ELETRODEPOSIÇÃO

DE

COBRE

O METALO cobre, de símbolo Cu (Cuprum), número

atômico 29 (29 prótons e 29 elétrons) e de massa atômica 63,54 uma. À temperatura ambiente, o cobre encontra-se no estado sólido.

Classificado como metal de transição, pertence ao grupo 11 (1B). É de coloração avermelhada, dúctil, maleável e bom condutor de eletricidade.

Conhecido desde a antiguidade é utilizado, atualmente, para a produção de materiais condutores de eletricidade (fios e cabos ), e em ligas metálicas como latão e bronze.

É possível que o cobre tenha sido o metal mais antigo a ser utilizado, pois se têm encontrado objetos de cobre de 8.700 a.C.

Densidade: 8,93g/mL

Massa atômica: 63,54

Valência: 2+ ( podendo ser 1+ )Cuprita, Cu2O

Malaquita CuCO3.Cu(OH)2

Azurita 2CuCO3.Cu(OH

)2

APLICAÇÕES PARA ELETRODEPOSIÇÃO

Eletrorefino

Eletroformação

Rotogravura

Circuitos impressos

Cobreação de Fe condutoras

decorativas

ELETROREFINO

ELETROFORMAÇÃO

Processo no qual se deposita uma forte camada de metal sobre uma superfície metálica ou polimérica condutora.

Após a eletroformação o núcleo original é removido e o caneco resultante eletroformado.

Peças cobreadas

decorativa

Banhos existentes:

Ácidos *base sulfato

*base fluoborato

Alcalino *base Cianeto

*base pirofosfato

Cobre ácido base sulfato:

Primeiro uso em 1810

Aplicados como camada anterior à niquelação

Grande capacidade de nivelamento. (permite brilho a depósitos sucessivos de Ni sem polimento).

Para aplicação de Cu ácido em Fe, Al e “ZAMAK” é necessário uma pré cobreação em banho alcalino, para evitar o ataque à peça e a formação de camada não aderida.

“ Ligas de ZAMAK são utilizadas como materiais para fundição sob pressão (die casting) a mais de 80 anos. ZAMAK, liga composta por 95% Zinco (Z), 4% Alumínio (A), 0,03% Magnésio (MA) e 1% Cobre (K, na língua alemã).Estas ligas são caracterizadas por suas propriedades mecânicas, com baixos custos de fabricação.”

Composição do banho base sulfato

CuSO4 180 a 250 g/L

H2SO4 40 a 75 g/L

Cl- 30 a 80 mg/L

Aditivos abrilhantadores, niveladores, umectantes

PROPRIEDADES DO COBRE BASE SULFATO

Alta velocidade de eletrodeposição

Alto nivelamento (polimento)

Camadas dúcteis

Alto brilho da camada de cobre

Baixo custo

Eficiência de 100%

Facilidade do cálculo da camada formada (~5A/dm2 forma 1 µm/min.

Alta penetração.

Alto nivelamento (polimento)

Eletropolimento

O eletropolimento é a remoção eletroquímica de metal de uma superfície de trabalho onde a peça a ser tratada é conectada ao pólo positivo de uma fonte energia d.c., enquanto é imerso em um eletrólito adequado. O eletropolimento opera anodicamente e é basicamente o inverso da eletrodeposição. A remoção de metal ocorre preferencialmente nos picos do perfil da superfície resultando em um nivelamento e alisamento do micro-perfil enquanto a forma macro da superfície não é alterada.

CONTROLE E MANUTENÇÃOAnodos devem ser especiais, (fosforados, com 0,02 a 0,07% de P), livres de impurezas e ensacados.

Filtração da solução de 1 a 2 vezes o volume do tanque por hora (para evitar “chuvisco”).

Em caso de arraste baixo, poderá ocorrer aumento da concentração de Cu. Dilui-se o banho ou usa-se anodos inertes (Pb).

Em caso de araste alto, reposição de CuSO4 e H2SO4.

Íon Cl- deve ser mantido dentro das especificações, para evitar formação de estrias e fosqueamento.

Pouco Cl-, adição de HCl. Muito Cl-, adição de Zn e carvão ativo.

Cobre ácido base fluorborato:

Usados para fins técnicos, quando se deseja uma alta velocidade de deposição.

Usados para obtenção de camadas espessas na produção de tubos, chapas, fios e para formação de matrizes e moldes (para brinquedos) e para rotogravura.

Mais caro que o banho base sulfato.

Composição do banho:

Cu(BF4)2 220 a 450 g/L

HBF4 2 g/L

H3BO3 15 a 30 g/L

Temperatura 25 a 75 °C

Rotogravura

Banho de cobre alcalino - Base cianeto

Aplicação:

Decorativa: cobreação de peças de Fe, Al e ZAMAK para impedir ataque à peça na cobreação ácida.

Há formação de camada delgada (cobre toque) de 0,2 a 0,8 µm.

Técnica: na cementação com sais fundidos contendo cianetos (para enriquecimento da superfície com C e N) se reveste de cobre as partes que não se deseja cementar, o que impede a migração do C e N nestas áreas.

Banho de cobre alcalino - Pirofosfato

Aplicação:

Mesma que o banho cianeto mais cobreação do interior dos furos de placas de circuitos impressos.

Composição dos banhos cianídricos

Toque e Rochelle CuCN + NaCN (+KNaC4H4O6)

Alta Eficiência CuCN + NaCN + KCN (potássio aumenta a velocidade de depósito e reduz granulação)

CuCN é insolúvel. Misturado com NaCN e/ou KCN forma complexos solúveis (Na2Cu(CN)3 ou K2Cu(CN)3).

1 mol CuCN reage com 2 moles de NaCN e é necessário excesso de cianeto para condutividade.

Tipos de banhos cianídricos

Cobre toque ou baixa eficiência (alta penetração e cobertura, para toque (flash).

Cobre Rochelle ou média eficiência (alta penetração e cobertura, para toque (flash). (Rochelle – nome do sal tartarato de sódio e potássio KNaC4H4O6)

Cobre brilhante ou alta eficiência (para camadas nivelantes)

Características:

Eficiência de 100% (altas velocidades)

Grande penetração

Grande cobertura

Função dos componentes dos banhos:

CuCN: fonte do Cobre

NaCN + KCN: fornecer cianetos livres, com influência na adesão, penetração e dureza do Cu depositado. Auxilia na uniformidade do ataque aos ânodos de Cu.

Hidróxidos: em banhos de alta eficiência, para aumentar condutividade. (Cuidado com ZAMAK).

Carbonatos: toque e rochelle, para controle de pH. Em banhos de alta eficiência há formação de carbonatos pela degradação dos cianetos. Quando maiores que 90 g/L, São removidos por resfriamento abaixo de 3°C, se não houver KCN, ou por precipitação com Ca(OH)2 ou Ba(OH)2.

Sal Rochele: menor teor de cianetos

Controle e manutenção

Cianetos livres: diariamente

Teor de cobre: diariamente

Teor de álcalis

Teor de carbonatos:

Célula de Hull

nucleação cobre crescimento

Ânodos

ELETRODEPOSIÇÃO

DE

NÍQUEL

O níquel, de símbolo Ni, número atômico 28 ( 28 prótons e 28 elétrons ) e de massa atômica 58,7 uma. À temperatura ambiente, o níquel encontra-se no estado sólido. É um elemento de transição situado no grupo 10 ( 8 B ). O uso do níquel remonta aproximadamente ao século IV A.C geralmente junto com o cobre.

Ponto de fusão 1728 K

Ponto de ebulição 3186 K

Densidade 8,91 g/mL

Valência Ni+2 e Ni+3

Tipos de banhos de Níquel

Tipo Watts – para processos “parados”NiSO4 300 g/LNiCl2.6H2O 60 g/LH3BO3 40 g/L

Alto Cloreto – processos rotativosNiSO4 250 a 300 g/LNiCl2.6H2O 90 g/LH3BO3 45 g/L

Níquel Sulfamato – maior I (rapidez)Ni(NH4SO3) 500 g/LNiCl2.6H2O 5 g/LH3BO3 30 g/LSulfamato é mais solúvel que sulfato de níquel.

