Покрытие медью железа. Покрытие металлов медью в домашних условиях

Обработка поверхности различных предметов производится для придания декоративного эффекта или в качестве промежуточной процедуры, предваряющей дальнейшие действия. Многие процессы доступны для выполнения и не требуют большого количества оборудования. Один из наиболее популярных способов обработки - меднение, его можно выполнить и в домашних условиях.

Что представляет собой процесс меднения

Меднение - это процесс нанесения на поверхность предмета тонкого слоя меди. Оно выполняется гальваническим методом, т. е. путем переноса ионов меди от положительно заряженного источника на обрабатываемую поверхность, заряженную отрицательно. Чаще всего процесс гальванического нанесения меди является подготовительным этапом перед покрытием никелем и хромом, но нередко меднение металла становится самостоятельным видом финишной отделки. Широко используется гальванопластика, для которой требуется создать покрытие из меди.

Разновидности меднения

Существует два варианта меднения в домашних условиях:

• С погружением обрабатываемой детали в электролит.
• Без погружения.

С погружением обрабатываемой детали в электролит. Для выполнения процедуры надо иметь емкость с электролитом, имеющую достаточный объем. После предварительной подготовки, состоящей в очистке поверхности наждачной бумагой и промывке в горячем растворе соды, предмет подключается к отрицательному электроду и погружается в электролит на определенное время.

Без погружения. Можно обработать сталь, алюминий, свинец, цинк. Обработка производится без погружения в емкость, обычно такой вариант применяется для крупных деталей.

Оба варианта вполне доступны для самостоятельного выполнения в домашних условиях.

Оборудование и материалы, необходимые для нанесения медного покрытия

Чтобы выполнять меднение стали или других металлов, придется запастись кое-какими материалами и устройствами. Понадобятся:

• Медный купорос (сернокислая медь).
• Источник постоянного тока, желательно с регулируемым напряжением (один из вариантов - ЛАТР), но подойдет и обычный трансформатор на 6–12 В.
• Емкость для электролита (оптимально - стеклянный резервуар).
• Две медных пластины, которые могут свободно поместиться в емкость.

Из воды, медного купороса и соляной кислоты надо изготовить электролит. Сначала в воду добавляется медный купорос, до получения насыщенного раствора. Его надо тщательно перемешивать, чтобы не оставалось твердых частиц. Затем в раствор тонкой струйкой добавляется соляная кислота (не наоборот!). Всего для нанесения покрытия понадобится:

• - 980 г.
• - 190 г.
• - 40 г.

Теперь все готово, можно приступать к меднению в домашних условиях.

Внимание! Необходимо учитывать, что соляная кислота - химически активный реагент, поэтому следует запастись средствами защиты - перчатками, очками, максимально подготовить рабочее место.

Технология меднения

Порядок действий при нанесении покрытия:

• Надо удалить тонкую пленку окислов с поверхности детали, подлежащей обработке. Используется наждачная бумага, металлическая щетка или иные абразивные материалы. Необходимо действовать очень аккуратно, поскольку сильные повреждения металла останутся заметными. В идеале, поверхность должна быть отполирована.
• Затем изделие тщательно промывается в горячем растворе кальцинированной соды. Это действие позволяет обезжирить поверхность.
• Подготовленное изделие подключается к отрицательному электроду от источника питания и помещается в раствор электролита.
• В раствор электролита опускаются медные пластины с присоединенным к ним положительным электродом от источника питания (анод). Необходимо следить, чтобы анод и катод не соприкасались. В идеале, расстояние между ними должно быть во всех участках одинаковым, но на практике этого сложно добиться.
• Меднение металла производится в несколько приемов. Первый слой покрытия, полученный в течение нескольких минут, рекомендуется удалить и вновь промыть деталь в содовом растворе. Это усилит сцепление слоя омеднения с основным металлом. Деталь выдерживается в растворе около 20–30 минут. Толщина слоя покрытия может достигать 300 мкм.

Нередко бывает необходимо удалить слой покрытия с хромированных частей. Для этого на деталь подается отрицательный заряд, а на положительный электрод наматывается тряпочка, смоченная в растворе серной кислоты (5%). Ею протирается поверхность детали, слой хромирования снимается. При выполнении процедуры необходимо защищать кожу, органы зрения и дыхания от паров кислоты.

Меднение деталей без погружения в раствор

Гальваническое омеднение может выполняться без погружения детали в емкость с электролитом. Для этого надо подключить к ней отрицательный электрод. В качестве положительного контакта берется медный многожильный провод, конец которого освобождается от изоляции на 1–2 см и разминается так, чтобы получилось некое подобие кисти.

Для нанесения слоя медного покрытия «кисточка» обмакивается в электролит, затем ее концом проводят по поверхности детали, не прикасаясь к ней, но стараясь, чтобы между ними находилась прослойка. Постоянно обмакивая анод в электролит, покрывают слоем меди всю поверхность. Процедура требует навыка и времени, но результат того стоит.

