PL239004B1 - Kąpiel do galwanicznego osadzania powłoki stopowej Cu-Cr oraz sposób otrzymywania powłok stopowych Cu-Cr na trudno spajalnych podłożach przewodzących - Google Patents

Abstract

Zgłoszenie dotyczy kąpieli do galwanicznego osadzania powłoki stopowej Cu-Cr, stanowiącej wodny słabo kwaśny roztwór soli chromu III i soli miedzi II. Kąpiel charakteryzuje się tym, że zawiera sól chromu w postaci chlorku w przeliczeniu na metal 8 ÷ 12 g/dm3 i miedzi w postaci chlorku w przeliczeniu na metal 12 ÷ 15 g/dm3, stabilizator pH i sól przewodzącą w postaci chlorku amonu w ilości 80 ÷ 120 g/dm3. Zgłoszenie dotyczy również sposobu otrzymywania powłoki stopowej Cu-Cr na podłożach trudno spajalnych, polegający na jej galwanicznym osadzaniu z kąpieli stanowiących wodny roztwór soli miedzi i chromu charakteryzujący się tym, że osadzanie galwaniczne prowadzi się z kąpieli stanowiącej mieszaninę soli miedzi chromu, która zawiera sól chromu w postaci chlorku chromu III w przeliczeniu na metal 8 ÷ 12 g/dm3, sól miedzi w postaci chlorku miedzi II w przeliczeniu na metal 12 ÷ 15 g/dm3 oraz chlorek amonu jako sól przewodzącą w ilości 80 ÷ 120 g/dm3 przy użyciu metody impulsowej o zmiennej gęstości.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest kąpiel do galwanicznego osadzania powłoki stopowej Cu-Cr oraz sposób otrzymywania powłoki stopowej Cu-Cr na trudno spajalnych podłożach przewodzących, a w szczególności na podłożach z magnezu, tytanu, aluminium i ich stopach oraz materiałach kompozytowych na bazie grafitu z miedzią.

Stop Cu-Cr, otrzymywany sposobem według wynalazku, ma zastosowanie w wielu dziedzinach. Można go zastosować w galwanotechnice, jako powłokę techniczną miedzianą o podwyższonej odporności na ścieranie oraz w procesach budowy maszyn jako warstwę pośrednią w procesach lutowania miękkiego i twardego materiałów trudno spajalnych, takich jak kompozyty grafitowe, stopy aluminium, tytanu i magnezu.

Dotychczas w literaturze opisane są kąpiele i sposoby galwanicznego osadzania powłok z czystej miedzi i chromu oraz mosiądzu i brązów. Miedziowanie przeprowadza się z kąpieli kwaśnych, alkalicznych (pirofosforanowych) i cyjankowych. Są to typowe kąpiele, stosowane w przemyśle do miedziowania, mające jednak ograniczenia w zastosowaniu. Powłokę miedziową z kąpieli kwaśnej można nakładać bezpośrednio tylko na podłoża z miedzi i jej stopów, wszystkie inne materiały podłoża (stal, s topy aluminium) wymagają warstw pośrednich, np. niklu. W kąpieli alkalicznej (bezcyjankowej) otrzymuje się bezpośrednio powłoki miedziane na podłożach stalowych, ale są to procesy mało wydajne i drogie w eksploatacji. W kąpielach cyjankowych możliwe jest pokrywanie wszystkich rodzajów podłoża, ale z uwagi na toksyczne właściwości kąpieli zostały one praktycznie wycofane z użycia i są stosowanie tylko w produkcji specjalnej.

Otrzymywanie powłok stopowych miedzi, np. mosiężnych jest szeroko opisane w literaturze branżowej. W opisie wynalazku PL 162893 B1, przedstawione jest nakładanie powłok mosiężnych z kąpieli o składzie: CuCN 28 - 63 g/dm³, Zn(CN) 10 - 27 g/dm³, NaCN 55 - 115 g/dm³, związki stabilizujące pH NH4OH i Na2CO3 oraz substancje blaskotwórcze w postaci sodowych soli amino sulfonowych. Temperatura procesu zawarta jest w zakresie 20 - 45°C, a gęstość katodowa prądu w przedziale 0,2 - 0,8 A/dm².

Znane są również inne rozwiązania opisane w patentach: PL 73791, PL 140089 i PL 282030, które podają analogiczne opisy różniące się tylko składem podstawowych składników i dodatkiem wybłyszczającym.

W doniesieniach literaturowych, nie ma wzmianek na temat kąpieli galwanicznych do osadzania powłoki stopowej Cu-Cr, natomiast są doniesienia o otrzymywaniu tych stopów w procesach metalurgicznych, które mają zastosowanie w energetyce.

