SU1705416A1 - Электролит дл меднени алюмини и его сплавов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к нанесению металлических покрытий, в частности медных , гальваническим способом на издели  из алюмини  и его сплавов и может быть использовано в радиоэлектронной промышленности , автомобилестроении и др. Цель изобретени  - уменьшение удельного сопротивлени  медных покрытий,увеличение прокрываемости сложнопрофилированных изделий, увеличение прочности сцеппени  покрыти  с основой и расширение диапазона рабочей плотности тока. Электролит дл  меднени  алюмини  и его сплавов содержит , г/л: медь сернокисла  45-100; натрий или калий пирофпсфорнокислый 200-420: аммоний фтористый 1-7; оксиэтилиденди- фосфонова  кислота 6-20. Введение оксиэ- тилидендифосфоновой кислоты в качестве дополнительной добавки обеспечивает получение на алюминии и его сплавах медных покрытий, имеющих удельное сопротивление 1,83-1,88 мкОм-см, прочность сцеплени  3,8-4,3 кДж/м при глубине прокрываемости 18-19 мм в диапазоне рабочих плотностей тока 0,3-3 А/дм. 2 табл. ел с

Description

Изобретение относитс  к нанесению металлических покрытий, в частности медных , гальваническим способом на издели  из алюмини  и его сплавов и может быть использовано в радиоэлектронной промышленности , автомобилестроении и др.

Известен пирофосфатный электролит, содержащий, г/л:

Сульфат меди80 -90 Пирофосфат кали  или 315-370 Пирофосфат натри  350-450 Азотнокислый аммоний или 5-15 Цитрат аммони  или 15-25 Щавелевокислый аммоний 5-20 25%-ный раствор аммиака 2-15 Пирофосфатна  кислота 1-10

рН электролита 7,3-8.3, температура 50-75°С, плотность тока 0,5-4,0 А/дм2.

Недостатком  вл етс  мала  прочность сцеплени  с алюминиевой основой, не соответствующа  ГОСТ 9.302-88. Кроме того, электролит дорог.

Известен электролит на основе пиро- фосфата кали , позвол ющий получать медные покрыти  на сплавах алюмини , содержащий, г/л:

Сульфат меди80-90

Пирофосфат кали 300-330

Натрий сульфосалициловокислый25-35

Температура 50-55°С, рН 7-8, плотность тока 0,5-1,5 А/дм2.

О

ел

Недостатками  вл ютс  небольшой диапазон плотностей тока, нестабильность сцеплени  получаемых покрытий с технически чистым алюминием, которое ухудшаетс  со временем работы электролита и не удовлетвор ет требовани м ГОСТ 9.302-88. Известен полилигандный электролит дл  осаждени  медных покрытий на алюминий , содеражащий, г/л:

Сульфат меди60-80 Пирофосфат кали  320-350 Аммоний  нтарнокислый 15-30 Гидроксиэтиламид 0,001-0,05 ЦиклимидЗО%-ный 0,005-0,05 рН 7,5-8,5, температура комнатна , плотность тока 0,7-1,5 А/дм .

Недостатком  вл етс  слабое сцепление покрытий с основой - технически чистым алюминием.

Известен пирофосфатный электролит дл  непосредственного меднени  алюмини  и его сплавов, содержащий, г/л: Сульфат меди45-55 Пирофосфат натри  200-240 Азотнокислый калий 10-15 рН 7-8, температура 55-65°С, плотность тока 0.3-0,8 А/дм .

Недостатком  вл етс  небольшой диапазон рабочих плотностей тока.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату , т.е. прототипом,  вл етс  электролит дл  непосредственного меднени  алюмини  и его сплавов, содержащий, г/л: Медь сернокисла 45-100 Натрий или калий пирофосфорнокислый 200-420 Калий азотистокислый 8-15 Аммоний фтористый 1,5-2,5 Цирконий фтористый 0,02-0,3 рН 7-8, температура 55-65°С, плотность тока 0,3-3,0 А/дм .

Недостатками  вл ютс  сравнительно высокое удельное сопротивление, невысока  прокрываемость сложнопрофилирован- ных изделий при низких плотност х тока, мала  прочность сцеплени  медных покрытий с алюминиевой основой при высоких плотност х тока.

Цель изобретени  - уменьшение удельного сопротивлени  медных покрытий при одновременном увеличении прокрываемо- сти сложнопрофилированных изделий, увеличение прочности сцеплени  покрытий с алюминиевой основой и расширение диапазона рабочей плотности тока.

