Защитные покрытия для меди и медных сплавов

защитная лаковая композиция для меди и медных сплавов и способ получения покрытия на сложнопрофилированных изделиях из меди и медных сплавов

Изобретение относится к защитным лаковым композициям и способу получения покрытия и может быть использовано для антикоррозионной защиты изделий из меди и медных сплавов, эксплуатируемых в различных климатических условиях, в устройствах радиотехнической промышленности и других областей народного хозяйства. Композиция содержит лак К4-0125, аммиак водный 25%-ный, бутанол, смесь изопропилового спирта и воды 1:1, рН композиции 6,7-7,0. Способ получения покрытия заключается в подготовке поверхности путем химического обезжиривания, травления, пассивирования, простом погружении изделия на 3-5 мин в защитную лаковую композицию и последующей его сушке. Технический результат – создание защитной лаковой композиции для меди и медных сплавов, обладающей высокой адгезией к поверхности и равномерной по толщине лаковой пленки по всей поверхности. 2 с.п. ф-лы.

Изобретение относится к защитным лаковым композициям, получаемым водоразбавлением при определенном соотношении компонентов, и способу нанесения лакового защитного покрытия данной композиции на сложнопрофилированные устройства из меди и медных сплавов автоосаждением.

Предлагаемая композиция может быть использована для антикоррозионной защиты изделий из меди и медных сплавов, эксплуатируемых в различных климатических условиях, в устройствах радиотехнической промышленности и других областей народного хозяйства.

Способ нанесения автоосаждением позволяет получить равномерное по толщине лаковое покрытие на всех поверхностях сложнопрофилированных изделий из меди и медных сплавов независимо от их конструкции.

В современной технике известны водоразбавляемые лаковые композиции для автоосаждения, где в качестве пленкообразователя используют полиакриловые смолы, поливинилхлориды, бутадиенстирольные полимеры и др.

Диспергирующим агентом служат анионные или ионогенные поверхностно-активные вещества (эфиры серной кислоты, сульфоновые кислоты, амины, карбоксилаты и т. д. ). Для поддержания рН вводят соляную (HCl), серную (H 2 SO 4 ), плавиковую (HF), фосфорную (Н 3 РO 4 ) кислоты и д.р. (Лакокрасочные материалы и их применение 1975 г., 5, стр. 80-82).

Подобные композиции позволяют получать покрытие на сплавах железа.

На меди и ее сплавах из этих композиций лаковые пленки не образуются.

Наиболее близкой к предлагаемой защитной лаковой композиции является композиция, содержащая лак КЧ-0125, аммиак, и изопропиловый спирт с водой (пат. 2142971, С 09 D 109/00).

Однако эта композиция предназначена только для алюминиевых сплавов и, следовательно, не может быть применена для нанесения ее на медь и медные сплавы. На медь и медные сплавы может быть нанесено покрытие электроосаждением из водного раствора композиции на основе резидрола (авт. свид. 691475 от 22.06.79 г.).

Этот способ включает следующие операции:
1. Подготовка поверхности:
– химическое обезжиривание при температуре 60 o С (натрий углекислый (Na 2 CO 3 ) – 5 г/л, натрий кремнекислый (Nа 2 SiO 3 ) – 2 г/л, моющее средство ОП-7 – 10 г/л);
– промывка в холодной проточной воде;
– травление при температуре 50 o С (серная кислота H 2 SO 4 – 150 г/л);
– промывка в холодной проточной воде.

2. Нанесение лаковой пленки электроосаждением:
– закрепление на анодной штанге;
– погружение в водоразбавляемую композицию (пленкообразователь) следующего состава (в г/л):
Резидрол ВА133 – 150-160
Смола К 421-02 – 10
Лак ПФ-060 – 10
Триэтиламин – 19 мл/1
Марганец сернокислый – 0,3
Вода дистиллированная – 800
подача напряжения 70-100 В в течение 1-3 минут (ток – постоянный);
– промывка в холодной проточной воде.

3. Сушка при температуре 140-160 o С в течение 1-1,5 часа.

Данный способ позволяет получить на поверхностях изделий из меди и медных сплавов защитное лаковое покрытие с хорошей адгезией. Однако получить равномерное по толщине защитное покрытие на внутренних поверхностях узкоканальных, например, сечением 7,23,4 мм, сложнопрофилированных изделий технически невозможно из-за ограниченной рассеивающей способности композиции, наносимой электроосаждением при напряжении до 100 В, и невозможности размещения дополнительных электродов в глубоких и узких пересекающихся каналах.

Задачей изобретения является создание защитной лаковой композиции для меди и медных сплавов, обладающей высокой адгезией к поверхности и равномерной по толщине лаковой пленки по всей поверхности, и способа получения покрытий на сложнопрофилированные изделия из меди и медных сплавов.

Решение задачи достигается тем, что в защитную лаковую композицию для меди и ее сплавов, содержащую лак КЧ-0125, представляющий собой 682%-ный раствор в диацетоновом и изопропиловом спирте малеинизированного полибутадиена, модифицированного фенольной смолой, а также аммиак водный 25%-ный, смесь изопропилового спирта и воды 1: 1, дополнительно введен бутанол (С 4 H 10 О) при следующем соотношении компонентов и последовательности их введения:
Лак КЧ-0125 – 260-280 г/л
Аммиак водный 25%-ный – 10-12 мл/л
Бутанол – 0,2-0,3 мл/л
Смесь изопропилового спирта и водаы 1:1 – До 1 л
рН композиции – 6,5-7
Композицию готовят последовательным смешением компонентов: к расчетному количеству лака КЧ-0125 добавляют при тщательном перемешивании расчетное количество аммиака водного 25%-ного. В полученную однородную смесь вводят бутанол и при постоянном перемешивании добавляют небольшими порциями смесь изопропилового спирта и воды в вышеуказанных соотношениях.

При одновременном же смешении компонентов: лак КЧ-0125, аммиак, бутанол, изопропиловый спирт, вода – композиция нестабильна, легко расслаивается.

Лак КЧ-0125 используют в виде нейтрального раствора (рН 6,5-7), смещение равновесия в кислую сторону приводит к нестабильности композиции – расслаиванию. Увеличение рН до 7,5 приводит к снижению качества покрытия (неравномерность, отсутствие пленки).

Снижение концентрации лака КЧ-0125 ведет к получению тонких, не сплошных покрытий, появлению шагрени; увеличение концентрации – к получению покрытий, неравномерных по толщине (наплывы).

Присутствие в композиции бутанола, находящегося во взаимодействии с водным раствором изопропилового спирта, позволяет поддерживать композицию в гомогенном состоянии и обеспечивает получение гладких, плотных, равномерных по толщине покрытий с повышенной защитной способностью, прочно сцепленных с основой из меди и медных сплавов.

Композицию корректируют по содержанию сухих веществ и рН. После корректировки она полностью восстанавливает исходные свойства, сохраняет работоспособность и стабильность после трех циклов выработки (turn-over).

Способ получения покрытия на сложнопрофилированных изделиях из меди и медных сплавов предусматривает подготовку поверхности, включающую химическое обезжиривание, травление и пассивирование в составах:
– химическое обезжиривание при температуре +60 o С
Сода кальцинированная – 20-30 г/л
Тринатрийфосфат – 30-50 г/л
Стекло натриевое жидкое – 3-5 г/л
– травление
Кислота азотная (НNО 3 ) – 1 л
Кислота серная (Н 2 SО 4 ) – 1 л
Натрий хлористый (NaCl) – 5-10 г
– химическое пассивирование
Натрий двухромовокислый (Na 2 Cr 2 O 7 ) – 90-100 г/л
Кислота серная (H 2 SO 4 ) – 20-25 г/л
Затем изделие сразу после химического пассивирования погружают в композицию предложенного состава на основе лака КЧ-0125 на 3-5 мин, извлекают из композиции, промывают в холодной проточной воде и сушат при температуре 140-160 o С в течение 1-1,5 час.

