Кинетические особенности электрохимического осаждения меди на угле- родистую сталь из цитратно-аммиакатного электролита меднения

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.

1. Aâtach, 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.2024.108750

2. Ковенский, 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.

3. Шапник, М. С. Комплексы в гальванотехнике / М. С. Шпаник // Сорос. образоват. журн. – 1996. – № 9 – С. 64–71.

4. Электролит блестящего меднения: пат. RU 2194097C1 / А. С. Милушкин. – Опубл. 10.12.2002.

5. Водный электролит блестящего меднения для стальных подложек: пат. RU 2361969 / А. С. Милушкин. – Опубл. 20.07.2009.

6. Электролит меднения стальных деталей: пат. RU 2237755/ А. С. Милушкин. – Опубл. 10.10.2004.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. Electrocrystallization 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.2024.133321

11. Кудрявцев, Н. Т. Электролитические покрытия металлами / Н. Т. Кудрявцев. – М.: Химия, 1979. – 352 с.

12. 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/10.29235/1561-8331-2022-58-1-26-35

13. Структурные 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/10.29235/1561-8331-2018-54-1-24-31

14. Жарский, 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.

15. 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.

16. Подчайнова, В. Н. Медь: Аналитическая химия элементов / В. Н. Подчайнова. – М.: Наука, 1990. – 279 с.