и больше, который закрывает дефекты металла и поры и выполняет функции новой основы для последующих покрытий.

Виды меднения

Процедура меднения своими руками доступна для выполнения даже новичками. Для этого достаточно только знать её основные тонкости. Существует два способа меднения в домашних условиях: с погружением в электролит и без погружения.

С погружением в электролит

Металлическое изделие обрабатывают наждачной бумагой для удаления оксидной пленки, протирают щеткой, промывают как следует водой, обезжиривают в горячем содовом растворе и промывают еще один раз. После этого принято опускать в стакан или банку на медных проволочках две медные пластинки, которые являются анодами.

Между пластинками подвешивают на проволочке деталь. Проволочки, идущие от медных пластинок, соединяют вместе и подключают к плюсу источника тока, а деталь – к минусу. После этого в цепь включается реостат для регулировки тока и миллиамперметр. Необходим источник постоянного тока, который имеет напряжение не больше 6 В.

Для меднения дома нужно приготовить следующий раствор электролита. Возьмите 20 грамм медного купороса и 2-3 миллилитра серной кислоты на 100 миллилитров воды и налейте в посуду. Следите, чтобы данный раствор полностью покрыл электроды.

При использовании реостата нужно установить ток в пределах 10 — 15 мА на каждый сантиметр квадратный поверхности детали. Где-то через 20 минут следует выключить ток и вынуть изделие, оно уже покрылось тонким медным слоем. Чем дольше будет идти процесс, тем слой меди получится толще.

Без погружения в электролит

Данную процедуру проводят для стали, алюминия и цинка. С одного конца многожильного провода снимают изоляцию, затем необходимо растеребить тонкие медные проволочки для получения медной кисти. Для удобства работы необходимо привязать ее к медной кисти или деревянной палочке, а другой конец кабеля нужно подсоединить к плюсу источника тока.

Дальше следует приготовить электролит — раствор медного купороса, лучше слегка подкисленный, и налить в широкую склянку, в которую кисть будет удобно макать. Подготовьте металлическую пластинку или какой-то другой маленький предмет с плоской поверхностью. Его нужно протереть с помощью мелкой наждачной шкурки и обезжирить посредством кипячения в растворе стиральной соды.

Затем необходимо положить пластинку в кювету или ванночку и подсоединить ее с помощью провода к минусу источника тока. После того, как схема собрана, вам следует только ввести электролит. Обмакните в раствор медного купороса «кисть», которой следует провести вдоль пластинки, не дотрагиваться до поверхности.

Рекомендуется работать так, чтобы между кистью и пластинкой всегда располагался слой электролита. Все время работы проводки должны быть смоченными раствором. Пластинка на глазах будет покрываться слоем металлической меди красного цвета. Для обработки маленькой детали понадобятся считанные минуты.

Когда вы нанесли покрытие, нужно высушить на воздухе деталь и натереть матовый слой меди до блеска с помощью суконной или шерстяной тряпки. Процесс меднения алюминия, когда изделие в электролитическую ванну не опускают, а обрабатывают небольшими участками снаружи, добавляя электролит, применяют в таких случаях, когда изделие настолько велико, что для него нельзя подобрать подходящую ванны.

Ванны меднения

Установки для меднения от обыкновенных гальванических ванн ничем не отличаются. Электролиты для меднения довольно просто получить, если иметь под рукой необходимые ингредиенты. Бывают два вида медных растворов: щелочные и кислые.

В кислых растворах вы не сможете получить хорошо сцепленные покрытия из меди на цинковых и стальных изделиях, потому что цинк и железо в этом случае растворяются с медью, и нарушается сцепление с защитным покрытием.

Для устранения данной особенности рекомендуется первый тонкий медный слой (2—3 мкм) создать в щелочном растворе для меднения, а в будущем наращивать покрытие до заданной толщины в кислом электролите, который является более экономичным. Цинковые изделия, что имеют сложную форму, лучше всего меднить в щелочных электролитах.