При этом за счет химического взаимодействия композиции со свежей пассивной поверхностью изделий из меди и медных сплавов образуется лаковое покрытие, равномерное по толщине и плотности, обладающее высокой адгезией к подложке.

Проводится защита от коррозии из предложенной композиции изделий из латуни при следующем режиме нанесения покрытия:
Подготовка поверхности:
– химическое обезжиривание при температуре +60 o С;
– травление;
– пассивирование.

Нанесение лаковой композиции производят путем простого погружения изделия сразу после пассивирования в состав:
Лак КЧ-0125 – 270 г/л
Аммиак водный (25%-ный раствор) – 10 мл/л
Бутанол 270 г/л 10 мл/л – 0,2 мл/л
Изопропиловый спирт + вода (1:1) – До 1 л
рН композиции – 6,5
Покрытие наносят при температуре +20 o С в течение 3-5 мин, затем промывают в холодной воде и сушат при температуре +150 o С в течение 1 часа.

Получено доброкачественное по внешнему виду покрытие. Сцепление с основой, определенное методом решетчатого надреза, составляет 1 балл (см. ГОСТ 15140-78).

Указанные изделия прошли испытание на циклическое воздействие температур от -60 o С до +85 o С (3 цикла), воздействие морского тумана в течение 5 суток и тропической влажности в течение 60 суток (относительная влажность 982% при температуре +40 o С).

После испытаний детали разрезают и подвергают тщательному осмотру.

Внешний вид лаковой пленки остается без изменения, коррозии на основе не обнаружено, толщина пленки равномерная – 5-10 мкм.

Проводится защита от коррозии предложенной композицией волноводных конструкций с сечением канала 133 мм при длине 500 мм из латуни по следующему режиму.

Подготовку поверхности проводят так же, как описано в примере 1.

Нанесение лаковой композиции производят, как в примере 1, в соотношении:
Лак КЧ-0125 – 280 г/л
Аммиак водный (25%-ный раствор) – 12 мл/л
Бутанол 270 г/л 10 мл/л – 0,3 мл/л
Изопропиловый спирт + вода (1:1) – До 1 л
рН композиции – 7
Покрытие наносят при температуре +20 o С в течение 3-5 минут, затем производят промывку в холодной проточной воде и сушку при 150 o С в течение 1 часа.

Получены доброкачественные по внешнему виду покрытия, прочно сцепленные с латунной основой. После испытаний на воздействие повышенной влажности и морского тумана (пример 1) внешний вид лаковой пленки остается без изменений, коррозия на латуни и покрытии не наблюдается.

Проводится защита от коррозии конструкций из латуни по следующей технологической схеме.

Подготовку поверхности проводят так же, как описано в примере 1.

Нанесение лаковой композиции производят, как в примере 2, в соотношении:
Лак КЧ-0125 – 260 г/л
Аммиак водный (25%-ный раствор) – 8 мл/л
Бутанол 270 г/л 10 мл/л – 0,3 мл/л
Изопропиловый спирт + вода (1:1) – до 1 л
рН композиции – 6
Покрытие наносят при температуре +20 o С в течение 20 минут, затем производят промывку в холодной проточной воде и сушку при 150 o С в течение 1 часа.

Композиция неустойчива во времени, быстро расслаивается. Лаковая пленка на поверхности конструкций очень тонкая, не сплошная. После испытания на воздействие повышенной влажности и морского тумана (пример 1) видны отдельные очаги коррозии.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Защитная лаковая композиция для меди и медных сплавов, включающая лак КЧ-0125, представляющий собой 682% раствор малеинизированного полибутадиена, модифицированного фенольной смолой в диацетоновом и изопропиловом спирте, аммиак водный 25%-ный, смесь изопропилового спирта и воды 1: 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит бутанол при следующем соотношении компонентов и последовательности их введения:
Лак КЧ-0125 – 260-280 г/л
Аммиак водный 25%-ный – 10-12 мл/л
Бутанол – 0,2-0,3 мл/л
Смесь изопропилового спирта и воды 1: 1 – До 1 л
рН композиции – 6,7-7,0
2. Способ получения покрытия на сложнопрофилированных изделиях из меди и медных сплавов, заключающийся в подготовке поверхности путем химического обезжиривания, травления, пассивирования, простом погружении изделия на 3-5 мин в защитную лаковую композицию по п. 1 и последующей его сушке.

Покрытия меди и ее сплавов

Как уже было сказано, на поверхность меди и ее сплавов можно наносить разнообразные антикоррозий­ные и декоративные пленки (металлические и неметал­лические), а также покрытия, которые предохраняют медные детали, работающие в подвижных сочленениях, от преждевременного истирания.

Хромирование. Хромовые покрытия, кроме высоких декоративных качеств, стойки в химическом отношении и обладают большой механической прочностью. Поэто­му часто хромируют трущиеся детали, что значительна увеличивает их долговечность.

Детали, предназначенные для хромирования, тща­тельно зачищают шкуркой, а если необходима блестя­щая поверхность, то полируют до зеркального блеска,

Примечание. Хорошо очищает медь и ее сплавы кашица и;

мелкой поваренной соли с уксусом.

• После зачистки деталь обезжиривают одним из со-стявов:

Классы МПК:C09D109/00 Составы для нанесения покрытий на основе гомополимеров или сополимеров диеновых углеводородов с сопряженными двойными связями
Автор(ы):Белкина Л.Н. , Горшков В.К. , Кочергина Л.И. , Ракчеева С.Д. , Рогов В.Я. , Яшина О.А.
Патентообладатель(и):ОАО “Корпорация “Фазотрон-Научно-исследовательский институт радиостроения”
Приоритеты:
Температура смеси 90° С, время обезжи­ривания 1 час.

,-я смесь: известь гашеная — 35 г/л;

едкий калий — 10 г/л;

жидкое стекло — 3 г/л.

2-я смесь:едкий натр (ка­лий) — 75 г/л; жидкое стекло — 20 г/л. 3-я смесь: известь свежега­шеная — 350 г/л.

Температура смеси 90° С, время обезжи­ривания 1 час,

Третьей смесью деталь тщательно протирают не­сколько раз.

За обезжириванием следуют промывка в теплой

воде и декапирование в течение 1 мин в 5% растворе серной кислоты. Для этого готовят электролитическую ванну (в эмалированной или стеклянной посуде) следу­ющего состава:

хромовый ангидрид — 400 г/л;

серная кислота (концентрированная) — 4 г/л.

Температура раствора в ванне должна поддержи­ваться около 60° С.

Анодом (+) в ванне служат несколько свинцовых

пластин (не менее двух), расположенных вокруг хроми­

руемой детали. Общая площадь сторон пластин, обра­щенных к детали, должна быть в 1,5—2 раза больше площади поверхности детали. Деталь служит катодом (—), при этом катодная плотность тока должна быть 8—10 а на каждый квадратный дециметр хромируемой поверхности при напряжении источника постоянного то­ка 6—9 в (рис, 4). Скорость нарастания слоя хрома 5 мк/час.

По окончаний хромирований Деталь извлекают из электролитической ванны, тщательно промывают водой и протирают сухой ветошью. При необходимости деталь

Никелирование. Покрытие медных, латунных и брон­зовых деталей никелем создает на поверхности детали красивую, блестящую пленку, служащую одновременно

и антикоррозийным покрытием.

