Химия и химические технологии./Химическая технология

УДК 621.357.53

к.т.н. Кошкарбаева Ш.Т., к.т.н. Ибоагимова Г.Н., к.т.н. Асильбекова А.Д., Ибраева А.

Южно-казахстанский государственный университет им. М. Ауезова,

Международный казахско-турецский университет имени Х.А.Ясави

Академический инновационный университет, г.Шымкент, Республика Казахстан

Синтез фосфорно-медных пленок

Металлфосфорные сплавы обладают комплексом полезных свойств, что позволяет их использовать в различных отраслях промышленности. На основе системы металл-фосфор разработаны полупроводники, припои, защитно-декоративные покрытия, катализаторы. Разработаны эффективные методы синтеза известных фосфидов, которые нашли применение в качестве раскислителей, инсектицидов и реактивов для синтеза различных соединений фосфора. В то же время сложность и малочисленность методов их получения тормозят их дальнейшее применение в промышленности. Среди металлфосфорных покрытий наиболее широкое применение получили никель фосфорные покрытия, получаемые химическим путем. По сравнению с гальваническими никелевыми покрытиями они имеют целый ряд достоинств, основными из которых являются более высокие коррозионная стойкость, твердость, износостойкость, равномерность (особенно на сложно – профильных изделиях), а также такие специфические свойства, как способность к пайке и т.д. /1/.

Нами для получения пленок фосфида меди изделие обрабатывалось в растворе соединения меди и затем помещалось в специальную камеру, где происходила обработка фосфорсодержащим газом. После такой обработки на поверхности изделия формировалась пленка фосфида меди, имеющая цвета от темно стального до черного и обладающая высокой электропроводностью. Хорошие декоративные свойства пленки позволяют использовать этот метод для финишной обработки металлических изделий. Возможность селективного нанесения покрытий позволяет усилить декоративный эффект. Пленка фосфида меди также является подслоем улучшающем пайку деталей.

На поверхности металлов и неметаллических материалов активированные сплавами медь-фосфор в растворе химического никелирования без добавления соли никеля происходит разложение гипофосфита с высокой скоростью выделением газа, а в присутствии соли никеля с такой же скоростью идет осаждения никеля. Фосфор, входящий в состав меди имеет повышенную активность способствуя контактному выделению никеля или непосредственно активируя сам процесс химического никелирования.

Высокая электропроводность пленок была использована для получения металлических пленок на неэлектропроводящих материалах /2/.

В работе исследовалось получение медь-фосфорных пленок на поверхности различных образцов. В качестве образцов при получении пленок использовались, главным образом, плоские металлические пластины с гладкой поверхностью. Большинство экспериментов было проведено на пластинах из меди, латуни, никеля и алюминия. Отдельные опыты были поставлены на образцах из стекла и полимерных материалов.

В основу процесса получения медь-фосфорной пленки поставлена реакция восстановления двухвалентной меди газообразным фосфином. Для этого вначале на поверхности образца получают пленку раствора соли меди и затем этот поверхностный слой обрабатывают фосфином. При этом пленка раствора соли меди преобразуется в фосфид меди.

Качество получаемой пленки в значительной степени зависит от правильного соблюдения технологии подготовительных операций. Подавляющее большинство дефектов покрытий обуславливается плохим качеством предварительной подготовки поверхности. Для получения качественных покрытий проводили тщательную обработку поверхности. Грубые дефекты поверхности удаляли механическим способом - шлифовкой шкурками различной зернистости.

Медные и латунные пластины после механической подготовки обезжиривали и подвергали травлению в течение трех минут в растворе, г/л: H₂SO₄-910, HNO₃-450, NaCl-8 при температуре 20⁰С.

Никелевые образцы обезжиривали и подвергали травлению в течение 10 минут в растворе НCl (150 г/л) при температуре 20⁰С.

Травлению подвергались и диэлектрические материалы (пластмассы, стекло). При этом если травление металлических поверхностей проводилось для удаления оксидных пленок, то травление неметаллических поверхностей для создания микрошероховатостей, обеспечивающих смачивание и сцепление покрытия с основой.

Полимерные материалы травили в концентрированных растворах серной кислоты, содержащей 150 г/л бихромата калия. Для получения матовой поверхности на стеклянные пластины равномерно наносили раствор фтористого натрия (120 г/л) и сверху приливали раствор, содержащий, г/л: CH₃COOH - 40, C₂H₅OH_{ректиф.}- 300 и травили поверхность стекла до создания равномерного матового слоя.

После указанных операций образцы тщательно промывали проточной водой и высушивали на воздухе.

Для создания на поверхности образца слоя соли меди, их окунали в раствор, содержащий данную соль. В большинстве опытов это был раствор сернокислой меди. Кроме того, были исследованы также нитраты и хлориды меди. После создания пленки раствора сульфата меди, образец встряхивали для удаления наплывов раствора на отдельных участках, слегка подсушивали и завешивали в камеру металлизации. Камеру герметизировали и подавали фосфинсодержащий газ.

Фосфинсодержащие газы получали щелочной обработкой желтого фосфора, а также кислотным разложением порошкообразного фосфида цинка. Основные эксперименты проводились с фосфинсодержащим газом, полученным на основе фосфида цинка.

Образцы после камеры металлизации тщательно промывали проточной водой от побочных продуктов реакции металлизации и сушили на воздухе.

В результате на поверхности образцов образуется пленка темно серого цвета толщиной 0,5-0,6 мкм.

Изучение физико-химических свойств показало, что покрытия имеют хорошее сцепление с основой, малопористы и обладают высокой коррозионной стойкостью. Полученные на поверхности пластин медь-фосфорные пленки можно подвергнуть дальнейшей обработке, используемой для медных и латунных изделий- тонированию, окрашиванию.

При изучении физико-химических свойств медь-фосфорных пленок нами было обнаружено что они в отличие от чистой меди, являются катализаторами процесса получения никель-фосфорных пленок из гипофосфитных растворов. Аналогичные свойства оказались характерными и для серебро-фосфорных покрытий.

Таким образом, результаты наших исследований показывают, что разработанный нами метод имеет ряд достоинств. Процесс получения медь-фосфорных покрытий не является каталитическим, поэтому его можно наносить на любые поверхности, смачиваемые растворами соли меди. Так как процесс протекает при комнатной температуре данным методом можно металлизировать полимерные материалы. Каталитические свойства к процессу химического никелирования благоприятствуют дальнейшему наращиванию металла.

Литература

1. Вишенков С.А. Химические и электрохимические способы осаждения металлопокрытий.-М:Машиностроение, 1995.-312 с.

2. Патент РК № 932064.1 Способ нанесения токопроводящего слоя на диэлектрические материалы. Сатаев М.С., Дауренбекова Л.М.