Гальваническое лужение в домашних условиях

Для чего и как лудят металл

Лужение – это нанесение тонного слоя олова или его сплава на поверхность металлического изделия. Специалисты этот слой называют полудой. Лужение металла используется сегодня во многих отраслях промышленности: в радиотехнике, электротехнике, машиностроении и авиационной промышленности.

Жало паяльника лудят, чтобы он хорошо удерживал припой и не окислялся. Основное требование к процессу – это плотное и тонкое покрытие оловом, которое является защитным слоем для металла в борьбе с коррозией. Существуют две технологии лужения металлов: горячее и гальваническое.

Горячие технологии

Горячее лужение проводится двумя методами: погружением и растиранием. В первом случае изделие из металла погружают в ванну с расплавленным оловом. Во втором сплав наносится на плоскость изделия и паклей растирается по ней тонким слоем.

Эти способы известны давно, технологии отработаны до мелочей. Они просты и не требуют наличия сложного оборудования, приспособлений и инструментов.

Когда говорят о лужении и пайке, то зачастую имеют в виду именно горячий метод. Но есть у этой технологии и свои минусы. Во-первых, это неравномерно распределяемое олово по поверхности изделий из металла.

Особенно это касается способа погружения. Перепады одной плоскости могут оказаться значительными, особенно, если изделие имеет сложную конструкцию. Поэтому их приходится дорабатывать.

Если производится лужение металла с отверстиями небольшого диаметра или с мелкой нарезкой, то горячий вариант здесь не подойдет.

И третий недостаток горячего лужения – это сложность удаления загрязнений, которые образуются внутри сплава и остаются внутри полуды. Эти примеси приходят с припоем, поэтому очень важно использовать оловянный сплав высокой чистоты.

Гальваническая технология

Гальванический вариант облуживания делится также на два способа: в щелочных и кислых электролитах. Название говорит о том, что процесс нанесения олова основан на использовании электрического тока.

Отсюда и затратность процесса. Но именно эта технология гарантирует прочное сцепление наносимого сплава с металлической поверхностью. Есть и другие положительные стороны:

  • оловянный слой получается ровным и равномерным;
  • можно задавать необходимую толщину покрытия, даже на самых сложных конструкциях из металла;
  • низкая пористость покрываемого слоя;
  • экономия оловянного припоя.

Обычно изделия со сложными формами облуживают с помощью щелочных электролитов, потому что этот вариант лужения обладает большой кроющей и рассеивающей способностью.

К недостаткам гальванической технологии лужения относится то, что этот способ сложный. Проводить его могут работники с высокой квалификацией, а это затраты по зарплате. То есть, залудить металл этим способом в домашних условиях нельзя. К тому же для проведения процесса необходимы специальные ванны.

Если говорить о технологии лужения со щелочными электролитами, то сам раствор является нестабильным, его сложно готовить, и придется все время контролировать концентрацию щелочи и качественное состояние анодов.

Подготовка изделий

Чем чище будет поверхность металла, тем прочнее к ней прикрепится припой. Поэтому в зависимости от требований к самой заготовке используются разные способы подготовки к лужению металла.

Первый способ – это очистка поверхности металла щетками. Обычно таким инструментом снимается окалина и ржавчина. Сначала изделие промывается водой, а затем щеткой вычищается. Нередко на этой стадии применяют известь, песок, пемзу.

Следующий способ подготовки к лужению заключается в шлифовании металла шкурками и дисками. Этот этап является доработкой изделия, то есть, доведение его поверхности до максимальной ровности.

Применяют обезжиривание с помощью натриевых составов: едкий натр – 10-15%, фосфорнокислый натрий – 10-15%, углекислый натрий – 10-15%-ный раствор. Добавим, что химические растворы перед использованием надо нагреть до 50-80С.

Применяют также травление. Для этого используют серную кислоту.

Особенности растирания и погружения

Технология лужения растиранием в своей основе содержит такой процесс, когда припой наносится на металлическое изделие и растирается паклей. При этом используется флюс в виде нашатыря и хлористого цинка. Вот последовательность операций:

  1. хлористый цинк наносится на металл и нагревается паяльной лампой;
  2. когда он закипит, в него вносится припой, который расплавляется;
  3. сверху посыпается нашатырь в виде порошка;
  4. затем паклей жидкое олово растирается по поверхности металлического изделия.

Для способа погружения используют лудильные ванны, в которых олово нагревается до +300 ℃. В расплавленный сплав опускается изделие из металла, которое покрывается слоем припоя.

При этом, чем дольше оно лежит в ванне, тем толще слой олова на нем осядет. Когда проводят лужение паяльника, то вначале нагревают его, затем погружают в канифоль, и только потом расплавляют им маленький кусочек олова, тем самым обеспечивая покрытие.

Раствор при гальванической обработке

В принципе, обе технологии лужения (со щелочными и с кислыми электролитами) отличаются друг от друга присутствием в электролитной ванне щелочного или кислотного раствора. Сам же процесс налипания олова у них одинаковый, и происходит он при помощи электрического тока.

В состав кислотных растворов входит сернокислое олово, серная кислота, вещества кипиллярно-активного типа (это фенол или крезол), коллоидные вещества (клей, никотин, желатин или схожие с ними вещества).

