Егорова Л.М., ст. преподаватель,

Харьковский национальный автомобильно – дорожный університет

ХИМИЧЕСКОЕ РАСТВОРЕНИЕ α-ЛАТУНИ В ТРАВИЛЬНЫХ РАСТВОРАХ РАЗЛИЧНОГО СОСТАВА

Процессы размерного травления меди и ее сплавов используют в производстве плат печатного монтажа, которое сопровождается образованием большого количества отходов, опасных в экологическом отношении и сложных с точки зрения утилизации. Оптимальным вариантом регенерации травильных растворов считается электрохимическое извлечение из отработанных растворов металлической меди, эквивалентной поступившей в процессе травления. Процесс электролиза отработанных хлоридных растворов травления осложнен малым выходом по току меди и образованием газообразного хлора.

Для размерного травления изделий из меди и ее сплавов широко используются травильные растворы на основе хлоридов железа(III) и меди(II). Суммарную реакцию травления меди раствором хлорида железа (III) можно выразить уравнением:

Cu + 2FeCl₃ = CuCl₂ + 2FeCl₂

В процессе травления в растворе накапливаются ионы меди, а концентрация окислителя уменьшается, в результате чего скорость травления снижается, травильный раствор становится непригодным для дальнейшего использования. В связи с этим очень важным является исследование процессов химического растворения меди и ее сплавов в растворах различного состава.

Целью работы являлось исследование химического растворения латуни Л – 62 в растворах различного состава. Растворение сплава изучали методами вращающегося дискового электрода (ВДЭ), гравиметрического и атомно-абсорбционного. Определение природы соединений, образующихся на поверхности латуни при ее растворении в электролитах разного состава, проводили с помощью рентгенофазового анализа.

Величина скорости растворения латуни Л-62 различна в электролитах разной природы. В основном она определяется эффективностью процессов окисления-восстановления компонентов латуни и комплексообразования ионов меди и цинка с лигандами раствора. Скорость растворения латуни в растворе FeCl₃ на два порядка выше по сравнению с другими электролитами. Присутствие дополнительного фактора - ионов железа(III), обладающих высокой окислительной способностью, приводит к существенному возрастанию скорости растворения латуни с ростом их концентрации.

Растворение цинка из сплава Л-62 в той или иной степени происходит во всех изученных растворах, но наиболее интенсивно в растворах NaCl и NH₄Cl определенной концентрации. В данном случае поверхностный слой сплава обогащается медью в противоположность растворам Na₂SO₄ и FeCl₃, в которых избирательно растворяется медь. Для количественной характеристики вида разрушения интерметаллических фаз используют коэффициент избирательного растворения Z, который показывает, во сколько раз отношение количеств компонентов сплава в растворе электролита больше соответствующего их отношения в сплаве. При равномерном растворении этот коэффициент равен единице, а при селективном - стремится к бесконечности или к нулю.

Рассчитанные значения коэффициентов селективности цинка и меди подтверждают, что обесцинкование сплава характерно для травления в растворах NaCl и NH₄Cl. С ростом концентрации указанных электролитов селективность растворения меди возрастает, но все же остается на низком уровне.

Для электролита FeCl₃ прослеживается корреляция графических зависимостей скорости растворения латуни и перехода в раствор ее компонентов в зависимости от концентрации исходного раствора. С ростом концентрации травильных растворов FeCl₃ Z компонентов изменяются незначительно. Используя расчетные данные по Z, нельзя сделать однозначный вывод о селективности растворения какого-либо компонента. Для выяснения данного обстоятельства были проведены прямые измерения Zn и Cu в сплаве с помощью электронно-зондового микроанализа. Обнаружено достаточно выраженное обесцинкование поверхностного слоя латуни после длительного травления в растворе FeCl₃, а именно: содержание цинка уменьшилось с 37,94% до 27,74%, а меди - увеличилось с 61,63% до 66,44%. При химической обработке латуни в агрессивном травильном растворе FeCl₃ на ее поверхности наблюдается четкое доменообразование (рис. 1).

Монотонное увеличение скорости растворения латуни с ростом концентрации FeCl₃ косвенно свидетельствует о практическом отсутствии плотных слоев пассивиурющих соединений на поверхности сплава. Это было подтверждено методом рентгенофазового анализа, показавшего присутствие лишь следовых количеств соединений CuAlO₂ и, возможно, Cu₂O на поверхности сплава.

а б

Рисунок 1. Микрофотографии поверхности латуни Л-62, подвергнутой растворению в растворе FeCl₃ при ω = 74 об·с^–1. Увеличение: а – 1000; б- 3000

Изучение особенностей химического растворения медных сплавов в различных растворах очень важно для подбора оптимального состава травильного раствора, а также для разработки способов регенерации отработанных травильных растворов.