Химическое никелирование дает плотную блестящую пленку. Эта пленка^более устойчива ко всем видам воз­действия, чем полученная электролитическим никелиро­ванием.

Химическое никелирование не требует сложного обо­рудования и особых затрат на материалы.

Деталь зачищают и, если надо, полируют. Затем обезжиривают в одной из смесей, применяемых при хро­мировании. Декапирования при этом производить не

После этого готовят раствор для никелирования. В эмалированную посуду наливают произвольное коли­чество 10% растворахлористого цинка («паяльная кис­лота») и к нему добавляют сернокислый никель до тех пор, пока весь раствор не станет густого зеленого цве­та. Полученный раствор нагревают до кипения и в него опускают деталь. В кипящем растворе деталь должна находиться 1—2 час (при этом толщина слоя никеля на детали будет около 5—10 лмс), затем деталь переносят в меловую воду (10—15 г мела на стакан воды) нелег­ка протирают ветошью. После этого деталь промывают и протирают насухо.

Примечания: 1. Раствор можно использовать еще раз, но хранить его нужно в плотно закупоренной посуде (срок хранения

2. Никель хорошо ложится и внутри трубок при принудительной

подаче раствора внутрь трубки.

Серебрение. Есть несколько способов серебрения ме­ди и ее сплавов.

Рассмотрим три из них.

1-й способ. Несколько листов матовой фотобумаги «Унибром» разрезают на куски и опускают в раствор фиксажной соли (соль разводят в объеме воды, указан­ном на упаковке).

Зачищенную и обезжиренную деталь помещают в этот раствор и натирают эмульсионным слоем бумаги до тех пор, пока на поверхности детали не образуется плотный слой серебра. После промывки в теплой воде деталь протирают сухой ветошью.

2-й способ. В 300 мл отработанного фиксажа (оставшегося после печатания фотографий”) добавляют 1—2 мл нашатырного спирта и 2—3 каплиформалина(раствор хранить и работать с ним только в темноте).

Зачищенную и обезжиренную деталь поместить в раствор на 0,5—1,5 час, промыть в теплой воде, высу­шить и протереть мягкой ветошью.

3-й способ. Приготовить пасту: в 300 мл воды растворить 2 газотнокислого серебра (ляписа). К раст­вору подливать 10% раствор поваренной соли до тех пор, пока не прекратится выпадение осадка хлористого серебра. Этот осадок промыть несколько раз (5—6) в

Отдельно в 100 мл воды растворить 20 г гипосуль­фита (фотореактив) и 2 г хлористого аммония. Затем в образовавшийся раствор небольшими дозами добав’-пять хлористое серебро до тех пор, пока оно не пре­кратит растворяться.

Полученный раствор отфильтровать и смешать с тонко размельченным мелом до консистенции густой

Подготовленную деталь (зачищенную и обезжирен­ную) натирают пастой до образования плотного слоя серебра на поверхности детали. Затем деталь промы­вают теплой водой и протирают сухой ветошью.

Примечания: 1. При серебрении необходимо пользоваться дистиллированной водой (можно снеговой, дождевой или получен­ной изо льда бытовых холодильников), иначе могут получиться некрасивые серые пятна на поверхности посеребренной детали.

2. Посеребренные детали не должны соприкасаться с деталями из резины и эбонита, которые содержат серу. При контакте с такой резиной или эбонитом на поверхности серебра образуется пленка сернистого серебра, увеличивающая переходное сопротивление кон­тактов и ухудшающая декоративность покрытия.

Химическое окрашивание латуни. Химическое окра­шивание применяют как декоративное покрытие.

Можно получить оригинальные цвета латуни, если обработанную деталь (зачищенную, обезжиренную и

промытую) поместить в один на следующих раство­ров.

1-й раствор: гипосульфит—11 г/л; свинцовый сахар — 39 з/л.

Температура раство­ра 70° С.

2-й раствор. В 250 мл кипящей воды последователь­но растворяют 10 гедкого натра и 10 г молочного са­хара. Затем, непрерывно помешивая, подливают к раст­вору 10 мл концентрированного раствора медного купо­роса.

Обработанную деталь помещают в один из раство­ров, и в течение 3—10 мин деталь окрашивается в зо­лотистый, голубоватый, синий, фиолетовый и, наконец,

в радужный цвет.

Когда нужный цвет получен, деталь вынимают, су­шат и полируют суконкой.

Синевато-черный цвет латуни получается при погру­жении подготовленной детали на 1—3 мин в следую-ищи раствор:

аммиак (25% нашатырный спирт) —500 г;

двууглекислая (или углекислая) медь — 60 г;

латунь (опилки) — 0,5 г.

После смешения компонентов раствор энергично взбалтывают 2—3 раза, после чего в него погружают

Коричневый цвет латуни получается при погруже­нии, детали в один из следующих растворов.

Чтобы приготовить 3-й раствор, нужно оба вещества растворить отдельно в половинном объеме воды, затем слить их вместе и нагреть до 80—90° С.

Примечание. После окрашиваний Де+аЛь йромыаают теплой водой, сушат и покрывают бесцветным лаком.

Химическое окрашивание меди, латуни и бронзы осу­ществляется так же, как и химическое окрашивание стали (применяются те же растворы, образуются те же

Пассивирование латуни. При пассивировании латуни

образуется устойчивая защитная пленка, похожая на позолоту. Эта пленка не боится влаги, поэтому рыбо­ловы пассивируют латунные блесны.

Подготовленную деталь (зачищенную, отполирован­ную и обезжиренную) опускают на 1 сек в раствор, приготовленный из одной частиазотной и одной части серной кислоты. После этого деталь сразу же перено­сят в крепкий раствор двухромовокислого калия (хром­пика) на 10—15 мин. Затем деталь промывают и сушат.

Травление меди и ее сплавов. При изготовлении шильдиков, надписей на меди и ее сплавах пользуются

Поверхность детали заливают горячим парафином

(асфальтовым или асфальтобитумным лаком). Штихе­лем (или другим острым инструментом) делают нуж­ную надпись (необходимо, чтобы в этих местах защит­ная пленка парафина была удалена до металла). Подготовленную таким образом деталь заливают одним из приведенных ниже составов.

1-й состав:азотная кислота — 75 в. ч.;

С протравленной детали удаляют парафин и вали­ком или стеклом наносят краску.

Снятие покрытий с меди и ее сплавов. При снятии старых или неудачно получившихся покрытий с меди

или ее сплавов необходимо пользоваться растворами,

указанными в табл. 10.

studopedia.org – Студопедия.Орг – 2014-2020 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.006 с) .

Оксидирование меди и ее сплавов

Оксидные покрытия на меди и ее сплавах используются для декоративной отделки изделий. В зависимости от состава сплава и условий оксидирования получаемые пленки окрашены в черный, синий или коричневый цвет. Их защитная способность невелика, поэтому в качестве противокоррозионных покрытии они пригодны только для легких условий эксплуатации. Для повышения защитной способности оксидных пленок их покрывают бесцветным лаком.

Из химических способов оксидирования наибольшее распространение получили персульфатный и медно-аммиачный. Первый из них дает лучшие результаты при обработке меди или медных гальванических покрытий. Образующиеся оксидные пленки имеют черную окраску, по механической прочности и стойкости против коррозии они превосходят пленки, получаемые в медно-аммиачных растворах. В персульфатном растворе не удается достигнуть хорошего качества оксидирования сплавов, содержащих менее 90 % меди. Качество их обработки может быть улучшено, если вести оксидирование в растворах с пониженной концентрацией персульфата или, что более целесообразно, подвергать изделия предварительному меднению.

