способ гальванического меднения стальной проволоки перед волочением

Формула изобретения

Способ гальванического меднения стальной проволоки перед волочением, включающий предварительную подготовку поверхности проволоки и осаждение меди из электролита, отличающийся тем, что осаждение меди ведут в нескольких ваннах сначала при катодной плотности тока 2 5 А/дм² до толщины покрытия 0,05 0,15 мкм, затем при 5,5 11 А/дм² до толщины покрытия 0,5 0,8 мкм, после чего осуществляют сушку покрытия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области гальваностегии, в частности, к электролитическому меднению.

Известен способ электролитического покрытия металлов, например, железа и стали медью с использованием кислого, нецианистого электролита, содержащего пирофосфорнокислый калий, триоксиглутаровую кислоту до 7 г/л и селенит натрия 0,002-0,004 г/л (авт. св. 1394496, М.кл. C 25 D 3/38).

Процесс ведут с постоянной плотностью тока.

Известен способ гальванического меднения металлов с использованием электролита, содержащего:

CuSO₄5H₂O 50 г/л

K₂Fe(CN)₆3H₂O 120 г/л

KNaC₄H₄О₆ 30г/л

K₂CO₃ 100 г/л

Процесс меднения ведут с постоянной плотностью тока, с температурой катодной поверхности к анодной 1:6 (авт. св. 147076, М.кл. С 25 D 3/38). Процесс ведут с постоянной плотностью тока.

Известен способ гальванического меднения проволоки в электролите, содержащем, г/л:

Медь сернокислую 50-100

Аммоний пирофосфорнокислый 110-230

Аммоний ортофосфорнокислый двузамещенный 50-100

Полиэтиленполиамин 1-5

Известен способ гальванического меднения стальной проволоки перед волочением путем катодной обработки в щелочном электролите, содержащем соль меди (сернокислую медь) в следующем соотношении компонентов, г/л:

Сернокислая медь 3-5

Сегнетовая соль 30-50

Едкий натр 60-100

При этом процесс ведут с постоянной плотностью тока 3-5 А/дм² и комнатной температуре в течение 0,5-1,0 мин (авт.св. 255725, С 25 D 3/38, 1970, прототип).

Ведение процесса меднения с постоянной плотностью тока не обеспечивает необходимые прочностные качества покрытия стальной проволоки, подлежащей дальнейшему волочению с высокой степенью обжатия, например, для изготовления сварочной проволоки из никель и титаносодержащих сталей. В результате при волочении происходит отслаивание покрытия от стальной проволоки. Для обеспечения сохранения сплошности покрытия после волочения при высоких обжатиях необходимо повышать толщину покрытия на заготовке до 0,7-1,4 мкм, что увеличивает расход меди, а на готовом изделии поддерживать толщину от 0,15 до 0,4 мкм. Это в свою очередь вызывало увеличение времени процесса меднения, т.к. приходилось вести его на низких скоростях.

Задачей изобретения является обеспечение высоких прочностных качеств покрытия никель и титансодержащей стальной проволоки.

Это достигается тем, что в процессе гальванического меднения стальной проволоки перед волочением с предварительной подготовкой поверхности проволоки осаждение меди из электролита ведут в нескольких ваннах сначала при катодной плотности тока 2-5 А/дм² до толщины покрытия 0,05-0,15 мкм, затем при 5,5-11 А/дм² до толщины покрытия 0,5-0,8 мкм, после чего осуществляют сушку покрытия.

Способ гальванического меднения стальной проволоки ведут следующим образом.

Стальную проволоку с предварительно подготовленной поверхностью и механическими свойствами, достигаемыми за счет термообработки, обезжиривания и травления, пропускают через электролитические ванны с раствором электролита, содержащим сернокислую медь, пирофосфорнокислый натрий и натрий ортофосфорнокислый двузамещенный. Электролит может быть приготовлен из пирофосфорнокислой и ортофосфорнокислой меди, пирофосфорного калия и калия ортофосфорнокислого двузамещенного.

Осаждение меди электролита на проволоку ведут в два этапа с изменяющейся катодной плотностью тока. В начале процесса осаждения меди на первом этапе до достижения толщины покрытия 0,05-0,15 мкм ведут с катодной плотностью тока 2-5 А/дм² и на втором этапе ведут с катодной плотностью 5,5-11 А/дм² до достижения толщины покрытия 0,5-0,8 мкм.