Celem wynalazku jest otrzymywanie powłoki stopowej Cu-Cr w procesie galwanicznym oraz sposób jej nakładania na trudno spajalnych podłożach przewodzących, takich jak: magnez tytan, aluminium i ich stopy oraz kompozyty grafitowe.

Istota sposobu otrzymywania powłoki stopowej Cu-Cr na podłożach trudno spajalnych polegający na jej galwanicznym osadzaniu z kąpieli stanowiących wodny roztwór soli miedzi i chromu charakteryzujący się tym, że osadzanie galwaniczne prowadzi się z kąpieli stanowiącej mieszaninę soli, miedzi, chromu, która zawiera sól chromu w postaci chlorku chromu III w przeliczeniu na metal 8 - 12 g/dm³, sól miedzi w postaci chlorku miedzi II w przeliczeniu na metal 12 - 15 g/dm³ oraz chlorek amonu jako sól przewodzącą w ilości 80 - 120 g/dm³ przy użyciu metody impulsowej o zmiennej gęstości prądu 3,0 A/dm² i 0,8 A/dm² przez okres czasu minimum 40 minut.

Korzystnie, jest przeprowadzić elektrolizę w temperaturze 60°C, przy pH kąpieli galwanicznej wynoszącym 4,5; na podłożach ze stopu aluminium, tytanu i kompozytu grafitowego z napełniaczem miedzianym.

Korzystnie, gdy elektrolizę przeprowadza w temperaturze 50°C, przy pH kąpieli galwanicznej wynoszącym 5,5; na podłożach ze stopów aluminium, tytanu i magnezu oraz kompozytu grafitowego z napełniaczem miedzianym.

Korzystnie, gdy na powierzchnię stopu magnezu przed procesem elektrolizy naniesiona zostanie międzywarstwa z niklu fosforowego.

Korzystnie, jest przeprowadzić proces elektrolizy z kąpieli stopowej Cu-Cr przez okres wynoszący 40 - 60 minut.

Korzystnie, gdy powlekana powierzchnia materiału przed procesem elektrolizy zostanie poddana obróbce przy użyciu plazmy niskotemperaturowej.

PL 239 004 B1

Po sporządzeniu kąpieli stopowej Cu-Cr, według podanej w niniejszym opisie receptury, należy przeprowadzić proces elektrolizy, w którym możliwe jest otrzymywanie powłoki na różnych materiałach przewodzących, szczególnie na podłożach ze stopów aluminium, magnezu, tytanu oraz materiałach kompozytowych, np. na bazie grafitu z miedzią. Przed procesem elektrolizy należy odpowiednio przygotować powierzchnię powlekanych materiałów poprzez obróbkę mechaniczną np. szlifowanie oraz odtłuszczanie. Zalecane jest również zastosowanie dodatkowej obróbki przy użyciu plazmy niskotemperaturowej w celu zwiększenia przyczepności powłoki do podłoża. Proces elektrolizy należy prowadzić w temperaturze wynoszącej w zakresie 40 ^ 65°C, przy odpowiednim pH kąpieli wynoszącym w przedziale 4,5 + 7,5; w zależności od wymaganego stężenia poszczególnych składników stopowych w powłoce. Należy go przeprowadzić metodą impulsową przy cyklicznie zmiennej gęstości prądu 3,0 A/dm² i 0,8 A/dm². W zależności od przeznaczenia powłoki możliwe jest otrzymanie powłok o różnej grubości, co uzależnione jest od czasu w jakim prowadzony jest proces elektrolizy. W przypadku otrzymywania powłoki stopowej Cu-Cr na powierzchni niektórych materiałów, zwłaszcza stopów magnezu, wymagane jest zastosowanie dodatkowej warstwy (powłoki) pośredniej otrzymanej również w procesie elektrolizy z kąpieli z niklu fosforowego.

Przedmiot wynalazku jest objaśniony w przykładzie realizacji.

P r z y k ł a d 1

Proces otrzymywania powłoki stopowej miedź-chrom na powierzchni materiałów przewodzących polega na tym, że sporządza się kąpiel przez zmieszanie 32 g CrCl3 2 H2O, 45 g CuCl2 2 H2O, 100 g NH4CI. Po rozpuszczeniu składników roztwór należy przesączyć i uzupełnić wodą DEMI do objętości 1 dm³. Po odpowiednim przygotowaniu powierzchni powlekanych materiałów, polegającym na mechanicznym lub chemicznym oczyszczeniu z tlenków i odtłuszczeniu, przeprowadza się proces elektrolizy. Elektrolizę należy prowadzić w temperaturze 60°C, przy pH = 4,5, prądem impulsowym w cyklach: o gęstości 3,0 A/dm² - 10 s, 0,8 A/dm² - 50 s, przez okres czasu wynoszący 40 minut. Jako anody należy użyć tytanu pokrytego rodem. Umożliwia to otrzymanie powłoki stopowej zawierającej 98,6% wag. miedzi i 1,4% wag. chromu na powierzchni stopów aluminium, tytanu i kompozytu na bazie grafitu z miedzią.

P r z y k ł a d 2

Proces otrzymywania powłoki stopowej miedź-chrom na powierzchni materiałów przewodzących, przebiega jak w przykładzie 1 z tą różnicą, że elektrolizę prowadzi się w temperaturze 50°C, przy pH = 5,5. Umożliwia to otrzymanie powłoki stopowej zawierającej 99,2% wag. miedzi i 0,8% wag. chromu na powierzchni stopów aluminium, tytanu, magnezu i kompozytu na bazie grafitu z miedzią. Większa ilość miedzi w powłoce stopowej jest korzystna w przypadku użycia jej w procesach lutowania miękkiego z uwagi na lepsze właściwości lutownicze.

P r z y k ł a d 3

Proces otrzymywania powłoki stopowej miedź-chrom na powierzchni materiałów przewodzących, przebiega jak w przykładzie 1 z tą różnicą, że na powierzchnię stopu magnezu nanosi się uprzednio międzywarstwę (powłokę) również w procesie elektrolizy, z kąpieli z niklu fosforowego. Umożliwia to uzyskanie odpowiedniej przyczepności powłoki Cu-Cr do podłoża oraz zapobiega powstawaniu niekorzystnych reakcji chemicznych.

P r z y k ł a d 4

Proces otrzymywania powłoki stopowej miedź-chrom na powierzchni materiałów przewodzących, przebiega jak w przykładzie 1 z tą różnicą, że elektrolizę przeprowadza się przez okres czasu wynoszący 60 minut. Umożliwia to otrzymanie powłoki o większej grubości, co zapewnia jej większą trwałość zwłaszcza w procesach lutowania twardego.

P r z y k ł a d 5

Proces otrzymywania powłoki stopowej miedź-chrom na powierzchni materiałów przewodzących, przebiega jak w przykładzie 1 z tą różnicą, że powierzchnię powlekanych materiałów poddaje się dodatkowej obróbce przy użyciu plazmy niskotemperaturowej. Umożliwia to otrzymywanie powłok o lepszej przyczepności do podłoża.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Kąpiel do galwanicznego osadzania powłoki stopowej Cu-Cr, stanowiąca wodny słabo kwaśny roztwór soli chromu III i soli miedzi II, znamienna tym, że zawiera sól chromu w postaci chlorku w przeliczeniu na metal 8 + 12 g/dm³ i miedzi w postaci chlorku w przeliczeniu na metal 12 + 15 g/dm³, stabilizator pH i sól przewodzącą w postaci chlorku amonu w ilości 80 + 120 g/dm³.
2. 2. Kąpiel według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera CuCl2, CrCl3 i NH4CI w postaci odpowiednio dobranej mieszaniny.
3. 3. Sposób otrzymywania powłoki stopowej Cu-Cr na podłożach trudno spajalnych polegający na jej galwanicznym osadzaniu z kąpieli stanowiących wodny roztwór soli miedzi i chromu, znamienny tym, że osadzanie galwaniczne prowadzi się z kąpieli stanowiącej mieszaninę soli miedzi chromu, która zawiera sól chromu w postaci chlorku chromu III w przeliczeniu na metal 8 + 12 g/dm³, sól miedzi w postaci chlorku miedzi II w przeliczeniu na metal 12 + 15 g/dm³ oraz chlorek amonu jako sól przewodzącą w ilości 80 + 120 g/dm³ przy użyciu metody impulsowej o zmiennej gęstości prądu 3,0 A/dm² i 0,8 A/dm² przez okres czasu minimum 40 minut.
4. 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że osadzanie galwaniczne prowadzi się w zakresie temperatury 55 + 65°C.
5. 5. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że osadzanie galwaniczne prowadzi się w zakresie pH, zawierającym się w przedziale 3,5 + 4,5.
6. 6. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że osadzanie galwaniczne prowadzi się przy użyciu anody, stanowiącej tytan pokryty rodem.
7. 7. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że osadzanie galwaniczne prowadzi się na podłożach grafitowych i ich kompozytach, stopach aluminium, tytanu i magnezu.