Очень важно точно соблюсти пропорции основных компонентов: сернокислое олово – 65 г/л, серная кислота – 100 г/л.

Что касается щелочных растворов для лужения металлов, то их разнообразие не определяется одной рецептурой. Поэтому состав растворов разный. В одних используется хлористое олово, в других оловянно-кислый натрий, в третьих двухлористое олово.

То же самое касается и растворителей. Здесь и едкий нарт, и уксуснокислый натрий, и едкое кали. Можно из расчета наличия тех или иных компонентов подобрать свою рецептуру раствора.

При этом в каждой обязательно будут свои концентрации веществ. Конечно, под каждую рецептуру подбирается плотность тока и температура нагрева раствора в ванне.

Лужение, как защитный процесс металлов от коррозии, один из самых востребованных. Он не очень дешевый, но эффективный по сравнению со многими технологиями. Поэтому его часто применяют в разных производствах.

Применение олова для нанесения покрытий

Олово (Sn, Stannum) – относительно мягкий металл (твёрдость по Бриннелю НВ – 100-200 МПа) белого цвета с низкой температурой плавления (+232°С), широко применяется для покрытия металлических полуфабрикатов и готовых изделий с целью придать их поверхности определённые свойства. В силу своих физико-химических характеристик олово покрывает металл однородным, ровным и прочным защитным слоем. Процесс нанесения оловянного покрытия называется «лужение», а слой олова – «полуда». Толщина слоя определяется условиями эксплуатации изделия. Чаще всего лужению подвергаются детали из стали, меди, алюминия, а также из их сплавов.

Способы нанесения покрытий из олова

Оловянные покрытия сегодня в основном наносятся двумя методами, каждый из которых имеет ряд достоинств и недостатков. Один из них – это горячее металлопокрытие с погружением изделия в расплав олова. Во втором случае используется гальваническое (электролитическое) осаждение олова на поверхность детали, где в качестве исходного сырья применяются оловянные аноды с высокой химической чистотой. Существуют еще несколько механических и химических способов покрытия оловом (лужение натиранием, металлизация напылением, диффузионный метод и т.п.), которые в современных условиях имеют ограниченное применение из-за их сложности и низкой производительности.

Горячее лужение

Метод горячего металлопокрытия, или «метод погружения», заключается в том, что готовые детали, металлические листы или ленты, опускают в ванну (камеру) с расплавленным чистым оловом марок О1 и О2, которое слоем осаждается на их поверхности. Перед началом лужения полуфабрикаты подвергаются предварительной подготовке, их зачищают, обезжиривают в горячем водном растворе кальцинированной соды (Na2CO) и протравливают в 25 % растворе соляной кислоты (HCl). Цель подготовительных процедур – получить идеально чистую поверхность металла. На заключительном этапе подготовки выполняется флюсование. Изделия помещают в лудильную жидкость (активный флюс) с определённым химическим составом, основой которого обычно является хлористый цинк (ZnCl2). Его задача – защитить поверхность металла от окисления в процессе лужения. После этого, смоченное во флюсе изделие целиком погружают в расплавленное олово. Рабочая температура расплава составляет около 270-300°С, которая не позволяет олову окислиться, и вместе с тем, обеспечивает ему текучесть, комфортную для лужения. Время нахождения детали в расплаве зависит от того, какую толщину оловянного слоя требуется получить. Извлеченное из лудильной ванны изделие, уже покрытое слоем олова, отжимают (обтирают) и сушат, после чего оно готово к консервации и упаковке, или к повторному лужению.

Достоинства и недостатки горячего лужения

Ключевое преимущество метода горячего металлопокрытия – быстрота процесса. В числе его достоинств можно назвать высокую плотность и толщину покрытия до 25 мкм, качественное заполнение стыков и полостей деталей сложного профиля, повышающее коррозионную стойкость изделий. Недостатки – большой расход олова, что делает этот метод дорогостоящим, а также трудоёмкость процесса, включающего в себя ряд операций, которые должен выполнять вручную рабочий с соответствующим опытом. Ещё один минус – не достаточно равномерное распределение оловянного слоя в разных частях изделия.

Гальванический метод

Гальванический (электрохимический) метод лужения получил наибольшее распространение в современной металлургической промышленности. В основе технологии лежит электролиз – физико-химический процесс, который заключается в выделении, переносе и осаждении составных частей растворенных веществ с размещенного в электролите положительно заряженного электрода (анода), на отрицательно заряженный электрод (катод) под воздействием электрического тока. В роли исходного сырья здесь выступает оловянный анод марки О1, содержащий не менее 99,9% чистого олова. Катодом является обрабатываемое изделие, металлический лист или лента. В качестве электролитов используют концентрированные водные растворы кислот или щелочей, содержащие соли олова.

Для справки
Химическая чистота оловянного анода обусловлена требованиями ГОСТ 860-75, в соответствии с которыми количество примесей в исходном сырье не должно превышать 0,1 процента от его общего объема. Плотность олова в анодах составляет около 7,29 г/см 3 . Используемые для лужения оловянные аноды могут иметь разные формы. Помимо традиционных плоских, можно заказать оловянный анод в виде сферы или шара. Как правило, аноды нестандартной формы используются для лужения деталей сложного профиля.