Гальванопластика

Покрытие медью может быть выполнено не только на металлических предметах. Широко распространена гальванопластика, когда меднение выполняется по различным засушенным растениям, насекомым и прочим неметаллическим предметам.

Технология нанесения покрытия мало отличается от обычной, только вначале процесса на поверхность надо нанести электропроводный лак. После засыхания лакового покрытия производятся обычные действия по нанесению слоя меди. Полученные изделия обладают высокими декоративными или художественными качествами и высоко оцениваются зрителями.

Чтобы изменить внешний вид какого-либо предмета или улучшить его физические свойства, этот предмет особым способом покрывают тонким слоем меди, хрома, серебра. Иногда это делают для улучшения токопроводящих свойств металла (например, меднение стали), иногда для имитации старины какого-либо предмета (например, статуэтки), иногда просто для придания изделию более эстетического вида.

Меднение материалов и его применение в быту

Меднением называют покрытие поверхности какого-либо изделия тончайшим слоем меди. Слой этот может быть толщиной от одного до 300 или более микрометров. В быту этот процесс используется в самых различных обстоятельствах. Меднение в домашних условиях придаст изделию «старинный» вид, превратит стальную полосу в отличный проводник, подготовит предмет к нанесению другого покрытия.

Разновидности процессов меднения

Покрытие поверхностей слоем меди – процесс, который может выполняться не только на промышленных установках, но и в домашней мастерской. Меднение металла в домашних условиях может быть выполнено на самом высоком уровне. Нужно только изучить основные особенности технологии и соблюдать технику безопасности. Существует две технологии меднения поверхности предметов.

Первая технология – «погружная», с применением электролитного раствора. По этой технологии обрабатываемая деталь погружается в электролит между двумя медными электродами. После этого на электроды и на заготовку подается напряжение. Через некоторое время деталь покрывается тонким слоем меди. Чем дольше будет выдерживаться изделие под напряжением, тем толще будет медный слой на ее поверхности.

Вторая технология – без погружения обрабатываемого предмета в электролит. Этот технологический процесс более сложный, чем меднение стали или любого другого металла погружным способом, но, тем не менее, дает отличное качество покрытия поверхности медной пленкой.

Особенности процесса меднения стали в домашних условиях

Чтобы производить меднение в домашних условиях, необходимо выполнить ряд требований, вытекающих из самого технологического процесса, поскольку погружной метод подразумевает использование электролита. Раствор этот едкий, подвержен испарению, а так как во время работы он будет еще и нагреваться, то испарения будут интенсивными. Для проведения гальваники в домашних условиях следует позаботиться о защитных средствах и хорошей вентиляции.

Гальваническое покрытие медью в домашних условиях, несмотря на достаточно примитивное оборудование, дает, тем не менее, отличные результаты. Из всех металлов сталь обеспечивает наиболее прочное соединение с медной пленкой, поэтому именно при меднении стали получаются прекрасные прочные проводники тока. Покрытие стального изделия медной пленкой придаст предмету более привлекательный вид.

Прежде чем начать процесс меднения, следует подготовить домашнее помещение, рабочее место, необходимые материалы и средства индивидуальной защиты для проведения этих работ. После этого следует подготовить заготовку. С ее поверхности тонким наждаком и мелкой металлической щеткой должна быть удалена окисная пленка. После удаления пленки деталь промывается, обезжиривается в теплой мыльной воде и еще раз промывается чистой водой под сильным напором.

Схема меднения стали в электролите

В емкость (желательно стеклянную) помещаются две медные пластины, электрически соединенные между собой. Эти пластины являются анодами, и подключаются проводником к плюсу источника тока. К минусу источника подключается проводник, соединенный с обрабатываемой заготовкой, которая является катодом в этой цепи. В цепь анода включается реостат для регулировки силы тока и амперметр для контроля.

В емкость заливается подготовленный раствор электролита, в состав которого входят медный купорос, дистиллированная вода и кислота. Раствор заливается в количестве, достаточном для того, чтобы полностью покрыть электроды и обрабатываемую деталь. На схему подается напряжение, реостатом устанавливается ток из расчета 15 мА на один квадратный сантиметр площади детали.

Через полчаса напряжение снимается, покрытая медью деталь извлекается из раствора, освобождается от проводника, тщательно промывается, обсушивается. Процесс завершен. Необходимое замечание: все операции следует проводить в респираторе, в резиновых перчатках и при включенной вентиляции.

Приготовление раствора для домашнего меднения

Для выполнения гальваники в домашних условиях, кроме электрического оборудования (источник постоянного тока, реостат, амперметр), необходимо приготовить раствор электролита, в котором будет проходить процесс. Для приготовления такого раствора понадобятся:

• CuSO 4 – медный купорос;
• кислота – HCl (соляная), или HNO 3 (азотная), или H 2 SO 4 (серная);
• дистиллированная вода.

В зависимости от требуемого количества электролита готовится раствор в пропорции на 100 миллилитров дистиллированной воды:

• медный купорос – 20 грамм;
• кислота любая – от двух до трех миллилитров;
• дистиллированная вода – 100 миллилитров.

