Спосіб електроосадження мідних покриттів графітованих електродів з розплаву

Спосіб елеісгроосадження мідних покриттів графітованих електродів з розплаву, що містить сполуки МІДІ, який відрізняється тим, що осадження ведуть з розплаву еквімолекулярної суміші NaCI-KCI і СиСІ2 при температурі 650-850°С і ЩІЛЬНОСТІ струму 0,1-0,8А/см2 протягом 5-25 хвилин ка МІЦНІСТЬ, погане зчеплення з графітом, мала товщина, а отже невисока ефективність Більш надійним вважається покриття з розплавів Відомий спосіб електроосадження мідних покриттів з розплаву, що містить хлориди ЛІТІЮ І калію, однохлористу мідь з використанням мідних анодів при температурі 360°С (І Н Benmnghaft Uber emige Fortschntte der Galvanotechmk, Galvanotechmk, 1969, вип 60, №3, 166-179) Спосіб вимагає застосування розплаву з високою температурою і з використанням інертної атмосфери, що ускладнює процес одержання покриттів Відомий спосіб електроосадження мідних покриттів з розплаву (А с СССР №639969, C25D3/66), у якому з метою зниження температури і спрощення процесу, використовують електроліт з розплаву сечовини при температурі 140-700° з і ЩІЛЬНОСТІ струму 0,1-10А/дм2 з використанням мідних анодів Отримують дрібнокристалічні компактні покриття без дендритів у широкому інтервалі ЩІЛЬНОСТІ струму 3 підвищенням температури шорсткість покриття збільшується Товщина покриття за ЗОхв складає 10-17мкм Розплав сечовини служить розчинником і комплексоутворювачем для ІОНІВ МІДІ, за рахунок чого на катоді осаджуються компактні дрібнокристалічні покриття Як катод може бути використана нержавіюча сталь, сталь 08КП і нікель Недоліком способу є мала товщина покриття, необхідність використання як катоду тільки металевих матеріалів Найбільш близькими за сукупністю ознак до заявленого є спосіб міднення алюмінію та його сплавів (Ас СССР №621803, С23С17/00), у якому для підвищення адгезії покриття з основою окис СО 00 Ю 58131 ного з єднання МІДІ використовується окис МІДІ і хлористий амоній, їхнє співвідношення має бути таким окис МІДІ 40-60% хлористий амоній 40-60% Після витягу деталей, що занурюються в розчин на 5-10с, на поверхні зберігається тонка скоринка розплаву, що при остиганні до кімнатної температури легко відшаровується або розчиняється у воді Мідне покриття, що знаходиться під нею, є суцільним, має товщину 10-15мкм і не відшаровується при багаторазовому вигині Однак даний спосіб міднення придатний тільки для алюмінію, тому складно це використовувати для зразків великих розмірів із графіту В основу винаходу поставлено завдання розробки способу електроосадження мідних покриттів графітованих електродів з розплавів, у якому за рахунок нових режимів процесу забезпечується можливість одержання мідного покриття на графіті, підвищується надійність покриттів і зниження витрати електроенергії Для вирішення поставленого завдання в способі електроосадження мідних покриттів графітованих електродів з розплаву згідно з винаходом осадження ведуть з розплаву, який містить сполуки МІДІ, еквімолекулярної суміші NaCI-KCI і СиСЬ при температурі 650-850°С і ЩІЛЬНОСТІ струму 0,10,8А/см2 протягом 5-25хв Температура розплаву нижче за 650°С приводить до зниження електропровідності за рахунок підвищення в'язкості У розплаві утруднюється рух електричне заряджених катіонів та істотно знижується ЩІЛЬНІСТЬ осадження При температурі розплаву більше за 850°С відбувається активне випарювання суміші, тобто підвищена летючість елементів покриття Крім цього, підвищується активність хлоридів, що агресивно впливають на