Читать еще:  Как правильно положить кирпичную кладку?

Технология гальванического лужения

Перед началом гальванического лужения подбирают оловянные аноды необходимого размера. Площадь анода должна быть, как минимум, вдвое больше площади поверхности защищаемого изделия. Затем определяется состав электролита, который может быть приготовлен из разных химикатов и добавок, иметь разную концентрацию. В целом электролиты для гальванического лужения делятся на два основных типа: кислые и щелочные.

Кислые электролиты выбирают для покрытия оловом несложных деталей, поскольку они обладают низкой рассеивающей способностью, но в несколько раз быстрее щелочных работают на «осаждение» олова, что позволяет экономить электроэнергию и удешевляет итоговый продукт. Щелочной (станнатный) электролит, содержащий заданное количество станната натрия (Na2SnO3) и свободной щелочи (NaOH), напротив, обладает высокой рассеивающей способностью, поэтому его обычно используют для лужения изделий сложных форм. В состав кислых электролитов входят соли олова в виде двухвалентных ионных соединений, а в состав щелочных электролитов – в виде четырехвалентных.

Следующим этапом гальванического лужения является подготовка поверхности защищаемого изделия, которое очищается от окислов и обезжиривается. После этого в оловянную ванну с определенным типом электролита погружается оловянный анод и защищаемое оловом изделие. К аноду подключается проводник от источника постоянного тока с положительным зарядом, а к изделию (катоду) – с отрицательным. При подаче напряжения на аноде начинается реакция окисления, олово растворяется в электролите и, подчиняясь законам Фарадея, оседает на поверхности катода – изделия. Толщина оловянного покрытия регулируется длительностью процесса и силой тока.

Достоинства и недостатки гальванического метода лужения

Главным преимуществом гальванического способа лужения является высокая эффективность технологии, позволяющая при минимальном расходе олова получать однородное и равномерное покрытие необходимой толщины по всей поверхности обрабатываемого изделия. Возможность регулировать толщину покрытия позволяет задавать ей любой размер, вплоть до сверхмалых величин от 1 мкм. Экономия олова при гальваническом способе лужения, в сравнении с горячим методом, может достигать 50 процентов.

К безусловным плюсам также относят высокую скорость формирования оловянного слоя, что обуславливает высокую производительность. Важно отметить и тот факт, что оловянные аноды растворяются в электролите равномерно, с максимально возможным полезным использованием их ресурса. В числе недостатков гальванического метода лужения оловом можно назвать несколько более пористое покрытие, чем то, которое получается при горячем лужении, а также необходимость в наличии специального оборудования и квалифицированного рабочего персонала.

Свойства и задачи оловянных покрытий

Главным образом покрытия из олова используют для защиты деталей от питтинговой коррозии, которая возникает под воздействием органических кислот и солей. Кроме того, оловянное покрытие хорошо противостоит химическому воздействию серосодержащих соединений, присутствующих в пластмассах и резине. Оловянное покрытие обладает высокой адгезией к базовому металлу, не разрушается при механической деформации деталей (изгибе, штамповке, вальцовке, вытяжке, свинчивании), устойчиво к влиянию высоких и низких температур.

Области использования изделий с оловянными покрытиями

Рисунок 1. Лужение медного провода.

Поскольку соли олова не токсичны, оно является основным покрытием металлических аппаратов, посуды и тары в пищевой промышленности. В частности, олово применяют для производства, так называемой, «белой» жести, используемой для производства консервных банок. Оловом покрывают внутренние поверхности посуды из меди (например, джезвы для кофе) и чугуна, котлы для варки пищи на предприятиях общественного питания, крюки для подвешивания туш животных, полуфабрикатов и готовой продукции на мясокомбинатах. Оловянное покрытие наносят на медные кабели для защиты от воздействия серы в резиновой изоляции, на трущиеся поверхности деталей машин и механизмов, где оно выступает в роли легко прирабатывающегося слоя, а также используют для решения множества традиционных и специальных задач в десятках отраслей промышленности.

Лужение как процесс. Лужение печатных плат в радиолюбительской практике и простой самодельный инструмент для него

Затронутая тема изготовления печатных плат в домашней мастерской, была бы неполной без описания процесса лужения. Рассмотрим его в принципе и применительно к нашим платам. Итак.

Лужение само по себе – замечательный способ уберечь многие металлы, но чаще всего медь и железо, от окисления кислородом воздуха, действия кислот и щелочей. В сущности, заключается в покрытии защищаемого металла, тонким слоем другого металла лучше противостоящего окислению. Одним из наиболее употребительных для этой цели металлов служит олово, на которое воздух и влага влияют весьма мало, а слабые растительные кислоты, жиры и прочие составные части пищевых продуктов совсем не действуют. Покрывание металлической поверхности тонким слоем олова называется лужением, а сам слой олова полудой. При покрывании металла оловом весьма важно получить совершенно равномерный, плотный и прочный оловянный слой, хорошо защищающий поверхность металла от окисления.

Луди, паяй, чуди безбожно.
Но не гуляй, куда не можно.
Главней запрета в мире нет.
Уверуй в это с юных лет.

Михаил Щербаков — «Заклинанье»

Стальные луженые тазы и кастрюли канули в прошлое, однако и сегодня лужение используется для защиты железа (стали) от пищевых щелочей и кислот. Существует такой, вполне распространенный материал как «белая жесть». В сущности, под этим понятием подразумевается вообще сталь листовая, покрытая защитным металлом, будь то цинк, хром или наше олово. Жесть покрытая оловом применяется именно в пищевой промышленности, в частности, из нее, делаются консервные банки и еще некоторые предметы кухонного-пищевого назначения.

Лужение также является неотъемлемой операцией предваряющей собственно пайку. Не важно, конструктивную или для электромонтажа. Собственно, обычно, электромонтажная пайка выглядит так – зачистка поверхностей, нанесения флюса, лужение. Спаиваемые поверхности или выводы складываются, при необходимости закрепляются. На место пайки наносится флюс. Место пайки прогревается и вносится припой, либо, каплю расплавленного припоя вносят на жале паяльника, к слову, также предварительно луженого (медные жала). После растекания припоя, нагрев убирают. Дождавшись полной его кристаллизации, а затем и остывания, место пайки промывают в случае необходимости от остатков флюса (особенно тщательно при использовании кислотных флюсов) и при необходимости изолируют. Следует знать, что принудительное охлаждение места пайки, существенно снижает механические показатели шва.

Токопроводящие дорожки печатных плат, ради которых мы и завели разговор, также принято защищать от окисления после изготовления, заодно подготавливая их к сборке (пайке). При ручном монтаже, рабочий-монтажник может и потереть-поскоблить окисленное место пайки, помянув криворукого изготовителя малым радиомонтажным загибом, а при автоматизированной сборке некачественная подготовка поверхности дорожек платы приведет к большому проценту брака.

В радиолюбительской же практике, лудить дорожки платы стоит от того, что сделать это на плоской поверхности, единообразно, значительно проще, чем потом, при монтаже, для каждого элемента в отдельности. То есть, время не экономится совершенно, экономия на припое также сомнительна, учитывая последующую дополнительную возню.

Итак, лудить следует. Печатная плата с лужеными дорожками удобна в последующей сборке независимо от времени хранения, обеспечивает надежный механический контакт («общий», через винты крепления). Лужение, также устраняет мелкие дефекты дорожек и повышает их нагрузочную способность. Правда лудить паяльником, даже с большим и плоским «жалом» не особенно удобно. Такое лужение выглядит весьма неаккуратно – наплывы, иглы и несанкционированные перемычки, неравномерный трудно контролируемый слой полуды.

Для удобного и быстрого лужения, можно применить способ погружения в расплав, для чего придется изготовить небольшую ванну со сплавом «Розе», разогреваемую обычной бытовой электрической плиткой.

Температура расплава 120—140° С. Чтобы предупредить окисление и появление шлаковой пленки на поверхности расплава, его заливают слоем химически чистого глицерина толщиной 20—25 мм.

Процесс лужения происходит следующим образом. Щипцами с длинными ручками захватывают печатную плату и декапируют в 5%-ном растворе соляной кислоты, затем промывают 2—3 с в проточной воде и окунают на 1—2 с в расплав “Розе”. Лишний расплав с печатной платы удаляют с помощью ракеля из вакуумной резины. После этого плата готова для сборки и монтажа навесных элементов.

Установка для лужения должна быть обеспечена вытяжкой. Для стабилизации температуры расплава “Розе” в ванне можно использовать любой несложный терморегулятор. В качестве датчика температуры используется термопара “хромель-копель”. Точность поддержания температуры ±10° С.

Разумеется, делать такую установку, стоит при сколь ни будь значительном количестве печатных плат или других не пищевых мелочей требующих лужения. Встречал когда то подобную установку на производстве и там, она использовалась для быстрого лужения концов монтажного провода.

Для невеликих радиолюбительских объемов изготавливаемых печатных плат такая установка, как правило, излишня, требует дополнительного, специально оборудованного места и изрядного количества дорогостоящего сплава «Розе».

Однако же и ручное лужение вульгарным паяльником, можно несколько модернизировать, существенно улучшив результат. Потребуется лишь изготовить простейший инструмент из подручных материалов и взять паяльник несколько мощнее обычного. Итак.

Суть способа, в применении капиллярного эффекта, этакого фломастера для припоя. Его запас в расплавленном, понятно, состоянии впитан в медную плетенку и при «закрашивании» расходуется значительно более экономно и равномерно, в сравнении с лужением «не вооруженным» паяльником.

Что было использовано в работе.

Инструменты.
Набор инструментов для радиомонтажа. Потребуется довольно мощный (65…75 Вт) паяльник с принадлежностями. Очень удобна специальная струбцина для фиксировании печатной платы.

Материалы.
Флюс, припой, медная плетенка, лучше поплотнее, лучше не луженая. Медная проволока, деревянная палочка размером, с карандаш.

Сделать такой инструмент проще простого, следует только подыскать подходящую плетенку. Обычно, это не составляет труда – радиолюбители, это плюшкины первостатейные и, скажем, остатки экранов после разделки кабелей не выбрасывают. Кроме того, подобную медную плетенку, используют как не длинные сильноточные гибкие проводники, часто для соединения или подключения в контурах заземления. Правда там она уже луженная, что в отдельных случаях может быть неудобным (применение другого припоя). Есть еще специальная тонкая медная плетенка для электромонтажа, она без лужения, ее используют для сбора излишков припоя, выпаивания элементов.

Читать еще:  Как правильно расклинить топор на топорище?

Здесь использованы экраны от силового кабеля с экранированными проводниками. Они довольно жиденькие. В руках другая, значительно более плотная плетенка. Луженая.

Придется вложить, хотя бы, один кусочек в другой. Можно конечно использовать и один слой, но работать он будет несколько хуже – быстро растрепывается конец и количество впитанного припоя невелико. Распределяется он по поверхности менее равномерно.

Длинна медной части лудилки около 6…7 см, при этом, 1.5…2 см, для крепления на палочке.
Отрезаем с некоторым запасом два кусочка плетенки.

Одну из них следует расширить. Для этого аккуратненько сжимаем ее к середине, с концов, при этом, диаметр ее существенно увеличивается. Окончательно расширяем заточенным карандашиком, но без фанатизма, не то, станет расплетаться.

Теперь аккуратно продергиваем второй кусочек плетенки. Можно для плотности сразу два. Затем тянем за концы наружной плетенки, она «съезжается», как термотрубка, плотно охватывая содержимое. Получаем заготовку нужной плотности. Кусачками выравниваем один край и снова расширяем его заточенным карандашиком. Теперь обе плетенки вместе.

Не глубоко, на длине, чуть более 20 мм. Это мы формируем посадочное место для ручки-палочки. К слову, теперь ее нужно сделать или подобрать. Проще всего, конечно выстругать отколов ножом или топором кусочек прямослойной доски, но это может быть и ручка от старой кисточки и, пожалуй, карандаш.

Не повредит, острым ножом, чуть отступив от края палочки организовать небольшую кольцевую выемку, чтобы наша оплетка не сползла с ручки – при работе ее придется тянуть с некоторым усилием. Затем подготовленную двухслойную плетенку нахлобучиваем на ручку и в месте выемки, приматываем нетолстой медной проволокой. «Узелок» можно закрепить крохотной капелькой припоя, но и так, как будто бы не разматывается.

Осталось уточнить длину и подрезать конец – длина «свободной» части, для мягкой плетенки из тонкого провода, удобна около 5 см.

Лудим конец плетенки тем припоем, которым предполагаем работать, при этом провода на конце частично расплетаются, это допустимо. Лудится несколько сантиметров от края, середина должна быть гибкая. Если припой не обычный ПОС, имеет смысл зафиксировать этот факт фломастером на ручке.

Инструмент довольно удобен, время сильно не экономит, но обеспечивает существенно более равномерное покрытие. Кроме печатных плат, используется для лужения деталей перед конструкционной пайкой. Для металлических деталей, требуется подогрев пламенем горелки.

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Нанесение оловянных покрытий.

Олово – мягкий металл серебристо-белого цвета. В атмосферных условиях даже в присутствии влаги олово окисляется медленно. Разбавленные растворы минеральных солей при комнатной температуре практически не растворяют олова.

В концентрированных растворах соляной и серной кислот олово при нагревании легко растворяется. В щелочах олово неустойчиво и при кипячении растворяется с образованием станнатов. С органическими кислотами олово образует комплексные соединения, при этом потенциал олова становится отрицательнее железа, т.е. олово становится анодным покрытием. Это обстоятельство, а также безвредность олова позволяют широко его использовать в пищевой промышленности для защиты внутренней поверхности консервной тары от коррозии.

Оловянное покрытие на поверхности консервной тары.

Оловянные покрытия наносят на детали из стали, меди, алюминия, цинка. Их защитные свойства на стальных деталях в атмосферных условиях надежны только при отсутствии пор.

Оловянное покрытие для защиты от коррозии.

Оловянные покрытия можно нанести:

    • горячим способом;
    • методом контактного осаждения;
    • методом гальванического осаждения.

Горячий способ прост в исполнении, но не позволяет получать равномерного по толщине покрытия.

Контактный способ применяется для деталей, изготовленных из металлов или сплавов менее электроотрицательных, чем олово, то есть из меди, латуни, бронзы.

Рекомендуется раствор состава, г/л:

Олово двухлористое 10 – 20

Тиомочевина 80 – 90

Натрий хлористый 75 – 90

Кислота соляная (1,19 см 3 /л) 15 – 17

Режим работы: температура 55 – 65°С, время осаждения 25 – 30 минут.

Толщина получаемого покрытия около 1 мкм. При этом не требуется контролировать время нанесения покрытия. Скорость осаждения снижается по мере перекрытия медной основы, пока процесс не прекратиться полностью. Толщина осадка определяется составом раствора и режимом процесса и должна быть практически одинаковой на всех участках, контактирующих с раствором.

Недостатком контактного метода нанесения оловянного покрытия является малая толщина осадка.

Только электрохимический способ позволяет получать покрытия заданной толщины практически на любом материале (на некоторых с предварительным подслоем).

Наиболее распространенный состав сернокислого электролита для нанесения оловянного покрытия, г/л:

Сернокислое олово 40 – 50

Серная кислота 50 – 80

Сернокислый натрий 30 – 50

Препарат ОС-20 2 – 5

Температура 15 – 20°С, плотность тока 1 – 2 А/дм 2 .

Для оловянных покрытий, полученных электрохимическим способом характерен самопроизвольный рост нитевидных кристаллов олова (см.«Осаждение сплавов олова»), длина которых достигает5 мм, что приводит к коротким замыканиям при эксплуатации электротехнической аппаратуры.

Избежать образование нитевидных кристаллов можно различными методами:

  • нанесением перед оловянированием тонкого подслоя никеля (см. «Никелирование»);
  • оплавлением оловянных покрытий;
  • применением оловянных сплавов (см. «Осаждение сплава олово-висмут»).

Нанесение олова контактным способом также исключает иглообразование, хотя при этом способе покрытие получается толщиной не более 1 мкм.

Этот процесс наиболее часто применяется в технологии изготовления печатных плат.

Похожие публикации:

7 комментариев: Нанесение оловянных покрытий.

Здравствуйте Галина Владимировна!
Какие преимущества и недостатки гальванического нанесения олова на медную поверхность над горячим нанесением?

В интернете я нашел следующее:
Преимущества гальванического нанесения олова:
1. Можно наносить в 10-ки раз меньший слой олова, что приводит к значительной экономии дорогого металла.
2. Гальваническое покрытие не образует пор — т.е. оно сплошное и если соединить с преимуществом №1 это подтверждает целесообразность данной экономии.
3. Незначительное отклонение толщины покрытия по всей линейной поверхности.

Преимущества горячего нанесения:
1. Простота технологии и оборудования.

2. Мое мнение (теоретическое) — прав ли я?
Покрытие нанесенное горячим способом является более стойким к механическим воздействиям, не отслаивается от подложки благодаря большому диффузионному (адгезионному) слою.

Если я не прав, тогда в чем преимущество горячего наложении олова над гальваническим? Горячее наложение лужение используется на многих предприятиях, однако простота технологии не может конкурировать с экономичностью в условиях рынка…

С уважением, Александр А.

Хотелось бы узнать ваше мнение.
Какова возможная стойкость олова к полиморфным превращениям на медной жиле при длительном хранении в условиях крайнего севера? Медь предотвращает полиморфизм олова, но как она может подействовать на оловянное покрытие…?

С уважением, Александр А.

Здравствуйте, Александр!
Области применения горячего способа нанесения олова и гальванического разные: на медную проволоку или листы гораздо проще и экономичнее нанести олово горячим способом, а детали сложной конфигурации необходимо покрывать гальванически, чтобы получить одинаковую толщину по всей поверхности.
Относительно полиморфизма установлено, что наибольшая скорость превращения белого олова в серый порошок при температуре минус 48С. При температуре минус 30С олово может находиться без изменения много лет.
К сожалению, данные наблюдений фазового перехода олова противоречивы, и поэтому до сих пор конструктора и технологи не имеют конкретных данных при проектировании, изготовлении и эксплуатации РЭА.
С уважением, Королева Галина Владимировна.

Здравствуйте, Галина Владимировна! Скажите, пожалуйста, по каким причинам может не растворятся сернокислое олово в дистиллированной воде? У меня на участке уже давно работает ванна оловенирования, электролит разводим периодически и раньше с такими проблемами не сталкивались. Пробовал растворить в теплой воде, в концентрированной серной кислоте, в разбавленной серной кислоте, но положительного результата не добился. Поставщик уверяет, что «Сернокислое олово свежее (август 2013)».

Здравствуйте, Игорь!
Олово сернокислое имеет очень маленькую растворимость, поэтому при приготовлении электролита олово-висмут в ванну сначала вливают расчетное количество серной кислоты, затем маленькими порциями при постоянном помешивании добавляют сернокислое олово. Нужно иметь терпение и делать все очень тщательно, тогда все получится.
С уважением, Королева Галина Владимировна.

Здравствуйте Галина Владимировна! Подскажите пожалуйста, какие лучше использовать аноды для ванны щелочного лужения?
У нас на предприятии используется ванна щелочного лужения на основе четыреххлористого олова и щелочи, используем никелевые аноды, но с ними возникают некоторые трудности (они расстворяются и ванна начинает шламить, и их тяжело чистить). В литературе читала, что лучше применять нерастворимые стальные аноды из нержавейки.

С уважением, Надежда.

Здравствуйте, Надежда!
При использовании щелочного электролита лужения состава:
Натрия станнат — 50-100 г/л
Натр едкий — 10-15 г/л
Натрий уксуснокислый — 15-25 г/л
Температура = 60-80°С
Плотность тока = 0,5-2 А/дм2
Применяют оловянные аноды, но предварительно их пассивируют при повышенном значении анодной плотности тока (в 2-3 раза больше рабочей) в течение 5 -10 мин. При этом на них образуется пленка желтовато-золотистого цвета. Обработанные таким образом аноды растворяются с образованием только четырехвалентных ионов олова. После формирования пленки анодная плотность тока может быть снижена. При нахождении анодов в электролите без тока пассивная пленка растворяется, поэтому при перерывах в работе аноды необходимо выгружать и помещать в ванну с водой. Загрузку и выгрузку анодов надо производить под током.
С уважением, Королева Галина Владимировна.

Покрытие металлов медью в домашних условиях

При меднении в домашних условиях используются доступные и недорогие материалы, которые легко приобрести в магазинах розничной торговли. Медный купорос используется для борьбы с плесенью, грибком и садовыми вредителями и свободно продается в хозяйственных магазинах, а в качестве анодов можно использовать короткие отрезки медных труб или электротехнических шинок. Меднение металла домашними мастерами, в основном, производится в декоративных целях, в том числе для покрытия мебельной фурнитуры, столовых приборов, металлических частей люстр, бижутерии и пр. При выполнении определенных условий гальваническое покрытие медью можно выполнять и по органическим материалам. Таким образом меднят высушенные цветы, орехи, листья и даже насекомых. Кроме того, во многих случаях обязательным условием для никелирования и хромирования является наличие подслоя меди, который также создается путем ее осаживания из электролита.

Читать еще:  Как пользоваться отверткой тестером напряжения

Цель меднения металлов и сферы их применения

Медь обладает совокупностью свойств, которые определяют условия ее применения при меднении металлов и неметаллических материалов. Она пластична, легко поддается полировке, а гальванический слой после меднения практически не имеет пор. По этой причине медные покрытия очень часто используют в качестве подслоя при хромировании и никелировании изделий, которые эксплуатируются в условиях постоянных сжатий и растяжений. Пластичность меди является идеальным условием для ее применения в гальванопластике. Толстослойное меднение художественных изделий и сложных моделей позволяет создавать их абсолютно точные копии, которые не трескаются и не деформируются при снятии с оригинала.

Медь обладает лучшей среди недрагоценных металлов электропроводностью и хорошо паяется. Поэтому меднение стальных изделий широко используется в радиотехнике и электротехнике при изготовлении проводников, контактов, деталей антенн и волноводов. В условиях применения высокочастотных сигналов на медное покрытие приходится большая плотность тока (скин-эффект), что снижает общее сопротивление проводника.

Еще одна область использования меднения — это создание тонких проводников на поверхностях пластмассовых изделий, а также покрытие пластика токопроводящими слоями.

Характеристики омедненных металлов

Медь имеет хорошее сцепление практически со всеми металлами и сплавами, но защитные свойства медного гальванического покрытия без дополнительных слоев невысоки. Под воздействием атмосферных факторов оно достаточно быстро разрушается, и даже в домашних условиях его обычно покрывают лаком. В то же время подслой из меди значительно улучшает характеристики многослойных покрытий в части механической прочности и коррозионной стойкости. Нержавеющие стали обычно защищают от коррозии трехслойным покрытием из хрома, никеля и меди. При этом меднение проводится первым, чтобы при использовании изделия в условиях переменных нагрузок обеспечить пластичность всего составного слоя. Точно такую же роль меднение играет в покрытиях металлопроката и листового железа, из которых изготавливают профильные изделия, эксплуатируемые в условиях морского климата и агрессивных сред. Омедненные провода и контакты из алюминия легко паяются и имеют более низкое сопротивление, особенно на высоких частотах. Технические условия электролиза позволяют при меднении металлов в декоративных целях окрашивать поверхностные слои меди в различные цвета и придавать им дополнительный блеск (на фото ниже – меднение по нержавейке).

Технология процесса меднения

Главное условие при нанесении любого гальванического покрытия — это абсолютная чистота изделия. Поэтому все его поверхности перед погружением в электролит необходимо тщательно очистить от посторонних включений и окислов. В общем виде процесс гальванического меднения состоит из следующих этапов, которые в зависимости от технических условий могут быть дополнены другими видами обработки:

  • механическая очистка (с помощью металлической щетки, шкурки и электроинструмента);
  • промывка проточной водой;
  • обезжиривание (химическое или электролитическое);
  • промывка и сушка;
  • проверка качества поверхностей;
  • погружение изделия в электролит;
  • подача тока и контроль процесса;
  • промывка и сушка готового изделия.

Основой для подавляющего большинства электролитов является раствор медного купороса (сернокислой меди), в который в зависимости от условий обработки добавляют различные химические реагенты. Технология гальванического меднения основана на использовании расходуемых анодов, которые служат источником анионов меди, осаждаемых в виде тонкого слоя на поверхности катода-изделия. В роли катодов выступают пластины меди любой чистоты.

Способы меднения металлов

Существует два базовых метода, с помощью которых выполняют покрытие металлов медью: гальваническое и химическое меднение. В обоих случаях главным условием является применение электролита на основе медного купороса, но при химическом меднении осаждение меди происходит без использования электрического тока. С помощью химического метода нельзя получить покрытия большой толщины, но оно проще, дешевле и может выполняться в крайне простых условиях. С помощью него легко получить тонкие декоративные пленки не только на металлах, но и на пластике, стекле, керамике и пр. К примеру, химическое меднение стали происходит за несколько десятков секунд путем простого погружения в медный купорос.

Погружение в электролитный раствор

Оба метода могут применяться с полным погружением детали в раствор электролита. При гальваническом методе анионы меди отрываются от анода и движутся к катоду под воздействием электрического тока, а при химическом их движение происходит за счет разной электроотрицательности металлов. Поэтому в первом случае при прочих равных условиях за одну и ту же единицу времени осаждается гораздо большее количество меди, но при этом затрачивается электрическая энергия. Меднение алюминия рекомендуется производить только методом погружения, которое необходимо выполнять сразу после обезжиривания и травления в кислоте, иначе на его поверхности быстро образуется прочная оксидная пленка. В видеоролике ниже подробно рассказывается об условиях, которые необходимо соблюдать для качественного меднения алюминия.

Без помещения в электролитный раствор

Меднение изделий без помещения их в емкость с электролитом производится как с использованием источника тока, так и без него. Выбор метода зависит от условий выполнения работ и оборудования, которым располагает домашний мастер. В первом случае необходимо изготовить медную кисточку из обрезка кабеля с большим количеством мягких медных жил. Ее подсоединяют к плюсу источника, а минус подают на изделие. Затем, постоянно обмакивая кисточку в электролит, «красят» подготовленную поверхность, подбирая по ходу условия и скорость меднения.

Во втором варианте изделие просто покрывают раствором медного купороса с помощью малярной кисти, очищая и обмывая его после каждого слоя. Толщина обмеднения в этом случае будет небольшой и зависит от условий обработки и количества наложенных слоев. Этот метод хорошо подходит для меднения стали, к которой медь «липнет» даже при условии не очень хорошей подготовки поверхности. А при нанесении таким способом медного купороса на поверхность алюминия достаточно сложно добиться устойчивого результата из-за его склонности к быстрому окислению.

Использование медного купороса

Одно из основных условий качественного меднения — это использование максимально чистого медного купороса. Поэтому данный реагент лучше приобретать в хозяйственных или специализированных магазинах в упаковках, на которых указано процентное содержание сернистого сульфата меди (не ниже 97–98%). Если на медном купоросе садово-огородного назначения не указан состав, то для электролита он не годится, т. к. может содержать различные добавки, влияющие на гальванический процесс. При приготовлении электролита в домашних условиях не следует применять сырую водопроводную воду, поскольку она содержит недопустимые при меднении соединения хлора. Перед использованием ее следует отстоять и прокипятить или же просто приобрести дистиллированную.

Гальваника медью в домашних условиях

В домашних условиях гальваническое меднение чаще всего используют в декоративно-прикладных целях или для нанесения медного подслоя перед никелированием и хромированием. Обычно медью покрывают мебельную фурнитуру, предметы кухонной утвари, элементы светильников, бижутерию, а также части инструментов и ножей. Подбор параметров гальванизации домашними мастерами обычно делается опытным путем по цвету и качеству покрытия. Те, кто занимается меднением серьезно, в том числе и в коммерческих целях, используют в своих установках регулируемые источники тока или реостаты, с помощью которых устанавливается необходимая плотность тока и скорость осаждения. Для тех, кто не хочет возиться с самостоятельным подбором химических компонентов, интернет-магазины предлагают наборы для приготовления разнообразных электролитических растворов, в том числе и для меднения пластиков и органических материалов. А одно из самых популярных направлений современной домашней гальваники — это покрытие медью высушенных растений, орехов, желудей и насекомых. Такие изделия выглядят впечатляюще и используются не только в декоративных целях, но и для изготовления бижутерии (см. ниже меднение и патинирование грецкого ореха).

Техника безопасности

Медный купорос является малотоксичным веществом и в целом неопасен для здоровья. Но при попадании на кожу и в глаза он может вызвать раздражение, поэтому при работе с ним необходимо соблюдать определенную осторожность. Более опасна серная кислота, которая при меднении используется для обезжиривания и в качестве добавки к электролиту. Поэтому в домашних условиях все работы по приготовлению электролита и химической обработке изделия необходимо выполнять в резиновых перчатках и клеенчатом фартуке, а при больших объемах использовать респираторы и защитные очки. Сам по себе медный купорос не требует какой-либо обработки перед утилизацией, но, поскольку электролиты на его основе содержат серную кислоту, ее необходимо нейтрализовать с помощью щелочи или соды.

Оборудование и материалы

Для меднения в домашних условиях требуется минимальный набор оборудования и реактивов. В качестве гальванической ванны можно использовать любую пластиковую или стеклянную емкость. Для приготовления электролита для меднения необходим только медный купорос и чистая вода, а источником тока может служить старая зарядка для телефона или пара батареек. Другие материалы и инструменты также немногочисленны и доступны в бытовых условиях. В первую очередь это серная кислота (жидкость для аккумуляторов), сода, обрезки медных изделий (труб, шинок, контактов) и наждачка на матерчатой основе.

Рецепт простого раствора

В состав самого простого электролита, используемого для меднения в домашних условиях, входят всего два реагента: сернокислая медь (медный купорос) в количестве 180÷220 г/л и серная кислота (жидкость для аккумулятора) — 40÷60 г/л. В качестве блескообразующих добавок к такому электролиту домашние мастера используют желатин и декстрин (0.5÷1.0 г/л).

В Интернете можно найти рецепты электролитов с добавками, которые способствуют созданию медных покрытий с разнообразными эффектами (матовость, зеркальный блеск, различные оттенки). При этом, как правило, указывают только название химического вещества и условия его применения, а насколько оно доступно и где его взять — не пишут. Если вы знаете названия таких добавок, которые можно свободно приобрести в хозяйственном магазине или аптеке, поделитесь, пожалуйста, информацией в комментариях к этой статье.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector