Гальваническое лужение меди

Если браться за гальваническое лужение меди, сразу скажу — идеальной технологии нет. Многие думают, что достаточно опустить деталь в электролит и ждать, но медь капризна, особенно при контакте с пищевыми продуктами или в электротехнике. Олово должно лечь ровно, без наплывов и пор, а это зависит от подготовки поверхности, pH электролита и даже температуры в цеху.

Подготовка меди — то, что часто недооценивают

Помню, как на одном из заказов для электротехнических компонентов мы пропустили этап обезжиривания в ультразвуковой ванне. Результат? Пятнистое покрытие, которое отслоилось при пайке. Медь, особенно бескислородная марки М1, требует тщательной декапирования в серной кислоте, но без перегрева — иначе образуется оксидная пленка, которую не возьмет даже самый агрессивный электролит.

Кстати, с бериллиевой бронзой ситуация сложнее — после термообработки поверхность активно окисляется. Приходится использовать щелочные растворы с добавкой трилона Б, иначе адгезия олова будет слабой. Это тот случай, когда экономия на химикатах приводит к браку.

В ООО ?Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии? для меди и ее сплавов применяют многоступенчатую подготовку: механическая полировка, электрохимическое обезжиривание, травление и активация. Но даже это не гарантия — если в цеху высокая влажность, медь начинает тускнеть до погружения в гальваническую ванну.

Электролиты для лужения: от классики до ноу-хау

Стандартный кислый электролит на основе сульфата олова и фенолсульфокислоты дает блестящее покрытие, но чувствителен к примесям меди. Когда концентрация Cu2? превышает 1 г/л, появляются темные полосы. Приходится либо использовать анодные мешки, либо вводить ингибиторы — например, тиомочевину, хотя с ней легко переборщить.

Щелочные электролиты (станнаты) более стабильны, но требуют подогрева до 60–70°C и контроля катодной плотности тока. Для медных шин или контактов это неплохой вариант, но для тонких профилей, как у титано-медных композитов, возможны проблемы с равномерностью.

Мы экспериментировали с борфтористоводородными электролитами — они дают мелкозернистые осадки, но агрессивны к оборудованию. После месяца использования свинцовые аноды начали разрушаться, пришлось перейти на углеродные. Кстати, на сайте lianxin-metal.ru есть данные по совместимости покрытий с разными сплавами, но в живом производстве всегда есть нюансы.

Проблемы с адгезией на сложных сплавах

Хром-циркониевая медь — кошмар гальваника. После закалки поверхность пассивируется, и обычная активация не работает. Пришлось разрабатывать цикл: мягкое травление в азотной кислоте с добавкой фторида аммония, немедленная промывка и перенос в гальваническую ванну без контакта с воздухом. Даже 10-секундная задержка — и адгезия падает на 30%.

С медно-никель-кремниевыми сплавами другая история — никель склонен к пассивации, а кремний образует аморфные оксиды. Здесь помогает катодная активация в щелочном растворе перед лужением. Но если переусердствовать с плотностью тока, вместо активации получим выгорание поверхности.

Для алюминиевых сплавов с медным покрытием мы используем промежуточный слой цинка или никеля — прямое лужение на алюминий не держится. Но это уже тема для отдельного разговора.

Контроль качества: где чаще всего ошибаются

Толщину покрытия многие меряют по СЭМ, но для серийного производства это долго. Мы используем рентгеновские флуоресцентные толщиномеры, но они калибруются по эталонам — если эталон не соответствует реальному составу сплава, погрешность достигает 15%. Особенно критично для изделий с покрытием менее 3 мкм.

Тест на паяемость — обязательный этап для электротехнических деталей. Погружаем в припой ПОС-61 при 250°C и смотрим на растекание. Если олово покрыто оксидной пленкой (бывает при низкой плотности тока), припой собирается в капли. Такие детали бракуем, даже если визуально покрытие идеальное.

Ускоренные коррозионные испытания в солевой камере — спорный метод. Для меди с оловянным покрытием они часто дают ложные результаты, потому что в реальных условиях коррозия идет иначе. Лучше проверять термоциклированием: от -40°C до +125°C, 100 циклов. После этого смотрим на адгезию — если нет отслоений, покрытие надежное.

Практические кейсы и неудачи

Как-то получили заказ на лужение медных теплоотводов для силовой электроники. Детали сложной формы с ребрами жесткости. С первого раза покрытие легло неравномерно — в углах толщина 8 мкм, на плоскостях 2 мкм. Пришлось ставить дополнительные аноды и использовать выравнивающие добавки в электролит. Вывод: геометрия детали влияет на распределение тока сильнее, чем состав электролита.

Другой случай — лужение медных шин для подстанций. Заказчик требовал матовое покрытие (снижение бликов при обслуживании). В кислых электролитах получался блеск, перешли на щелочные с пониженной температурой. Покрытие вышло матовым, но пористость увеличилась. Компромисс нашли, добавив импульсный режим осаждения — поры закрылись, а блеск остался умеренным.

Самая дорогая ошибка — лужение контактов из бериллиевой бронзы без предварительного отжига. После гальваники появились микротрещины из-за водородной хрупкости. Партию пришлось переплавлять. Теперь для ответственных деталей обязательно делаем низкотемпературный отжиг после лужения.

Оборудование и мелкие хитрости

Ванны из полипропилена служат дольше, чем из ПВХ, особенно при работе с кислыми электролитами. Но полипропилен хрупкий на морозе — если цех не отапливается, лучше выбрать винилпласт.

Подвесные приспособления — отдельная тема. Для мелких деталей используем барабанные установки, но они дают неравномерное покрытие из-за постоянного вращения. Для точных работ перешли на рамочные подвески с индивидуальными контактами — дороже, но качество стабильнее.

Фильтрация электролита обязательна, но не все понимают зачем. Мы ставим картриджные фильтры с размером пор 5 мкм — улавливают не только грязь, но и продукты гидролиза олова. Без фильтрации через 2–3 недели работы на катодах появляются 'древесные' наросты.

Вместо заключения: почему гальваническое лужение — это искусство

Ни одна инструкция не учитывает всех переменных: качество воды для промывок, сезонные колебания температуры в цеху, человеческий фактор. Опытный оператор по цвету пены на электролите определяет, когда менять добавки. А по звуку работы выпрямителя — стабильность тока.

Гальваническое лужение меди — это не просто процесс, а постоянный баланс между технологией и практикой. Даже имея современное оборудование, как в ООО ?Сучжоу Ляньсинь?, без понимания химии и внимания к мелочам стабильного результата не добиться. И да — всегда тестируйте на пробных партиях, даже если заказ срочный. Сэкономите время и нервы.