підкладку з графіту, знижують механічну МІЦНІСТЬ поверхні (розриви, мікротріщини) Час електроосадження залежить від поперечних розмірів електрода і необхідної товщини покриття При часі менше 5хв товщина покриття буде недостатньою (до 5мкм), шар покриття не суцільний та нерівномірний Збільшення часу витримки електрода в розплаві більше 25хв недоцільно, тому що покриття, що досягає необхідної величини до 500мкм, не збільшується Осаджена мідь стікає з електрода внаслідок перевищення сили ваги крапель над шаром МІДІ Збільшуються витрати на покриття, а отже і СТІЙКІСТЬ електрода ЩІЛЬНІСТЬ струму відіграє важливу роль впливу на величину швидкості осадження При ЩІЛЬНОСТІ струму менше 0,1А/см2 швидкість підведення катіонів - з розплаву на поверхню електрода буде недостатньою Знижується рухливість електричне заряджених часток і утруднюється подолання опорів розплаву і подвійного електричного шару за законом Кірхгофа Збільшення ЩІЛЬНОСТІ струму більше 0,8А/см2 приводить до інших недоліків Швидкість підведення катіонів до підкладки стає набагато вище за швидкість осадження У результаті частки МІДІ не встигають дифундувати в поверхню електрода Замість прилипання часток МІДІ відбувається їхній ВІДСКІК І поверхневий шар на електроді не утворюється КІЛЬКІСТЬ СиСЬ визначається таким чином Визначається площа бічної поверхні електрода від струмопідводу до нижньої крайки електрода, вибирається необхідна товщина покриття і знаходиться обсяг покриття з урахуванням дифузійного шару Приклад Електрод діаметром d=400MM, корисна висота електрода для струмі підвода і різьбове з'єднання ніпеля і гнізда п=500мм, товщина покриття 1:п=400мм, глибина дифузійного шару 1:д=150мкм Обсяг покриття V=n*d*h*(tn+tfl)=3,14*40*50*(0,04+0,015)=277,6flM3 Маса покриття G=V*Y=277,6*8,9*10 3=2,48кг, де Y-густина МІДІ, Г/СМ3 Співвідношення СиСЬ у розплаві визначається як різниця [100-86*(NaCI-KCI)]=14% Металографічні і фізико-механічні дослідження показали, що в залежно від параметрів електроліту зразки графіту мають різну структуру і глибину дифузії МІДІ, ЩІЛЬНІСТЬ шарів, питомий електроопір і механічну МІЦНІСТЬ на стиск Найбільш істотну роль в експлуатації відіграє дифузійний шар на основі механічної суміші вуглецю і МІДІ ВІН сприяє ущільненню, підвищенню електропровідності і збільшенню міцносних характеристик і адгезії МІДІ з вуглецем графітового електрода Завдяки покриттю електроопір в місцях контакту електрод-електродотримач, електродніпель-електрод знижується з 8,5 до 6,4Ом*мм2/м (до 25%), підвищується межа МІЦНОСТІ електрода на стиск на 10-12% Це дозволяє збільшити зусилля затиску електрода в електродотримачі і ніпельному з'єднанні Збільшується СТІЙКІСТЬ електрода і час його експлуатації, знижуються витрати електроенергії Приклад У лабораторних умовах виконано електроосадження МІДІ на графітований електрод Установлено наступне При температурі розплаву 650°С, ЩІЛЬНОСТІ струму 0,1А/м , протягом 5 хвилин отримано суцільне, рівномірне покриття товщиною 5мкм Струмопровідність покриття задовільна При температурі 850°С, ЩІЛЬНОСТІ струму 0,8А/см2 і часу 25 хвилин отримана суцільна, двошарова структура товщиною ЗООмкм, що складається з зовнішнього шару електролітичної МІДІ і внутрішнього дифузійного шару Споживчі якості електрода добрі Вибір параметрів електролізу залежить від якості графіту чим більше пористість, тим більшу товщину необхідно нанести 58131 Комп'ютерна верстка Л Ціхановська Підписано до друку 05 08 2003 Тираж 39 при м Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна