Цинковый сплав с медным покрытием

Когда слышишь про цинковый сплав с медным покрытием, первое что приходит на ум — дешёвая бижутерия или фурнитура. Но это лишь верхушка айсберга. В промышленности такой тандем может давать совершенно разные результаты — от катастрофического отслоения до впечатляющей коррозионной стойкости. Всё упирается в подготовку поверхности и метод нанесения.

Почему медь на цинке — это не всегда абсурд

Начну с классического возражения коллег: 'Цинк и медь в гальванической паре создают ускоренную коррозию'. Да, это так, если речь о прямом контакте в электролите. Но при грамотном барьерном слое медь становится отличным подслоем для последующего никелирования или хромирования. Помню, как на пробной партии крепежа для судостроения мы добились 1200 часов в солевом тумане именно через медно-цинковый 'сэндвич'.

Ключевой момент — адгезия. Цинковые сплавы, особенно ZAMAK, капризны в подготовке. Стандартные щелочные обезжириватели часто оставляют скрытые плёнки. Пришлось разработать многоступенчатую промывку с ультразвуком в изопропаноле. Без этого медь ложится пятнами, а через сутки начинает пузыриться.

Толщина медного слоя — отдельная история. Меньше 3 мкм — появляются риски сквозной пористости. Больше 15 мкм — внутренние напряжения вызывают растрескивание. Для деталей сложной геометрии идеально 6-8 мкм, но это требует точного контроля плотности тока в ванне.

Реальные кейсы и типичные ошибки

В 2021 году к нам в ООО 'Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии' обратились с проблемой покрытия цинковых держателей оптических линз. Заказчик жаловался на 'миграцию' пятен через месяц эксплуатации. Оказалось, их технолог использовал меднение прямо после литья без травления. Остатки разделительной смазки создавали микроизоляторы.

Пришлось внедрить мягкое химское травление в сернокислом растворе с добавкой ПАВ. Важно — не перетравить, иначе появляется шероховатость которая мешает точному позиционированию линз. Кстати, этот опыт позже пригодился при работе с титано-медными композитами — там тоже критична чистота поверхности перед нанесением покрытий.

А вот неудачный пример: пытались наносить медь на цинковые сплавы с высоким содержанием алюминия (ZA-27). Даже при идеальной подготовке через 2-3 цикла термоударов появлялись микротрещины. Разобрались — коэффициент теплового расширения не совпадал на 23%. Пришлось отказаться в пользу медных сплавов с никель-кремниевыми добавками.

Оборудование и режимы: что не пишут в инструкциях

Стандартные гальванические линии для стали не подходят. Цинк требует более низких температур (22-25°C против обычных 35-40) и плавного старта напряжения. Мы используем импульсные источники тока с обратной полярностью в начале процесса — это уменьшает риск 'выгорания' кромок.

Фильтрация электролита — отдельная головная боль. Медь-цинковые взвеси быстро забивают стандартные картриджи. Поставили магнитные фильтры с предварительной седиментацией — снизили брак на 7%.

Контроль качества сделали трёхуровневым: кроме стандартных тестов на адгезию скотчем, добавили термоциклирование (-40°C/+85°C) и контроль микротвёрдости. Выяснили интересную деталь — после меднения цинковый сплав становится на 12-15% прочнее из-за эффекта поверхностного упрочнения.

Сравнение с альтернативами

Пробовали никель прямо на цинк — получается дешевле, но для ответственных деталей не годится. При ударах появляются 'паутинки' которые не видно без микроскопа. Медь хоть и дороже, но работает как демпфирующий слой.

Сравнивали с оловянной латунью — для декора лучше, но электротехнические характеристики хуже. У меди проводимость на порядок выше, что важно для контактов заземления.

Интересный гибрид получился когда стали наносить тонкий слой бериллиевой бронзы поверх медного. Это решило проблему истирания для разъёмов которые постоянно коммутируют. Но стоимость покрытия выросла на 40%, поэтому такой вариант только для военных заказчиков.

Перспективы и ограничения технологии

Сейчас экспериментируем с нанесением на пористые цинковые структуры для теплообменников. Медь заполняет поры и увеличивает площадь теплоотдачи, но пока не можем победить локальные перегревы в гальванической ванне.

Ещё одно направление — комбинация с алюминиевыми сплавами. Делаем биметаллические переходники где на алюминий наносится цинковая прослойка а уже потом медь. Получается дешевле чем чистая медь но с хорошей электропроводностью.

Основное ограничение — геометрия. Глубокие полости с отношением глубины к диаметру больше 3:1 не получается равномерно покрыть. Пробовали вращающиеся катоды — нестабильно. Возможно стоит посмотреть в сторону магнетронного напыления но это уже другие бюджеты.

Выводы которые не найти в учебниках

Главный урок — не существует универсального рецепта. Для каждого типа цинкового сплава нужно подбирать свой режим. ZAMAK-3 ведёт себя иначе чем ZA-8, не говоря уже про экзотические сплавы с церием.

На сайте https://www.lianxin-metal.ru мы выложили таблицу совместимости но постоянно её дополняем. Только за последний год добавили три новых сплава которые раньше считались 'непокрываемыми'.

Самое важное — не бояться экспериментировать с подготовкой поверхности. Иногда простой перевод на другой тип обезжиривателя даёт больший эффект чем смена всего технологического процесса. Но это уже тема для отдельного разговора.