Патент на изобретение №2323275
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) ВОДНЫЙ ЭЛЕКТРОЛИТ БЛЕСТЯЩЕГО МЕДНЕНИЯ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области гальваностегии и может быть использовано для нанесения медных покрытий без применения промежуточного подслоя в машиностроении и приборостроении. Электролит содержит, г/л: медь сернокислую 200-250; кислоту серную 40-50; 2-n-третбутилокси-1,3-бис(бутиламино)пропан, ммоль/л 1-3 и сульфосалициловую кислоту, ммоль/л 1-3. Технический результат: получение качественных блестящих покрытий, хорошо сцепленных со стальной основой при минимальном ее наводороживании, а также получение электролита с высокой рассеивающей способностью. 3 табл.
Изобретение относится к области гальваностегии, в частности нанесения блестящих и зеркальных медных покрытий, и может быть использовано в машиностроении и приборостроении с минимальным наводороживанием стальной основы. Известны элекролиты меднения [1-6], содержащие сернокислую медь, серную кислоту и различные органические добавки. Однако данные электролиты не обеспечивают получения блестящих и зеркальных медных покрытий без наводороживания стальной основы. Наиболее близким по техническому решению и составу компонентов является электролит меднения, содержащий в качестве блескообразующей добавки бромистый этилендиизотиуроний [6], из которого получаются блестящие медные осадки в широком интервале плотностей тока. Однако рассеивающая способность данного электролита составляет 23%. Задачей изобретения является получение блестящих и зеркальных медных покрытий и электролита высокой рассеивающей способности. Поставленная задача достигается за счет того, что водный электролит блестящего меднения, содержащий медь сернокислую, кислоту серную, ингибитор наводороживания и блескообразователь, в качестве ингибитора наводороживания содержит сульфосалициловую кислоту, а в качестве блескообразователя – 2-n-третбутилокси-1,3-бис (бутиламино) пропан, при следующем соотношении компонентов, г/л:
Для получения водного электролита блестящего меднения готовим три состава компонентов:
Электролит готовят следующим образом: растворяют в дистиллированной воде при температуре 50-60°С сернокислую медь, охлаждают, смешивают с серной кислотой. Электролит прорабатывают при Дк=1 А/дм2 в течение 4 часов с целью удаления примесей, фильтруют и прибавляют органические добавки. Реактивы берут марки «ч.д.а.». Методика эксперимента. Наводороживание стали изучали по изменению пластичности проволочных образцов марки У10А длиной 130 мм, диаметром 1,0 мм на машине К-5. Пластичность (N) стальных образцов рассчитывали по формуле N=(n/n0)·100%, где n и n0 – среднее число оборотов до разрушения образца омедненного и без покрытия. Перед нанесением покрытия образцы зачищают микронной шкуркой и обезжиривают венской известью. Содержание водорода в стальных образцах определяют методом анодного растворения [7]. Физико-механические свойства катодных осадков изучали на стальных пластинах 40×40×2 мм, одну сторону которой изолировали лаком. Потенциал катода измеряют относительно хлорсеребрянного электрода с пересчетом на водородную школу. Блеск медных покрытий определяют на фотоэлектрическом блескомере ФБ-2 в относительных единицах по отношению к увиолевой пластинке, блеск которой составляет 65 отн.ед. Область значений соответствует 10-50 – полублестящей, 50-90 – блестящей, 90-100 – зеркальной поверхности. Выход по току (ВТ) определяют с помощью медного кулонометра, рассеивающую способность электролита – по методу Херинга-Блюма. Пористость осадков меди определяют по ГОСТу 9.302-79. Сцепление медного покрытия со стальной основой изучают методом скручивания на машине К-5 и нанесения взаимно пересекающихся царапин на пластинах. Сцепление считалось удовлетворительным, если наблюдали отслаивание осадка от стальной основы. Внешний вид покрытия определяют с помощью микроскопа. В остальном методика не отличалась от ранее описанной [8]. Результаты экспериментального анализа представлены в таблицах 2, 3. При электроосаждении меди из сульфатного электролита поверхность медного электрода заряжена положительно:
g=0
