Меднение в фторборатных электролитах

В последнее время значительное распространение для нанесения покрытий получили борфтористоводородные электролиты. Эти электролиты исследованы для нанесения железных, цинковых, кадмиевых, медных, никелевых, оловянных и других покрытий.

Главными преимуществами борфтористоводородных электролитов являются: большая растворимость солей осаждающихся металлов, высокая устойчивость растворов; плотная мелкокристаллическая структура осадков при плотностях тока, значительно превосходящих обычные (например, при осаждении в сернокислых электролитах). Рассеивающая способность борфтористых электролитов примерно такая же, как и других кислых электролитов. Поэтому такие электролиты особенно целесообразно применять при нанесении покрытий на полуфабрикаты или изделия простой формы.

Из медных борфтористоводородных электролитов можно при более высокой плотности тока получать медные осадки более мелкокристаллические, чем при меднении в сернокислых электролитах (рис. 83).

Рис. 83. Влияние концентрации меди в медном фторборатном электролите на допустимую плотность тока:
1 — с перемешиванием; 2 — без перемешивания

Так же, как и в сернокислых электролитах в борфтористоводородных электролитах непосредственно осаждать медь на железо нельзя; необходим никелевый подслой или медный, осажденный из цианистых электролитов.

Свойства борфтористоводородной кислоты и методы ее приготовления детально освещены И. Г. Рыссом. Борфтористоводородная кислота HBF₄ является сильной комплексной кислотой, диссоциирующей в водном растворе на ионы Н+ и BF₄-:
HBF₄ + BF-4.

Ион BF₄- — прочный комплекс и лишь в незначительной степени диссоциирует на BF3 и F-. Трифтористый бор BF3 в воде частично подвержен гидролизу с образованием борной и фтористоводородной кислот:
BF3 + ЗH₂O ↔ H₃ВO₃ + 3HF.

Можно считать, что концентрация F- в результате этой реакции исчезающе мала. Об этом можно судить по тому, что после пребывания борфтористоводородного медного электролита при повышенной температуре в течение 5—6 месяцев в стеклянной ванне никаких признаков разъедания (матовости) не наблюдалось.

Для приготовления фторборатного медного электролита сернокислую медь растворяют в горячей воде и при постоянном перемешивании добавляют раствор углекислого натрия. Выпавший осадок углекислой меди промывают 5—6 раз декантацией и к раствору добавляют борфтористоводородную кислоту. Помимо медной соли, в электролите должны быть в свободном виде борная и борфтористоводородная кислоты.

Для текущего контроля электролита измеряют его плотность и рН; для корректирования добавляют углекислую медь или углекислый натрий (если надо повысить рН) или борфтористоводородную кислоту (если надо понизить рН).

В борфтористоводородных электролитах коэффициент диффузии медной соли в 6 раз выше, чем в сернокислых; этим и объясняется более высокая допустимая плотность тока. Медные борфтористоводородные электролиты обладают большой растворимостью медной соли; даже при содержании 180 г/л меди не возникает опасения за кристаллизацию соли, в то время как в сернокислых электролитах содержание меди не должно превышать 60 г/л. Концентрационная поляризация и склонность к шламообразованию в борфтористоводородных ваннах меньше, чем в сернокислых.

Хотя фторборатный электролит дороже сернокислого, возможность применения более высоких плотностей тока делает его в некоторых случаях более экономичным, поскольку снижаются расходы на оборудование, заработную плату и т. д. Эти электролиты особенно эффективны при нанесении относительно толстых покрытий на изделия простой формы или полуфабрикаты — проволоку, ленту, листы и т. п.

Было установлено, что при повышении концентрации меди в электролите допустимая плотность тока возрастает. Так, при комнатной температуре с повышением концентрации меди от 17 до 125 г/л допустимая плотность тока увеличивается с 2 до 30 А/дм².

С повышением температуры и интенсивности перемешивания повышается допустимая плотность тока при осаждении покрытий во всех испытанных электролитах.

Ниже приводятся два типовых состава фторборатных электролитов для меднения, г/л:
Cu(BF₄)₂ .... 225 450
HBF₄..... 15 30
H₃ВO₃..........15      30
рН...... 1,2—1,7 0,2—0,6
Как было показано выше, допустимая плотность тока тем больше, чем выше концентрация медной соли, температура и интенсивность перемешивания. Водородный показатель, обычно определяемый колориметрически, является существенной характеристикой электролита— он должен быть значительно ниже в концентрированных электролитах, позволяющих применять повышенные плотности тока.