Меднение

Гальванически осажденные медные покрытия весь­ма украшают изделия, особенно при использовании ванн с блескообразоаателями. Под воздействием ат­мосферы медь легко реагирует с влагой и углекислотой воздуха, теряет блеск и покрывается темным на­летом.

Медь интенсивно растворяется в азотной кислоте, медленнее — в хромовой, значительно слабее — в сер­ной и почти не реагирует с соляной кислотой.

Благодаря своей пластичности и свойству легко полироваться медь широко применяется в многослой­ных защитно-декоративных покрытиях типа медь-никель-хром в качестве промежуточной прослойки. Как самостоятельное покрытие медь применяется для ме­стной защиты стальных деталей от цементации и про­чих диффузионных процессов. Медные покрытия за­щищают сталь от коррозии только в том случае, если они беспористые. Если в медном покрытии существуют поры, достигающие подложки, то при доступе влаги образуются коррозионные пары, в которых раст­воримым электродом является стальная подложка, в результате чего появляются язвы под покрытием, при­водящие к потере сцепления.

Очень хорошая электропроводность меди широко используется в электротехнике и, электронике. Приме­ром этого служат волноводы и печатные платы. Доволь­но распространено также электролитическое изготов­ление медных форм для производства изделий из пла­стмасс.

Большое значение толстослойные медные покры­тия имеют в гальванопластике для снятия металличес­ких копий с художественных изделий, а также для галь­ванического формования медных деталей сложного профиля.

Медь и медные покрытия можно химически и элек­трохимически окрашивать в разные цвета, что исполь­зуется при отделке ювелирных и галантерейных из­делий.

Развитие гальванической металлизации пластмасс увеличило заинтересованность медными покрытиями как в виде тонких проводимых слоев, получаемых без использования электрического тока методом восста­новления, так и в виде толстых электролитических по­крытий, образующих первый слой при наложении мно­гослойных покрытий.

Основные виды электролитов для электролитиче­ского меднения — щелочные и кислые. К щелочным относятся цианистые, железистосинеродистые и пиро- фосфатные электролиты. Достоинствами щелочных и, в частности, цианистых электролитов являются высо­кая рассеивающая способность (более 60%), мелко- кристалличность покрытий и возможность непосред­ственного осаждения меди на сталь.

Таблица 5.1. Составы сульфатных электролитов меднения

Компоненты, г/л	Номер раствора
	1	2	3	4
Сернокислая медь	160-230	200	250	200-250
Серная кислота, конц.	60-78	50	20	40-60
Тиомочевина	-	0,44	-	-
Хлористый натрий, мг/л	-	-		30-60
Хромовый ангццрцц	-	-	2	-
Блескообразующая добавка
«ЛТИ», мг/л	-	-	-	4-5
Рабочая температура, °С	20	20	10-25	20-30
Плотность тока, А/дм2	2-6	Менее 7	5	2-3

Из кислых электролитов наиболее широко приме­няемыми являются сульфатный и фторборатный. Они характеризуются простотой состава, устойчивостью в эксплуатации, но обладают низкой рассеивающей спо­собностью и невозможностью непосредственного мед­нения стали вследствие выпадения контактной меди. В табл. 5.1 приведены составы сульфатных электро­литов.

Раствор 1 предназначен для матового меднения, рекомендуется перемешивание электролита. Выход по току 95-98 %.

Раствор 2 предназначен для блестяще­го меднения, перемешивание не нужно.

Раствор 3 пред­назначен для быстрого меднения, рекомендуется перемешивание.

Раствор 4 предназначен для получе­ния гладких и блестящих покрытий и содержит вырав­нивающую и блескообразующую добавку. Осажденная в этом электролите медь обладает высокой пластич­ностью и низкими внутренними напряжениями. При ее применении требуются химическая чистота компо­нентов, входящих в состав электролита, и наличие хлористого натрия, вводимого в дистиллированную воду, на которой составляется электролит. При пере­мешивании плотность тока в этом электролите можно увеличить до 3-4 А/дм².

С целью интенсификации процессов меднения применяют борфтористоводородные электролиты. Состав электролита следующий г/л:

фторборат меди — 35-40 (в пересчете на металл — 9-10),

борная кис­лота — 15-20,

борфтористоводородная кислота (сво­бодная) — 15-18.

Рабочая температура 20-30 °С, рН = 1, плотность тока — до 10 А/дм², выход по току — 99-100%.

