В статье рассмотрены сферы применения латунных покрытий, основные технологии электроосаждения латуни, а также особенности электроосаждения латуни на металлическую основу.
Ключевые слова: электролит, латунирование, латунь, комплексообразующие, электроосаждение.
Латунные покрытия, получаемые путем гальванического осаждения, часто применяют для защиты металлов от коррозии, для придания поверхности металла декоративного вида, а также для улучшения сцепления изделий из алюминия и стали с резиной, при их обклейке последней. Для этого применяют латунные покрытия толщиной, не превышающий 3–5 мкм. Также латунные покрытия применяются в качестве промежуточных слоев под никель, олово, серебро и золото. Толщина таких покрытий составляет порядка 12–15 мкм. Одной из особенностей латунных покрытий является способность окрашиваться в различные тона растворами аммиака, сульфида натрия, а также при помощи химического оксидирования [1].
Латунь — двойной или многокомпонентный сплав на основе меди, в котором основным легирующим компонентом является цинк. Типичная латунь, содержащая порядка 60 % меди, имеет золотистый цвет.
Особенность осаждения латуни заключается в том, что осаждаются два металла, электродные потенциалы которых в водных растворах различаются более чем на 1,0 В. С целью сближения потенциалов выделения цинка и меди широко применяют комплексообразование. Комплексообразующие вещества должны уменьшать активность ионов меди в большей степени, чем активность ионов цинка [2].
В промышленности наибольшее распространение получили цианистые электролиты латунирования. В таких электролитах достигается наименьшая разность равновесных потенциалов, а также наименьшая разность катодных потенциалов [3]. В зависимости от того, какие свойства должна иметь гальванически осажденная латунь, составы цианистых растворов могут широко варьироваться. Так, например, чтобы получить тонкослойное покрытие, применяют следующий состав электролита:
— цианистая медь — 20 г/л;
— цианистый цинк — 20 г/л;
— цианистый натрий — 20 г/л;
— карбонат натрия — 15 г/л;
— аммиак водный — 1,5 мл/л.
Также в него добавляется одна из блескообразующих присадок: 0,001–0,01 г/л трехокиси мышьяка, растворенного в едком натре; 0,01 г/л декстрина, растворенного в едком натре; 0,3–0,5 г/л фенола, растворенного в едком натре; 0,5–1,0 г/л крезолсульфата натрия. Рабочая температура 22–28 ºС, pH = 10–11,5. Отношение площадей анода и катода от 2:1 до 3:2.
Для электроосаждения специальных томпаковых сплавов (латунь с содержание меди 80 % и более) в основном применяют следующий электролит:
— цианистый калий — 15 г/л;
— карбонат натрия — 10 г/л;
— кислый сернокислый натрий — 20 г/л;
— хлористый аммоний — 2 г/л.
После нанесения покрытия необходимо тщательно промыть попеременно под горячей и холодной водой, а затем пассивировать в растворе, содержащем хромовый ангидрид, концентрированную азотную кислоту и оксид цинка при комнатной температуре. После промывки изделия нужно сразу же сушить сжатым воздухом или в сушилке. С целью сохранения декоративного вида латуни их покрывают прозрачным лаком (методом погружения или напыления) [1].
Основное влияние на качество покрытий и их химический состав оказывает не соотношение солей осаждаемых металлов, а концентрация свободного цианида. При ее повышении осадок обогащается цинком, так как катодная поляризация меди в этом случае возрастает в большей степени. Потенциал меди становится более отрицательным, чем потенциал выделения цинка, и на катоде происходит преимущественный разряд цинка. Внесение в электролит небольших количеств водного раствора аммиака позволяет улучшить внешний вид осадков, стабилизировать их химический состав в широком интервале плотностей тока и повысить выход по току. [4]
Имея множество преимуществ, цианидные электролиты имеют существенный минус — они являются очень токсичными для человека (в соответствии со стандартом NFPA 704 все цианиды имеют класс опасности для здоровья 2 — интенсивное или продолжительное, но не хроническое воздействие может привести к временной потере трудоспособности или возможной остаточной травме). Также цианистые электролиты чрезвычайно токсичны при попадании в почву [5].
Бесцианистые электролиты не получили широкого распространения в промышленности ввиду низкой стабильности, плохой воспроизводимостью результатов, сильной зависимости состава сплава от катодной плотности тока.
В качестве альтернативы цианистым электролитам выступают электролиты, комплексообразующими веществами в которых выступают пирофосфат-, роданид-, оксалат-, этилендиамин- анионы. В таких электролитах разность равновесных потенциалов остается весьма существенной, но из таких электролитов все же можно осадить латунь высокого качества. Примером таких электролитов могут служить следующие электролиты: на основе пирофосфата калия– медь сернокислая 5-водная 5–10 г/л, цинк сернокислый 7-водный — 55–60 г/л, пирофосфат калия — 240–250 г/л, сульфосалициловый натрий — 28–33 [4]. Подобный электролит служит в основном для придания антикоррозийных свойств, для декоративных целей подобный электролит не подходит, так как разность потенциалов осаждения все также велика.
Существенные возможности для сближения равновесных потенциалов имеют комплексные электролиты, то есть электролиты, состоящие из двух комплексообразующих веществ. В таком случае образуются комплексы, в которых лиганды разнородны, а у одного иона металла координируются два комплексообразующих вещества.
Примеров может служить следующий электролит, содержащий в качестве комплексообразующих веществ пирофосфат калия и хлористый аммоний: медь сернокислая — 1,5–2,5 г/л, цинк сернокислый — 6,5–9,0 г/л, калий пирофосфорнокислый — 30,0–50,0 г/л, кислота борная — 30 г/л, аммоний хлористый. Осаждение проводится при pH 7,8–8,5, температуре 25–30 ºС, плотности тока 0,5–1,5 А/дм 2 с использование комбинированного анода из латуни марки Л68 и нержавеющей стали при соотношении 1:2. Из такого электролита осаждаются золотисто-желтые, стабильные по составу и цвету латунные покрытия. Электролит имеет высокую стабильность и практически исключает пассивацию латунных анодов [4].
Для получения покрытий, имеющих равномерное осаждение, хорошую адгезию, а также для стабилизации процесса электроосаждения необходимо уделить большое внимание предварительной подготовке поверхности, на которую будет осаждаться покрытие. Первым этапом подготовки является механическая обработка поверхность. Суть механической обработки заключается в удалении с поверхности окалины, заусенцев, раковин и придании поверхности необходимой шероховатости.
Обезжиривание в органических растворителях применяется для очистки от минеральных масел, неомыляемых жиров, полировальных паст, остатков консервационной смазки. После такого обезжиривания на поверхности металла остается тонкая пленка жиров, которая препятствует прочному сцеплению покрытия с основным металлом. Для удаления этой пленки проводят химическое или электрохимическое обезжиривание. Химическое обезжиривание заключается в том, что под воздействием щелочи жиры омыляются и переходят в раствор, а минеральные масла в присутствии специальных ПАВ — эмульгаторов — образуют эмульсию. Электрохимическое обезжиривание главным образом применяется для удаления тонких жировых пленок, которые остаются после других видов обезжиривания и которые трудно удалить другим способом.
После обезжиривания поверхность подвергают травлению (химическому или электрохимическому). Травление необходимо для удаления оксидов с поверхности металлической детали.
Также перед загрузкой в ванну необходимо произвести активирование поверхности. Активирование — процесс удаления тончайшего, зачастую незаметного глазу слоя оксидов, которые могли образоваться в промежутке между операциями. При активировании происходит одновременно легкое протравливание верхнего слоя металла и выявление кристаллической структуры металла, что благоприятствует прочному сцеплению покрытия с основой. Если детали поступают в гальванический цех непосредственно после механической обработки и на их поверхности имеется только тонкая оксидная пленка, то активирование может производиться без предварительного травления детали [1].
Литература:
- Синдеев, Ю. Г. Гальванические покрытия / Ю. Г. Синдеев. — 1-е издание. — Ростов-на-Дону: Феникс, 2000. — 256 c. — Текст: непосредственный.
- Поветкин, В. В. Латунирование из трилонатных электролитов / В. В. Поветкин, Т. Е. Иванова, А. В. Исмагилова. — Текст: непосредственный // Нефть и газ Западной Сибири: материалы Международной научно-технической конференции, посвященной 55-летию Тюменского государственного нефтегазового университета. — Тюмень: Тюменский государственный нефтегазовый университет, 2011. — С. 67–68.Шапников. Гальванические покрытия
- Дасоян, М. А. Технология электрохимических покрытий / М. А. Дасоян, И. Я. Пальмская, Е. В. Сахарова. — 1-е издание. — Ленинград: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1989. — 391 c. — Текст: непосредственный.
- Патент № 80100 Российская Федерация, МПК C25D 3/58 (2006.01). Электролит латунирования: № 2015114013/93: заявл. 27.11.2014: опубл. 27.05.2015 / Барнашев А. В., Расторгуева Е. А., Булгакова Ю. В.
- Copper(I) Cyanide. — Текст: электронный // Chemicalbook: [сайт]. — URL: https://www.chemicalbook.com/msds/Copper-I-Cyanide.htm (дата обращения: 09.05.2023).