Экспериментально установлено, что достижение наилучших условий волочения проволоки обеспечивается режимом осаждения меди, когда время нанесения покрытия при низких плотностях тока приблизительно равно времени нанесения покрытия при высоких плотностях тока.

Величина плотности тока установлена экспериментально. Использование плотности тока на первом этапе менее 2 А/дм² нецелесообразно, т.к. ведет к снижению производительности и при дальнейшем снижении не происходит заметного увеличения прочности покрытия. Использование плотности тока на первом этапе более 5 А/дм² не обеспечивает достаточной плотности первоначального слоя покрытия и в процессе волочения при высоких обжатиях приводит к оголению проволоки.

Второй этап меднения ведут с повышенной плотностью тока и получают более рыхлый слой покрытия.

Использование плотности тока на втором этапе менее 5,5 А/дм² не обеспечивает необходимой рыхлости слоя покрытия, а увеличение более 11 А/дм² создает чрезмерно рыхлый слой и ведет к отслоению покрытия в процессе волочения.

Величина толщины покрытия на первом этапе менее 0,05 мкм не обеспечивает необходимой сплошности первого слоя, а толщина покрытия более 0,15 мкм при общей толщине покрытия до 0,8 мкм вызывает преждевременный износ инструментов в процессе волочения.

Величина толщины покрытия второго слоя (второго этапа меднения) менее 0,5 мкм не обеспечивает сплошности покрытия при высоких степенях обжатия (более 50%), а более 0,8 мкм не обеспечивает глянцевитость (полированность) поверхности после волочения и неэкономично (увеличивает расход меди).

Пример 1. Для гальванического меднения в качестве исходного материала использовалась стальная проволока 08ГСНТ диаметром 1,2 мм. Меднение производилось в 12 ваннах, длинною 800 мм. Скорость движения проволоки 10 м/мин. Проволоку предварительно подвергали термообработке в проходной печи и электрохимическому травлению в растворе серной кислоты. Нанесение медного покрытия производилось в электролите, содержащем натрий пирофосфорнокислый 130 г/л, натрий фосфорнокислый двузамещенный 20 г/л, медный купорос 30 г/л по меди. На первом этапе меднения (на 6 ваннах) катодная плотность тока составляла 2,0 А/дм². Проволока после первого этапа меднения имела толщину покрытия 0,05 мкм. На втором этапе меднения (на 6 последних ваннах) катодная плотность тока составляла 5,5 А/дм², проволока после этого этапа меднения имела толщину второго слоя покрытия 0,5 мкм. После меднения общая толщина покрытия не превышала 0,6 мкм. При последующем волочении на диаметр 0,6 мм получили толщину медного покрытия по поверхности проволоки 0,3-0,35 мкм. Покрытие ровное, без нарушения сплошности с полированной поверхностью.

Пример 2. На том же агрегате из 12 гальванических ванн при скорости движения проволоки 15 м/мин и использовании того же электролита меднению подвергали стальную проволоку диаметром 2,3 мм. На первом этапе меднения (на первых 6 ваннах) катодная плотность тока составляла 5,0 А/дм², меднение при этой катодной плотности тока производили до толщины покрытия 0,15 мкм. На втором этапе меднения (на последних 6 ваннах) катодная плотность тока составляла 11 А/дм², меднение производилось до толщины покрытия 0,8 мкм. После меднения толщина покрытия проволоки на отдельных участках была в пределах 0,95-1,0 мкм. При последующем волочении на диаметр 1,2 мм получили толщину медного покрытия по поверхности проволоки 0,5-0,6 мкм. Покрытие ровное, без нарушения сплошности с полированной поверхностью.

Ведение процесса осаждения меди при гальваническом меднении стальной проволоки с изменяющейся катодной плотностью тока позволяет обеспечить создание слоя покрытия с изменяющейся структурой по его поперечному сечению: создать более плотный слой со стороны контакта его с поверхностью исходной заготовки (проволоки) и более рыхлый слой с наружной стороны покрытия. Это позволяет обеспечить максимальную сохранность покрытия при волочении с высокими степенями обжатия и его сплошность.

Рыхлая поверхность покрытия способствует лучшему захвату смазки при волочении, при этом достигается минимальный расход меди.

Предложенный способ позволяет подбирать толщину слоев покрытия, обеспечивающую наиболее благоприятные условия волочения при использовании заготовки с различными механическими свойствами и подбирать наиболее экономичные сочетания толщин покрытия для волочения с различными степенями обжатия.