Медные сплавы с различным содержанием цинка оксидируют в щелочном медно-аммиачном растворе. На сплавах, содержащих 50-65 % меди, получаются пленки черного цвета с синеватым оттенком.

Раствор I используется для оксидирования меди, II – латуни и оловянистой бронзы, III – преимущественно для сплавов, содержащих 50-70 % меди.

Персульфат калия, применяемый для растворов I и II, должен быть предварительно проверен, так как при длительном хранении он склонен к разложению. При приготовлении ванны в горячий раствор щелочи постепенно вводят порошок персульфата. При температуре раствора ниже 60 °С ухудшается внешний вид оксидной пленки, значительное ее повышение приводит к увеличению расхода K2S2O8. При работе ванны происходит изменение ее состава, что влияет на качество оксидных пленок. Увеличение концентрации едкой щелочи свыше 70 г/л повышает скорость растворения металла и приводит к образованию толстых, но рыхлых пленок. Одновременно увеличивается расход персульфата за счет его химического разложения. Снижение концентрации щелочи ниже 45 г/л сопровождается формированием тонких пленок, имеющих бурый или зеленоватый оттенок. Повышение концентрации K2S2O8 свыше 25 г/л приводит к получению тонких оксидных пленок бурого оттенка, а уменьшение ниже 5 г/л – к образованию толстых и рыхлых пленок. Корректирование растворов I и II проводят через каждые 8-10 ч добавлением щелочи и персульфата калия.

Продолжительность обработки деталей зависит от состава и температуры раствора, а также от срока его эксплуатации. Внешним признаком окончания процесса формирования оксидной пленки является начало интенсивного выделения пузырьков

Обрабатываемые детали загружают в ванну на медных подвесных приспособлениях. При повторном использовании с их поверхности должна быть предварительно удалена оксидная пленка. Для этого достаточно протравить приспособления в течение 0,5-1 мин в 20 %-ном растворе HCI.

В процессе оксидирования следует покачивать детали в ванне, что способствует получению равномерной пленки по всей их поверхности. Необходимо также предотвратить соприкосновение деталей со стальными стенками ванны. Оксидировочный раствор не следует перемешивать, так как при этом может произойти взмучивание шлама и частичное осаждение его на детали. Накапливающийся при работе раствора на дне ванны шлам окиси меди следует периодически удалять.

Раствор III приготавливают из свежеосажденной углекислой меди. Для получения 50 г указанной соли в нагретой до 60- 70 °С конденсатной воде растворяют 125 г CuS04-5H20 и добавляют 50 г Nа2СОз, растворенного в минимальном количестве воды. Выпавший при реакции зеленоватый осадок отфильтровывают, промывают водой, растворяют в аммиаке и выдерживают полученный раствор в течение 10-12 и, после чего добавляют в него требуемое количество воды.

При оксидировании деталей в растворе III в нем уменьшается концентрация аммиака, накапливаются компоненты обрабатываемых сплавов, в результате побочных реакций образуется сильный восстановитель – гидразин, что ухудшает качество оксидных пленок. Для поддержания требуемого состава раствора его регулярно корректируют добавлением аммиака и периодически удаляют из него гидразин, окисляя его кислородом воздуха, который пропускают под давлением через ванну в течение 30-40 мин. В растворе III можно обрабатывать детали как на подвесных приспособлениях, так и в сетчатых медных корзинах, при обязательном их встряхивании. Рекомендуется перед оксидированием латунных деталей проводить их двойное активирование в течение 15-20 с сначала в растворе, содержащем 70 г/л К2Сr2О7 и 40 г/л H2SO4, и затем в 5 %-ном растворе H2SO4. Такая обработка положительно сказывается на защитной способности оксидных пленок.

Во всех случаях более высокое качество оксидирования и интенсивная черная окраска пленок достигаются при обработке меди, а не ее сплавов. Поэтому целесообразно латунные или бронзовые детали предварительно меднить, а потом подвергать оксидированию. Толщина осаждаемого при этом слоя меди достигает 2-3 мкм.

В отличие от химических способов, электрохимическое оксидирование позволяет обрабатывать не только медь, но и большинство ее сплавов – латунь Л63, Л68, ЛС59, оловянно-фосфористую бронзу и ряд других. Формирование оксидной пленки происходит при анодной обработке металла в горячем щелочном растворе. Электролит отличается низкой стоимостью и стабильностью при эксплуатации. Хотя электрохимический способ оксидирования более трудоемок, учитывая высокое качество получаемых при такой обработке оксидных пленок и возможность оксидирования различных медных сплавов, его следует шире использовать в промышленности.

Анодное оксидирование меди и ее сплавов ведут в электролите, содержащем 150-200 г/л NaOH при 80-100 °С, анодной плотности тока 0,8-2,0 А/дм 2 и продолжительности процесса 10-30 мин. На окончание процесса оксидирования указывает появление пузырьков газа у обрабатываемых деталей или резкое повышение напряжения на ванне.

Рассматривая влияние условий электролиза на качество получаемых пленок, можно отметить следующее. С повышением плотности тока возрастает число возникающих на поверхности металла кристаллических зародышей окиси меди. При этом создаются условия для повышения скорости формирования пленки, но толщина ее будет небольшой, так как смыкание кристаллических зародышей окисла происходит быстрее, чем увеличение их толщины. Для получения плотной пленки возможно большей толщины целесообразно начинать процесс при меньшей плотности тока – 0,1-0,5 А/дм 2 и через небольшое время повышать ее до 0,8-1,5 А/дм 2 . Напряжение источника тока 6 В.

При повышении температуры электролита расширяется диапазон плотностей тока, при которых получаются оксидные пленки черного цвета, но увеличивается скорость растворения металла. Понижение температуры ниже 55 °С приводит к формированию слегка рыхлых пленок с зеленоватой окраской.

С понижением концентрации щелочи в растворе уменьшается толщина формирующейся пленки, сужается область плотностей тока, при которых получаются доброкачественные покрытия, ухудшается рассеивающая способность ванны. Превышение оптимальной концентрации щелочи сопровождается получением рыхлого оксидного слоя, снижением прочности сцепления его с металлом. Указанные обстоятельства свидетельствуют о необходимости соблюдать оптимальные условия электрохимического оксидирования, которые указаны выше. Свежеприготовленный электролит прорабатывают с медными анодами до появления светло-голубой окраски раствора. Контроль и корректирование его сводятся к определению щелочности и периодическому добавлению NaOH.

Если в щелочном электролите не удается достигнуть интенсивно черной окраски оксидной пленки, то целесообразно добавить в него 0,1-0,3 % молибденовокислого аммония или молибденовокислого натрия; фосфористую бронзу лучше оксидировать в электролите, содержащем (г/л): 400NaOH, 50К2Сг27, 10(NH2)2MoO4, температура электролита 80-100 °С, анодная плотность тока 2-4 А/дм .

При анодном оксидировании детали загружают в ванну на медных подвесных приспособлениях, которые должны обеспечить надежный электрический контакт с деталями и анодной штангой. В качестве катодов можно использовать сталь или никель. Соотношение поверхностей катода и анода 5:1 -10:1, расстояние между электродами 80-100 мм. Выгрузку оксидированных деталей из ванны проводят под током. Если на поверхности деталей остался рыхлый налет, его удаляют влажной волосяной щеткой. После тщательной промывки детали сушат при 90-100 °С. Для повышения защитной способности оксидной пленки ее пропитывают минеральным маслом или покрывают бесцветным лаком.

