Раствор для химического меднения металлических изделий и способ его приготовления

 

Изобретение относится к химическому нанесению металлических, в частности медных покрытий из водных растворов. Цель изобретения - интенсификация процесса при обеспечении высоких антифрикционных свойств покрытия. Согласно изобретению меднение металлических изделий, в частности сталей и сплавов меди, осуществляют в растворе, содержащем 30 - 70 г хлорида меди, 5 - 15 г хлорида аммония, 100 - 160 порошка меди и глицерина - до 1 л. Для приготовления раствора хлорида меди растворяют в предварительно нагретом до 80 - 100°С глицерине, вводят порошок меди, нагревают образовавшуюся суспензию до 180 - 220°С, выдерживают при этом температуре 6 - 9 мин. После чего охлаждают до рабочей температуре 120 - 140°С и вводят хлорид аммония. При этом введение в состав раствора порошка меди, использование в качестве источника хлорида-ионов хлорида аммония вместо соляной кислоты и приведения методика приготовления раствора обеспечивают снижение продолжительности осаждения покрытия оптимальной толщины в 2,5 - 4,0 раза, получение медных покрытий толщиной 0,5 - 10,0 мкм, прочносцепленных с основой (адгезия не хуже 4,8 кгс/см) равномерных и однородных с повышенным антифрикционными характеристиками (интенсивность износа 48,2 - 116,1 мг/км в зависимости от материала основы). 2 с.п. ф-лы, 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5 9) (11) (s1)s С 23 С 18/38

ГОСУДАРСТВЕ ННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ (21) 4373250/23-02 (22) 01.02.88 (46) 23.07.90. Бюл. № 27 (72) В,M. Кремешный, Ю.H. Бакластов, С,П, Андронов, А,В. Беляков и А.В. Тепляшин (53) 621.793:3:669.38(088.8) (56) Цветков Н,С., Заречнюк О.С. Омеднение алюминия способом контактного восстановлени15. — Журнал прикладной химии, 1960, т. 33, ¹ 3, с. 636-644, Авторское свидетельство СССР № 1232446, кл. В 23 К 35/363, 1985.

Заявка ФРГ ¹ 2261687, кл. 48 в 3/02, опублик. 1974.

Авторское свидетельство СССР

¹ 819214, кл. С 23 С 18/40, 1978. (54) РАСТВОР ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО МЕДНЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ И

СПОСОБ ЕГО ПРИГОТОВЛЕНVIH (57) Изобретение относится к химическому нанесению металлических, в частности медных, покрытий из водных растворов, Цель изобретения — интенсификация процесса при обеспечении высоких антифрикционных свойств покрытия. Согласно изобретению

Изобретение относится к химическому нанесению металлических, в частности медных, покрытий из водных растворов и может быть использовано в машиностроении и других областях техники при создании изделий с антифрикционными, антикорроэионными, декоративными и т.п. покрытиями на поверхности металлов.

Целью изобретения является интенсификация процесса при обеспечении высомеднение металлических изделий, в частности из сталей и сплавов меди, осуществляют в растворе, содержащем 30-70 r хлорида меди, 5-15 г хлорида аммония, 100-160 г порошка меди и глицерина — до 1 л. Для приготовления раствора хлорид меди растворяют в предварительно нагретом до 80100 С глицерине, вводят порошок меди, нагревают образовавшуюся суспензию до

180-220 С, выдерживают при этой температуре 6-9 мин, После чего охлаждают до рабочей температурЬ5 120-140 С и вводят хлорид аммония. При этом введение в состав раствора порошка меди, использование в качестве источника хлорид-ионов хлорида аммония вместо соляной кислоты и приведенная методика приготовления раствора обеспечивают снижение продолжительности осаждения покрытия оптимальной толщины в 2,5-4,0 раза, получение медных покрытий толщиной 0,5-10,0 мкм, прочносцепленных с основой (адгезия не хуже

4,8 кгс/см) равномерных и однородных с 2 повышенными антифрикционными характеристиками (интенсивность износа 48,2116,1 мг/км в зависимости от материала основы). 2 с.п, ф-лы, 3 табл. ких антифрикционных свойств покрытия.

Согласно изобретению меднение металлических изделий осуществляют в растворе, содержащем 30-70 г хлорида меди, 5-15 r хлорида аммония, 100-160 r порошка меди и глицерин до 1 л. Для приготовления раствора хлорид меди растворя ют в предварительно нагретом до 80-10О С глицерине, вводят порошок меди, нагревают обаазо1579936 вавшуюся суспензию до 180-220" С, выдерживают при этой температуре 6-9 мин, после чего охлаждают до 120-140 С (рабочей температуры нанесения покрытия) и вводят хлорид аммония.