Сульфосалициловая кислота оказалась эффективным ингибитором наводороживания. Такое действие можно объяснить образованием плотных адсорбионных слоев из молекул этой добавки, которые препятствуют диффузии водорода в стальную основу. Молекула добавки содержит три электронодонорные группы: -ОН, -SO3H, -COOH и ароматическое кольцо, Лучшим блескообразователем является добавка 2-n-третбутилокси-1,3-бис(бутиламино)пропан, что связано с ее строением. Она содержит третбутиловый радикал (-С(СН3)3), который повышает электронную плотность на атоме эфирного кислорода, и два атома азота, которые и обуславливают лучшую адсорбционную способность данного соединения при концентрации 1-3 ммоль/л. Блескообразователь получен по известной методике. Заявляемый способ поясняется следующими примерами: Пример 1. Электроосаждение меди проводили из состава II табл.1 в присутствии ингибитора наводороживания – сульфосалициловой кислоты (табл.2, №1-3 ммоль/л). Потенциал катода изменяется от 0,154 до 0,201 В. Катодные осадки образуются мелкокристаллические, гладкие, хорошо сцепленные с основой, блестящей и зеркальной поверхностью (блеск составляет 40-100 отн.ед.). Выход по току равен 91-96%. Рассеивающая способность электролита – 20-33%. Однако эта добавка не проявила себя как ингибитор наводороживания. Осадки получаются достаточно пористыми (число пор 4-29 на 1 см2, табл.3, №1), которые не препятствуют диффузии водорода в стальную основу. Пластичность стальных образцов составляет 75-93%. Количество абсорбированного водорода составляет 20-61 мл/100 Me, табл.3, №1. Пример 2. Электроосаждение меди проводили из электролита состава 1 табл.1 в присутствии блескообразователя при концентрации 1-3 ммоль/л. (табл.2, №4-6). Потенциал катода изменяется от 0,104 до 0,156 В при Дк=1-4 А/дм2. Катодные осадки получаются крупнокристаллическими, неравномерными, частично отслаивающими от основы, матовой и полублестящей поверхностью, блеск равен 8-19 отн.ед. Выход по току составляет 93-98%. Рассеивающая способность электролита равна 39-45%. Пористость осадков меди изменяется от 1,5 до 25 пор на 1 см2 при толщине покрытия от 1 до 9 мкм. Пластичность стальных катодов составляет 85-98%, а количество водорода изменяется от 14 до 27 мл/100 г Me, табл.3, №2. Пример 3. Электроосаждение меди проводили из электролита состава III табл.1 при совместном присутствии ингибитора наводороживания и блескообразователя (табл.2 №7, при концентрации 1-2 ммоль/л). Явно наблюдается синергизм действия добавок, когда эффективность ингибирующего и блескообразовывающего действия усиливается. Потенциал катода сильно смещается в область отрицательных значений и составляет 0,071-0,110 В. Катодные осадки качественные с мелкокристаллической структурой, равномерные, хорошо сцепленные с основой, блестящей и зеркальной поверхностью, блеск составляет 87-100 отн.ед. Выход по току равен 95-98%. Рассеивающая способность электролита – 38-46%. Медные покрытия малопористы (число пор изменяется от 1 до 5 на 1 см2 при толщине от 7 до 9 мкм) и препятствуют диффузии водорода в стальную основу. Пластичность стальных образцов максимальна 95-99%, а объем водородосодержания изменяется от 17 до 37 мл/100 г Ме, табл.3 №3. Таким образом, приведенные примеры подтверждают преимущества заявляемого электролита и позволяют получить качественные гальванические осадки, хорошо сцепленные с основой, блестящей и зеркальной поверхностью, минимальным наводороживанием стальной основы. Электролит обладает высокой рассеивающей способностью, что позволяет получить равномерные покрытия по всей поверхности образца в присутствии ингибитора наводороживания сульфосалициловой кислоты и блескообразователя – 2-третбутилокси-1,3-бис(бутиламина)пропана (табл.2, №7).
Источники информации 1. А.С. 244057. Электролит меднения. БИ №17, 1969. 2. А.С. 630648. Электролит блестящего меднения. БИ №40, 1978. 3. А.С. 819226. Электролит блестящего меднения. БИ №13, 1981. 4. А.С. 850752, №28. Электролит для осаждения покрытий на основе меди. БИ №28, 1981. 5. А.С. 1085295 А. Электролит блестящего меднения, 1982. 6. А.С. 1010161. Электролит блестящего меднения. БИ №13, 1983. 8. Милушкин А.С, Белоглазов С.М. Ингибиторы наводороживания и электрокристаллизации при меднении и никелировании. – Л.: Изд-во ЛГУ, 1986. – 186 с. Формула изобретения
Водный электролит блестящего меднения, содержащий медь сернокислую, кислоту серную, ингибитор наводороживания и блескообразователь, отличающийся тем, что в качестве ингибитора наводороживания он содержит сульфосалициловую кислоту, а в качестве блескообразователя 2-n-третбутилокси-1,3-бис(бутиламино)пропан при следующем соотношении компонентов, г/л:
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
CU=-0,06 В; 
-электроны которого смещают электронную плотность к адсорбционным центрам. Сульфогруппа существенно увеличивает емкость двойного электрического слоя, что объясняется отталкиванием ее от поверхности меди, что связано с ориентацией диполей дисульфида отрицательным концом перпендикулярно подложке [9].