Помимо анодной обработки, для получения на поверхности меди и ее сплавов защитно-декоративного покрытия черного цвета предложена катодная обработка в растворе молибдата аммония и ацетата натрия, в который для интенсификации процесса вводятся фторбораты цинка, никеля и натрия при следующем соотношении концентрации компонентов (г/л): молибдат аммония 10-30, ацетат натрия 10-20, фторборат цинка 10-20, фторборат никеля 20-40, фторборат натрия 20-30.

В последние годы были проведены работы, которые показали возможность получения оксидных покрытий электрохимическим путем с использованием не постоянного, а переменного тока промышленной частоты.

Оксидирование меди ведут в 0,01 н. растворе едкого натра. С увеличением плотности тока, температуры раствора и продолжительности обработки наблюдается изменение цвета формирующейся пленки от оранжевого к лиловому, коричневому до черного. Повышение концентрации щелочи приводит к получению сине-зеленой или оливковой окраски пленок. Как применение более концентрированных растворов щелочи, так и повышение температуры ускоряют переход от светлых тонов пленки к темным.

В 0,25 н. растворе гидроксида натрия, нагретом до 40 °С, при продолжительности электролиза 10 мин, плотности тока 1-2 А/дм 2 формируются оксидные покрытия светлых тонов, а при 2-4 А/дм 2 – более темные, почти синего цвета. Повышение температуры электролита до 60 °С расширяет диапазон плотностей тока, при которых получаются покрытия темных оттенков, до 2-6 А/дм 2 . Наряду с этим, при плотности тока 2-3 А/дм 2 пленки коричневого цвета с сине-зеленым отливом можно получить в растворах с довольно широким диапазоном концентрации гидроксида натрия – 0,25-1,0 н.

Оксидирование меди и ее сплавов с использованием переменного тока можно рассматривать, как перспективный способ декоративной отделки медных и омедненных изделий. Простой и стабильный в эксплуатации электролит, небольшие затраты на электроэнергию указывают на экономичность этого способа и целесообразность его освоения производством.

Автор: Администрация Общая оценка статьи: Опубликовано: 2012.11.12

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Меднение

Свойства и область применения медных покрытий

Медные покрытия не рекомендуются для защиты железа и стали от коррозии. Омедненные изделия могут быть защищены от атмосферной коррозии лишь! в том случае, когда медные покрытия совершенно свободны от пор даже микроскопических размеров. При наличии пор изделия не только не будут защищены от коррозии, но, напротив, в присутствии корродирующего агента, между железом и медью начнет работать коротко замкнутый гальванический элемент, в котором железо будет играть роль анода и его коррозия будет протекать более интенсивно, чем неомедненного железа.

Медные покрытия не могут также рассматриваться как защитно-декоративные. Хотя химическая стойкость меди больше, чем железа, но в наружной атмосфере с небольшой относительной влажностью медные покрытия тускнеют в результате окисления, которое протекает по параболическому закону. При повышенной влажности в порах медных покрытий происходит ржавление стали (анода). На беспористых медных покрытиях в наружной атмосфере с повышенной влажностью постепенно образуется зеленая патина, которая, по некоторым данным, представляет собой основной сульфат меди CuSO43Cu(OH)2; на морском побережье может образоваться основной хлорид меди. Устойчивость патины в различной атмосфере, по-видимому, объясняется образованием закиси меди. При анодном окислении в соответствующих электролитах можно искусственно получать патину.

Довольно широко распространен процесс меднения участков стальных деталей, подлежащих обработке резанием после термической обработки — цементации. Стальные детали иногда подвергают меднению с последующим химическим или электрохимическим окрашиванием в различные цвета. Однако наиболее широко медные покрытия используют в качестве промежуточных слоев при защитно-декоративном хромировании стальных и цинковых деталей. Широкое применение электролитических осадков меди в качестве промежуточных слоев при нанесении различных гальванических покрытий в известной мере определяется хорошим сцеплением электроосажденной меди с различными металлами. В отличие от горячих методов нанесения металлических покрытий, при которых между основным металлом и покрытием образуется промежуточный диффузионный слой, при электролитическом осаждении меди на сталь не удается обнаружить промежуточный диффузионный слой. Решающую роль для обеспечения прочного сцепления в данном случае играет тщательная подготовка поверхности основного металла — обезжиривание и травление, причем в случае химического или электрохимического удаления деформированного слоя часто наблюдается продолжение структуры основного металла в электроосажденном металле. Прочность сцепления между основным металлом и покрытием при этом приближается по величине к прочности связи между отдельными атомами в твердом металле.

Продолжение микроструктуры основного металла в электролитическом осадке, по-видимому, обеспечивается в тех случаях, когда основной металл имеет относительно крупнокристаллическую структуру и электролиз протекает при условиях, соответствующих образованию кристаллов примерно таких же размеров. При включении посторонних ионов, атомов или молекул осадки получаются мелкокристаллическими и продолжения структуры основного металла не наблюдается (рис. 82).

Рис. 82. Продолжение структуры основного металла электроосажденной меди (снизу вверх): серебра (а), никеля (б) (нет продолжения), в — катаной меди

При защитно-декоративном хромировании стальных и цинковых деталей роль медного слоя сводится к максимальной экономии стратегического никеля при сохранении защитных свойств суммарных покрытий (Cu+Ni+Cr) и снижению трудоемкости операций механической подготовки поверхности стальных деталей.

Как известно, медь значительно пластичнее стали и в процессе ее полировки удается получать гладкую, блестящую поверхность, на которую легко наносить блестящие никелевые покрытия. Здесь необходимо оговорить, что в последнее время достигнуты большие успехи в получении блестящих покрытий, не требующих полировки, но эта задача решена еще не полностью. При нанесении относительно тонких слоев из цианистых или пирофосфатных электролитов на стальные или цинковые детали удается получать блестящие или полублестящие медные покрытия, поверх которых после промывки можно наносить блестящие никелевые покрытия.

Покрытие металлов медью в домашних условиях

Меднение в домашних условиях: особенности покрытия, технология, электролиты и оборудование. Гальваническое покрытие медью с погружением и без погружения. Рецепты домашних электролитов. Техника безопасности и утилизация химикатов.

При меднении в домашних условиях используются доступные и недорогие материалы, которые легко приобрести в магазинах розничной торговли. Медный купорос используется для борьбы с плесенью, грибком и садовыми вредителями и свободно продается в хозяйственных магазинах, а в качестве анодов можно использовать короткие отрезки медных труб или электротехнических шинок. Меднение металла домашними мастерами, в основном, производится в декоративных целях, в том числе для покрытия мебельной фурнитуры, столовых приборов, металлических частей люстр, бижутерии и пр. При выполнении определенных условий гальваническое покрытие медью можно выполнять и по органическим материалам. Таким образом меднят высушенные цветы, орехи, листья и даже насекомых. Кроме того, во многих случаях обязательным условием для никелирования и хромирования является наличие подслоя меди, который также создается путем ее осаживания из электролита.

Цель меднения металлов и сферы их применения

Медь обладает совокупностью свойств, которые определяют условия ее применения при меднении металлов и неметаллических материалов. Она пластична, легко поддается полировке, а гальванический слой после меднения практически не имеет пор. По этой причине медные покрытия очень часто используют в качестве подслоя при хромировании и никелировании изделий, которые эксплуатируются в условиях постоянных сжатий и растяжений. Пластичность меди является идеальным условием для ее применения в гальванопластике. Толстослойное меднение художественных изделий и сложных моделей позволяет создавать их абсолютно точные копии, которые не трескаются и не деформируются при снятии с оригинала.

