Пленкообразование и образование шлама при использовании медных анодов

Роль пленкообразования и образования анодного шлама при использовании фосфорсодержащих медных анодов в гальваническом производстве.

Пленкообразование и образование анодного шлама при использовании фосфорсодержащих медных анодов сопряжено с большим количеством ложных представлений и спорных вопросов. В своей статье я постараюсь объяснить этот процесс.

Фосфор добавляют к меди по разным причинам. Это раскислитель в расплавленной меди, он существенно снижает электропроводность металла и влияет на другие его свойства. В гальваническом производстве он также используется в медных анодах, поскольку совместно с хлоридами в гальванической ванне образует черную пленку на поверхности анода. Эта пленка предотвращает кислотную коррозию анода и попадание частиц меди в электролит. Такое положительное воздействие снижает вероятность появления шероховатости из-за этих частиц. Например, при нанесении покрытия на печатные платы защитная черная пленка предотвращает короткое замыкание частиц меди между дорожками на плате.

Для образования черной пленки требуется три компонента: фосфор в аноде, хлорид-ионы в электролите кислого меднения и протекание электрического тока от анода, через электролит, к катоду (покрываемая деталь). Следовательно, количество этих составляющих будет оказывать существенное влияние на образование, толщину и адгезию пленки к поверхности анода. Рассмотрим их подробно.

ФОСФОР

Медно-фосфористые аноды, применяемые при кислом меднении, могут содержать от 20 ч/млн (0,020%) до 1000 ч/млн (0,10%) фосфора и более в зависимости от гальванического процесса и плотности тока между анодом и катодом.

В большинстве областей применения, включая печатные платы, металлизацию пластмасс и металлические покрытия общего назначения, содержание фосфора варьируется от 0,040 до 0,065%. Для высокоскоростного электроосаждения часто применяется более высокое содержание фосфора.

ХЛОРИДЫ

Хлориды обычно добавляю в кислый электролит меднения путем добавления соляной кислоты (HCl). Стандартная концентрация хлоридов при электроосаждении составляет 50 – 100 ч/млн. Пленка образуется и при более низкой концентрации хлоридов, но она будет тонкой и прозрачной. Важно отметить, что, когда концентрация хлоридов достигает примерно 150 ч/млн, пленка становится непроводящей, жирной на ощупь, приобретает серый или белый цвет. Когда именно это произойдет, зависит от содержания фосфора в аноде и плотности анодного тока.

Медные шаровые аноды.

Медные анодные стержни.

ПЛОТНОСТЬ ТОКА

Плотность электрического тока в гальванической ванне зависит от конкретного процесса.

При более высокой плотности тока, протекающего между анодом и катодом (измеряется в А/фут2), как правило, увеличивается скорость осаждения покрытия. Однако плотность тока необходимо контролировать, чтобы обеспечить соответствующее качество покрытия. Допустимая плотность тока будет зависеть от многих факторов, включая содержание меди и кислоты в электролите, температуру электролита, циркуляцию электролита в ванне, материал и переплетение анодного мешка, а также реагенты, добавленные в электролит для получения характеристик, необходимых для правильно электроосаждения меди на покрываемой поверхности. Также существует много факторов, позволяющих контролировать плотность тока, которые выходят за рамки данного обсуждения.

Надлежащее пленкообразование и объем анодного шлама также зависят от чистоты анода.

ОБРАЗОВАНИЕ ЧЕРНОЙ ПЛЕНКИ: КАК ЭТО РАБОТАЕТ

В медно-фосфористом аноде фосфор распределен по всей медной матрице. В процессе электролиза медь электролитически растворяется с поверхности анода, обнажая фосфор. Фосфор на поверхности анода реагирует с хлорид-ионами в электролите с образованием черной, медно-фосфористо-хлоридной плёнки. Это пористая пленка, что позволяет атомам меди проходить через нее в электролит, а затем на катод (покрываемая деталь).

По мере растворения анода высвобождается все больше фосфора, и черная пленка становится толще. В результате анод уменьшается в объеме и опускается ниже в анодной корзине, а черная пленка отслаивается и оседает на дно анодного мешка. Это и есть так называемый анодный шлам. Шлам также содержит примеси, нерастворимые в меднокислом электролите.

Растворимые примеси растворяются в электролите и удаляются в процессе установленной процедуры обработки электролита. Незначительное содержание примесей в медных анодах, соответствующее принятым стандартам степени чистоты, почти не оказывают влияния на пленкообразование, шламообразование и объем образованного шлама.

Крайне важно понимать, что, чем больше фосфора содержится в аноде при заданной плотности анодного тока, тем больше образуется анодной пленки, а, следовательно, и анодного шлама. При низком содержании хлоридов в ванне черная пленка, как правило, бывает тонкой.