Для получения большего количества раствора количество ингредиентов пропорционально увеличивается.

Необходимые оборудование, инструменты, средства защиты

Для меднения в домашних условиях необходимо подготовить соответствующее оборудование, инструменты, средства индивидуальной защиты. В состав оборудования входит, прежде всего, источник постоянного тока. Таким источником могут быть батарейки КБС с напряжением в 4.5 вольта или девятивольтовые батарейки «Крона». Следует учитывать, что при меднении деталей с большой площадью поверхности мощности этих батареек может не хватить.

В таком случае нужно задействовать несколько таких батареек. Можно использовать автомобильный аккумулятор или небольшой выпрямитель с напряжением в 12 вольт. Также понадобится небольшой реостат или мощный силовой переменный резистор. Из приборов понадобится амперметр или обычный тестер. Понадобится также вентилятор для вытяжки.

Из инструментов понадобятся наждак, пассатижи, зажимы типа «крокодил» с подпаянными проводниками для захвата анодов и обрабатываемой детали, мелкая металлическая щетка.

Непосредственно для меднения должна быть подготовлена емкость из нейтрального материала, не вступающего в реакцию с раствором. Должна быть также подготовлена емкость для приготовления раствора.

Из средств индивидуальной защиты следует приготовить резиновые перчатки, респиратор и нейтральные очки.

Процесс меднения без применения раствора

Домашнее меднение стали можно произвести, не погружая деталь в раствор электролита, хотя небольшое количество раствора все-таки понадобится. Этот способ эффективен не только для стали, но и для изделий, изготовленных из других металлов. Подготовка к меднению и сам процесс происходят следующим образом.

Обрабатываемая деталь очищается от окисной пленки, обезжиривается, к ней зажимом «крокодил» подсоединяется проводник, соединенный с минусом источника тока.

Медный провод диаметром в полтора миллиметра зачищается от изоляции и продевается в щетину зубной щетки так, чтобы он находился внутри щетины. Второй конец подключается к плюсовой клемме источника тока. Включается ток, щетка смачивается в растворе, после чего щеткой водят по поверхности обрабатываемого изделия.

Периодически щетку снова смачивают в растворе. Операцию проводят до тех пор, пока предмет полностью не покроется медью.

Проводят многие умельцы в первую очередь для того, чтобы подготовить поверхность металла к последующей обработке различными защитными слоями.

Данной операции можно подвергать поверхности самых разных металлов и неметаллов, в том числе, стали, латуни, никеля и так далее.

Человечество используется в своих целях медь на протяжении многих тысячелетий и связано это, прежде всего с тем, что данный металл находится в природе в самородном состоянии, а кроме этого, обладает рядом уникальных свойств.

В настоящее время медь и самые разные сплавы на ее основе востребованы во многих промышленных сферах.

Без нее не может обойтись авиастроение, автомобилестроение, приборостроение и многие другие отрасли.

Медь и ее многочисленные сплавы достаточно распространены и в бытовой сфере.

Следует отметить и то, что добавки меди в различных сочетаниях позволяют эффективно защитить поверхности многих металлов, например, стали, латуни или никеля от различных агрессивных сред.

Один из наиболее распространенных способов покрыть тонким слоем металлическую поверхность — это выполнить нанесение меди.

В условиях дома в большинстве случае выполняется химическое меднение, причем существует несколько различных способов, каждый из которых имеет как свои плюсы, так и минусы.

Один из способов выполнить гальваническое нанесение меди в условиях дома, показан на видео ниже.

Как уже было сказано выше, в природе медь, как правило, находится в виде небольших самородков.

Это уникальное вещество представляет собой достаточно тяжелый металл, который на вид напоминает самородок яркого розово-красного оттенка.

Этот металл обладает относительной мягкостью и высокой ковкостью, кроме этого, имеет температуру плавления порядка тысячи ста градусов по Цельсию.

Он великолепно проводит не только тепло, но и электрический ток, что и объясняет повышенный спрос на данный металл в электротехнике и приборостроении.

В большинстве случаев в природе медь находится не в чистом состоянии, а с различными примесями.

Всевозможные природные добавки в зависимости от различных факторов в металле могут варьироваться и различаться приблизительно от десяти до пятидесяти раз.

Для данного металла большое значение имеет содержание в нем кислорода, и в зависимости от количества этого элемента в состав меди, разработана определенная классификация.

Так, медь может быть бескислородной и рафинированной.

Кроме этого, бывает медь с большим содержанием кислорода в своем составе, а также общего назначения, когда содержание кислорода максимальное.

Помимо данного элемента в этом металле также может находиться водород, попадающий туда за счет электролиза или отжига.

Медь имеет определенную кристаллическую решетку, и атомы водорода занимают в ней пространство в междоузлиях, а это значит, что на ее свойства они не оказывают практически никакого влияния.

Если медь в своем составе содержит в определенном количестве кислород, то водород имеет свойство определенным образом взаимодействовать, но только при достаточно высоких температурах с медной закисью, и в этом конкретном случае начинает формироваться водяной пар, который имеет достаточно высокие показатели давления.

