Исследование адгезии медного покрытия на титане | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 20 марта, печатный экземпляр отправим 24 марта.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Химия

Опубликовано в Молодой учёный №4 (346) январь 2021 г.

Дата публикации: 25.01.2021

Статья просмотрена: 5 раз

Библиографическое описание:

Ступалев, Д. Э. Исследование адгезии медного покрытия на титане / Д. Э. Ступалев, С. Н. Бечин. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 4 (346). — С. 87-89. — URL: https://moluch.ru/archive/346/77983/ (дата обращения: 07.03.2021).



В статье авторы оценивали величину адгезии медного покрытия в зависимости от подготовки титановых образцов.

Ключевые слова: адгезия, медные покрытия, титан, предел прочности.

Благодаря ценным качествам меди ее широко используют в электротехнической, электромашиностроительной отрасли, в радиоэлектронике и приборостроении. Для осуществления процесса химического меднения рекомендуется много разнообразных растворов. Состав раствора химического омеднения обычно включает в себя соль двухвалентной меди (сульфат меди), комплексообразователь, восстановитель (формалин), ускоряющие и стабилизирующие добавки, гидроксид натрия для регулирования рН.

Развитие промышленности повышает требования к химическим и электрохимическим покрытиям. Раньше эти требования касались главным образом защитных и защитно-декоративных свойств поверхности. В настоящее время возникла необходимость в покрытиях, обладающих специальными свойствами, такими как высокая электропроводность, особые магнитные характеристики, хорошие антифрикционные свойства, большая твёрдость и износостойкость, высокая коррозионная стойкость в специфических условиях эксплуатации, каталитическая активность, хорошая паяемость и др.

Медные покрытия получили довольно широкое распространение для защиты отдельных участков деталей от науглероживания при цементации. Меднение применяется также во многих специальных случаях [1].

Прочное сцепление между титаном и медью обеспечивается только в случае, когда в процессе активирования образуется черная пленка. Если пленка имеет сероватый оттенок цинка, сцепление неудовлетворительное. Черная пленка на титане образуется в момент возникновения на поверхности видимых газовых пузырьков или несколько раньше. На основании последующих опытов установлено, что более прочное сцепление титана с гальваническим покрытием получается при химической обработке титана от 1,5 до 4,5 мин и 15–24° С (рис. 1) [2].

Внешний вид титана с различными гальваническими покрытиями после предварительной обработки в смеси этиленгликоль-фтористоводородная кислота-фтористый цинк: а — черная пленка гидрида титана; б — отслаивание медного покрытия, осажденного по черной пленке из сернокислого электролита после 30-мин нагрева при 240°С; в — хромирование титана по никелю и меди.

Рис. 1. Внешний вид титана с различными гальваническими покрытиями после предварительной обработки в смеси этиленгликоль-фтористоводородная кислота-фтористый цинк: а — черная пленка гидрида титана; б — отслаивание медного покрытия, осажденного по черной пленке из сернокислого электролита после 30-мин нагрева при 240°С; в — хромирование титана по никелю и меди.

Растворы для осаждения покрытий готовили из реактивов марки «хч» и дистиллированной воды. В процессе приготовления все компоненты вводили в определенной последовательности.

Раствор для химического осаждения меди был следующего состава: сульфат меди 25 г/л, ЭДТА 110 г/л, формалин 16 г/л и щелочь 20 г/л.

  1. Берем химический стакан объемом 1 литр
  2. После чего на аналитических весах взвешиваем 25г CuSO4
  3. К медному купоросу добавляем 110г ЭДТА и 20г едкого натра
  4. Доводим до метки дистиллированной водой
  5. Ставим приготовленный раствор на механическую мешалку до полного растворения
  6. При помощи химической бюретки отмеряем 16г формалина и добавляем его к полученной смеси (нужно отметить, что формалин должен быть свежим)
  7. В приготовленном растворе меди не должно быть осадка, его наличие может привести к началу протекания объемного разложения раствора
  8. Приготовленный раствор имеет pH>11

Испытания проводились на установке типа У-2М ГОСТ 4765–73 (рис.2) [3]. Пластинку помещают на наковальню под боек покрытием вверх или вниз (обратный удар), следя за тем, чтобы она плотно прилегала к поверхности наковальни.

Установка для испытаний на адгезию У-2М

Рис.2. Установка для испытаний на адгезию У-2М

Участок пластинки, на который будет падать груз, должен находиться на расстоянии не менее 20 мм от края пластинки и не менее 40 мм от центра других участков, ранее подвергавшихся удару. Если значение прочности покрытия при ударе неизвестно, то груз устанавливают на высоте 10 см, а затем приводят прибор в действие; при этом груз свободно падает на боек, который передает удар на пластинку, лежащую на наковальне. После удара груз поднимают, пластинку вынимают и рассматривают покрытие материала в лупу с целью выявления механического повреждения (трещины, отслаивания). Если указанные дефекты отсутствуют, то испытание повторяют, увеличивая высоту сбрасывания груза каждый раз на 5–10 см до тех пор, пока не обнаружатся первые повреждения покрытия при ударе. Повторные испытания проводят каждый раз на новом участке пластинки. Для каждой высоты определение повторяют не менее трех раз.

Оценка величины адгезии медного покрытия производилась в зависимости от подготовки титановых образцов. В таблице 1 приведены значения разрывных усилий на чистом титане и с осажденным покрытием.

Таблица 1

Вид подготовки

Предел прочности, МПа

Испытание на термошок

Гидридная кислотная обработка

677

4–5

ЦКН-60Т

600

4–5

Цементация цинком

345

1–5

Цементация никелем

300

2–5

Из представленных выше данных видно, что усилие на разрыв между чистым титаном и титаном с осажденным покрытием изменяется незначительно. А в случае с бескислотной обработкой и низкотемпературным химическим меднением даже увеличивается разрывное усилие. В случае цементационных обработок не было получено изначальной сходимости результатов по адгезии покрытия после термошока, поэтому далее они не проверялись.

Зависимость предела прочности титановых электродов от времени травления в различных растворах представлена на рис.3.

Зависимость предела прочности титановых электродов от времени травления в различных растворах: 1 — раствор ЦКН — 60Т; 2 — серная кислота 270 г/л при температуре 60°С

Рис. 3. Зависимость предела прочности титановых электродов от времени травления в различных растворах: 1 — раствор ЦКН — 60Т; 2 — серная кислота 270 г/л при температуре 60°С

Вывод: Установлено, что при эффективном времени обработки 10–20 мин в растворе композиции ЦКН — 60Т не происходит существенного наводорожевания металла основы, а при увеличении времени травления до 60–90 мин предел прочности уменьшается на 23,5 МПа. При травлении в растворе серной кислоты за 20 мин предел прочности уменьшается на 37 МПа, а за 90 минут — на 133 МПа.

Литература:

  1. А. М. Ямпольский. Меднение и никелирование.-Ленинград: Изд. «Машиностроение» 1977. -112с.
  2. Покрытие титана и его сплавов [Электронный ресурс]-2020- URL:http://ctcmetar.ru/sovremennaya-galvanotehnika/9463-pokrytie-titanai-ego-splavov.html.
  3. ГОСТ 4765–73 Материалы лакокрасочные. Метод определения прочности при ударе.
Основные термины (генерируются автоматически): предел прочности, медное покрытие, черная пленка, время травления, дистиллированная вода, зависимость предела прочности, серная кислота, сульфат меди, участок пластинки, чистый титан.


Задать вопрос