Электролит перемешивают сжатым воздухом или механической мешалкой. Аноды медные. Корректиров­ку электролита производят углекислой медью и бор­фтористоводородной кислотой.

Несмотря на токсичность, цианидные ванны широ­ко применяются для непосредственного меднения ста­ли и цинковых сплавов. Кроме того, эти ванны отлича­ются хорошей кроющей способностью. С точки зрения катодного выхода по току цианидные ванны уступают кислым, однако из-за большого значения электрохи­мического эквивалента — 2,371 г/(А-ч) — медь осаж­дается очень быстро, тем более, что в растворах с большой концентрацией меди допускается большая плотность тока.

Широко используется следующий простой электро­лит, состоящий из двух компонентов, г/л:

комплексная цианистая соль (цианистая медь) — 40-50 (или в пересчете на металлическую медь — 18- 22);

цианистый натрий свободный — 10-20.

Рабочая температура 15-25 °С, плотность тока 0,5-1 А/дм², выход по току 50-70%.

При наличии цианистой меди составление данного двухкомпонентного электролита весьма несложно и заключается в постепенном введении расчетного ко­личества цианистой меди в концентрированный ра­створ цианистого натрия или калия при подогревании до 60-70 °С и перемешивании. После образования раствора комплексной соли меди его анализируют на содержание свободного цианистого натрия, корректи­руют по мере необходимости, после чего разбавляют электролит водой до рабочего уровня ванны и присту­пают к эксплуатации без какой-либо предварительной проработки.

Другие цианистые электролиты отличаются лишь различными добавками, ускоряющими в какой-то мере процесс осаждения, либо улучшающими внешний вид покрытий. К ним относится, например, сегнетова соль (калий-натрий виннокислый), которая вводится в количестве 50-70 г/л для растворения пассивной пленки на анодах.

К электролитам, которые призваны наиболее пол­но заменить токсичные цианистые, следует отнести железистосинеродистый электролит, составленный на основе железистосинеродистого калия и сегнетовой соли.

Состав раствора следующий, г/л: медь (в пересче­те на металл) — 20-25, железистосинеродистый ка­лий —180-220, сегнетова соль — 90-110, едкое кали -8-10.

Рабочая температура 50-60 °С, плотность тока 1,5- 2 А/дм², выход по току - 50-60 %.

Способ составления электролита заключается в при­готовлении соли Шевреля (CuSO₃- Cu₂SO₃ 2Н₂O) путем обработки горячего раствора медного купороса подогре­тым же раствором сульфита натрия до обесцвечивания. При этом выпадает кирпично-красный осадок соли Шев­реля, после чего дают раствору отстояться, декантиру­ют его. Осадок несколько раз промывают, а затем к де­кантированному осадку соли приливают 50%-ный ра­створ железистосинеродистого калия, подщелачивая полученную массу 10%-ным раствором едкого кали до рН = 11-12.

Едкое кали вводят в указанную массу в ко­личестве 30 г/л и кипятят все вместе 3,5-4 ч. Коричне­вый осадок, состоящий из Fe(OH)₃, анализируют на от­сутствие меди и удаляют фильтрованием, а в раствор вводят сегнетову соль как депассиватор медных ано­дов. После этого электролит заливают водой до рабо­чего уровня и приступают к работе. Несмотря на высо­кую рассеивающую способность электролита, широко­му его применению мешает некоторое количество циа­нистых комплексных солей, образующихся во время эксплуатации электролита.

Пирофосфатный электролит имеет ограниченное применение. Его состав следующий, г/л:

медный купо­рос — 30-50,

натрий пирофосфорнокислый — 120-180,

натрий кислый фосфорнокислый — 70-100.

Рабочая температура 20-30 °С, рН = 7,5-8,9, плот­ность тока 0,3-0,4 А/дм², выход по току — 70-80 %, скорость осаждения меди — 3-4 мкм/ч. Механическое перемешивание электролита позволяет повысить ра­бочую плотность тока до 1 А/дм².

При составлении электролита каждый из его компонентов растворяют отдельно в горячей воде и затем сливают вместе в рабочую ванну с доведением водой до заданного уровня. Готовый электролит имеет темно-синий цвет и содержит комплексные ионы двух­валентной меди. Рассеивающая способность его су­щественно ниже, чем у цианистых электролитов. Кро­ме того, при меднении стальных деталей их следует завешивать под током во избежание выпадения кон­тактной меди. Для удовлетворительной работы с этим электролитом весьма важно поддерживать значение показателя рН в заданных пределах.