Это оказывает негативное влияние на металл в целом и может привести в некоторых случаях к образованию вздутий, а также трещинам и разрывам.

Такое отрицательное воздействие у химиков получило название водородная болезнь.

На изменении показателей пластичности у меди в худшую сторону могут оказать влияние присутствие железа, сурьмы.

Те примеси, которые относятся к группе малорастворимых, понижают хрупкость этого металла, но только при достаточно высоких внешних температурах, а это значит, что для меди крайне нежелателен процесс обработки горячим давлением.

На видео выше показано химическое меднение данного металла.

Особенности меднения

Для выполнения меднения на поверхности стали, никеля, либо каких-то других металлов, применяется гальваника, при которой образуется тонкий медный слой.

Гальваническое нанесение меди представляет собой достаточно сложное химическое меднение, которое оказывает влияние на состав материала.

Гальваническое нанесение является предварительным, перед тем, как на поверхность никеля или другого металла будет нанесен различный защитный состав.

Гальваническое меднение свинца и других материалов, как правило, выполняется перед тем, как будет произведено хромирование, никелирование и так далее.

В данном случае медь выступает в качестве своеобразного припоя или другими словами — дополнительной добавки.

О том, как самостоятельно выполняется гальваника, показано на видео ниже.

Нанесенная таким образом медь в качестве припоя на поверхность никеля или какого-либо иного металла, способна достаточно прочно держаться, а кроме этого, способствует устранению некоторых дефектов.

На обработанную таким образом поверхность достаточно хорошо осаждаются многие другие материалы в качестве припоя.

Такие медные покрытия в качестве припоя практически не меняют состав исходного металла и характеризуются высоким сцеплением, хорошей электропроводностью, а также пластичностью.

Медь — это своеобразный блескообразователь в виде припоя, который практически не меняет исходный состав металла и выступает в качестве своеобразной добавки.

Основным методом нанесения данного металла (припоя) на поверхность никеля, стали и так далее является гальваника, и о том, как это сделать в домашних условиях, рассказывает видео ниже.

Способы нанесения

Для выполнения меднения в условиях дома не нужно обладать какими-то специфическими знаниями, достаточно только знать курс школьной химии.

За счет меднения, поверхности никеля или других материалов не меняют свой основной состав, так как оно выступает в качестве своеобразного припоя.

Для меднения в условиях дома потребуются достаточно примитивные материалы, которые можно приобрести в любом специализированном магазине.

Процедуру покрытия медью в качестве припоя можно выполнить с погружением в электролиты для меднения (раствор) и без погружения.

И в том, и в другом случае перед тем, как приступить к меднению, обрабатываемую деталь необходимо правильно подготовить.

Для этого она проходится наждачной бумагой, тщательно протирается щеткой с металлической щетиной и промывается под проточной водой.

Кроме этого, к меднению следует переходить после того, как заготовка будет обезжирена, для чего используют раствор на основе соды в подогретом состоянии.

Между данными анодами размещают подлежащую обработке деталь, которую подключают к минусу, соответственно, аноды к плюсу источника постоянного тока.

Также для меднения в цепь обязательно необходимо включить реостат.

После этого для выполнения меднения в условиях дома готовят специальный состав электролита, раствор с медным купоросом, серной кислотой и водой в определенных пропорциях.

После выполнения меднения сернокислое соединение сливают, заготовку промывают и тщательно высушивают.

На видео ниже показан процесс меднения в домашних условиях.

Меднение алюминия, меднение стали или цинка проводят способом без погружения в состав электролита.

В этом случае деталь также подготавливают к меднению путем тщательной обработки и промывки.

На проводе для удобства делают ручку и один из его концов подключают к плюсу постоянного источника тока.

После этого для выполнения меднения готовят специальный электролит — раствор с добавлением медного купороса и выливают его в емкость.

После этого раствор подключают к напряжению и при помощи кисти начинают обрабатывать деталь, нанося таким образом блескообразователь.

Процессу меднения подвергают всю заготовку (раствор) в течение нескольких минут.

По завершению меднения, раствор убирают, деталь промывают и тщательно высушивают. Процесс меднения без погружения в электролит показа на видео ниже.

Подвергнуть меднению можно практически любой металл, наложив, таким образом, на его поверхность защитное покрытие в виде слоя меди.
Видео:

Современная техника выдвигает жесткие требования к характеристикам конструктивных элементов, во многих случаях эти задачи решает химическое меднение. Использование специальных покрытий поверхностей деталей выгодно экономически, так как гальваническое меднение позволяет понизить металлоемкость изделий из дорогостоящих металлов.