Самыми распространенными кислыми электролитами являются борфтористоводородные и сернокислые. Наибольшее использование нашли сернокислые электролиты, которые отличаются простотой состава, высоким выходом по току и значительной устойчивостью.

Перед меднением деталей из стали в кислых электролитах их рекомендуется предварительно меднить в цианистом электролите или осаждать тонкий подслой никеля. Данные электролиты имеют несколько недостатков.

Один из них состоит в невозможности непосредственного покрытия цинковых и стальных деталей из-за контактного выделения меди, которая имеет плохое сцепление с металлом основы. Также электролиты незначительную рассеивающую способность и более грубую структуру осадков по сравнению с прочими электролитами.

Среди щелочных электролитов меднения известны пирофосфатные и цианистые электролиты.
Цианистые электролиты из меди характеризуются высокими рассеивающими способностями, возможностью проведения меднения столярных изделий и мелкокристаллической структурой осадков.

К недостаткам щелочных электролитов относят низкую плотность тока и неустойчивость раствора вследствие карбонизации под действием двуокиси углерода свободного цианида. Помимо этого, цианистые электролиты отличаются уменьшенным выходом по току — не больше 60-70%.

Таким образом, медь является металлом, который используется повсеместно: в автомобильной промышленности, электротехнике и строительстве. А в гальванопластике известна технология меднения для подготовки металлической поверхности под покрытие другими металлами или как самостоятельный процесс.

омеднение деталей

banzay13 Бакалавр черкассы 60 7
banzay13 Бакалавр черкассы 60 7

http://rukodelje.ru/?page_id=380
Вот интересная статья с пошаговым описанием чего нужно делать , но к сожалению если я всё правильно понял (если), то такое покрытие для наших целей не подходит , тк имеет сугубо декоративные свойства (я так думаю), и каких либо маломальских , физических либо химических , нагрузок может не выдержать

http://galvanika4you.com/. _uslovijakh/0-4
вот тут описано что в электролит можно добавить спирт что значительно улучшает качество покрытия

http://www.e-voron.dp.ua/catalog/019974
а это графитовый лак для обработки не токопроводящих поверхностей (в моём случае крыльчатки(хотя у меня ещё большой вопрос как его нанести внутрь из аэрозоля омеднение деталей. Вопросы по конструированию. ))

вот нашел более подробное описание меднения в домашних условиях с применение пищевых блескообразователей (желатин, спирт)
http://hgal.ru/. kartinkami.html
http://hgal.ru/posts/28-mednenie-zheleznogo-gvozdya.html

Посл. ред. 06 Мая 15, 18:28 от banzay13

zapchem Профессор Saratov 3500 693
Al Доктор наук Sankt-Peterburg 856 178
hardvik Профессор саратов 2962 624
banzay13 Бакалавр черкассы 60 7

Посл. ред. 12 Мая 15, 09:19 от banzay13

banzay13 Бакалавр черкассы 60 7

Посл. ред. 12 Мая 15, 09:15 от banzay13

zapchem Профессор Saratov 3500 693

Посл. ред. 12 Мая 15, 11:06 от zapchem

banzay13 Бакалавр черкассы 60 7

Посл. ред. 20 Мая 15, 08:27 от banzay13

zapchem Профессор Saratov 3500 693

Посл. ред. 20 Мая 15, 09:01 от zapchem

hardvik Профессор саратов 2962 624
cybervlad Доктор наук Moscow 554 70

Посл. ред. 20 Мая 15, 09:53 от cybervlad

Волька Доктор наук Omsk 902 451

Крепкое стойкое покрытие получить будет не просто и он начнет у тебя слезать "шкуркой". Во вторых эта медь не будет красивая всегда, она почернеет чуть ли не с первого раза. И плотность тока должна быть равномерна на всей поверхности, т.е. скажу проще если ты повесишь трубку (кран, корпус насоса) на омеднение, то внутрь трубки (крана, корпуса насоса) медь не осядет. Она будет оседать в прямой видимости противоположного полюса и чтоб медь осела внутри трубки надо один из электродов пропустить внутри трубки и еще создавать там поток жидкости. Так что быстро и качественно ничего не выйдет у тебя. Может даже лучше посмотреть в сторону химического покрытия.
Хотя выглядит ваще красиво сразу после покрытия

