CC BY
18УДК 621.357.6
Г.К. Буркат1 Ю.С.Ястребов2
Гальванопластика - технология получения точных металлических копий, путем осаждения металла на модели, с последующим отделением копий. Точности рабочих размеров и шероховатости поверхностей, получаемые гальванопластических копий, всецело зависят от точности размеров и шероховатости поверхности модели, на которой происходит осаждение металла.
Метод гальванопластики целесообразно применять при изготовлении формообразующих элементов оснастки в инструментальном производстве и деталей основного производства, имеющих сложный рельеф, получение которых механическим путем либо неэкономично, либо не представляется возможным.
К основным преимуществам гальванопластики относятся:
- высокая точность воспроизведения микро и мак-рогеометрического сложного рельефа поверхности, на которую производится электроосаждение металла;
- низкая стоимость оснастки и оборудования, что позволяет часто менять конструкцию деталей;
Вместе с тем, преимущества и возможности гальванопластики могут быть реализованы только при наличии качественной и надежной формооснастки, отражающей размеры и свойства исходных моделей и получаемых деталей. Наиболее перспективны универсальные, четкие по рельефу и малоусадочные, легко производимые формы на основе силиконовых эластомеров.
Отечественные серийные материалы не всегда соответствуют предъявляемым требованиям в виду существенных усадок при отверждении, невысоких физико-механических свойств вулканизата и технологических условий нанесения композиции. Несколько лучше ведут себя импортные материалы на платиновые катализаторах (аддитивные), однако, они не дают сопоставимых результатов, условия их нанесения сложны, а цены высоки. Импортные материалы оловоорганического отверждения сопоставимы с отечественными по свойствам, но заметно дороже. [3]
При практическом применении силиконовых каучу-ков в качестве материала модели были замечены побочные эффекты, появившиеся в результате длительного контакта каучуков с электролитами. К таким эффектам можно отнести - ухудшение работы или полный выход из строя
ВЛИЯНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОСНАСТКИ
НА РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ЭЛЕКТРОЛИТОВ МЕДНЕНИЯ
Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 26
Для изучения влияния элементов формооснастки на качество электролитов были выбраны два наиболее часто используемых силиконовых каучука КЛСЕ-305 и КЛСЕ-750А. Гравиметрическим методом по изменению массы эластомеров исследовались процессы коррозии эластомеров, а методом плоского гибкого катода, были проверены внутренние напряжения в осадках, полученных из электролитов, содержащих продукты коррозии изучаемых эластомеров. Показано, что продукты коррозии оказывают негативные влияния на свойства осадков, полученных из загрязненных электролитов.
Ключевые слова: гальванопластика, силиконовые каучуки, коррозия, электролиты меднения.
электролита (в случае с каучуками на свинцовых катализаторах), и, следовательно, ухудшение качества получаемых осадков (потеря пластичности, повышенная хрупкость, большое дендрито-образование).
Ввиду наличия большого количества положительных аспектов использования форм из силиконовых эластомеров, необходимо было выявить неблагоприятные эффекты, имеющие место при осаждении меди из этих электролитов, с целью последующего их устранения.
Для исследования бы™ выбраны два наиболее часто используемые силиконовых каучуков КЛСЕ-305 и КЛСЕ-750А. Данные низкомолекулярные каучуки отверждаются под действием разные катализаторов. Так КЛСЕ-305 отвер-ждается под действием катализатора на основе олова, а КЛСЕ - 750А отверждается катализатором на основе платины. Низкомолекулярный каучук КЛСЕ-305 быт представлен в виде наполненного мелкодисперсным порошком железа, а КЛСЕ-750А не имел никаких наполнителей.
Основным методом исследования коррозии силиконов быт гравиметрический метод [1]. Применение данного метода необходимо для количественного определения процесса коррозии. По изменению массы эластомеров можно будет понять, происходят ли какие-либо изменения с образцами или нет, а далее выяснить какие именно компоненты переходят в электролит [2]. Условия эксперимента - образцы силиконовых каучуков одинаковой формы с фиксируемым весом подвергались коррозии в исследуемых электролитах (таблица), в герметичном сосуде емкостью 50мл в течение 3х месяцев.