Физико-механические характеристики меди и сферы использования меднения

Плотность меди 8,96 г/см 3 , атомная масса 693,54, удельное электрическое сопротивление 1,68×10 -8 Ом×м, температура плавления +1083°С. На открытом воздухе в присутствии агрессивных химических соединении медь окисляется, при контакте с сернистыми соединениями покрывается пленкой сульфида меди темно-коричневого или серого оттенков. Под влиянием углекислоты и влаги пленка приобретает зеленый цвет, верхний слой состоит из гидрокарбонатов. Медь легко растворяется в растворе азотной кислоты, разбавленная серная кислота на химическое меднение негативного влияния почти не оказывает. Но наличие кислорода увеличивает скорость протекания химических реакций. При наличии открытых пор в покрытии образуется гальванопара, что нужно учитывать при меднении. Железо в этом случае является анодом, коррозионные процессы протекают очень интенсивно.

В связи с такими особенностями, процесс меднения в большинстве случаев должен завершаться дополнительной обработкой поверхностей. Покрытия шлифуются или полируются до зеркального блеска. Медь имеет высокую адгезию с различными металлами: алюминий, серебро, цинк, никель, свинец, хром и т. д. В связи с этими особенностями химическое меднение часто используется для создания подслоя при серебрении, никелировании, хромировании поверхностей деталей. Меднение получило широкое распространение в качестве метода эффективной защиты отдельных участков деталей от появления эффекта науглероживании при процессе цементации. В зависимости от назначения деталей или изделий гальваническое нанесение меди может иметь следующую толщину:

Сравнительные показатели растворов

В процессе меднения используется большое количество специальных технологических растворов, разделяемых на две большие группы:

• Простой кислый электролит. Из простых применяется фторборатный, кремнефторидный, сульфатный, хлоридный и сульфамидный раствор.
• Комплексный электролит. Преимущественно щелочные, медь присутствует как положительно или отрицательно заряженные комплексные ионы.

Процесс осаждения в кислых электролитах происходит при высокой плотности по току, они устойчивы, просты по химическому составу. Главными составляющими являются соответствующие кислоты и соли, осадки меди из них достаточно плотны и имеют крупнокристаллическую структуру. Недостатки – непосредственное меднение стали, цинковых сплавов и иных металлов происходит с более низким отрицательным потенциалом, чем медь.

Обработка деталей в комплексных электролитах выполняется за счет комплексных ионов, для них требуется высокая катодная поляризация. Выход по току меньше, что способствует более равномерному осаждению, структура мелкокристаллическая. Используются пирофосфатные, цианидные, аммонийные, триполифосфатные, цитратные и другие растворы.

Простые кислые составы

1. Сульфатные. Главные компоненты серная кислота и сульфат меди. Сернокислое соединение отличается невысокой электропроводимостью, для повышения параметра добавляется серная кислота. Выход меди по току достигает 100%, на катоде не выделяется водород. За счет повышения концентрации кислоты уменьшается растворимость сульфата, что понижает верхний предел максимально допустимой плотности тока.

При перемешивании увеличивается концентрация медных ионов на катодном слое. При повышении температуры возрастает растворимость сульфата меди, электролит повышает кислотность, что приводит к получению мелкокристаллических осадков.

Для улучшения катодной поляризации в электролит добавляются поверхностно активные вещества. Дополнительно они уменьшают образование наростов на острых краях.

Для образования блестящего покрытия используются аноды АМФ, не допускающие образование шлама, или аноды из особо чистой рафинированной меди.

Электролит фторборатный.

Для недопущения попадания шлама аноды помещаются в чехлы, изготовленные из кислотоустойчивого материала, дополнительно раствор постоянно фильтруется.

1. Фторборатные. Отличаются высокой устойчивостью, гальваническое нанесение получается плотным и мелкокристаллическим, рассеивающие показатели такие же, как при сульфатном меднении. За счет большой растворимости увеличивается плотность тока, осаждать медь непосредственно на детали нельзя.

При непрерывном перемешивании допускается повышать плотность тока. Контроль технологически параметров меднения осуществляется измерением кислотности раствора. Для повышения качества меднения используется карбонат натрия, для понижения медный купорос.

1. Нитратные. Электролит используется при гальванопластике, обеспечивает повышенное качество осадка.

Режимы и состав нитратных электролитов

Комплексные электролиты

1. Цианидные. Условия обработки значительно отличаются от осаждения из кислых, в них медь существует в виде комплексных ионов, что заметно понижает ее активность. Увеличение плотности тока принуждает катодный потенциал резко смещаться в поле отрицательных значений. Но процесс меднения нельзя производить при увеличенной плотности тока в связи с тем, что выход меди может падать до нуля. Главными компонентами раствора являются свободный цианид натрия и комплексный цианид калия. Во время работы содержание меди понижается из-за недостаточной их растворимости.

Режим и состав цианидных электролитов для меднения

1. Пирофосфатные. Медные осадки имеют мелкокристаллическую структуру, гладкие, блестящие или полублестящие. Для улучшения качества обработки и повышения катодной и анодной плотностей может добавляться медный купорос. Катодный потенциал в пирофосфатных растворах имеет более отрицательные параметры, чем у кислотных.

Режим и состав пирофосфатных электролитов

1. Этилендиаминовые. Процесс меднения может осуществляться непосредственно по поверхности стали, при низких плотностях тока катодная поляризация достигает больших значений. Рассеивающие характеристики выше, чем у сульфатных, но ниже, чем имеет цианидный раствор.