Образцы из легированных конструкционных и инструментальных сталей, медных сплавов, в частности, в виде втулок диаметром 20 мм, шириной 10 мм и толщиной 2 мм, меднят в растворах, составы которых представлены в табл. 1, Для приготовления предлагаемого раствора растворяют хлорид меди в предварительно нагретом до 90 С глицерине, после чего sраствор вводят порошок меди,,..нагревают до 200 С, выдерживают при этой температуре 7,5 мин, охлаждают.до 130 С, вводят в состав хлорид аммония и при данной температуре осуществляют меднение.

После меднения образцы промывают в теплой воде и нейтрализуют в течение 30 с в

0,5 Д-ном растворе каустической соды при

50 С, Толщину получаемого покрытия измеряют магнитным толщиномером MT-41НЦ.

Антифрикционные свойства покрытия определлют путем измерения интенсивности изнашивания образцов с медным покрытием при их трибологических испытаниях, проводимых на машине трения по схеме вал-втулка при реверсивном движении с частотой t,9 Гц, амплитудой 15 мм и скоростью относительного проскальзывани.. :5 см/с при удельном давлении в зоне трения 30 МПа.

Для проведения испытаний покрытие наносят на внутреннюю поверхность образцоввтулок. База испытаний 1 км пути трения.

Смазка ЦИАТИМ-201, Массу образцов до и после испытаний измеряют на весах

ВЛ Р-200.

Влияние режимов на приготовление раствора представлено в табл. 3 (составы

2-4, 6 и 7 предлагаемые, 1 и 5 — сопоставительные). При этом составы 1-5 относятся к приготовлению раствора, содержащего 50 r хлорида меди, 10 r хлорида аммония, 130 r порошка меди и глицерин до 1 л; составы 6 и 7 — к приготовлению растворов с минимальным и максимальным, соответственно, содержанием компонентов.

При проведении исследований установлено, что предлагаемый раствор гетерогенный, поэтому для сокращения времени приготовлений его можно перемешивать, Медный порошок в приготовленном растворе находится частично s виде соединения с глицерином глицерата меди, частично в виде суспензии, причем в растворе должны быть обе указанные формы, находящиеся в динамическом равновесии друг с другом, Порошок меди необходим в раствора для

55 увеличения концентрации ионов меди, образующихся при его растворении при повышенных температурах в глицерине, являющемся слабой кислотой, Увеличение концентрации ионов увеличивает скорость осаждения покрытия и сокращает время его осаждения до оптимальной толщины, При содержании хлорида меди < 30 г/л. хлорида аммония < 5 i /л и порошка меди

<100 г/л скорость осаждения меди недостаточно велика, что увеличивает время осаждения покрытия. При содержании хлорида меди > 70 г/л и хлорида аммония >15 г/л скорость осаждения покрытия так>ке недостаточно велика. Содержание порошка меди > 160 г/л нецелесообразно, поскольку не приводит к положительным результатам.

Хлорид аммония увеличивает скорость осаждения меди за счет того, что способствует восстановлению окислов, всегда находящихся на поверхности обрабатываемой детали и препятствующих ввиду своей пассивности осаждению покрытия. Замена соляной кисл оTы на хлорид аMìîíия исключает также наводороживание обоабатываемого изделия, отрицательно влияющего на износостойкость поверхности.

Исключение из состава раствора порошка меди увеличивает время оса>кдения покрытия и ухудшает его противоизносные свойства за счет отсутствия в растворе избытка ионов меди.

Оп гимальной рабочей температурой раствора является 120-140 С. При более высокой температуре происходит разложение хлорида аммония и выделение аммиака, который увеличивает коррозионную активность раствора и уменьшает адгезию покрытия. Взаимодействуя с глицерином, а также с хлоридом аммония, окисленные формы меди на поверхности частиц медного порошка =îññòàíàâëèâàþòñÿ до свободной меди и образуют с глицерином и продуктами его превращения химические соединения, которые разрушаются на поверхности деталей, погруженных в раствор для меднения, с образованием чистой меди.

