Теоретические основы процесса меднения - Серебрение алюминиевых деталей
Медные покрытия обычно не применяются как самостоятельные электролитические покрытия ни для защиты стальных деталей от коррозии, ни для декоративной цели вследствие своих химических и электрохимических свойств. Медь в атмосферных условиях быстро окисляется, образуя на поверхности окислы и основные соли.
По электрохимическим свойствам медь по отношению к железу является катодным покрытием и потому не может защитить железо от коррозии. Вследствие этого медные покрытия рекомендуется использовать в качестве подслоя при никелировании и хромировании, что очень важно для экономии дорогого и дефицитного никеля.
Как самостоятельное покрытие медь применяется при углеродистой цементации железа, защищая отдельные участки деталей, не подлежащие цементации. Кроме того, медь широко используется в гальванопластическом производстве.
Электролиты меднения делятся на два основных типа: кислые и щелочные. К кислым электролитам относятся сернокислые, фторборатные, кремнефторидные и сульфаминовые. В кислых электролитах медь присутствует в растворе в форме ионов двухвалентной меди и процесс разряда их на катоде выглядит следующим образом:
Сu2+ + 2з > Сu (6)
Благодаря тому, что стандартный потенциал меди электроположительный (В), водород на катоде не выделяется и выход по току практически близок к 100 %. К щелочным электролитам относятся цианидные, пирофосфатные и железистосинеродистые.
Наиболее широкое использование из кислых электролитов в промышленности имеют сернокислые электролиты, которые дешевы, просты по составу, устойчивы при работе и допускают высокие плотности тока. Недостатками кислых электролитов являются их незначительная рассеивающая способность, невозможность непосредственного покрытия в них железа, цинка и их сплавов вследствие контактного выделения меди.
В момент погружения стальных деталей в электролит железо вытесняет медь из раствора по реакции
Fe + CuSO4 > FeSO4 + Cu (7)
Выделяющаяся на поверхности стали контактная медь непрочно связана с основой, поэтому при последующем электролизе образуется медное покрытие, легко отслаивающееся от основы.
Рассмотрим обычно применяемый сульфатный медный электролит следующего состава (г/л):
Медный купорос (кристаллогидрат) 200 - 250
Серная кислота 60 - 75
Блескообразующая добавка 0,1 - 1
Более высокое содержание меди в электролите не рекомендуется, так как при более высокой концентрации медного купороса он может выпадать в виде кристаллов в осадок, выделяясь в первую очередь на анодах, которые перестают растворяться. Серная кислота добавляется для повышения электропроводности электролита и способствует образованию более мелкокристаллических осадков.
В качестве блескообразующих добавок используются различные органические соединения. Процесс осуществляют при 20 - 50°С. Катодная плотность тока 2 - 5 А/дм2 и выход по току 95 - 98 %. Плотность тока можно увеличить до 10 - 20 А/дм2 при перемешивании электролита (воздушном или механическом).
Из примесей больше всего присутствует в электролите железо, накапливающееся за счет стальных деталей, упавших на дно ванны. Допустимая концентрация железа в электролите составляет не более 20 г/л. Присутствие в электролите никеля и цинка на ход процесса меднения и на качество покрытия вредного влияния не оказывает.
Аноды для меднения изготавливают из чистой рафинированной меди (99,9 %), которая содержит не более 0,1 % примесей. Промышленность выпускает холоднокатанные и горячекатанные аноды из меди марок М1 и АМФ в форме пластин толщиной соответственно 2-10 и 5-15 мм, шириной до 500 и длиной до 2000 мм.
При использовании блескообразующих добавок рекомендуют применять фосфорсодержащую медь марки АМФ, которая в виде кусков размером 25Ч25Ч10 мм загружается в титановые перфорированные корзины с чехлами из полипропиленовой ткани.
Для ускоренного меднения рекомендуется фторборатный электролит следующего состава (г/л) и режима работы:
Фторборат меди 220 - 230
Борная кислота 15 - 16
Борфтористоводородная кислота 2 - 3
РН 1,2 - 1,7
Температура,°С 60 - 70
Плотность тока, А/дм2 25 - 50
Выход по току, % 98 - 100
Основным недостатком этого электролита является невозможность непосредственного меднения стальных деталей. Фторборатные электролиты имеют высокую устойчивость раствора, большую растворимость соли и дают возможность проводить процесс при высоких плотностях тока (до 30 - 35 А/дм2). Широкого применения фторборатные электролиты не получили из-за их высокой стоимости.