Режим и состав этилендиаминовых электролитов

1. Полиэтиленполиаминовые. Во время обработки деталей потенциалы смещаются в поле отрицательных значений, электролит применяется вместо цианидных.

1. Аммонийные. В состав входит аммиак, сульфат аммония и сульфат меди. При невысоких плотностях тока уменьшается выход по току, улучшение меднения осуществляется за счет добавления нитрата аммония. Осадки равномерные по толщине, плотные и полублестящие.

Без специальной обработки поверхностей медные осадки имеют недостаточную адгезию, причина – пассивирование стали раствором аммиака. Улучшение параметров покрытия достигается введением в раствор нитрата меди.
Устройство ванны меднения Линейные параметры и конструктивные особенности должны отвечать требованиям ГОСТ 23738-85. изготавливается из модифицированных особо устойчивых пластиков, конкретные марки подбираются с учетом параметров технологических процессов.

Ванна без кармана

Ванна с карманом

Конкретный выбор ванны меднения осуществляется в зависимости от особенностей предприятия, характеристик подлежащих меднению деталей и общих производственных мощностей.

Во время проектирования рассчитываются максимальные нагрузки с учетом объема раствора, длина, высота и ширина может изменяться по желанию заказчиков. При необходимости на ванны меднения устанавливается дополнительное оборудование и водопроводная арматура. За счет специальных механизмов улучшается качество процесса меднения. Используемые пластики адаптируются к химическому составу электролита и температурным режимам меднения.

Механическая подготовка поверхностей

Перед меднением с поверхности должна удаляться окалина, заусеницы и раковины. Качество обработки регламентируется положениями действующего ГОСТа 9.301-86. Конкретные параметры шероховатости устанавливаются в зависимости от назначения покрытия. После механической обработки деталей с поверхности должны быть удалены все дефекты, оказывающие негативное влияние на качество меднения. В обязательном порядке удаляется техническая смазка и эмульсия, металлическая стружка, продукты коррозионных процессов и пыль.

Подготовка к меднению производится при следующих технологических операциях:

1. Шлифование. Верхний слой деталей снимается абразивными элементами, может быть тонким, декоративным или грубым.
2. Полирование. Во время операции сглаживаются мельчайшие выступы, поверхность блестящая зеркальная.
3. Крацевание. Для очистки поверхностей применяются металлические щетки.
4. Галтовка. Детали обкатываются в специальных колоколах.
5. Химическое и электрохимическое обезжиривание. Для обработки используют органические и неорганические растворы.

От качества предварительной подготовки поверхностей во многом зависит процесс меднения и физические показатели осадков.

Медь - это один из древних металлов: люди начали применять ее для создания орудий труда еще в 4 тысячелетии до нашей эры. Такое широкое распространение меди объяснимо тем, что вещество встречается в природе в металлическом самородном состоянии. И сегодня медь используется повсеместно - в металлургии, автомобильной промышленности, электротехнике и строительстве.

Состав меди

Металлическая медь представляет собой тяжелый металл розово-красного цвета, ковкий и мягкий, который плавится при температуре больше 1080 градусов по Цельсию, очень хорошо проводит теплоту и электрический ток: электропроводимость меди выше в 1,7 раза, чем алюминия и больше в 6 раз выше, чем железа, и только немного уступает электропроводимости серебра.

Специфические особенности меди определяются содержанием в металле конкретных примесей, количество которых может различаться приблизительно в 10 - 50 раз. По содержанию кислорода принято использовать следующую классификацию меди:

• бескислородная медь с содержанием кислорода меньше 0,001%;
• медь рафинированная с содержанием кислорода от 0,001до 0,01%, но с увеличенным присутствием фосфора;
• медь большой чистоты с содержанием кислорода примерно 0,03-0,05%;
• металл общего назначения с содержанием кислорода 0,05 - 0,08%.

В меди кроме кислорода может присутствовать водород, который в металл попадает в процессе электролиза или при совершении отжига в атмосфере, которая содержит водяной пар. При высокой температуре водяной пар разлагается с формированием водорода, который в медь легко диффундирует.

Атомы водорода в бескислородной меди размещаются в междоузлиях кристаллической решетки и на свойствах металла особо не сказываются. В кислородсодержащей меди водород способен взаимодействовать при высоких температурах с закисью меди, при этом образуется в толще меди водяной пар, которому присуще высокое давление, что приводит к вздутиям, трещинам и разрывам. Это явление носит название «водородная болезнь».

Железо, висмут, сурьма и свинец ухудшают пластичность меди. Примеси, что являются малорастворимыми в меди (свинец, кислород, сера, висмут), провоцируют хрупкость при высокой температуре, что затрудняет процесс горячей обработки давлением.

Физические свойства меди

Основное свойство меди, определяемое её использование, - высокая электропроводность или малое удельное электрическое сопротивление. Подобные примеси как железо, фосфор, мышьяк, олово и сурьма, значительно ухудшают её электрическую проводность. На величину электропроводности оказывает большое влияние механическое состояние меди.

