ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕДНОЙ ФОЛЬГИ ЭЛЕКТРОЛИЗОМ Российский патент 2009 года по МПК C25D1/04 

Предлагаемое техническое решение относится к области гидрометаллургии и может быть использовано при производстве медной электролитической фольги электролизом.

Известен способ получения медной электролитической фольги, преимущественно для производства фольгированных диэлектриков для печатных плат, путем осаждения меди из водного раствора на вращающийся барабан-катод под воздействием электрического тока. Водный раствор меди содержит в своем составе сульфат меди, серную кислоту, желатин, и хлорид-ионы в качестве поверхностно-активных добавок в количестве соответственно 0,001-0,005 г/дм³ и 0,005-0,1 г/дм³ (см. патент Японии №49-31415 по кл. С25С 1/12 за 1982 год).

Основными недостатками этого способа являются низкая пластичность ленты, повышенная шероховатость одной из ее сторон, повышенная шероховатость (Р а 1.5-3 мкм), обуславливаемая наличием в электролите хлорид-ионов, специально вводимых для создания необходимой топографии поверхности ленты для увеличения адгезии фольги к диэлектрику. Кроме того, полученная из указанного состава электролита фольга плохо поддается отжигу, что осложняет получения «мягкой» ленты с высокой пластичностью, пригодной для изготовления пластин для радиаторов охлаждения двигателей внутреннего сгорания (ДВС), для изготовления защитного экрана электрических кабелей.

Известен электролит для производства медной ленты с электролизом, содержащий водный раствор сульфата меди, серной кислоты и хлорид-ионов в соотношении соответственно: 135-180, 70-100, 0.0001-0,001 г/дм³, а остальное - вода (см. патент на изобретение РФ №2113546 по кл. С25С 1/12, С22В 15/12 за 1995 г.).

Этот электролит хотя и позволяет получить тонкую медную ленту электрохимическим методом с заданными механическими свойствами, но обладает серьезными недостатками, приводящими к ухудшению качества ленты.

Прежде всего имеется сильная зависимость механических свойств ленты от условий электролиза, особенно от концентрации хлорид-ионов и температуры самого электролита, контроль которых в процессе электролиза сложная операция. Это влияет на то, что, получая длинную ленту на одном и том же электролизере (более 100 м в рулоне), практически неизбежно существенное колебание механических свойств, в том числе пластичность, твердость, температура рекристаллизации и другое.

Кроме того, появляется ненужный эффект в виде быстрого разрушения при высоких плотностях тока (30-60 А/дм²) свинца, используемого в качестве анодного материала. Разрушаясь, свинец загрязняет электролит мелкими взвесями оксидов свинца, что приводит к образованию на поверхности ленты многочисленного количества дендритов («крошки»).

Указанные недостатки сильно затрудняют использование ленты при изготовлении пластин радиаторов охлаждения на автоматическом оборудовании из-за разрыва ленты и невозможности формирования гофр и получения просечек и выступов требуемой величины и размеров.

Технической задачей предлагаемого решения является получение методом электролиза гладкой, тонкой, пластичной, легко отжигаемой медной ленты с постоянными свойствами по длине рулона.

Указанная задача достигается тем, что в электролите для производства медной фольги электролизом, содержащем водный раствор сульфата меди, серной кислоты и хлорид-ионов, дополнительно введены катионы кобальта и никеля при следующем их соотношении, г/дм³:

Сульфат меди135-280Серная кислота70-100Катионы кобальта0,05-1,0Катионы никеля0,2-3,0Хлорид-ионы0,0001-0,001Водаостальное

Процесс получения медной фольги толщиной 0,02-0,1 мм осуществляется на барабанных электролизерах путем выделения меди из электролита и электроосаждения на наружную поверхность постоянно вращающегося вокруг оси барабана. Электролит специально подготавливают согласно заявленной композиции инградиентов, подают в электролизер и осуществляют постоянную циркуляцию с определенной скоростью. Процесс осуществляется при катодной плотности тока 30-60 А/дм² и температуре электролита 28-35°С.

Пример

На барабанном электролизере, в котором диаметр катода равен 0,9 м, ширина 1,2 м, глубина погружения 50%, при катодной плотности тока 35,4 А/дм² из электролита, состоящего (г/дм³) 160 - CuSO₄, 90 - Н₂SO₄, 0,0003 - Cl^-, 1,0 Ni²⁺, 0,3 Со²⁺, Н₂O - остальное, получали медную ленту толщиной 0,040 мм при скорости вращения барабан-катода 14,8 м/ч. Разнотолщинность ленты по ширине не более 1%. Длина ленты в рулоне массой 250-300 кг равна 580-720 м. Временное сопротивление ленты на разрыв 700-750 н/мм, температура рекристаллизации 190-210°С. Параметры шероховатости обеих сторон не превышают 0,5 мкм. Механические свойства ленты по длине постоянные.

При переработке партии ленты на автоматических линиях радиаторного завода выявлено хорошее формирование гофр заданного размера и профиля, получение просечек без разрывов при отсутствии сбоев и остановки оборудования. Это позволило переориентировать производство радиаторов охлаждения для двигателей внутреннего сгорания на медную ленту, полученную электролизом, взамен катаной медной ленты.

По результатам промышленных испытаний установлено, что при добавке в электролит катионов кобальта на 50% увеличивается срок службы свинцовых анодов и практически не образуется «крошка» на поверхности ленты.

При концентрации в электролите катионов никеля и кобальта, соответственно ниже 0,2 и 0,05 г/дм, полезный эффект от введения добавок не образуется, а увеличение концентрации выше заявленных пределов экономически нецелесообразно ввиду их высокой стоимости, особенно кобальта.

Использование предлагаемого технического решения позволяет электролитическим способом получать тонкую медную ленту с постоянными заданными механическими свойствами, которые необходимы для производства из нее радиаторов охлаждения для двигателей внутреннего сгорания. Указанные выше свойства позволяют осуществлять с ней механические операции на высокоскоростном автоматическом оборудовании без дополнительных операций.

Выполнение электролита составом заявленных ингредиентов для производства металлических лент, преимущественно тонкой медной фольги, позволяет повысить качество медной фольги независимо от времени ее производства и параметров технологического процесса ее производства, расширить область ее применения и снизить эксплуатационные затраты на производство по сравнению с известными растворами электролитов для электрохимического производства медной фольги аналогичного назначения.

Изобретение относится к области гидрометаллургии и может быть использовано при производстве медной фольги электролизом. Электролит содержит, г/дм³: сульфат меди 135-280; серную кислоту 70-100; катионы кобальта 0,05-1,0; катионы никеля 0,2-3,0; хлорид-ионы 0,0001-0,001; воду - остальное. Техническим результатом является повышение качества медной фольги: получение гладкой, тонкой, пластичной и легко отжигаемой фольги с постоянными свойствами по длине рулона.

Электролит для производства медной фольги электролизом, содержащий водный раствор сульфата меди, серной кислоты и хлорид-ионов, отличающийся тем, что он дополнительно содержит катионы кобальта и никеля при следующем соотношении, г/дм³:

Сульфат меди135-280Серная кислота70-100Катионы кобальта0,05-1,0Катионы никеля0,2-3,0Хлорид-ионы0,0001-0,001Водаостальное