При приготовлении фторборатного электролита сначала приготавливают свежеосажденный гидрат окиси меди приливанием разбавленного раствора каустической соды к расчетному количеству растворенного медного купороса, не допуская перегревания осадка и перехода его в черную окись меди. Полученный осадок декантируют, промывают для удаления избытка щелочи и растворяют в ранее приготовленной борфтористоводородной кислоте. Эта реакция идет по следующему уравнению:
Cu (ОН) 2 + 2НВF4 > Cu (ВF4) 2 + 2Н2O (8)
Полученный раствор фторбората меди подкисляют раствором до требуемого значения рН и добавляют борную кислоту для предотвращения гидролиза. Полученный электролит доливают по расчету водой и не прорабатывают.
Аналогичны фторборатным электролитам по своим свойствам кремнефторидные электролиты со следующим составом (г/л) и режимом электролиза:
Кремнефторид меди 250 - 300
Кремнефтористоводородная кислота 10 - 15
Температура,°С 15 - 60
Катодная плотность тока, А/дм2 8 - 10
Катодная плотность тока может быть увеличена за счет перемешивания и увеличения температуры.
Несмотря на токсичность и недостаточную устойчивость цианидные электролиты довольно широко применяются в промышленности благодаря следующим преимуществам: мелкокристаллической структуре осадков, беспористости, прекрасному сцеплению со стальной основой, хорошей рассеивающей способности.
В цианидном электролите медь осаждается на катоде из одновалентных ионов, следовательно, при 100 % - ном выходе по току ее должно выделяться вдвое больше, чем в сульфатном электролите при прохождении одного и того же количества электричества. Однако выход по току в этом электролите не 100 % - ный и, наряду с медью, на катоде выделяется водород.
Таким образом, на катоде протекают две реакции:
Cu+ + з > Cu (9) 2H+ + 2з > H2 (10)
Главной составной частью медных цианидных электролитов является комплексная медно-натриевая цианистая соль, получаемая растворением цианида меди в цианиде натрия по реакции
CuCN + 2NaCN > Na2Cu (CN) 3 (11)
В соответствии с указанным уравнением следует, что на 1 г цианистой меди необходимо ввести 0,55 г цианида натрия, причем для обеспечения нормального электролиза в ванне должен быть небольшой избыток цианида натрия (большой избыток приводит к падению выхода по току). В электролите присутствует еще карбонат натрия, который накапливается при взаимодействии цианидов с углекислым газом воздуха. Именно поэтому не следует значительно повышать температуру и производить воздушное перемешивание в цианидном электролите меднения.
В медные цианидные электролиты рекомендуется вводить активаторы (сегнетову соль или роданид калия), обеспечивающие нормальное растворение анодов и позволяющие доводить до минимума концентрацию свободного цианида. В результате взаимодействия цианида натрия с углекислотой воздуха образуется ядовитая синильная кислота:
2NaCN + H2O + CO2 > Na2CO3 + 2HCN (12)
Синильная кислота очень неустойчива и разлагается при взаимодействии с водой с образованием муравьиной кислоты и аммиака:
НСN + 2Н2О > НСООН + NН3 (13)
Однако в присутствии значительного количества гидроксида натрия синильная кислота не образуется:
2NаСN + 2Н2О + 2NаОН + O2 > 2Nа2СO3 + 2NH3 (14)
По этой причине следует поддерживать в ванне достаточно высокую концентрацию гидроксида натрия и периодически корректировать содержание цианида натрия. На ваннах, во избежание отравления, должна быть мощная бортовая вентиляция. Вместо цианида натрия можно использовать цианид калия.
Наиболее простой медный цианидный электролит имеет состав (г/л):
Цианид меди 50 - 90
Цианид натрия 10 - 20
Углекислый натрий 20 - 30
Процесс осуществляют на холоде при катодной плотности тока 2 - 3 А/дм2, выход по току 70 - 85%. Аноды должны быть из чистой электролитной меди. Во всех цианидных электролитах рекомендуется поддерживать отношение площадей анодной поверхности к катодной, равное 2: 1 во избежание пассивирования, особенно при низкой температуре, высокой плотности тока и малом содержании свободного цианида.