При повышении содержания хлоридов толщина черной пленки увеличивается. Как отмечалось выше, при содержании хлоридов порядка 150 ч/млн свойства пленки меняются, она приобретает серо-белый цвет и характерную жирность.

Пленка становится непроводящей, происходит поляризация анода и осаждение покрытия прекращается.

Выше приведено упрощенное описание процесса пленкообразования. Другие переменные также влияют на гальванический процесс, образование анодной пленки и количество анодного шлама. К ним относятся: циркуляция электролита в анодном мешке и вокруг него, концентрация меди и кислоты в электролите, температура ванны и плотность анодного тока. Надлежащее пленкообразование и объем анодного шлама также зависят от чистоты анода. Масла и смазки препятствуют образованию пленки, как и оксиды и другие загрязнения. Чтобы обеспечивать требуемое пленкообразование и контролировать количество анодного шлама необходим тщательный мониторинг всех технологических параметров. Опять же, данная статья была написана отчасти для того, чтобы прояснить некоторые ошибочные представления об образовании анодного шлама.

В действительности, это неотъемлемая часть процесса электроосаждения с использованием медно-фосфористых анодов, поэтому глубокое понимание механизма образования анодного шлама имеет первостепенное значение.

Доктор Ричард Стрейкен получил степень бакалавра в области химической технологии в Северо-Восточном университете и степень магистра и кандидата наук в области металлургии в Массачусетском технологическом институте. На протяжении многих лет работал в медной промышленности, в том числе в компании Kennecott Copper Company и ее дочерних компаниях, а также техническим директором в компании IMC MetalsAmerica. Специализируется на непрерывном литье меди, электрорафинировании и электроосаждении меди. Ричард Стрейкен прошел программу сертификации специалистов по гальваническим покрытиям (CEF), является автором работ и участником международных конференций в области электроосаждения меди и качества анодов.

Связаться с нами

Готово, ваша заявка успешно отправлена.
Ошибка, попробуйте обновить страницу и попробовать снова.

Вам будет интересно

Итоги выставки ExpoCoatingMoscow
Итоги выставки ExpoCoatingMoscow
ExpoCoating Moscow – ключевая в России специализированная международная выставка материалов и оборудования для обработки поверхности,…
28.11.2022
67
Покрытие для возвращения космических кораблей на Землю
Покрытие для возвращения космических кораблей на Землю
Одним из ключевых аспектов программы НАСА "Артемида" является восстановление капсулы "Орион" после приводнения. Океаническая среда…
Скотт Фрэнсис
15.09.2022
110
Какова толщина вашего покрытия?
Какова толщина вашего покрытия?
Начиная с цеха единичного производства и заканчивая роботизированной линией сборки, жизненно важно, чтобы продукт был…
Дел Уильямс
30.06.2020
469
Образование пассивирующих слоев на основе трехвалентного хрома
Образование пассивирующих слоев на основе трехвалентного хрома
Доказано, что данный процесс является безопасной заменой шестивалентного хрома, однако необходимы базовые знания о составе.
Дженифер Хонсельманн, Эрик Манкел и Питер Волк
21.09.2020
515
Ультразвуковая технология выводит режущие инструменты на новый уровень
Ультразвуковая технология выводит режущие инструменты на новый уровень
Компания Tru-Edge Cutting Tool Services проектирует и изготавливает на заказ режущие инструменты и предоставляет услуги…
Крис Феликс
11.06.2019
538
Как алюминий, растворенный в ваннах слабого щелочного травления, влияет на поверхности, протравленные кислотой
Как алюминий, растворенный в ваннах слабого щелочного травления, влияет на поверхности, протравленные кислотой
Снижение концентрации алюминия на стадии слабого щелочного травления также может привести к таким проблемам, как…
Месут Аккая, Пинар Афсин, Мустафа Урген, Кэн Акил
25.05.2021
300
Исключение шестивалентного хрома из процесса предварительной обработки алюминиевых прутков и листов
Исключение шестивалентного хрома из процесса предварительной обработки алюминиевых прутков и листов
Успешная замена традиционного хроматного конверсионного покрытия на цикл обработки на основе трехвалентного хрома
28.11.2022
46
Покрытия PTFE для анодированного алюминия
Покрытия PTFE для анодированного алюминия
Анализируем различные способы обработки анодных оксидов
Ансельм Кун
17.07.2018
2661
Наноалмазы в гальванических хромовых покрытиях
Наноалмазы в гальванических хромовых покрытиях
Опытное производство в Юбилейном, городе, где сосредоточены высоконаучные предприятия космической отрасли
Е. В. Рыжов, Ю.Л. Кощеев, Т.М. Марусина, С.А. Кузнецов, А.С. Белоногов
07.08.2018
1171