Указанна  цель достигаетс  тем, что электролит, содержащий сернокислую медь, пирофосфорнокислую соль щелочного металла и фтористый алюминий, дополнительно содержит оксиэтилидендифосфоновую кислоту при следующем соотношении компонентов , г/л:

Медь сернокисла 45-100

Натрий или калий

пирофосфорнокислый200-420

Аммоний фтористый1-7

Оксиэтилидендифосфонова  кислота6-20

ВодаДо 1 л Сопоставительный анализ с прототипом позвол ет сделать вывод о том, что предлагаемый электролит отличаетс  от известных введением нового компонента, а именно оксиэтилендифосфоновой кислоты. Таким образом , предлагаемое техническое решение соответствует критерию Новизна.

Применение оксиэтилидендифосфоно- вой кислоты (ОЭДФК) в гальванотехнике

весьма ограничено. Ее использование известно в качестве компонента щелочных травильных растворов алюмини  и его сплавов с целью предотвращени  образовани  труднорастворимых корок гидроксида алюмини  на стенках травильных ванн, а также в качестве компонента щелочных растворов дл  предварительной промывки алюминиевых изделий с целью улучшени  качества полировки их поверхности.

Медь сернокисла  (или сульфат меди), ГОСТ 4165-78, представл ет собой кристаллы синего цвета, химическа  формула CuSOn ЬНаО, плотность 2,28 г/см , растворимость в воде 18,7%.

Калий пирофосфорнокислый (или пиро- фосфат кали ), ТУ 6-09-3539-74, представл ет собой бесцветные кристаллы, химическа  формула К4Р20, плотность 2,83 г/см3, растворимость в воде 32,7%.

Натрий пирофосфорнокислый (или пи- рофосфат натри ), ГОСТ 342-77, представл ет собой бесцветные кристаллы, химическа  формула N34P20 10Н20, плотность 1,836 г/см , растворимость в воде 5,8%.

Аммоний фтористый (или фторид аммони ), ГОСТ 4518-75, представл ет собой бесцветные кристаллы, химическа  формула NH4F, плотность 1,32 г/см , растворимость в воде 42,5%.

Оксиэтилидендифосфонова  кислота (ОЭДФК), ТУ 6-09-713-76, представл ет собой белый кристаллический порошок, химическа  формула С2Н О Р2 НгО, температура плавлени  198°С, хорошо растворим

в воде, метиловом и этиловом спиртах.

Пример 1, Дл  приготовлени  1 л электролита 75 г меди сернокислой раствор ют в воде при 60°С, К раствору добавл ют 58 г кали  пирофосфорнокислого, необходимого дл  осаждени  пирофосфата меди. Полученный осадок отмывают от сульфат-ионов водой, нагретой до 60°С, при перемешивании. После промывки смесь выдерживают без перемешивани  4 ч до полного осаждени  пирофосфата меди, затем воду сливают с осадка декантацией, Оставшеес  количество кали  пирофосфор- нокислого, равное 252 г, раствор ют в отдельном количестве воды при комнатной температуре и приливают к осадку пирофосфата меди при перемешивании до полного растворени  осадка.

Аммоний фтористый в количестве 4 г и оксиэтилидендифосфоновую кислоту в количестве 13 г раствор ют в отдельных объемах воды при комнатной температуре и ввод т при перемешивании в полученный раствор меди сернокислой и кали  пирофосфорно- кислого в любой последовательности.

Затем объем полученного раствора довод т до 1 л водой и охлаждают до комнатной температуры. Требуемое значение рН 7,5 устанавливают при помощи 50%-ного раствора пирофосфорной кислоты или 30%- ного раствора едкого кали.

Приготовленный электролит имеет следующий состав, г/л;

Медь сернокисла 75 Калий пирофосфорнокислый 310 Аммоний фтористый 4 ОЭДФК 13 рН 7,5, температура 60°С, интервал рабочей плотности тока 0,1-3,0 А/дм,

Пример 1а. Дл  приготовлени  1 л электролита с использованием натри  пи- рофосфорнокислого 75 г меди сернокислой раствор ют в воде при 60°С. Натрий пирофосфорнокислый в количестве 310 г раствор ют в отдельном объеме воды при 80°С. Затем раствор меди сернокислой при перемешивании приливают к раствору натри  пирофосфорнокислого до полного растворени  выпадающего осадка пирофосфата меди. Остальные компоненты электролита ввод т аналогично описанному в примере 1.

Приготовленный электролит имеет следующий состав, г/л:

Медь сернокисла 75 Натрий пирофосфорнокислый 310 Аммоний фтористый 4 ОЭДФК 13 рН 7,5, температура 60°С, интервал рабочей плотности тока 0,1-3,0 А/дм.

Примеры с граничными значени ми предлагаемого электролита, а тгкже примеры со значени ми отличительного признака , выход щими за за вленные интервалы, приведены в табл. 1.

