vestichИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Chemical Series1561-83312524-2342The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8331-2024-60-4-290-299vestich-915Research ArticleФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯPHYSICAL CHEMISTRYКинетические особенности электрохимического осаждения меди на угле- родистую сталь из цитратно-аммиакатного электролита медненияKinetic specifics of electrochemical deposition of copper on in citrate-ammonia copper plating electrolyteЯскельчикВ. В.YaskelchykV. V.

Яскельчик Валентин Валентинович – ассистент кафедры

ул. Свердлова, 13а, 220030, Минск

Yaskelchyk Valentin V. – Assistant of the Department

13а, Sverdlov Str., 220030 Minsk

yaskelchyk@gmail.comЖарскийИ. М.ZharskyI. M.

Жарский Иван Михайлович – кандидат химических наук, профессор кафедры

ул. Свердлова, 13а, 220030, Минск

Zharsky Ivan M. – Ph. D. (Chemistry), Professor of the Department

13а, Sverdlov Str., 220030 Minsk

ivanzharsky@belstu.byЧерникА. А.ChernikA. A.

Черник Александр Александрович – кандидат химических наук, доцент, заведующий кафедрой

ул. Свердлова, 13а, 220030, Минск

Chernik Аlexandr А. – Ph. D. (Chemistry), Associate Professor, Head of the Department

13а, Sverdlov Str., 220030 Minsk

alexachernik@belstu.byБелорусский государственный технологический университетBelarusian State Technological University202430112024604290299Copyright © Яскельчик В.В., Жарский И.М., Черник А.А., 20242024Яскельчик В.В., Жарский И.М., Черник А.А.Yaskelchyk V.V., Zharsky I.M., Chernik A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestichem.belnauka.by/jour/article/view/915

Практика электрохимических исследований неизбежно связана с необходимостью изучения кинетических особенностей процесса электрокристаллизации металла на чужеродной или собственной поверхности. Изучался процесс электролитического осаждения меди на стальной подложке (Ст 3) из цитратно-аммиакатного электролита меднения, который включает в себя (г/л): CuSOO – 100; (NH4)2SO4 – 120; лимонную кислоту (C6H8O7) – 53, NaOH – до рН = 8,0. Уникальность приведенного выше электролита заключается в том, что электролитическое меднение стали можно проводить без нанесения предварительного подслоя (например, никелевый, 3 мкм), так как данный состав исключает контактное осаждение меди на поверхности стали. Исследования электрохимических характеристик цитратно-аммиакатного электролита меднения проводились с помощью потенциостата-гальваностата Autolab PGSTAT 302N. По уравнению Аррениуса рассчитана эффективная энергия активации осаждения меди в зависимости от перенапряжения электрода. Фотоколориметрический анализ цитратно-аммиакатного электролита меднения осуществлялся при длинах волн 422 и 482 нм, так как такие условия соответствуют максимальному светопоглощению цитратным и аммиакатным комплексами. Установлено, что концентрация цитратных комплексных ионов меди (II) в цитратно-аммиакатном электролите меднения составляет 0,276 моль/л, а аммиакатных – 0,124 моль/л. Коэффициенты уравнения Тафеля показали, что до потенциала катода –150 мВ перемешивание способствовало интенсификации процесса электроосаждения меди. При потенциалах катода –150 мВ скорость электрохимического процесса увеличивалась с повышением скорости перемешивания до 1 500 об/мин. Максимальное значение энергии активации осаждения для цитратно-аммиакатного электролита меднения составило 37,4 кДж/моль.

