Поиск

Реклама


Характеристика электролитов и теория осаждения меди

Для электроосаждения меди в настоящее время разработано большое количество электролитов. Все они по своему составу и особенностям осаждения делятся на две основные группы: щелочные и кислые.

Группу щелочных электролитов возглавляют цианистые электролиты, являющиеся непревзойденными по качеству получаемых покрытий. Остальные щелочные электролиты: железистосинеродистые, пирофосфатные и другие являются лишь неравноценными заменителями цианистых и пока не могут их вытеснить. Старейшим и наиболее широко применяемым кислым электролитом является сернокислый. Кроме него разработаны борфтористоводородный, кремнефтористоводородный и сульфаминовый электролиты меднения, но они имеют ограниченное применение и, видимо, не смогут заменить сернокислый. Сравнивая два основных электролита: цианистый и сернокислый— необходимо отметить следующие их различия.

1. Осаждение меди в цианистых электролитах происходит из комплексных медноцианистых солей калия или натрия, а в сернокислом электролите из простой соли сернокислой меди.

2. Комплексная медноцианистая соль диссоциирует с образованием катионов натрия или калия, а в качестве аниона образуется медноцианистый комплекс. Поэтому в цианистом электролите концентрация свободных ионов меди настолько мала, что практически не учитывается. Это позволяет завешивать стальные детали в ванну без тока, не опасаясь выпадения контактной меди на поверхности деталей. В сернокислом электролите диссоциация сернокислой меди происходит с образованием катионов меди, причем степень диссоциации весьма высока. Поэтому непосредственное меднение стальных деталей в сернокислом электролите невозможно вследствие выпадения рыхлого осадка контактной меди, не имеющего прочной связи со сталью.

3. В цианистом электролите медь одновалентна и ее электрохимический эквивалент равен 2,372 г/(Ач), а в кислом — двухвалентна и ее электрохимический эквивалент равен 1,186 г/(Ач). Следовательно, теоретически при равных значениях плотности тока скорость осаждения меди в цианистом электролите вдвое больше, чем в кислом.

4.  При осаждении  из комплексных цианистых солей покрытия имеют более мелкокристаллическую структуру, чем при получении из сернокислого электролита.

5. Рассеивающая способность цианистых электролитов намного выше чем кислых. Следовательно, меднить поверхности сложного профиля в цианистом электролите гораздо проще и покрытие получается более равномерным, чем при покрытии в кислом.

6. При длительной эксплуатации цианистые электролиты требуют частой корректировки, особенно по содержанию свободного цианистого натрия. Сернокислый электролит, состоящий лишь из сернокислой меди и серной кислоты, весьма устойчив в эксплуатации и позволяет широкие колебания концентрации компонентов.

7. Катодный выход по току в медных цианистых электролитах составляет обычно около 60%; у сернокислого электролита эта величина близка к 100%.

8. Обычно применяемые цианистые электролиты ограничены низкими плотностями тока, лежащими в пределах 0,5—1,0 А/дм2, причем катодный выход по току в них низок и не превышает 60—70%. Сернокислый электролит при перемешивании позволяет применять плотности тока до 6—7 А/дм2, а при движении деталей и выше с выходом по току близким к 100%: например, при непрерывном меднении стальной проволоки плотности тока доходят до 100 А/дм2.

9. Стоимость химикатов для составления цианистого электролита намного выше, чем для сернокислого.

10. Цианистая медь и цианистый натрий, входящие в состав цианистого электролита, весьма ядовиты, поэтому цианистые электролиты считаются профессионально вредными и требуют применения бортовой вентиляции и строгого соблюдения правил эксплуатации. Сернокислый электролит не токсичен и требует соблюдения правил техники безопасности лишь при заливке и корректировании серной кислотой.

11. Цианистые электролиты позволяют вести непосредственное меднение стали. При меднении в сернокислом электролите стальные детали предварительно никелируют с толщиной слоя 3 - 5 мкм или меднят в цианистом электролите для предохранения от выпадания контактной меди и только по нанесении защитного слоя меднят в сернокислом.

Указанные особенности электролитов определяют и их области применения. Так, при нанесении тонких беспористых медных покрытий с мелкокристаллической структурой, при меднении поверхностей сложного профиля, следует выбирать цианистые электролиты. Для получения медных покрытий с большой толщиной, особенно в гальванопластике, необходимо пользоваться сернокислыми. И производственных условиях обычно устанавливают ванны с обоими видами электролитов и нанесение первого слоя толщиной 2—3 мкм производят в цианистом электролите, после чего наращивание меди до заданной толщины производят в сернокислом.