Предлагаемый способ обеспечивает получение качественных медных покрытий (прочносцепленных — адгезия к подложке не хуже 4,8 кгсlсм, равномерных, полублестя;цих,с пористостью менее 5 пор/см и однородной микрокристаллической структурой) толщиной 0,5-10 мкм с высокими антифрикционными характеристиками, позволяет . значительно интенсифицировать процесс меднения, в частности снизить продолжительность осаждения покрытия оптимальной толщины в 2,5-4,5 раза по сравнению с прототипом. Предлагаемый раствор стаби1579936

Таблица 1

Компоненты раствора, характеристики процесса и покрытий

Показатели я состава

200

10.30

100

130

160

190

10,0

8,3

2,2

3,6

9,1

93,Ф

95,2

94,8

93,6

93.8

94,1

П р и м е ч а н и е. Образцы из стали ЗОХГСА, толщина покрытия во всех растворах 10 мкм, лен в эксплуатации, допускает возможность корректирования при истош ении, его работоспособность не хуже 8 м /л. Указанные положительные качества обусловливают . технико-зкономические преимущества 5 предлагаемого раствора по сравнению с известнымии.

Формула изобретения

1. Раствор для химического меднения 10 металлических изделий, содержащий хлорид меди, глицерин и источник хлорид-ионов, отличающийся тем,что,сцелью интенсификации процесса при обеспечении высоких антифрикционных свойств покры- 15 тия, он дополнительно содержит порошок меди, а в качестве источника хлорид-ионов—

Содержание: хлорид меди, r хлорид аммония, г соляная кислота 35$ная, мл порошок меди, г глицерин,л, до

Продолжительность осаждения покрытия тОлЩинОЙ 10 мкм, мин

Интенсивность изнашивания покрытия, мг/км хлорид аммония при следующем соотношении компонентов, ма ., :

Хлорид меди 30-70

Хлорид аммония 5-15

Порошок меди 100-160

Глицерин . До 1 л

2, Способ приготовления раствора для химического меднения металлических изделий, включающий растворение хлорида меди в предварительно нагретом до 80-100 С глицерине и введение в раствор источника хлорид-ионов, отличающийся тем, что после растворения хлорида меди в раствор вводят порошок меди и нагревают до 180220:, зыдерх<ивзют при этбй температуре

6-9 мин, после чего охлаждают до 120-140 С и вводят источник хлорид-ионов, 1579936

ql) 1 г з g д

Ф X

СО

t»

I! Ю л () Ю

CIi

Iо >

СО

C) о о

С4

СО Г

m ш< о о i

°III

Ф

С0

Iи

О о

СЧ

РЪ

Оъ

Ф

1Щ

О

Е: л

С9

СЧ

Ю

СЧ

СО

Ю ю о

C) Ф л

С 3

СЧ о

CD

Ю о о

LA р < оо

СЬ

СО

СО

О с о

Б

Eg

%

ФЖ х а IA с с9

О

vm

IМ о р О

=т л

Я Im D

o. o

CL. о

СЭ

ZI-a

usus

o.goz х m

o>mm с s s,„ о =

S eeZ m х к i z

e s z <

С )- ;- S о

ССЮ

Ф О с х m о" »

3 e e

О 3 О. Ф

О

И

S и Iо л

Ф а

О

Cl. с

Ф О

S х X Е

EQ

3(С(с <а

O.S, S

Ф CL

О О О (Я х

e < o х s

oО

Ф Ф м аа

IX

S о

2».

o. о с ц:>

Ы

С0 i Ю о о

Ю

LA о о о

О, Ю С,» СО о

LA Ю

<.2 о о

C)

LA

Iо о о

Ю

LA о о

Ю О

О с О о i о,, Ф

IA I-X O С и С

cf

Ф

Х

С

О. о с х

Im

S

Б с

Я

;>с с о

C и

Б х

CL

Ф

=1

S с

I»

К

С.

Ф

Ф

С

CL

О и о о

Ф

cl

Ф и

CO

1о о и

1579936

Таблица 3

Условия приготовления раствора я состава

110

100

240 t 80

220

150

120

140

8,3

2,8

2,2

2,5

7,6

3,8

7,7

94,1

93,7

93,9

93,6

94,1

94,8

94,2

Редактор Н. Гунько

Заказ 1992 Тираж 826 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Температура глицерина при растворении хлорида меди, ОС

Температура нагрева раствора после введения порошка меди, С

Продолжител ьность вы е жки раствора при указанной температуре, мин

Температура раствора перед введением хлорида аммония, С

Продолжительность осаждения покрытия толщиной

10 мкм, мин

Интенсивность изнашивания покрытия, мг/км

Составитель А. Рычагов

Техред M,Moðãåíòàë Корректор M. Самборская