После приготовлени  электролита поверхность образцов из алюмини  марки А7М подготавливают по обычной технологии . В частности, трав т и обезжиривают в

10%-ном растворе КОН при 60°С в течение 30 с, промывают водой, активируют в растворе 1:1 при комнатной температуре в течение 30 с, промывают водой и осаждают медные покрыти  в приготовленном

0 электролите. Полученные медные покрыти  испытывают на сопротивление, прокрывае- мость сложнопрофилированных изделий, прочность сцеплени  с алюминиевой основой .

5Покрываемость изделий сложного профил  определ ют на образцах цилиндрической формы, изготовленных из алюмини  марки А7М, полых внутри. Длина цилиндров составл ет 60 мм, внешний диаметр - 9 мм,

0 внутренний - 7 мм. После осаждени  меди толщиной 6 мкм при средней плотности тока 1,5 А/дм образцы разрезают вдоль и разгибают . Критерием прокрываемостй служит величина h - глубина покрыти  внутренней

5 поверхности цилиндров,

При определении диапазона рабочей плотности тока устанавливают верхнюю и нижнюю границы катодной плотности тока. Дл  определени  верхней границы на пло0 ские образцы из технически чистого алюмини  марки А7М нанос т медное покрытие толщиной 6 мкм. Покрытие испытывают на прочность сцеплени  с основой согласие ГОСТ 9.302-88. Доброкачественным счита5 ют покрытие, выдержавшее испытани . Дл  определени  нижней границы катодной плотности тока на образцы осаждают мед- нос покрытие толщиной 3 мкм. Доброкачественным считают покрытие, полностью

0 закрывающее алюминиевую основу.

Количественные испытани  прочности сцеплени  покрытий с алюминиевой основой провод т методом отрыва с использова- нием разрывной машины 2063 Р-0,05.

5 Величину сцеплени  выражают в кДж/м .

Аналогичные испытани  провод т на сплавах алюмини .

Дл  измерени  сопротивлени  используют микроомметр Ф 415. При этом медное

0 покрытие осаждают на полированные образцы из нержавеющей стали, поверхность которых обезжиривают в стандартном растворе химического обезжиривани  по ГОСТ 9.305-84, промывают водой, высуши5 вают, разрезают покрытие вдо ль до основы у краев, отдел ют от образца и измер ют сопротивление. После этого рассчитывают величину удельного сопротивлени .

При всех испытани х характеристик получаемого медного покрыти  проводили

не менее 4-5 параллельных опытов и брали среднеарифметическое значение величин.

Результаты испытаний представлены в табл.2.

Из табл. 2 видно, что предлагаемый электролит (примеры 1-3) обладает следующими существенными преимуществами перед прототипом, позвол ет получать медные покрыти  с удельным сопротивлением в среднем на 20% меньше, обладает в сред- нем на 25% большей глубиной прокрывае- мости сложнопрофилированных изделий, позвол ет получать медные покрыти , имеющие прочность сцеплени  в среднем на 70% большую, имеет более широкий диапа- зон катодной плотности тока.

В примере 4 концентраци  ОЭДФК выведена за минимальные граничное значение предлагаемого интервала. При этом происходит заметное снижение прочности сцеплени  медных покрытий с алюминиевой основой, увеличение удельного сопротивлени  покрыти , уменьшение глубины прокрываемости и некоторое сужение диа пазона рабочей плотности тока.

В примере 5 концентраци  ОЭДФК выведена за максимальное граничное значение предлагаемого интервала. При этом происходит некоторое увеличение удельного сопротивлени  покрытий и снижение прочности их сцеплени  с алюминиевой основой.

Другими преимуществами электролита  вл ютс :

при использовании предлагаемого электролита наблюдаетс  улучшение работы медных анодов, погруженных в электролит , на них отсутствует шламообразование при высоких анодных плотност х тока;

электролит обладает более высокой буферной емкостью, в силу чего требуетс  менее часта  корректировка рН в процессе работы.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Электролит дл  меднени  алюмини  и его сплавов, содержащий сернокислую медь, пирофосфорнокислуюсоль щелочного металла и аммоний фтористый, отличаю- щ и и с   тем, что, с целью уменьшени  удельного сопротивлени  медных покрытий , увеличени  прокрываемости сложно- профилированных изделий, увеличени  прочности сцеплени  покрытий с основой и расширени  диапазона рабочих плотностей тока, он дополнительно содержит оксиэти- лидендифосфоновую кислоту при следующем соотношении компонентов, г/л:

   Сернокисла  медь45-100

   Пирофосфорнокисла  соль

   щелочного металла200-420

   Аммоний фтористый1-7

   О ксиэтилидендифосфоно ва 

   кислота6-20

   Таблица 1

   Таблица 2