Вместо цианидных электролитов меднения иногда используются пирофосфатные электролиты, обладающие высокой рассеивающей способностью.
При взаимодействии сернокислой меди с пирофосфатом натрия образуется сложная комплексная соль.
2CuSО4 + Nа4Р2О7 > Сu2Р2О7 + 2Nа2SО4 (15)
Cu2Р2О7 + 3Nа4Р2О7 > 2Na6 [Сu (Р2О7) 2] (16)
Состав (г/л) и режим работы электролита:
Пирофосфорнокислый натрий (кристаллогидрат) 110
Фосфорнокислый натрий 95
Сернокислый магний 35
РН 8 - 9
Катодная плотность тока, А/дм2 0,5 - 0,6
Температура,°С 18 - 25
Выход по току, % 98
При перемешивании и нагреве электролита до 50 - 60°С можно повысить плотность тока до 1,5 - 2,0 А/дм2.
Медные аноды в пирофосфатном электролите склонны к пассивированию и тем в большей степени, чем меньше свободного пирофосфата, ниже температура электролита и больше анодная плотность тока.
Пирофосфатные электролиты нетоксичны, но применение их ограничено благодаря высокой стоимости солей и контактному выделению меди на поверхности стальных деталей.
Похожие статьи
-
Теоретические основы процесса серебрения Серебрение применяется для защитно-декоративных целей (ювелирные изделия, столовые приборы, музыкальные...
-
Характеристика обрабатываемых деталей. Обоснование вида и толщины покрытий Серебро широко применяется в гальванотехнике. Серебро - ковкий, пластичный...
-
Введение - Серебрение алюминиевых деталей
Металлические покрытия с каждым годом находят все более широкое и разностороннее применение в промышленности. Это связано с изменением условий...
-
Сплав Д1 - относится к числу дюралюминов. Такой вид сплавов обладает достаточно высокой прочностью, пластичностью и относится к числу нормальных...
-
Таблица 4 - Режимы термообработки Операция T, °С Охлаждающая среда HRC Цементация 930 Охлаждение медленное в колодцах или ящиках Закалка 820 - 840...
-
Физический способ состоит в термическом испарении и конденсации под специальным колпаком в вакууме наносимого вещества или его катодном распылении на...
-
Для разработки процесса изготовления какой-либо оптической детали необходимо иметь чертеж оптической детали, содержащий все требования к детали, чертеж...
-
Производственный процесс -- понятие более широкое, включающее в себя кроме технологического процесса все другие вспомогательные процессы, подготовку...
-
Резьбовые цоколи являются наиболее массовым типом цоколей для ламп накаливания общего назначения. Корпус резьбового цоколя чаще всего изготавливают из...
-
Наименование детали - фланец. Назначение детали - деталь служит для образования разъемных соединений труб. Обозначение материала детали - сталь 45 ГОСТ...
-
Маршрутная технология процесса изготовления деталей - Ремонт токарного станка
Выбор заготовки: при выборе заготовки для механической обработки заменяемой детали нужно учитывать технические требования, предъявляемые к детали....
-
Получение сульфата аммония основано на поглощении аммиака из коксового газа раствором серной кислоты и протекании реакции нейтрализации....
-
Электролитическое хромирование. - Гальванические покрытия
Хромирование подразделяют на коррозионностойкое, износоустойчивое, пористое и декоративное. Различают три группы деталей, наращиваемых хромом,...
-
Общая характеристика металлов - Металлические сплавы как основа конструкционных материалов
Физические свойства металлов и сплавов 1) Пластичность - способность изменять форму при ударе, вытягиваться в проволоку, прокатываться в тонкие листы. В...
-
Составы паст для серебрения. - Технологические советы
* В 300 мл теплой воды растворяют 2 г ляпис-карандаша (продается в аптеках, представляет собой смесь азотнокислого серебра и аминокислотного калия,...
-
Резьбовые цоколи являются наиболее массовым типом цоколей для ламп накаливания общего назначения. Корпус резьбового цоколя чаще всего изготавливают из...
-
Агрегат электролитического лужения (линия лужения) АЭЛ-1200/III предназначен для нанесения на поверхность стальной холоднокатаной полосы олова...
