Патент на изобретение №2349685

(54) ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ БЛЕСТЯЩЕГО МЕДНЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области нанесения металлических покрытий гальваническим способом и может быть использовано в радиоэлектронной промышленности, автомобилестроении и других отраслях. Электролит содержит, г/л: медь сернокислую 85-150; серную кислоту 30-50; аммоний щавелевокислый 25-35; триэтиленгликоль или тетраэтиленгликоль 12-18 и воду. Технический результат: получение высококачественных, хорошо сцепленных с основой покрытий с зеркально-блестящей поверхностью за счет снижения пористости, повышения адгезии и расширения диапазона рабочих плотностей тока при использовании нетоксичных компонентов. 1 табл.

Изобретение относится к области гальваностегии, в частности к области получения блестящих металлических покрытий, прочно сцепленных с основой, и может быть использовано в радиоэлектронной промышленности, автомобилестроении и других отраслях.

Известные электролиты блестящего меднения с различными органическими добавками не получили широкого распространения в промышленности по целому ряду причин. Прежде всего, блестящие слои меди являются сравнительно хрупкими, имеют плохое сцепление с основой, кроме того, обладают слабой выравнивающей способностью. В результате перечисленных причин не удается получать гладкие равномерные слои меди.

Известен ряд электролитов меднения, например электролит [1], содержащий, г/л:

Сернокислая медь 180-200

Серная кислота 30-50

Соляная кислота 0,01-0,03

Натриевая соль дисульфопропандисульфид 0,005-0,050

Метиленовый голубой 0,005-0,060

Полипропиленгликоль 0,004-0,012

Краситель 0,005-0,040

Осаждение в данном электролите проводится при катодной плотности тока 2-6 А/дм² и температуре 18-25°С при перемешивании электролита сжатым воздухом.

Известен также электролит блестящего меднения [2], содержащий, г/л:

Медь (мет) 70-80

Цианистый натрий 20-25

Роданистый калий 10

Этиленгликоль 30-40

Препарат ОС-20 6

Наилучшие результаты получаются при плотности тока 3-3,5 А/дм², температуре 68-70°С и механическом перемешивании состава.

Недостатком указанных электролитов является относительная дороговизна и токсичность используемых соединений.

Известен также электролит блестящего меднения [3], содержащий:

Сернокислая медь 45-120

Натрий или калий пирофосфорнокислый 200-550

Продукт конденсации щавелевой кислоты и этиленгликоля 15-25

Вода до 1 л

Температура 60-80°С

Плотность тока 0,05-4 А/дм²

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является сернокислый электролит блестящего меднения [4], содержащий, г/л:

Сульфат меди 80-90

Щавелевокислый аммоний 200-250

Процесс осуществляется при температуре 60-80°С и плотности тока 5-7 А/дм².

Недостатками указанного аналога являются узкий диапазон рабочих плотностей тока и высокая пористость покрытия.

Задачей данного изобретения является получение высококачественных покрытий с зеркально-блестящей поверхностью без промежуточного слоя за счет снижения пористости, повышения адгезии и расширения диапазона рабочих плотностей тока при использовании нетоксичных компонентов.

Указанный результат достигается тем, что электролит блестящего меднения, содержащий медь сернокислую, серную кислоту, аммоний щавелевокислый, а в качестве блескообразующих и выравнивающих добавок – олигоэтиленгликоли (три- или тетраэтиленгликоль) при следующем соотношении компонентов, г/л:

Медь сернокислая 85-150

Серная кислота 30-50

Аммоний щавелевокислый 25-35

Три- или тетраэтиленгликоль 12-18.

Процесс ведут при температуре 50-60°С и плотности тока 1-5 А/дм².

Олигоэтиленгликоли и продукты их конденсации с оксалат-ионами, которые образуются в кислых растворах при повышенной температуре, создают на поверхности металла адсорбционный слой, который препятствует проникновению водорода вглубь металла основы. Образование зеркальных осадков связано с избирательной адсорбцией молекул добавок на различных гранях растущих кристаллов. Преимущественная адсорбция органического вещества на активных центрах поверхности катода приводит к тому, что выделение металла происходит в основном в углубленных участках шероховатой поверхности, что вызывает сглаживание и выравнивание поверхности. Из данного электролита при высокой катодной поляризации получаются качественные гальванические осадки с мелкокристаллической структурой, зеркальной поверхностью, хорошей адгезией, без применения промежуточного подслоя. При этом осадки получаются беспористые.

Для получения электролита блестящего меднения были приготовлены три состава компонентов (Таблица 1).

Электролит готовят следующим образом. Медь сернокислую растворяют в воде, нагретой до 50-60°С, фильтруют. Аммоний щавелевокислый также растворяют в воде, нагретой до 60°С, смешивают с серной кислотой и раствором меди сернокислой. Для удаления примесей электролит прорабатывают в течение 2 часов при плотности тока 0,5 А/дм², отфильтровывают и добавляют олигоэтиленгликоль (три- или тетраэтиленгликоль). Все используемые реактивы марки «ч.д.а.». Получаемое в результате использования предлагаемого состава электролита покрытие имеет хорошую адгезию и блестящую зеркальную поверхность, при этом используемые компоненты нетоксичны.

Примеры составов заявляемого электролита с граничными и оптимальными значениями концентраций компонентов приведены в табл.1.

Пример 1. Электроосаждение меди из электролита состава I табл.1 сопровождается высокой катодной поляризацией -0,723-0,791 В при Дк=1-5 А/дм². Осадки мелкокристаллические, светлые, шероховатые, полублестящие (блеск 31-18 отн.ед.). Осадки достаточно пористы (число пор от 5 до 12 при Дк=1 А/дм² и 2-9 при Дк=5 А/дм²). Выход по току 87-93%.

Пример 2. Электроосаждение меди проводили из состава II табл.1 при Дк=1-5 А/дм². Потенциал катода изменяется от -0,774 до -1,126 В. Осадки хорошего качества: мелкокристаллические, гладкие, хорошо сцепленные с основой, светло-розового цвета с блестящей поверхностью (блеск 74-87 отн.ед.), рассеивающая способность электролита достаточно велика (48-54%). Осадки получаются практически беспористыми (при 5-10 мкм количество пор составляет 2-1 на 1 см²). Пластичность равна 98-100%.

Пример 3. Состав III табл.1. Потенциал катода меняется от -0,789 до -1,206 В, что обеспечивает катодные осадки хорошего качества, зеркальные (блеск 100-86 отн.ед.), хорошо сцепленные с основой. Пористость осадков: уже при толщине покрытия 3 мкм минимальна и составляет 3 поры на 1 см² при Дк=1 А/дм², а при Дк=5 А/дм² пористость осадков отсутствует. Пластичность 98-100%, выход по току 79-86%. Рассеивающая способность электролита равна 52-48%.

Таким образом, приведенные примеры наглядно иллюстрируют преимущество заявляемого электролита блестящего меднения и позволяют получить качественные блестящие беспористые гальванические осадки.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №444828.

2. Авторское свидетельство СССР №109164.

3. Патент на изобретение РФ №2094543.

4. Авторское свидетельство СССР №411155.

Формула изобретения

Электролит блестящего меднения, содержащий медь сернокислую, серную кислоту, аммоний щавелево-кислый, блескообразующие и выравнивающие добавки и воду, отличающийся тем, что он в качестве блескообразующих и выравнивающих добавок содержит олигоэтиленгликоль – триэтиленгликоль или тетраэтиленгликоль при следующем соотношении компонентов, г/л: