Электрохимическое меднение

Меднение наиболее широко применяют в качестве промежуточного покрытия при получении многослойных декоративных покрытий никелем, хромом и другими металлами. Меднению подвергают сталь, чугун, медные (в том числе детали под пайку), цинковые, алюминиевые сплавы, титан и его сплавы. Используют покрытие стали медью для защиты отдельных поверхностей деталей от науглероживания при химико-термической обработке (цементации).

Медное покрытие является катодным по отношению к стали, алюминиевым, магниевым и цинковым сплавам. При использовании его в качестве технологического подслоя перед никелированием, хромированием оно уменьшает пористость, повышает сцепление основного слоя покрытия с основой детали. Как самостоятельное покрытие для защиты от коррозии не рекомендуется в связи с низкой коррозионной стойкостью.

Медное покрытие обладает высокой электро- и теплопроводностью, пластичностью, выдерживает глубокую вытяжку, развальцовку, хорошо полируется, облегчает приработку, притирку и свинчивание, играет роль сухой смазки при трении скольжения, обеспечивает эффект «безизносности», в свежеосажденном состоянии хорошо паяется. С низкотемпературными припоями образует интерметаллические соединения, резко ухудшающие паяемость и прочность паяного соединения.

Кроме чисто медного покрытия, в ряде случаев применяют покрытие сплавом медь-олово. Покрытие высокооловянистым сплавом медь-олово (60 % олова) по отношению к стали является катодным. Рекомендуется для повышения износостойкости электроконтактных деталей, а также для обеспечения пайки. Покрытие применяют и для защитно-декоративных целей. Оно стойко к воздействию щелочей, слабых органических кислот и сернистых соединений.

ГОСТ 9.305-84 предусматривает 8 составов, электролитов и, соответственно, режимов ведения процесса электролиза для получения медного покрытия. Основные способы, получения качественного медного покрытия предусматривают использование цианистых электролитов, содержащих в качестве основы электролитов растворы меди цианистой технической и натрия цианистого технического (свободного). Кроме того, в электролитах могут использоваться добавки натра едкого технического, аммония роданистого, натрия виннокислого 2-водного марганца сернокислого 5-водного.

Простейший электролит этого, класса содержит меди цианистой технической 50-70 г/л, натрия цианистого технического (свободного) 10-25 г/л (рН = 10-11, температура 40-50 °С, плотность тока 1-5 А/дм² скорость осаждения слоя 0,3-0,9 мкм/мин). При плотности тока более 2 А/дм² проводят обработку с реверсированием тока с соотношением длительности обработки на катоде и аноде, соответственно, 10-20:1.

Вследствие удержания в составе электролитов цианистых соединений, они представляют серьезную опасность и вредность как для работающих в цехе, так и для окружающей среды. Использование цианистых солей требуем создания специальных условий для работающих и сложных методов переработки отходов производства.

Поэтому естественно стремление к замене, цианистых электролитов менее вредными сернокислыми электролитами. ГОСТ 9.305-84 предусматривает использование 5 различных составов сернокислых электролитов. Простейшим составом этого типа является электролит, содержащий 150-250 г/л меди сернокислой 5-водной и 50-70 г/л серной кислоты. Нанесение меди ведут при комнатной температуре (18-25 °С) при плотности тока 1-3 А/дм². При этом скорость осаждения составляет 0,2-0,6 мкм/мин.

Обязательным условием ведения процесса в сернокислых электролитах является перемешивание электролита либо механически при нанесении покрытия во вращающихся барабанах, либо путём использования сжатого воздуха, и, соответственно, непрерывная фильтрация растворов.

Модификациями основной ванны являются электролиты, содержащие небольшие добавки натрия хлористого (от 0,03 до 0,15 г/л) и блескообразующие органические добавки в количестве 4-6 г/л. При этом плотность тока может быть увеличена до 9-11 А/дм², а скорость осаждения увеличивается до 2 мкм/мин.

Для получения медного покрытия на мелких деталях во вращательных барабанах чаще всего используют растворы на основе сернокислой меди в количестве 60-90 г/л с калием фосфорнокислым пиро безводным (300-330 г/л) и добавкой 2‑водной мононатриевой соли 5-сульфосалициловой кислоты. Температура процесса 18-50 °С, рН = 8,2-8,9, плотность тока 0,5-2,0 А/дм. Скорость осаждения 0,11-0,4 мкм/мин.

Для повышения качества медного покрытия, получаемого в сернокислых электролитах, перед кислым меднением рекомендуется наносить тонкий технологический слой меди из цианистого электролита, связь которого с основой лучше, чем слой полученного непосредственно из сернокислого электролита.

Для придания декоративного вида изделиям после меднения может проводить окрашивание поверхности в растворе сернокислой меди 60 г/л натра едкого 45 г/л, пищевого сахара 90 г/л. Окрашивание проводят электролитически на катоде. В качестве анода применяют медь (температура электролита 30-40 °С, плотность тока 0,01-0,02 А/дм², напряжение на шинах не более 1 в; выдержка в зависимости от требуемого цвета от 0,7 до 20-25 мин)

Создание антифрикционных свойств поверхности изделий, хорошей электропроводности в сочетании с повышенной износостойкостью в ряде случаев достигается путём нанесения комплексного покрытия сплавами на основе меди. Такими покрытиями являются покрытия медь-олово, медь-цинк и тройным сплавом медь-свинец-олово.

Покрытие медь-олово наносят на углеродистую сталь, медь и её сплавы с подслоем меди, алюминий и его сплавы с подслоем химического никеля и меди, титановые сплавы с подслоем никеля и меди.