Второе важное свойство меди - значительная теплопроводность. Легирующие добавки и свойства уменьшают теплопроводность меди, поэтому созданные на медной основе сплавы самой меди значительно уступают по этому показателю.

Медь при нормальных температурах является коррозиционно устойчивой в таких средах, как пресная вода, сухой воздух, морская вода при небольшой скорости движения воды, неокислительные кислоты и растворы соли при отсутствии кислорода, сухие галогенные газы, щелочные растворы за исключением солей аммония и аммиака, органические кислоты, фенольные смолы и спирты.

В аммиаке, хлористом аммонию, окислительных минеральных кислотах и растворах кислых солей медь не устойчива. Её коррозионные свойства также заметно ухудшаются в некоторых средах с возрастанием количества примесей. Допускается контакт меди с её сплавами, с оловом, свинцом во влажной атмосфере, морской и пресной воде. В то же время контакт меди с цинком и алюминием не допускается вследствие их быстрого разрушения.

Медь, ее сплавы и соединения нашли широкое применение в разных отраслях промышленности. Медь в электротехнике используют в чистом виде в производстве шин контактного и голого проводов, кабельных изделий, электрогенераторов, телефонного оборудования и радиоаппаратуры. Из меди изготавливают вакуум-аппараты, теплообменники и трубопроводы.

Сплавы меди с различными металлами используют в автомобильной промышленности и для изготовления химических аппаратов. Проволока из красной меди изготовления всевозможных шнуров и выгибания самых сложных элементов. Высокие свойства меди делают ее незаменимой при производстве филигранных деталей.

Процедура меднения

Меднением называют процедуру гальванического нанесения меди, толщина слоя которой составляет 1 - 300 мкм и больше. Меднение стали является одним из важнейших процессов в гальванике, что применяется в качестве предварительного процесса при подготовке металлической поверхности для покрытия другими металлами - при хромировании, никелировании и покрытии серебром, а также как законченный самостоятельный процесс.

Использование меднения как подготовительной манипуляции связано с тем, что этот металл способен очень прочно держатся на стали, выравнивать дефекты поверхности. Другие материалы на медь хорошо осаждаются, а вот на чистую сталь - не очень.

Медные покрытия характеризуются высоким сцеплением с разными металлами, высокой электропроводностью и пластичностью. Их принято наносить на стальные, цинковые и алюминиевые детали.

Только что нанесённое покрытие меди имеет ярко-розовый матовый или блестящий цвет, зависимо от технологии нанесения. Медные покрытия в атмосферных условиях способны легко окисляться и покрываться налетом окислов, приобретая пятна различных оттенков и радужные разводы.

Использование меднения

В большинстве своем гальваническое меднение металлов используют в таких случаях:

1. В декоративных целях. Огромной популярностью в настоящее время пользуются старинные изделия из меди. Процедура меднения позволяет наносить на металл медные покрытия, которые как бы «состариваются» после специальной обработки и выглядят так, будто изготовлены давным-давно.
2. В гальванопластике. Используется гальваническое меднение железа для создания металлических копий изделий разной формы и различных размеров. Создаётся пластиковая или восковая основа, которую покрывают электропроводящим лаком и слоем меди. Подобную технологию меднения часто используют при изготовлении ювелирных изделий, сувениров, барельефов, матриц и волноводов.
3. В технических целях. Меднение металла большое значение имеет в электротехнической области. Благодаря низкой стоимости меднения по сравнению с покрытиями золотом или серебром, медные покрытия нашли применение при изготовлении электротехнических шин, электродов, контактов и прочих элементов, которые работают под напряжением. Меднение зачастую используется как покрытие под пайку.

Меднение применяется в сочетании с прочими гальваническими покрытиями:

• При нанесении многослойного защитно-декоративного покрытия. Как правило, медь используется в сочетании с хромом и никелем (3-слойное защитно-декоративное покрытие) и прочими металлами как промежуточный слой для увеличения сцепления с основным металлом и получения более прочного и блестящего покрытия.
• Для предохранения участка при цементации. Меднение свинца способно предохранять участки стальных изделий от цементации - науглероживания. Покрывают медью исключительно те участки, которые подлежат в будущем обработке резанием. Твёрдый науглероженный поверхностный слой не поддается подобным обработкам, а медь может защитить покрытые участки от процесса диффузии углерода в них.
• При восстановлении и ремонте деталей. Меднение металла является важной процедурой при работах реставрационного характера и восстановлении хромированных частей мотто- и автомобильной техники. Наносить принято значительный слой меди - порядка 100-250 мкм и больше, который закрывает дефекты металла и поры и выполняет функции новой основы для последующих покрытий.

Виды меднения

Процедура меднения своими руками доступна для выполнения даже новичками. Для этого достаточно только знать её основные тонкости. Существует два способа меднения в домашних условиях: с погружением в электролит и без погружения.

