Медно-фосфористые аноды для кислого меднения

Аноды, изготовленные из чистой меди, будут содержать более 99,99% меди, а также серебро и легирующий фосфор. Избыток металлических примесей растворяется в электролите и может накапливаться в гальванической ванне или осаждаться на покрываемых деталях. Металлические примеси могут влиять на блеск покрытия, расход органического блескообразователя и управление процессом. Примеси также влияют на границы зерен медного анода и на его растворение. Это может привести к тому, что частицы меди будут попадать в систему покрытия, что повысит шероховатость. Кроме того, это может вызвать избыточное образование шлама при растворении анодов, что приведет к забиванию анодных мешков, их более частой замене, простоям и большему количеству отходов.

Рассмотрим некоторые ключевые аспекты использования медно-фосфористых анодов.

Фосфорсодержащий сплав.

Фосфор специально вводится в медные аноды, предназначенные для кислого меднения. По мере растворения анода образуется черная пленка. Эта пленка предотвращает выпадение в виде осадка мелких частиц меди, а также замедляет химическую коррозию анода, обусловленную воздействием серной кислоты во время простоя. На анодах с крупнозернистой структурой со временем образуется черная пленка, но из-за слабой адгезии она быстро переходит в осадок. Осадок содержит то, что могло бы быть полезным металлом, но теперь является просто причиной шероховатости и может засорять анодные мешки, которые требуют более частой замены.

В спецификациях обычно указывается содержание фосфора от 0,040 до 0,065%. Однако лучше обеспечить более тщательно контролируемый диапазон: от 0,051 до 0,059%. Металлургически примеси или специально добавленные включения (такие как фосфор) будут располагаться на границе зерен. Поэтому фосфор, необходимый для кислого меднения, наиболее равномерно распределяется в мелкозернистых анодах. Распределение фосфора столь же важно, как и его общее содержание. Время образования черной пленки на медно-фосфористом аноде можно измерить с помощью лабораторных коррозионных испытаний материала анода. На аноде с надлежащим содержанием и распределением фосфора черная пленка будет образовываться примерно через 30 минут. На некачественном аноде черная пленка будет образовываться в течение 6 часов и более, затем будет отслаиваться, образуя чрезмерный осадок и металлические хлопья.

Зернистость.

Зернистая структура меди — одно из наиболее важных и в то же время малоизвестных физических свойств анода. Мелкозернистая однородная структура способствует получению превосходного покрытия. Зернистость зависит от методов производства.

Литье меди — самый простой и дешевый метод производства. Однако литейная медь не может обладать мелкозернистой структурой, необходимой для получения наилучших характеристик анода. Чем выше скорость литья, тем больше размер зерна. Мелкозернистые аноды требуют определенной дополнительной обработки после литья. Как правило, это горячая экструзия или горячая ковка.  При формовании меди под воздействием высокого давления и температуры зерно приобретает очень мелкую и однородную структуру. Когда медь остывает, примеси вытесняются из кристаллов на границы между ними. Рост зерен вызывает аналогичный эффект и дополнительно вытесняет примеси на границы зерен. Физическая и химическая прочность на границах зерен ниже, чем внутри зерен и кристаллов. В процессе нанесения покрытия зерна могут быть сколоты и унесены с анода в виде мелких медных частиц и пыли. Если эти частицы достигают катода, это приводит к образованию неровностей и шероховатости. Если частицы попадают в анодные мешки, то образуют осадок, забивающий мешки. Частицы меди также могут растворяться в электролите, увеличивая концентрацию ионов меди.

Очистка.

Снятие заусенцев и очистка медных анодов необходимы для получения поверхности, чистой от смазки, шлама, оксидов и без острых краев. Масло, шлам и оксиды на поверхности анода могут привести к его неравномерному растворению, повышенному образованию осадка и выпадению частиц меди. Некачественная очистка также может привести к попаданию нежелательных загрязнений в электролит.

Предпочтительный способ очистки медных анодов предполагает использование щелочного раствора для удаления загрязнений и окислов. После этого чистая поверхность легко образует черную пленку, необходимую для гальванического процесса. Этот метод также исключает присутствие на медном аноде кислотных остатков, которые могут привести к образованию зеленой или черной ржавчины во время хранения.

Предпочтительный метод снятия заусенцев — это очень медленная, мягкая галтовка анодов без надавливания на поверхность и применения жестких методов обработки как при виброочистке.

В процессе виброочистки медная поверхность может быть повреждена, что приведет к включениям частиц грязи, а также могут образоваться хлопья, которые иногда можно видеть на дне ванны или даже на поверхности анода после испытания с использованием изоляционной ленты.

В данном испытании изоляционную ленту приклеивают к аноду, затем быстро отрывают ее. Хлопья могут попасть в электролит, что приведет к увеличению шероховатости, забиванию анодного мешка и повышенному расходу меди.

Ионы меди, частицы меди и шлам.

Любой растворимый анод предназначен для получения ионов металла в растворе электролита, в данном случае [Cu–2e=Cu++]. Частицы металла и шлам — это нежелательный побочный эффект. Большое количество анодного шлама означает дорогостоящее время простоя для замены мешков, опустошения резервуаров и удаления шлама.

Шлам состоит из неионных частиц или загрязнений, которые остаются взвешенными в растворе, попадают в поры анодного мешка или оседают на дно мешка или ванны. Анодные мешки — это не совсем идеальное решение. Частицы могут быть больше, чем поры анодного мешка, примерно такого же размера или меньше, чем поры мешка.

Более крупные частицы, как правило, оседают на дно мешка, приводя к бесполезному расходованию меди. Более мелкие частицы могут проходить через поры мешка и попадать в электролит, что повысит шероховатость покрытия. Частицы среднего размера попадают в поры анодного мешка и застревают там, забивая мешок, что приводит к простоям для замены анодного мешка.

Аноды из меди высокой чистоты с мелкозернистой структурой и равномерным распределением фосфора обеспечивают контролируемое стабильное растворение металлической меди в ионах меди в электролите. О высоком качестве анодов свидетельствуют высокая степень чистоты, однородная мелкозернистая структура, быстрое образование черной пленки, отсутствие зеленой и черной ржавчины на поверхности или в трещинах и отсутствие хлопьев.

Затраты, медные аноды, замена анодных мешков, распределение покрытия и брак.

Не все медные аноды одинаковы. Медный анод — это промышленной изделие. Разные производители используют разные методы изготовления и спецификации, и эти различия дают в результате различные готовые изделия. Совокупная стоимость владения — это общая стоимость использования продукта. В случае медно-фосфористых анодов (в дополнение к стоимости анодов) общие затраты включают анодные мешки, время простоя на удаление шлама, плохое распределение покрытия, когда анодные мешки начинают забиваться, и брак из-за посторонних частиц

Вывод таков: качество окупается. Чем более качественный анод, тем ниже суммарные эксплуатационные расходы.

Андре Депью — региональный менеджер по продажам в компании Univertical Corp.

Сайт: http://www.univertical.com