Но больше я покрывать не буду, если только в декоративных случаях.

banzay13 Бакалавр черкассы 60 7

Посл. ред. 22 Мая 15, 09:01 от banzay13

zapchem Профессор Saratov 3500 693
Волька Доктор наук Omsk 902 451

Метод был какой то стандартный прочитанный на этом форуме в соседней ветке и собран по интернету. Покрывал на никель, может на латунь бы крепче село , хз. Источник тока БП от компа. Зачищать обезжиривать надо хорошо. Не то что везде облезло у меня, но например в резьбе плохо держится, а так вроде норм. Смысл только покрывать какой? У Меня смысл пропал )))

Вот тут вверх-вниз почитай. и тут Я делал примерно так же, вместо кислоты электролит, может еще и спирт добавлял

Посл. ред. 22 Мая 15, 11:15 от Волька

banzay13 Бакалавр черкассы 60 7

http://ru-patent.info/20/60-64/2061713.html
вот есть патент на покрытие токопроводящим слоем , помогите хотябы тут , тут описаны несколько способов , но продраться через хитроспетения химических терминов у меня не получилось .

т.е. взять пва добавить глицерин и графит.

Поливинилацетатное связующее 18,5-20,3
Коллоидный графит 22,3-23,9
Эмульгатор ОП-10 0,02-0,03
Вода Остальное

Для приготовления раствора эмульгатора в смеситель заливают 99,95 мас.% умягченной воды, добавляют 0,05 мас.% эмульгатора (ОП-10) и тщательно перемешивают.

В другой смеситель загружают навеску 23,3 мас.% коллоидного графита (КГ), прибавляют 38,3 мас.% приготовленного раствора эмульгатора и перемешивают 30 минут. К графитовой пасте прибавляют 38,4 мас.% поливинилацетатной (ПВА) дисперсии (сухой остаток 50%) и перемешивают в течение 60-90 минут до образования однородного состава. Далее мешалка переключается на малые обороты и отбираются пробы для определения сухого остатка и удельного сопротивления. При необходимости проводят корректировку добавлением пасты КГ или дисперсии ПВА.

В качестве коллоидного графита используют препарат коллоидно-графитовый марки КГП-С ТУ 113-08-48-63-90.

В качестве поливинилацетатного связующего используют дисперсию ПВА ГОСТ 18992-80. Содержание сухого остатка 50%.

В качестве эмульгатора используют продукты обработки смеси моно- и диалкилфенолов окисью этилена — ОП-10 ГОСТ 8433-81.

Влияние анодного материала на качество нанесения гальванических медных покрытий

При нанесении гальванических медных покрытий, в частности, на поверхность печатных плат, особое значение имеют тип и качество анодного материала.

Аноды служат, в первую очередь, для подвода тока в электролит и равномерного распределения его по покрываемой поверхности. Менее важно второе назначение растворимых анодов — возмещать убыль металла в электролите взамен выделенного

при покрытии изделий. И, наконец, приходится считаться с побочным действием анодов — загрязнением ванны шламом и посторонними примесями.

Шлам представляет собой выкрошившиеся кристаллики металла, окислы, межкристаллические включения и пр. Этот шлам легко взмучивается в ванне, осаждается на покрываемую поверхность, ухудшая внешний вид и качество покрытия. Чтобы шлам не попадал в ванну, на аноды надевают анодные мешки с завязками, удерживающими их от сползания. Мешки шьют из хлориновой ткани хлориновыми нитками, вытянутыми из самой ткани. Верхний край мешка должен быть на выше зеркала электролита, чтобы шлам не мог выплеснуться в ванну. На каждый анод лучше надевать по два мешка один на другой (для гарантии непрорыва). Перед употреблением мешки необходимо выдержать в 5 % серной кислоте, промыть водопроводной водой, затем — деионизованной; их необходимо периодически снимать с анодов, стирать и перед повторным применением внимательно проверять на целостность. Медные аноды для классических процессов кислого меднения должны содержать не менее 0,02 % фосфора. Аноды, не содержащие фосфор, негативно влияют на процесс металлизации, а также растворяются с образованием шлама. Производители предлагают медные аноды с широким диапазоном со- держания фосфора от 0,03 до 0,16 %. Неравномерное распределение фосфора в объеме анода ухудшает процесс металлизации, как и неправильно выбранное его содержание.

Для электролитов меднения, применяемых при изготовлении печатных плат, используются меднофосфористые аноды марки АМФ (ГОСТ содержащие от 0,02 до 0,1 % фосфора, растворяющиеся равномерно без образования шлама. При более высоком содержании фосфора (0,13 %) на аноде образуется пассивная пленка, что сопровождается значительным увеличением переходного сопротивления на границе медь-электролит вплоть до прекращения процесса при ia=2,5 А/дм2 . При малом его содержании (менее 0,02 %) аноды начинают шламить, т. е. образующиеся при растворении одновалентные ионы меди не связываются фосфором, и в результате реакции 2Cu+ à Cu0 + Cu2+ частицы металлической меди образуют шламы.

Перед завешиванием в ванну новые медные аноды необходимо подтравить в растворе персульфата аммония + серной кислоты) или в растворе азотной кислоты, разбавленной 1:3 с водой, чтобы убрать верхний окисный слой.

Если аноды АМФ горячекатаные, то поверхностный слой вследствие выгорания фосфора обеднен им, по- этому такие аноды рекомендуется выдержать в раство- ре персульфата аммония минут для растворения наружного слоя толщиной

Анодный выход по току с увеличением анодной плотности тока снижается за счет пассивирования анода, затрудняющего его растворение. Простейшим и самым распространенным способом улучшения растворимости анодов считается способ снижения плотности анодного тока путем завешивания в ванну анодов с большей площадью, чем покрываемая поверхность. Для стабилизации анодного процесса, предотвращения пассивации анодов, улучшения их растворимости желательно иметь анодную поверхность, в раза превосходящую катодную и не изменяющуюся при эксплуатации ванн.

Длина анода должна быть подобрана таким образом, чтобы нижний край печатной платы находился на уровне (и даже несколько ниже) нижней кромки анодов, иначе появляется значительная концентрация тока на нижних краях платы, и медь начинает «гореть». Расстояние между анодом и платой должно быть не менее 20 см. Зазор между анодами на одной штанге не должен превышать половины расстояния между анодами и покрываемой площадью для обеспечения равномерности осаждаемого медного слоя на заготовки печатных плат. Для наращивания 25 мкм меди на 1 дм2 поверхности печатной платы с двух сторон необходимо израсходовать 4,47 г медного анода.

В настоящее время в качестве анодного материала при электрохимическом меднении традиционно используют медные пластины или бруски, что не всегда позволяет сохранять постоянство анодной поверхности.

Важнейшим фактором при проведении гальванического осаждения металла является необходимость поддерживать определенное соотношение анодной и катодной поверхностей. Это соотношение должно сохраняться постоянным, поскольку его изменение вызывает ряд проблем, таких как:

• избыточное шламообразование;
• повышение эксплуатационных расходов;
• неравномерное осаждение.

По мере растворения поверхность плоского анода значительно уменьшается, что создает определенную трудность в сохранении постоянной площади поверхности анода.

При применении брусков в корзинах картина меняется в лучшую сторону. Но здесь возникает проблема «зависания» брусков в корзине. Зависшие бруски могут перекрывать друг друга с образованием пустот, что также приводит к неравномерному осаждению металла.

Шаровые аноды не подвержены процессу «зависания» РИС 1. Они непрерывно оседают на дно корзины, не мешая друг другу РИС 2. Поэтому анодная поверхность остается постоянной, и соблюдается соотношение анод- ной и катодной поверхностей.

В качестве материала для изготовления анодных корзин при гальваническом меднении рекомендуется использовать титан РИС 3. На титане в присутствии ничтожных следов кислорода или иных окислителей образуется тонкая непроводящая окисная пленка. Такая пленка разрушается только в присутствии ионов фтора. При пользовании титановыми корзинами необходимо, чтобы корзина была всегда наполнена анодным материалом выше верхнего края покрываемой площади. Титановая корзина может находиться без тока в неработающей ванне.

Медные шаровые аноды по сравнению с традиционными (в виде полос) позволяют вести процесс нанесения покрытий при постоянных технологических режимах на высоких плотностях тока с практически полным использованием меди. При этом получаются беспористые мелкокристаллические покрытия.

Применение плоских анодов и брусков в корзинах требует периодического контроля их состояния. Каждый анод нужно проверить для определения степени его растворения и необходимости замены. Также должна быть проверена каждая анодная корзина с брусками, что включает развязывание и последующее завязывание анодных мешков, встряхивание корзины для оседания брусков в корзине и освобождения места для введения дополнительного анодного материала. Если брусок встал поперек корзины, то приходиться выгружать всю корзину и заполнять ее заново.

Ручное обслуживание мешков и корзин сокращает срок службы оборудования: мешки рвутся, корзины ломаются, повреждаются электрические контакты. В то же время равномерное оседание, характерное для шаров, означает, что регулярное добавление анодного материала может производиться без остановки процесса электроосаждения.

Для поддержания постоянной анодной поверхности необходимо часто менять вырабатывающиеся плоские аноды. Во многих случаях не происходит и 50 % растворения таких анодов. Использование шаровых анодов устраняет данную проблему, т. к. шары растворяются полностью, обеспечивая экономичность процесса.

Для правильного протекания процесса гальванического осаждения меди в ванне должно быть определенное количество анодов. Рассмотрим, как меняется количество анодного материала различной конфигурации при одной и той же эффективной анодной поверхности.

За эффективную анодную поверхность — 186 дм2 (в данном случае) принята поверхность, обращенная к катоду (на практике в процессе электроосаждения участвует также как минимум 30 % поверхности анода, обращенной к стенке ванны). Данная анодная поверхность используется в гальванических ваннах с окном завеса заготовок печатных плат размером 1×1 м.

Плоские аноды. Используются два ряда анодов по 16 штук в каждом, то есть 32 анода размером 0,508×0,762×7,62 дм. Эффективная анодная поверхность при этом составила 175 дм2, общий вес анодов

Как показывают расчеты, использование шаровых анодов позволяет значительно снизить количество анодного материала при той же эффективной анодной поверхности. Необходимо отметить, что расчеты не учитывают увеличение площади поверхности в корзинах за счет использования шаров. Для наращивания 25 мкм меди на 1 дм2 поверхности печатной платы с двух сторон необходимо израсходовать 4,47 г медного анода.

Меднение в сернокислых электролитах

Сернокислый медный электролит в простейшем случае состоит из двух компонентов: сернокислой меди и серной кислоты. Было заявлено большое число патентов на применение коллоидов или других органических добавок в медных электролитах, но большого практического значения они не получили ввиду того, что эти органические добавки нередко попадают в катодный осадок и делают его хрупким. Поэтому подробно остановимся лишь на роли двух этих компонентов и на режиме работы, предварительно рассмотрев вкратце анодный и катодный процессы.

Анодные и катодные процессы. В растворах сернокислой меди медные аноды по преимуществу растворяются с образованием двухвалентных ионов, которые на катоде разряжаются, и осаждается металлическая медь. Однако наряду с этими превалирующими процессами происходят и другие процессы, нарушающие нормальную работу. Возможно также анодное растворение с образованием одновалентных ионов, правда, в весьма незначительной степени, что следует из значений нормальных потенциалов меди: Cu/Cu+=+0,51 В: Cu/Cu₂+=+0,33 В; Cu+/Cu₂+=+0,15 В.

В электролите, омывающем металлическую медь, идет также химически обратимый процесс: Cu + Cu₂+ ↔ 2Cu+.

При нормальной температуре константа равновесия этой реакции

и соответствующая ей концентрация Cu+ невелика (в 1 л раствора 1-н. по кислоте и 2-н. по окисной меди содержится лишь 3,4·10 -4 г-атома меди в виде закисной соли). При повышении температуры концентрация Cu+ увеличивается.

Накопление в растворе Cu+ в большем количестве, чем соответствует равновесной системе, приводит к выпадению металлической губчатой меди, т. е. реакция течет влево. Кроме того, окисление сернокислой соли закиси меди может протекать за счет кислорода воздуха и серной кислоты, особенно при применении воздушного перемешивания:
Cu₂SO₄ + 1/2O₂ + H₂SO₄ → 2CuSO₄ + H₂O.

Следовательно, кислотность ванны имеет тенденцию к уменьшению. Наконец, закисная соль легко подвергается гидролизу с выпадением закиси меди:
Cu₂SO₄ + H₂O → Cu₂O + H₂SO₄.

Из этой реакции следует, что электролиз меди нельзя вести в нейтральном растворе. Сернокислая соль окиси меди также подвержена гидролизу. Так, в 2-н. растворе, CuSO₄ для предотвращения гидролиза кислотность должна быть не ниже 0,01-н. при комнатной температуре и 0,1-н. при 100° С.

На катоде, как указано выше, процесс преимущественно заключается в разряде двухвалентных ионов меди, но возможно также частичное восстановление их до одновалентных ионов; кроме того, на катоде может происходить разряд имеющихся в растворе одновалентных ионов меди. Таким образом, схематически катодный процесс можно изобразить следующим образом;
Cu₂+ + 2е → Cu,
Cu₂+ + е → Cu+,
Cu+ + e → Cu.

Направление и удельный вес каждой из описанных выше реакций в значительной степени зависят от условий электролиза — от состава электролита и режима (плотность тока, температура, перемешивание), так как эти факторы в известной мере влияют на величину анодной и катодной поляризации. Вообще говоря, поляризация в сернокислых медных электролитах незначительна и в зависимости от изменения концентрации основных компонентов и режима электролиза колеблется в пределах тысячных или сотых долей вольта.

Компоненты и их назначение. Как указывалось выше, сернокислые медные электролиты состоят в простейшем случае из сернокислой меди и серной кислоты. Этот электролит в меньшей степени чувствителен к загрязнениям, чем цинковый или никелевый. Потенциал меди значительно благороднее потенциала цинка, железа и никеля, так что эти примеси могут присутствовать в значительных количествах, не вызывая осложнений. Примеси, которые могут оказать вредное влияние на процесс осаждения меди (мышьяк и сурьма), обычно присутствуют в незначительных количествах, так как медный купорос получают как побочный продукт при электролитическом рафинировании меди, где эти примеси не могут быть допущены в заметных количествах. Это, понятно, не означает, что медные сернокислые электролиты могут быть приготовлены из загрязненных солей или что можно вообще не обращать внимания на возможность попадания примесей. Общее правило о необходимости в любом гальванотехническом процессе стремиться к максимальной чистоте растворов применимо, конечно, и к медным электролитам. Мы лишь обращаем внимание на то обстоятельство, что при неполадках в работе сернокислого медного электролита надо в последнюю очередь искать причину в появлении каких-либо ионов других металлов в растворе.

Концентрация сернокислой меди в растворе не может быть выбрана произвольно, так как растворимость ее зависит от содержания серной кислоты в электролите: с повышением концентрации серной кислоты от 1 до 3,5-н. растворимость сульфата меди снижается от 2,6 до 1,7-н.

Принятая кислотность для медных электролитов лежит в пределах 50—70 г/л H₂SO₄, а концентрация меди в растворе при 25° С не может превышать 285—304 г/л CuSO₄·5H₂O. Правда, с повышением температуры растворимость медной соли увеличивается, но необходимо при этом учесть неудобства работы с насыщенными растворами. Во время перерывов в работе ванны, когда температура окружающего воздуха ниже рабочей температуры ванны, начинает выкристаллизовываться медный купорос. Кроме того, в растворах, близких к состоянию насыщения, сернокислая медь кристаллизуется на анодах выше уровня электролита.

Низкие концентрации меди неприемлемы, так как они позволяют применять весьма ограниченную плотность тока. Например, при средней скорости перемешивания верхний предел плотности тока для 1-н. раствора CuSO+, лежит при 7 А/дм 2 , для 0,25-н. при 1 А/дм 2 . Поэтому практически применяют концентрацию сернокислой меди в пределах от 150 до 250 г/л.

Серная кислота в медном электролите может служить примером, как один компонент совмещает в себе целый ряд весьма ценных свойств, столь необходимых для успешного проведения гальваностегического процесса. Она вызывает уменьшение омического сопротивления электролита, и активной концентрации ионов осаждающегося металла (что способствует образованию более мелкозернистой структуры), а также предотвращает гидролиз сернокислой закиси меди, который сопровождается образованием рыхлого осадка закиси меди. Влияние серной кислоты на электропроводность сернокислых медных электролитов подтверждается данными, приведенными в табл. 36.

Аналогичная зависимость наблюдается и при других температурах.

Как видно, сама сернокислая медь является плохим проводником тока и с повышением температуры электропроводность ее увеличивается незначительно. Прибавление серной кислоты к раствору сернокислой меди существенно влияет на повышение электропроводности; одновременное повышение температуры также способствует повышению электропроводности.

В нейтральных или слабокислых растворах сернокислой меди омическое сопротивление настолько высоко, что обычно применяемые в гальванотехнике низковольтные источники тока не позволяют поднять плотность тока до 5—10 А/дм 2 . Таким образом, помимо значительного снижения расхода электроэнергии, присутствующая в электролите свободная серная кислота дает возможность применять более высокие плотности тока.

В медных сернокислых ваннах в присутствии больших количеств свободной кислоты не приходится опасаться выделения водорода (и связанного с этим уменьшения выхода по току), разряд последнего возможен только тогда, когда концентрация ионов меди в катодном слое чрезвычайно мала.

Необходимо учесть, что растворимость сернокислой меди падает с увеличением кислотности, поэтому выбирают не ту кислотность, которая соответствует максимальной электропроводности, а значительно меньшую. Так как при перемешивании концентрация ионов металла в катодном слое всегда больше, чем в покоящемся электролите, то ясно, что при перемешивании может быть допущена более высокая кислотность. Чем интенсивнее перемешивание, тем большая кислотность может быть допущена. При интенсивном воздушном перемешивании применяют концентрацию кислоты 75 г/л и медной соли 250 г/л.

Повышенная кислотность оказывает благоприятное влияние также на структуру осадка. Считают, что чем выше кислотность электролита, тем выше предел плотности тока, при которой получаются мелкокристаллические осадки.

Имеющаяся в медном электролите в некоторых количествах сернокислая соль закиси меди в нейтральном растворе или при недостатке кислоты легко гидролизуется, причем образующаяся при этом кристаллическая закись меди может случайно осесть на катодной поверхности или механически быть на нее перенесенной. На осевших рыхлых кристаллах закиси меди продолжается дальнейшее осаждение меди за счет главного, превалирующего процесса разряда двухвалентных ионов меди, и катодный осадок получается неплотным, рыхлым.

Таким образом, с точки зрения получения плотного гладкого осадка присутствие серной кислоты в медном электролите оказывает благоприятное влияние.

Выше было указано, что коллоиды или другие органические соединения сравнительно редко применяют в меднокислых электролитах. Благоприятное действие этих добавок сказывается в том, что они благодаря повышению катодного потенциала, уменьшают размер зерен и предупреждают образование наростов на краях или выступах. Часто присутствие некоторых органических соединений в медном электролите вызывает явление хрупкости, связанной, по-видимому, с включением этих добавок в электролитический осадок.

Декстрин оказывает благоприятное влияние, когда он присутствует в количестве, не превышающем 1 г/л. Наилучшими добавками в медных электролитах являются фенол или его сульфосоединения в количестве 1 — 10 г/л.

Для получения блестящих медных покрытий непосредственно из электролита в последнее время предложено вводить блескообразователи и выравнивающие добавки. Их точный состав пока не установлен.

К анодам в кислых электролитах не предъявляют высоких требований. Надо заботиться главным образом о том, чтобы аноды растворялись с минимальным количеством шлама. Катаные аноды более пригодны, чем электролитные и литые.

Электролитная медь, когда она получена при низкой плотности тока, часто бывает крупнокристаллической и в процессе анодного растворения в гальванических ваннах нарушается связь между отдельными кристаллами; последние, находясь в электролите во взвешенном состоянии, механически переносятся к катоду. Литые аноды обычно содержат значительные количества закиси меди, которая наряду с другими присутствующими примесями, особенно при медленном охлаждении, распределяется по границам кристаллов. Это явление в значительной степени устраняется при горячей прокатке анодов.

Повышенная температура в медных ваннах при прочих постоянных условиях делает осадок более крупнокристаллическим. Тем не менее при высоких плотностях тока приходится работать с повышенной температурой, поскольку она позволяет поддерживать большую кислотность. Поддерживая большую кислотность, мы можем при более высокой температуре и плотности тока получать такую же структуру, как при более низких температурах и соответственно низких плотностях тока. Практически для повышения плотности тока температуру поддерживают около 35—40° С. Таким образом, учитывая особенности сернокислых медных электролитов, можно указать следующие условия их работы и состав.

1. Ванны, работающие при плотности тока 3—5 А/дм 2 и интенсивном перемешивании, должны иметь следующий состав, г/л: 250 CuSO₄·5H₂O, 75 H₂SO₄.

При меднении изделий правильной формы и интенсивном перемешивании плотность тока может быть повышена до 30 А/дм 2 и выше.

2. Состав ванны, работающей без перемешивания при плотности тока 1—2 А/дм 2 , г/л: 200 CuSO₄·5H₂O, 50 H₂SO₄.

Помимо общих условий, которые должны быть соблюдены во всяком гальваностегическом процессе (надлежащая подготовка поверхности), необходимо заботиться о физической чистоте медного электролита, защищать катодную поверхность от взвешенного шлама или других загрязнений. Так как в перемешивающемся электролите шлам находится во взмученном состоянии, то необходимо осуществлять непрерывную фильтрацию раствора.

Причиной грубого, шероховатого осадка чаще всего являются взвешенные частицы. Грубый осадок может получаться также при недостатке кислоты в ванне, поэтому приходится периодически определять кислотность в работающей ванне и поддерживать ее на более или менее постоянном уровне. При недостатке кислоты цвет осадка становится темным из-за наличия закиси меди; осадок при этом становится грубым.

Анодный выход по току несколько больше катодного, в связи с чем в электролите наблюдается увеличение концентрации меди и уменьшение концентрации кислоты.