-
Т. к. партия изготовляемых деталей составляет 400шт. Производство не крупносерийное; материал детали не литейная сталь, в исключительных случаях...
-
РАСШИФРОВКА МАРКИ СТАЛИ - Разработка технологического процесса термической обработки детали
Сталь марки 18Х2Н4ВА : хромоникелевая конструкционная легированная сталь с содержанием углерода 0,18%, до 2% хрома, 4 % никеля и 1% ванадия....
-
Для анализа кристаллизационного процесса был выполнен ДТА сплавов системы Al - Si с содержанием Si: 0.25, 0.5, 1.0, 3.0 и 5.0 %. Основные параметры...
-
Сплавы на основе системы алюминий - кремний Сплавы Al - Si являются наиболее распространенными литейными алюминиевыми сплавами. Это связано с хорошим...
-
Классификация детали по схеме класс - подкласс - группа - тип Для правильного решения задач ориентирования существенное значение имеет классификация...
-
Производство стали - Разработка технологического процесса изготовления детали "зубчатое колесо"
Сущность процесса Основными материалами для производства стали являются передельный чугун и стальной лом (скрап). Содержание углерода и примесей в стали...
-
Проверяем пригодность роликоподшипников конических однорядных по ГОСТ 333-79, условное обозначение - 7202. Проверим пригодность подшипника по [8;c.103]:...
-
Физико-химические основы переработки пластмасс - Изготовление деталей из пластмасс
В основе процессов переработки пластмасс находятся физические и физико-химические процессы структурообразования и формования: 1) нагревание, плавление,...
-
К специальной обработке оптических деталей относятся следующие операции: 1) нанесение просветляющих пленок с целью уменьшения количества отраженного...
-
При конструировании, изготовлении и сборке оптических деталей большое значение имеют базовые поверхности или сокращенно базы. Базами называют...
-
Схема размещения технологического оборудования - это расположение технологического оборудования и рабочих мест на производственной площади. В курсовом...
-
Маршрутная технология процесса восстановления деталей - Ремонт токарного станка
Разработка технологического процесса восстановления изношенной детали состоит из следующих этапов: 1) изучение исходных данных. 2) выбор базовых...
-
Мороженое обладает высокой пищевой ценностью. Оно содержит молочный жир, белки, углеводы, минеральные вещества и витамины, легко усваивается организмом....
-
Запрессовка детали специальными прессами - Характеристика рабочих процессов газотурбинной установки
Осуществление прессовых посадок основано на запрессовке сопрягаемых поверхностей деталей при одинаковой температуре для обеих деталей, либо при...
-
Место и роль планирования в управлении производством на предприятиях АПК Агропромышленный комплекс России - один из наиболее крупных и важных секторов...
-
Электролитическое железнение - Гальванические покрытия
При железнении, как и при других электролитических процессах, состав и свойства осажденного металла зависят от состава электролита и режимов наращивания....
-
Борокобальтирование - Технологические советы
Использование данного химического процесса позволяет получить пленку особо, большой твердости. Ее используют для ремонта пар трения, где требуется...
-
1. Постройте с применением правила фаз кривую нагревания для алюминия Рисунок 1 - Кривая нагревания алюминия Фаза б - первичный твердый раствор,...
-
Характеристика способов горячего формования - Изготовление деталей из пластмасс
Литье под давлением применяют для изготовления деталей из термо - и реактопластов. При литье под давлением (рис.16) материал в гранулированном или...
-
Конструкционные материалы - Металлические сплавы как основа конструкционных материалов
Конструкционные материалы, материалы, из которых изготовляются детали конструкций (машин и сооружений), воспринимающих силовую нагрузку. Определяющими...
-
Серебрение - Технологические советы
Серебрение металлических поверхностей, пожалуй, самый популярный процесс среди умельцев, который они применяют в своей деятельности. Можно привести...
-
Сплавы алюминия - Особенности выплавки алюминиевых сплавов
Прочность чистого алюминия не удовлетворяет современные промышленные нужды, поэтому для изготовления любых изделий, предназначенных для промышленности,...
-
Получение - Особенности выплавки алюминиевых сплавов
В природе аллюминий находится в виде алюминиевых руд: бокситов, нефелинов, алунитов и каолинов. Важнейшей рудой, на которой базируется большая часть...
Теоретические основы процесса меднения - Серебрение алюминиевых деталей