С погружением в электролит

Металлическое изделие обрабатывают наждачной бумагой для удаления оксидной пленки, протирают щеткой, промывают как следует водой, обезжиривают в горячем содовом растворе и промывают еще один раз. После этого принято опускать в стакан или банку на медных проволочках две медные пластинки, которые являются анодами.

Между пластинками подвешивают на проволочке деталь. Проволочки, идущие от медных пластинок, соединяют вместе и подключают к плюсу источника тока, а деталь - к минусу. После этого в цепь включается реостат для регулировки тока и миллиамперметр. Необходим источник постоянного тока, который имеет напряжение не больше 6 В.

Для меднения дома нужно приготовить следующий раствор электролита. Возьмите 20 грамм медного купороса и 2-3 миллилитра серной кислоты на 100 миллилитров воды и налейте в посуду. Следите, чтобы данный раствор полностью покрыл электроды.

При использовании реостата нужно установить ток в пределах 10 - 15 мА на каждый сантиметр квадратный поверхности детали. Где-то через 20 минут следует выключить ток и вынуть изделие, оно уже покрылось тонким медным слоем. Чем дольше будет идти процесс, тем слой меди получится толще.

Без погружения в электролит

Данную процедуру проводят для стали, алюминия и цинка. С одного конца многожильного провода снимают изоляцию, затем необходимо растеребить тонкие медные проволочки для получения медной кисти. Для удобства работы необходимо привязать ее к медной кисти или деревянной палочке, а другой конец кабеля нужно подсоединить к плюсу источника тока.

Дальше следует приготовить электролит - раствор медного купороса, лучше слегка подкисленный, и налить в широкую склянку, в которую кисть будет удобно макать. Подготовьте металлическую пластинку или какой-то другой маленький предмет с плоской поверхностью. Его нужно протереть с помощью мелкой наждачной шкурки и обезжирить посредством кипячения в растворе стиральной соды.

Затем необходимо положить пластинку в кювету или ванночку и подсоединить ее с помощью провода к минусу источника тока. После того, как схема собрана, вам следует только ввести электролит. Обмакните в раствор медного купороса «кисть», которой следует провести вдоль пластинки, не дотрагиваться до поверхности.

Рекомендуется работать так, чтобы между кистью и пластинкой всегда располагался слой электролита. Все время работы проводки должны быть смоченными раствором. Пластинка на глазах будет покрываться слоем металлической меди красного цвета. Для обработки маленькой детали понадобятся считанные минуты.

Когда вы нанесли покрытие, нужно высушить на воздухе деталь и натереть матовый слой меди до блеска с помощью суконной или шерстяной тряпки. Процесс меднения алюминия, когда изделие в электролитическую ванну не опускают, а обрабатывают небольшими участками снаружи, добавляя электролит, применяют в таких случаях, когда изделие настолько велико, что для него нельзя подобрать подходящую ванны.

Ванны меднения

Установки для меднения от обыкновенных гальванических ванн ничем не отличаются. Электролиты для меднения довольно просто получить, если иметь под рукой необходимые ингредиенты. Бывают два вида медных растворов: щелочные и кислые.

В кислых растворах вы не сможете получить хорошо сцепленные покрытия из меди на цинковых и стальных изделиях, потому что цинк и железо в этом случае растворяются с медью, и нарушается сцепление с защитным покрытием.

Для устранения данной особенности рекомендуется первый тонкий медный слой (2—3 мкм) создать в щелочном растворе для меднения, а в будущем наращивать покрытие до заданной толщины в кислом электролите, который является более экономичным. Цинковые изделия, что имеют сложную форму, лучше всего меднить в щелочных электролитах.

Самыми распространенными кислыми электролитами являются борфтористоводородные и сернокислые. Наибольшее использование нашли сернокислые электролиты, которые отличаются простотой состава, высоким выходом по току и значительной устойчивостью.

Перед меднением деталей из стали в кислых электролитах их рекомендуется предварительно меднить в цианистом электролите или осаждать тонкий подслой никеля. Данные электролиты имеют несколько недостатков.

Один из них состоит в невозможности непосредственного покрытия цинковых и стальных деталей из-за контактного выделения меди, которая имеет плохое сцепление с металлом основы. Также электролиты незначительную рассеивающую способность и более грубую структуру осадков по сравнению с прочими электролитами.

Среди щелочных электролитов меднения известны пирофосфатные и цианистые электролиты.
Цианистые электролиты из меди характеризуются высокими рассеивающими способностями, возможностью проведения меднения столярных изделий и мелкокристаллической структурой осадков.

К недостаткам щелочных электролитов относят низкую плотность тока и неустойчивость раствора вследствие карбонизации под действием двуокиси углерода свободного цианида. Помимо этого, цианистые электролиты отличаются уменьшенным выходом по току - не больше 60-70%.

Таким образом, медь является металлом, который используется повсеместно: в автомобильной промышленности, электротехнике и строительстве. А в гальванопластике известна технология меднения для подготовки металлической поверхности под покрытие другими металлами или как самостоятельный процесс.