Медь обладает лучшей среди недрагоценных металлов электропроводностью и хорошо паяется. Поэтому меднение стальных изделий широко используется в радиотехнике и электротехнике при изготовлении проводников, контактов, деталей антенн и волноводов. В условиях применения высокочастотных сигналов на медное покрытие приходится большая плотность тока (скин-эффект), что снижает общее сопротивление проводника.

Еще одна область использования меднения — это создание тонких проводников на поверхностях пластмассовых изделий, а также покрытие пластика токопроводящими слоями.

Характеристики омедненных металлов

Медь имеет хорошее сцепление практически со всеми металлами и сплавами, но защитные свойства медного гальванического покрытия без дополнительных слоев невысоки. Под воздействием атмосферных факторов оно достаточно быстро разрушается, и даже в домашних условиях его обычно покрывают лаком. В то же время подслой из меди значительно улучшает характеристики многослойных покрытий в части механической прочности и коррозионной стойкости. Нержавеющие стали обычно защищают от коррозии трехслойным покрытием из хрома, никеля и меди. При этом меднение проводится первым, чтобы при использовании изделия в условиях переменных нагрузок обеспечить пластичность всего составного слоя. Точно такую же роль меднение играет в покрытиях металлопроката и листового железа, из которых изготавливают профильные изделия, эксплуатируемые в условиях морского климата и агрессивных сред. Омедненные провода и контакты из алюминия легко паяются и имеют более низкое сопротивление, особенно на высоких частотах. Технические условия электролиза позволяют при меднении металлов в декоративных целях окрашивать поверхностные слои меди в различные цвета и придавать им дополнительный блеск (на фото ниже – меднение по нержавейке).

Технология процесса меднения

Главное условие при нанесении любого гальванического покрытия — это абсолютная чистота изделия. Поэтому все его поверхности перед погружением в электролит необходимо тщательно очистить от посторонних включений и окислов. В общем виде процесс гальванического меднения состоит из следующих этапов, которые в зависимости от технических условий могут быть дополнены другими видами обработки:

  • механическая очистка (с помощью металлической щетки, шкурки и электроинструмента);
  • промывка проточной водой;
  • обезжиривание (химическое или электролитическое);
  • промывка и сушка;
  • проверка качества поверхностей;
  • погружение изделия в электролит;
  • подача тока и контроль процесса;
  • промывка и сушка готового изделия.

Основой для подавляющего большинства электролитов является раствор медного купороса (сернокислой меди), в который в зависимости от условий обработки добавляют различные химические реагенты. Технология гальванического меднения основана на использовании расходуемых анодов, которые служат источником анионов меди, осаждаемых в виде тонкого слоя на поверхности катода-изделия. В роли катодов выступают пластины меди любой чистоты.

Способы меднения металлов

Существует два базовых метода, с помощью которых выполняют покрытие металлов медью: гальваническое и химическое меднение. В обоих случаях главным условием является применение электролита на основе медного купороса, но при химическом меднении осаждение меди происходит без использования электрического тока. С помощью химического метода нельзя получить покрытия большой толщины, но оно проще, дешевле и может выполняться в крайне простых условиях. С помощью него легко получить тонкие декоративные пленки не только на металлах, но и на пластике, стекле, керамике и пр. К примеру, химическое меднение стали происходит за несколько десятков секунд путем простого погружения в медный купорос.

Погружение в электролитный раствор

Оба метода могут применяться с полным погружением детали в раствор электролита. При гальваническом методе анионы меди отрываются от анода и движутся к катоду под воздействием электрического тока, а при химическом их движение происходит за счет разной электроотрицательности металлов. Поэтому в первом случае при прочих равных условиях за одну и ту же единицу времени осаждается гораздо большее количество меди, но при этом затрачивается электрическая энергия. Меднение алюминия рекомендуется производить только методом погружения, которое необходимо выполнять сразу после обезжиривания и травления в кислоте, иначе на его поверхности быстро образуется прочная оксидная пленка. В видеоролике ниже подробно рассказывается об условиях, которые необходимо соблюдать для качественного меднения алюминия.

Без помещения в электролитный раствор

Меднение изделий без помещения их в емкость с электролитом производится как с использованием источника тока, так и без него. Выбор метода зависит от условий выполнения работ и оборудования, которым располагает домашний мастер. В первом случае необходимо изготовить медную кисточку из обрезка кабеля с большим количеством мягких медных жил. Ее подсоединяют к плюсу источника, а минус подают на изделие. Затем, постоянно обмакивая кисточку в электролит, «красят» подготовленную поверхность, подбирая по ходу условия и скорость меднения.

Во втором варианте изделие просто покрывают раствором медного купороса с помощью малярной кисти, очищая и обмывая его после каждого слоя. Толщина обмеднения в этом случае будет небольшой и зависит от условий обработки и количества наложенных слоев. Этот метод хорошо подходит для меднения стали, к которой медь «липнет» даже при условии не очень хорошей подготовки поверхности. А при нанесении таким способом медного купороса на поверхность алюминия достаточно сложно добиться устойчивого результата из-за его склонности к быстрому окислению.

Использование медного купороса

Одно из основных условий качественного меднения — это использование максимально чистого медного купороса. Поэтому данный реагент лучше приобретать в хозяйственных или специализированных магазинах в упаковках, на которых указано процентное содержание сернистого сульфата меди (не ниже 97–98%). Если на медном купоросе садово-огородного назначения не указан состав, то для электролита он не годится, т. к. может содержать различные добавки, влияющие на гальванический процесс. При приготовлении электролита в домашних условиях не следует применять сырую водопроводную воду, поскольку она содержит недопустимые при меднении соединения хлора. Перед использованием ее следует отстоять и прокипятить или же просто приобрести дистиллированную.

Гальваника медью в домашних условиях

В домашних условиях гальваническое меднение чаще всего используют в декоративно-прикладных целях или для нанесения медного подслоя перед никелированием и хромированием. Обычно медью покрывают мебельную фурнитуру, предметы кухонной утвари, элементы светильников, бижутерию, а также части инструментов и ножей. Подбор параметров гальванизации домашними мастерами обычно делается опытным путем по цвету и качеству покрытия. Те, кто занимается меднением серьезно, в том числе и в коммерческих целях, используют в своих установках регулируемые источники тока или реостаты, с помощью которых устанавливается необходимая плотность тока и скорость осаждения. Для тех, кто не хочет возиться с самостоятельным подбором химических компонентов, интернет-магазины предлагают наборы для приготовления разнообразных электролитических растворов, в том числе и для меднения пластиков и органических материалов. А одно из самых популярных направлений современной домашней гальваники — это покрытие медью высушенных растений, орехов, желудей и насекомых. Такие изделия выглядят впечатляюще и используются не только в декоративных целях, но и для изготовления бижутерии (см. ниже меднение и патинирование грецкого ореха).

Техника безопасности

Медный купорос является малотоксичным веществом и в целом неопасен для здоровья. Но при попадании на кожу и в глаза он может вызвать раздражение, поэтому при работе с ним необходимо соблюдать определенную осторожность. Более опасна серная кислота, которая при меднении используется для обезжиривания и в качестве добавки к электролиту. Поэтому в домашних условиях все работы по приготовлению электролита и химической обработке изделия необходимо выполнять в резиновых перчатках и клеенчатом фартуке, а при больших объемах использовать респираторы и защитные очки. Сам по себе медный купорос не требует какой-либо обработки перед утилизацией, но, поскольку электролиты на его основе содержат серную кислоту, ее необходимо нейтрализовать с помощью щелочи или соды.

Оборудование и материалы

Для меднения в домашних условиях требуется минимальный набор оборудования и реактивов. В качестве гальванической ванны можно использовать любую пластиковую или стеклянную емкость. Для приготовления электролита для меднения необходим только медный купорос и чистая вода, а источником тока может служить старая зарядка для телефона или пара батареек. Другие материалы и инструменты также немногочисленны и доступны в бытовых условиях. В первую очередь это серная кислота (жидкость для аккумуляторов), сода, обрезки медных изделий (труб, шинок, контактов) и наждачка на матерчатой основе.

Рецепт простого раствора

В состав самого простого электролита, используемого для меднения в домашних условиях, входят всего два реагента: сернокислая медь (медный купорос) в количестве 180÷220 г/л и серная кислота (жидкость для аккумулятора) — 40÷60 г/л. В качестве блескообразующих добавок к такому электролиту домашние мастера используют желатин и декстрин (0.5÷1.0 г/л).

В Интернете можно найти рецепты электролитов с добавками, которые способствуют созданию медных покрытий с разнообразными эффектами (матовость, зеркальный блеск, различные оттенки). При этом, как правило, указывают только название химического вещества и условия его применения, а насколько оно доступно и где его взять — не пишут. Если вы знаете названия таких добавок, которые можно свободно приобрести в хозяйственном магазине или аптеке, поделитесь, пожалуйста, информацией в комментариях к этой статье.

Современные способы обработки и модификации свойств поверхности электронных компонентов

Гальваническое меднение является процессом, при котором формируется токоведущий слой печатной платы, определяющий ее эксплуатационные свойства, такие как устойчивость к термоудару, циклическому изменению температур, перепайкам, ремонтопригодности.

Гальваническое осаждение олова или сплава олово-свинец используются в современной технологии изготовления ПП с защитной маской в основном для получения временного покрытия, необходимого только на этапе защиты медного проводящего рисунка при травлении меди с пробельных мест ПП, после чего удаляются с ПП.

Гальваническое осаждение двухслойных покрытий никель-палладий и никель-золото используются для покрытия концевых печатных контактов.

Основные требования, предъявляемые к электролитам меднения печатных плат:

  • высокая рассеивающая способность;
  • обеспечение высокой пластичности осаждаемой меди;
  • минимальное воздействие на фоторезисты;
  • простота и технологичность в эксплуатации;

Всем этим требованиям отвечают сернокислые электролиты со специальными добавками.

Рассеивающая способность

Электролиты с высокой рассеивающей способностью обеспечивают, при соблюдении прочих необходимых условий, равномерное распределение осаждаемого металла по поверхности и в отверстиях платы. При использовании электролитов с высокой рассеивающей способностью соотношение толщины меди на поверхности заготовки и в отверстиях приближается к 1:1. А это означает, что для получения толщины меди в отверстиях 20 мкм на поверхность достаточно осадить не более 25 мкм.

За счет использования электролитов с высокой разрешающей способностью:

  • сокращается технологический цикл на операциях меднения и травления;
  • уменьшается расход анодов;
  • улучшаются экономические и экологические показатели производства.

Известно, что на рассеивающую способность электролита наиболее сильно влияет соотношение в нем концентраций кислоты и соли меди. Чем больше это соотношение, тем более равномерным будет распределение металла по печатной плате. Однако чрезмерное снижение концентрации меди может привести к снижению рабочих плотностей тока, т.е., уменьшению производительности процесса, что нецелесообразно. В свою очередь значительное повышение концентрации кислоты в электролите отражается на стойкости фоторезиста.

При производстве печатных плат – это один из основных критериев качества осаждаемого медного покрытия. Вызвано это тем, что стеклоэпоксидные диэлектрики, наиболее широко используемые в качестве основания двусторонних и многослойных печатных плат, под воздействием температур при изготовлении, монтаже и эксплуатации платы растягиваются по высоте, т.е., вдоль металлизированного отверстия. Это растяжение, в зависимости от конструкции платы, может составлять от 1% до

2%. Чтобы столб медного покрытия внутри отверстия выдержал это растяжение без разрыва, медь должна обладать достаточной пластичностью.

В качестве добавки к сернокислому электролиту широко используется ПлатаМет 604. Пластичность медного осадка, полученного с ее применением, превосходит показатели, получаемые при использовании импортных аналогов. Процесс гальванического меднения с этой добавкой – ПлатаМет 600 включает весь комплекс операций и материалов, необходимых для подготовки и собственно металлизации заготовки ПП. Очистка заготовок от загрязнений производится в кислотном очистителе ПлатаМет601, который позволяет проводить мягкую обработку, не используя щелочные растворы. Состав обладает хорошей смачивающей способностью, что позволяет обрабатывать отверстия с соотношением диаметра отверстия к толщине 1:10 и «глухие» отверстия. Очиститель легко удаляется при промывке холодной водой.

Микротравление меди производится в растворе ПлатаМет602. Раствор стабилен во времени и позволяет выполнять процесс с постоянной скоростью в течение длительного времени. Микротравитель не содержат комплексообразующих агентов и не вызывают проблем при обработке стоков. Гальваническое меднение осуществляется в сернокислом электролите с добавкой ПлатаМет 604. Электролит имеет высокую рассеивающую способность, что позволяет при металлизации печатных плат получить равномерное распределение осадка по поверхности и в отверстиях. Соотношение толщины меди на поверхности и в отверстиях близко к 1:1.

Медные осадки имеют высокий коэффициент удлинения (12-18%), выдерживает испытания на термоудар в течение более 10 сек, прочность на разрыв составляет 25 – 30 кг/мм2, электропроводность

0,52 мкС/см. Процесс осаждения меди осуществляется в широком диапазоне рабочих плотностей тока при неизменно высоком качестве покрытия. Благодаря высокой пластичности осажденной меди печатные платы выдерживают все термические нагрузки при дальнейшем изготовлении и пайке плат без разрыва столба металлизации в отверстиях.

Осаждение сплава олово-свинец

Сплав олово-свинец на ПП может выполнять двоякую роль: являться металлорезистом, т.е. защищать медный рисунок платы при травлении, и паяльным покрытием. Вторая его функция постепенно сокращается, в связи с тем, что при изготовлении ПП с защитной маской предприятия переходят на нанесение сплава горячим способом или вообще отказываются от свинцово-содержащих финишных покрытий.

Процесс гальванического нанесения сплава является достаточно сложным, поскольку основная цель – осадить сплав определенного состава с наименьшей температурой плавления. Строго говоря, это должен быть состав: 63% олова и 37% свинца. Температура плавления его 180°С. При отклонении состава осаждаемого покрытия от эвтектического сплава температура расплавления увеличивается. Дополнительное тепловое воздействие, которому при этом подвергается ПП, может вызывать расслоение базового материала.

При осаждении сплава на печатные платы особое значение приобретает также то, что его состав зависит от плотности тока. С увеличением плотности тока облегчается осаждение олова, а значит, содержание его в сплаве увеличивается. Но условия осаждения сплава на проводниках и в отверстиях значительно отличаются. Вследствие существенного различия в плотности тока сплав на проводниках более богат оловом, чем в отверстиях, что отрицательно влияет на качество пайки на волне припоя.

Для получения плотных мелкокристаллических гальванических покрытий сплавом, равномерно распределенных по поверхности и в отверстиях печатных плат, необходимо использовать электролиты со специальными добавками. К таким добавкам относится добавка БОС.

Добавка БОС к борфтористому электролиту нанесения сплава олово-свинец имеет большое количество достоинств:

  • поставляется в виде концентрата, пригодного для прямого введения в электролит и обеспечивает максимальное удобство в работе;
  • при применении БОС не требуются поверхностно активные вещества, что позволяет ограничить круг поставщиков материалов;
  • обеспечивает высокую стабильность свойств электролита и качества осаждаемого покрытия.