_Таблица. Составы исследуемых электролитов
№ Название электро- Составляющие Содержа-
п/п лита вещества ние
1 Серная кислота H2SO4, 100г/л
^=1,83г/см3)
2 Сернокислый элек- CuSO4, 250г/л
тролит H2SO4, 100г/л
С2Н5ОН. 30мл/л
3 Сульфаминовокис- Cu(SO3NH2)2 250г/л,
лый электролит H2SO4 100г/л.
4 Сульфаминовокис- Cu(SO3NH2)2 250г/л,
лый электролит с H2SO4 100г/л,
пирофосфатом K4P2O7. (2,5-5,0)г/л
калия
1 Буркат Галина Константиновна, канд. хим. наук, доцент каф. технологии электрохимических производств, e-mail: [email protected],
2 Ястребов Юрий Сергеевич, аспирант каф. технологии электрохимических производств, e-mail: [email protected]
Результаты исследования коррозии силиконовых каучуков представлены на рисунках 1, 2.
Рисунок 1. Убыль массы в образцах КЛСЕ-750А в процентах за
время проведения эксперимента (1 - серная кислота, 2 -сернокислый электролит, 3 - сульфаминовый электролит, 4 -сульфаминовый электролит с добавкой пирофосфата калия)
Рисунок 2. Убыль массы в образцах КЛСЕ-305в процентах за
время проведения эксперимента. (1 - серная кислота, 2 -сернокислый электролит, 3 - сульфаминовый электролит, 4 -сульфаминовый электролит с добавкой пирофосфата калия)
Из графиков видно, что изменение массы образцов во времени из разных электролитов, за исключением начального этапа, имеют однотипный характер. В начальном периоде (первая неделя) у силикона КЛСЕ-750А (рисунок 1) - увеличение массы происходит за счет «набухания» эластомера - он впитывает раствор, и далее коррозия происходит не только с поверхности, но и из части объема образца. В состав КЛСЕ-305 входят соединения железа, которые, предположительно, плотно связаны с кристаллической решеткой эластомера. Значительная убыль массы у образцов КЛСЕ-305 происходит за счет выщелачивания железа, что подтверждено качественным анализом на наличие ионов железа во всех электролитах. Из графика для образцов КЛСЕ-750А (рисунок 1) видно, что наличие или отсутствие пирофосфата калия не сказывается на виде кривых. Влияние серной кислоты, как главной причины, вызывающей коррозию, более ярко показано на графике для образцов КлСе-305 (рисунок 2). Из рисунка видно, что образцы из электролита, содержащего пирофосфат калия, теряют меньше массы. Это можно объяснить тем, что пи-рофосфат образует комплекс с ионами железа и не дает им полностью выщелачиваться.
С помощью гравиметрического метода удалось показать, что серной кислотой выщелачиваются вещества из силиконовой оснастки, тем самым загрязняя электролит органическими и неорганическими веществами (кремнием, железом и их солями), что влияет на работу электролита.
В гальванопластике в большинстве случаев работают с толстыми слоями металлов, поэтому актуальной является проблема внутренних напряжений гальванических осадков. Исходя из этого, возникла необходимость проверить, какое влияние оказывают выщелачиваемые компоненты силиконовой оснастки на внутренние напряжения осадков в исследуемых электролитах. Для измерения внутренних напряжений был выбран метод плоского гибкого катода в плоскопараллельной ячейке.
Исследуемые эластомеры были выдержаны в электролитах (электролит 2-4) в течение 3х месяцев при температуре 18-200С. Условия выдержки образцов в электролитах были аналогичны ранее приведенном эксперименте, за исключением объема электролита, который был увеличен до 500 мл.
На рисунках 3-5 приведены данные результатов проведенных исследований:
Рисунок 3. Сводный график значений отклонений гибкого катода в сернокислом электролите (1 - Сернокислый электролит с КЛСЕ-305при 1 А/Дм?, 2 - Сернокислый электролит с КЛСЕ-305при 2 А/Дм?, 3 - Сернокислый электролит с КЛСЕ-750А при 1 А/Дм2 4 - Сернокислый электролит с КЛСЕ-750А при 2 А/Дм?, 5 - Сернокислый электролит без эластомеров при 1 А/Дм?, 6 - Сернокислый электролит без эластомеров при 2 А/Дм,?)
Рисунок 4. Сводный график значений отклонения гибкого катода в сульфаминовокислом электролите (1 - Сульфаминовый электролит при 4 А/Дм?, 2 - Сульфаминовый электролит с КЛСЕ-305 при 4 А/Дм?, 3 - Сульфаминовый электролит с КЛСЕ-750А при 4 А/Дм?, 4 - Сульфаминовый электролит при 6 А/Дм?, 5- Сульфаминовый электролит с КЛСЕ-305при 6 А/Дм?, 6 - Сульфаминовый электролит с КЛСЕ-750А при 6 А/Дм?, 7 - Сульфаминовый электролит при 8 А/Дм?, 8 -Сульфаминовый электролит с КЛСЕ-305при 8 А/Дм?, 9 -Сульфаминовый электролит с КЛСЕ-750А при 8 А/Дм?)
о **
О 5 10 15 20 25 30
время, млн
Рисунок 5. Сводный график значений отклонений гибкого катода в сульфаминовокислом электролите с добавкой пиро-фосфата калия (1 - Сульфаминовый электролит с добавкой пирофосфата калия при 4 А/Дм2, 2 - Сульфаминовый электролит с добавкой пирофосфата калия с КЛСЕ-305при 4 А/Дм?, 3
- Сульфаминовый электролит с добавкой пирофосфата калия с КЛСЕ-750А при 4 А/Дм2, 4 - Сульфаминовый электролит с добавкой пирофосфата калия при 6 А/Дмм2, 5 - Сульфаминовый электролит с добавкой пирофосфата калия с КЛСЕ-305 при 6 А/Дм2, 6 - Сульфаминовый электролит с добавкой пирофосфата калия с КЛСЕ-750А при 6 А/Дм2, 7 - Сульфаминовый электролит с добавкой пирофосфата калия при 8 А/Дмм2, 8
- Сульфаминовый электролит с добавкой пирофосфата калия с КЛСЕ-305при 8 А/Дм22, 9 - Сульфаминовый электролит с добавкой пирофосфата калия с КЛСЕ-750А при 8 А/Дм2)
Проведенное исследование показало, что силиконы используемые в гальванопластике могут оказывать влияние на физико-химические свойства осадков.
Очистка электролитов от обнаруженных примесей и их влияния является проблемой дальнейших исследований.
Литература
1. Бажант В., Хваловски В., Ратоуски И. Силиконы: кремнийорганические соединения, их получение, свойства и применение. М.: Гос. науч-техн. изд-во хим. лит., 1960. 710 с.
2. Михайлов Б.Н., Половнева С.И., Минаева Л.А. Приборы и методы исследования электрохимических систем: учеб. пособие. Иркутск: изд-во ИрГТУ, 2007. 108 с.
3. Жаркова Г.М., Петухова Э.Е. Аналитическая химия. Качественный анализ. М.: Химия, 1993. 278 с.
Из анализа полученных данных следует, что компоненты органической оснастки, перешедшие в раствор электролита в результате коррозии, оказывают влияние на внутренние напряжения в сульфатном и сульфаминовокислом электролитах (рисунки 3, 4). Предположительно, некоторые из загрязняющих агентов принимают участие в формирование гальванического осадка, повышая его внутренние напряжения. В случае с сульфаминовокислым электролитом с добавкой пирофосфата калия (рисунок 5) можно предположить образование пирофосфатных комплексов железа, из которых железо может соосаждаться с медью, повышая внутренние напряжения.
