Меднение в домашних условиях

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.

Содержание:

1. Состав меди
2. Физические свойства меди
3. Процедура меднения
4. Использование меднения
5. Виды меднения
   • С погружением в электролит
   • Без погружения в электролит
6. Ванны меднения

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.