В отличие от других электролитов, рекомендуемых для осаждения сплава олово – свинец на печатные платы, электролит с добавкой БОС содержит сравнительно небольшое количество кислоты (100 – 120 г/л), и поэтому наименее агрессивен. Катодная плотность тока достаточно высока и составляет 2,5 – 3,5А/дм2. У электролитов нанесения сплава олово – свинец с добавкой БОС отличная рассеивающая способность, благодаря которой при металлизации печатных плат соотношение толщины покрытия на поверхности и в отверстиях близко к 1:1, и высокая эффективность процесса. Скорость осаждения сплава составляет 1,2 мкм/мин при плотности тока 3 А/кв.дм.

Гальваническое осаждение олова на платы производится при использовании технологии изготовления ПП с удаляемым металлорезистом. При этом применяются самые простые сернокислые электролиты. Для получения покрытий высокого в электролит вводятся специальные добавки, например, структурообразующая добавка БОС-1.

Осадки, получаемые из электролитов с добавкой БОС-1, плотные, мелкокристаллические, равномерно распределенные по поверхности и в отверстиях печатных плат. Благодаря этому уже при толщине

5 -7 мкм они надежно защищают проводящий рисунок при травлении меди с ПП и одновременно легко и быстро удаляются с проводящего рисунка для нанесения защитной маски по голой меди.

Гальваническое осаждение двухслойных покрытий никель-палладий и никель-золото, используемых для покрытия концевых печатных контактов, за последние годы практически не претерпели изменений. Основные события происходили в области технологий нанесения финишных покрытий, предназначенных для защиты и обеспечения паяемости всех участков ПП, не защищенных маской.

Достаточно долгое время самым оптимальным считалось использовать покрытие сплавом олово-свинец, наносимое горячим способом. Однако оно имеет ряд недостатков, в т.ч, не обеспечивает компланарности (плоскостности) поверхности, создает горячую агрессивную среду и проблемы с экологией.

В настоящее время большинство финишных покрытий, обеспечивающих компланарность ПП, необходимую для поверхностного монтажа, наносится по защитной паяльной маске. Это химические (иммерсионные) покрытия, чаще всего оловом или золотом, получаемые за счет контактного обмена между материалом основы и катионами осаждаемого металла, находящимися в растворе. Такие покрытия сразу после нанесения имеют хорошую паяемость, но из-за незначительной толщины и пористости при хранении на их поверхности могут появляться продукты коррозии медной основы, что приводит к ухудшению паяемости. Кроме того, такая технология требует выполнения операций по нанесению, а затем удалению травильных металлорезистов – олова или сплава олово-свинец.

Альтернативой стала новая технология Элнис 220, предусматривающая нанесение двухслойного гальванического покрытия никель-серебро. Технология обеспечивает создание компланарного покрытия, выполняющего одновременно функции как травильного металлорезиста, так и защитного финишного покрытия. Далее покрытие никель-серебро обеспечивает надежную защиту медной поверхности и пригодно для всех видов сборочно-монтажных работ. Технология экономична, т.к. исключает затраты на выполнение операций по нанесению и удалению травильного металлорезиста. Учитывая, что операции никелирования и серебрения проводятся на заготовках печатных плат с нанесенным щелочесмываемым фоторезистом, в процессе используются только кислые электролиты.

Широко распространены в производстве ПП электролиты никелирования, содержащие в качестве основного компонента сернокислый никель. Недостатком этих электролитов является то, что они очень чувствительны к изменению режимов процесса и наличию примесей в электролите. При неблагоприятных условиях возможно образование хрупких и шероховатых осадков никеля.

Процесс «Элнис 220» предусматривает для получения никелевого покрытия использование сульфаматного электролита. Достоинством сульфаматных электролитов является то, что полученные из них осадки имеют высокую пластичность и хорошую прочность сцепления с основой. Ведение в электролит специальных добавок ЭлнисNi-А и Элнис Ni-Б обеспечивает получение беспористых полублестящих осадков никеля при толщине слоя 4 – 5 мкм.

При серебрении традиционно используются электролиты, работающие в щелочной области рН, что неприемлемо при металлизации плат со щелочесмываемыми фоторезистами. Поэтому современная технология изготовления плат потребовала создания принципиально нового электролита серебрения, работающего в кислой области.

Платы, изготовленные по вышеуказанной технологии, успешно прошли испытания на соответствие требованиям, предъявляемым к ПП.

Оборудование для металлизации

В отличие от большинства производителей оборудование, производимое СПбЦ «ЭЛМА», учитывает потребности не только серийных, но также мелкосерийных и опытных производств.

В качестве примера технических решений, закладываемых в оборудование, можно привести характеристики малогабаритных линий для выполнения химических и электрохимических процессов под общим названием «Элгамет». Варианты их исполнения: автоматический и полуавтоматический. Компоновка линий и их производительность определяются требованиями потребителей.

Вид полуавтоматической малогабаритной линии

Параметры полуавтоматической линии: Способ перемещения заготовок по ваннам – ручной. Контроль и поддержание технологических параметров в ваннах – автоматические. Управление: Все необходимые значения технологических параметров задаются оператором на лицевой панели шкафа управления. С момента установки подвески с заготовками на каждую рабочую позицию автоматически запускается отсчет заранее установленного интервала времени, по окончании которого выдается звуковой сигнал и включается световая индикация представлен на рис.1.

Вид системы управления полуавтоматической линии

Параметры автоматической линии: Способ перемещения заготовок по ваннам – с помощью автооператора. Контроль и поддержание технологических параметров – автоматический представлен на рис.2.

Вид автоматической малогабаритной линии представлен на рис. 3 и 4.

Система управления автоматической линии построена на базе программируемого логического контроллера и включает в себя набор модулей ввода-вывода управляющих сигналов и электронную панель индикации и управления. С целью упрощения и повышения надежности контроля и управления технологическими параметрами на лицевую панель выведены регуляторы температуры каждой ванны и органы управления исполнительными механизмами.

Система управления автоматической линии:

  • обеспечивает работу исполнительных устройств, в т.ч. автооператоров в ручном и автоматическом режиме по заданной программе в соответствии с технологическим процессом
  • позволяет гибко менять время экспозиции в каждой ванне, время выдержки автооператора с заготовкой над каждой ванной
  • автоматически устанавливать ток на каждую стороны заготовки в соответствии с введенным оператором значением площади металлизации, интегрировать суммарное количество ампер/часов по каждой ванне, суммарную площадь обработанных заготовок как по виду плат, так и по количеству.
  • обеспечивает обработку различных аварийных ситуаций.

Основные конструктивные решения автоматических и полуавтоматических линий:

  • каркасная рама и рама привода качания из нержавеющего профиля ванны и трубопроводная арматура из полипропилена
  • ванны оснащены устройствами непрерывной фильтрации, циркуляции и др.
  • качание подвески под углом 45°
  • промывочные ванны – каскадные
  • все исполнительные механизмы и электронные устройства повышенной надежности
  • Все ванны, где это необходимо, оснащены тефлоновыми нагревателями с низкой удельной тепловой нагрузкой, обеспечивающими наилучшее распределение тепла и исключающими наличие местных перегревов.
  • Все ванны, где это требуется, имеют датчики уровня раствора, установки фильтрации, циркуляции. Используемая комплектация – от лучших европейских производителей

Вид отдельных элементов комплектации представлен на рисунке 5.

Читайте также:  Как переделать хрущевский холодильник под окном
Ссылка на основную публикацию