Aplicações

Watts – Para peças grandes (parados)

Alto cloreto – para peças pequenas sem grande acabamento (possam apresentar riscos e batidas) Reduz custos de mão de obra (rotativos).

Pela dificuldade de determinação da área catódica, opera-se com controle da “voltagem”.

Apresenta boa deposição em partes com baixa densidade de corrente.

Não pode ser usado equipamento com chumbo, pois será atacado.

Não pode ser usado como primeira camada no sistema duplex.

Função dos componentes dos banhos:

NiSO4 ou Ni(NH4SO3): fornece o metal à solução

NiCl2.6H2O: favorece a passagem da corrente e auxilia na dissolução anódica.

H3BO3: funciona como solução tampão

Ânodos: fornecer metal à solução. Os ânodos podem ser chapas ou tarugos pendurados no barramento ou pedaços colocados em cestas de Titânio. No último caso, têm-se pouca formação de lama, maior facilidade de abastecimento, melhor distribuição de corrente e não ocorre a formação de retalhos. Os ânodos deverão ser ensacados para evitar aspereza do depósito.

Sistema bi-níquel ou duplex

Usados originalmente para obtenção de depósitos de camada de fácil polimento e grande ductilidade.

A seqüência cobre nivelante / níquel semi brilhante / níquel brilhante fornecem um revestimento com acabamento visual superior e grande resistência à corrosão.

Obtém-se uma primeira camada de níquel semi brilhante pobre em enxofre (0,05%) e sobre esta, em outro banho e etapa, uma camada de níquel brilhante rico em enxofre (0,5 a 1%).

A camada pobre em S é catódica em relação à camada rica em S, e a camada superior de níquel rico em S oferece proteção anódica à camada inferior.

Tri níquel

Há também o sistema tri níquel, baseado no mesmo princípio, com as camadas sendo sucessivamente mais ricas em S.

Alergia ao níqueldermatite de contato

ELETRODEPOSIÇÃO

DE

CROMO

O CROMO ( do grego "chrôma", cor ) com símbolo Cr , número atômico 24 ( 24 prótons e 24 elétrons ) e massa atômica 52 uma, sólido em temperatura ambiente. É um metal encontrado no grupo 6 ( 6B ), empregado especialmente em metalurgia em processos de eletrodeposição. Alguns de seus óxidos e cromatos são usados como corantes. Foi descoberto em 1797 por Louis Nicolas Vauquelin no mineral crocoíta encontrado na Rússia.

Ponto de fusão 2130 K

Ponto de ebulição 2945 K

Densidade 7,41 g/mL

Valência Cr+6 e Cr+3

Cromo decorativo

Aplicado sobre ferro, alumínio, latão, ZAMAK, polímeros e aço inox.

Só é obtido diretamente sobre aço inox. Os demais recebem previamente um revestimento de cobre e/ou níquel.

A espessura do revestimento de cromo decorativo é de 0,2 a 1 µm

Alumínio, para tirar vantagem da baixa densidade, usado em acessórios para automóveis.

Esquema de um sistema de cromo decorativo

Ânodos para o banho de cromo são de chumbo, para evitar o enriquecimento do banho em Cromo pela sua dissolução, dada a baixa eficiência catódica.

Composição do banho de cromo decorativo

baixa conc. alta conc.

CrO3 250 g/L 400 g/L

SO4-2 2,5 g/L 4 g/L

relação 100/1

Temperatura 32 – 49 °C

Dens. Corrente 5 – 25 A/dm2

No banho de cromo, se usada baixa densidade de corrente, há redução do Cr+6 para Cr+3 e evolução de H2.

~80-90% do consumo de carga

Uso de eletrodos insolúveis - chumbo

Controle da presença de CrO3 pela densidade do banho

Relação condutividade, densidade x conc. CrO3

Eficiência catódica x Conc. Sulfato

Aspecto de um depósito de cromo decorativo

Microfissuras (600 a 3000 por polegada linear)