The practice of electrochemical research is inevitably associated with the need to study the kinetic features of the metal electrocrystallization process on a foreign or its own surface. The process of copper electrolytic deposition on a steel substrate (steel 3) from a citrate-ammonia copper plating electrolyte was studied, which includes (g / l): CuSOO – 100; (NH4)2SO4 – 120; citric acid (C6H8O7) – 53, NaOH – up to pH = 8.0. The uniqueness of the above electrolyte is that electrolytic copper plating of steel can be carried out without applying a preliminary sublayer (for example, nickel, 3 μm), since this composition excludes contact deposition of copper on the steel surface. Studies of the electrochemical characteristics of the citrate-ammonia copper plating electrolyte were carried out using an Autolab PGSTAT 302N potentiostat-galvanostat. The effective activation energy of copper deposition was calculated using the Arrhenius equation as a function of the electrode overvoltage. Photocolorimetric analysis of the citrate-ammonium copper plating electrolyte was performed at wavelengths of 422 and 482 nm, since such conditions correspond to the maximum light absorption by citrate and ammine complexes. It was found that the concentration of citrate complex ions of copper (II) in the citrate-ammonium copper plating electrolyte is 0.276 mol/l, and that of ammine ions is 0.124 mol/l. The coefficients of the Tafel equation showed that stirring promoted the intensification of the copper electrodeposition process up to a cathode potential of –150 mV. At cathode potentials of –150 mV, the rate of the electrochemical process increased with an increase in the stirring speed to 1 500 rpm. The maximum deposition activation energy value for the citrate-ammonium copper plating electrolyte was 37.4 kJ/mol.

поляризационные кривыецитратно-аммиакатный электролит медненияэнергия активациивращающийся дисковый электродpolarization curvescitrate-ammonia copper plating electrolyteactivation energyrotating disk electrodeReferencesAâtach, M. Effects of ultrasound on the electrochemical cementation of copper onto iron / M. Aâtach, M. A. Simão, S. Gaydardzhiev // Miner. Eng. – 2024. – Vol. 213. – P. 106–109. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2024.108750Aâtach M., Simão M. A., Gaydardzhiev S. Effects of ultrasound on the electrochemical cementation of copper onto iron. Minerals Engineering, 2024, vol. 213, pp. 106–109. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2024.108750Ковенский, И. М. Металловедение покрытий: учеб. для студентов вузов, обучающихся по специальности «Материаловедение в машиностроении» / И. М. Ковенский, В. В. Поветкин. – М.: Интермет инжиниринг, 1999. – 296 с.Kovenskii I. M. Metallurgical coating. Moscow, Intermet Engineering Publ., 1999. 296 p. (in Russian).Шапник, М. С. Комплексы в гальванотехнике / М. С. Шпаник // Сорос. образоват. журн. – 1996. – № 9 – С. 64–71.Shapnik M. S. Complexes in galvanotechnics. Sorosovskii obrazovatel’nyi zhurnal = Sorosow educational journal, 1996, no. 9, pp. 64–71 (in Russian).Электролит блестящего меднения: пат. RU 2194097C1 / А. С. Милушкин. – Опубл. 10.12.2002.Milushkin A. S. Electrolyte of bright copper coating. Patent RF no. 2194097. Publ. date 10 December 2002 (in Russian).Водный электролит блестящего меднения для стальных подложек: пат. RU 2361969 / А. С. Милушкин. – Опубл. 20.07.2009.Milushkin A. S. Aqueous bright copper plating electrolyte for steel substrates. Patent RF no. 2361969. Publ. date 20 July 2009 (in Russian).Электролит меднения стальных деталей: пат. RU 2237755/ А. С. Милушкин. – Опубл. 10.10.2004.Milushkin A. S. Electrolyte copper coating on parts of steel. Patent RF no. 2237755. Publ. date 10 October 2004 (in Russian).Сурвилене, А. Влияние температуры на образование оксидов в системе Cu|Cu(II) – этилендиамин с недостатком лиганда / А. Сурвилене, А. Сурвила // Электрохимия. – 2002. – Т. 38, № 11. – С. 1345–1348.Survilene A., Survila A. Effect of temperature on the formation of oxides in the system Cu|Cy(II) – ethylenediamine with a lack of ligand. Elektrokhimiya = Elektrochemistry, 2002, vol. 38, no. 11, pp. 1345–1348 (in Russian).Герасименко, А. А. Повышение адгезии медных электрохимических покрытий на стальной основе. I. Бесцианидные щелочные электролиты / А. А. Герасименко, М. П. Криворучко, В. В. Коржавина // Защита металлов. – 2000. – Т. 36, № 3. – С. 321–324.Gerasimenko A. A., Krivoruchko M. P., Korzhavina V. V. Increasing the adhesion of copper electrochemical coatings on a steel base I. Cyanide-free alkaline electrolytes. Zashchita metallov = Protection of Metals, 2000, vol. 36, no. 3, pp. 321–324 (in Russian).Электрохимическое осаждение меди на стали из раствора диацидо1,3-пропилендиамин-N,N’-диацетато-N,N’-дипропеонотокрупрата(II) / М. Спасоевич [и др.] // Журн. приклад. химии. – 2007. – Т. 80, № 4. – С. 579–583.Spasoevich M., Tsviovich M., Rybich-Zelenovich L. Electrochemical deposition of copper on steel from a solution of diacido1,3-propylenediamine-N, N “-diacetate-N, N”-dipropeonotocrate (II). Russian Journal of Applied Chemistry, 2007, vol. 80, no. 4, pp. 566–570 (in Russian). https://doi.org/10.1134/s107042720704009xElectrocrystallization of Cu, Sn, and Сu-Sn alloys from sulfate electrolytes in the presence of thiourea and N-octylpyridinium bromide: Experimental and computational studies / A. A. Kasach [et al.] // Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Asp. – 2024. – Vol. 685. – P. 133321. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2024.133321Kasach A. A., Kasprzhitskii A., Kharytonau D. S., Pospelau A. V., Kurilo I. I., Lazorenko G. Electrocrystallization of Cu, Sn, and Сu-Sn alloys from sulfate electrolytes in the presence of thiourea and N-octylpyridinium bromide: Experimental and computational studies. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2024, vol. 685, p. 133321. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2024.133321Кудрявцев, Н. Т. Электролитические покрытия металлами / Н. Т. Кудрявцев. – М.: Химия, 1979. – 352 с.Kudryavtsev N. T. Electrolytic metal coatings. Moscow, Khimiya Publ., 1979. 352 p. (in Russian).Яскельчик, В. В. Влияние цитратного электролита меднения, его компонентов и добавок ультрадисперсных алмазов на поверхностные свойства стали / В. В. Яскельчик, И. М. Жарский, А. А. Черник // Вес. Нац. акад. навук Беларусi. Сер. хiм. навук. – 2022. – Т. 58, № 1. – С. 26–35. https://doi.org/10.29235/1561-8331-2022-58-1-26-35Yaskel’chik V. V., Zharskii I. M., Chernik A. A. The influence of citrate copper coating electrolyte, it’s components and ultradispersed diamond additives on the surface properties of steel. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya khimichnyh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Chemical series, 2022, vol. 58, no 1, pp. 26–35 (in Russian). https://doi.org/10.29235/1561-8331-2022-58-1-26-35Структурные преобразования поверхности медных покрытий при введении в цитратный электролит меднения добавок ультрадисперсных алмазов и алмазной шихты / В. В. Яскельчик [и др.] // Вес. Нац. акад. навук Беларусi. Сер. хiм. навук. – 2018. – Т. 54, № 1. – С. 24–31. https://doi.org/10.29235/1561-8331-2018-54-1-24-31Yaskel’chik V. V., Zharskii I. M., Mikhedova E. V., Chernik A. A. Structural transformations of the surface of copper coatings when adding ultrafine diamonds and diamond charge to the citrate copper coating electrolyte. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya khimichnyh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Chemical series, 2018, vol. 54. no. 1, pp. 24–31 (in Russian). https://doi.org/10.29235/1561-8331-2018-54-1-24-31Жарский, И. М. Теоретическая электрохимия: лаб. практикум для студентов специальности 1-48 01 04 «Технология электро-химических производств» / И. М. Жарский, Н. Л. Смоляг, А. А. Черник. – Минск: БГТУ, 2010. – 159 c.Zharskii I. M., Chernik A. A., Smolyag N. L. Theoretical electrochemistry. Minsk, BSTU, 2010. 159 p. (in Russian).Методы расчета и экспериментального определения параметров электрохимических систем: учеб.-метод. пособие / В. М. Рудой [и др.]; науч. ред. Ю. П. Зайков. – Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2019. – 128 с.Rudoi V. M. Trofimov A. A., Anan’ev M. V., Ostanin N. I., Darintseva A. B., Ostanina T. N., Nikitin V. S. Methods of calculation and experimental determination of parameters of electrochemical systems. Ekaterinburg, Ural University Publishing House, 2019. 128 p. (in Russian).Подчайнова, В. Н. Медь: Аналитическая химия элементов / В. Н. Подчайнова. – М.: Наука, 1990. – 279 с.Podchainova V. N. Copper: Analytical chemistry of elements. Moscow, Nauka Publ., 1990. 279 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.