Pregunta: Actualmente estamos investigando electrolitos de bronce cianurado para un proyecto experimental. En concreto, nos falta información detallada sobre los temas del material del ánodo, la disposición y la distribución de las capas. ¿Dispone de información y consejos prácticos para nosotros?
Respuesta: El reto en todas las deposiciones de aleaciones es garantizar una tasa de incorporación constante y uniforme de todos los componentes de la aleación. Para la mayoría de los electrolitos -incluido el bronce- existen varias recetas con parámetros a veces muy diferentes. Esto se aplica no sólo a la química, sino también a los ánodos.
Existen tablas para los distintos electrolitos que muestran qué parámetros favorecen o desfavorecen la incorporación de qué metales. En general, sin embargo, se aplica la siguiente regla:
"Las medidas polarizantes tienen un efecto más positivo cuanto más negativo es el potencial".
Esto significa, por ejemplo, que la fracción másica de estaño aumenta si
- se aumenta la temperatura
- se aumenta la densidad de corriente
- se añade más cianuro
- se reduce el contenido de hidróxido
- se reduce la concentración de cobre o
- aumenta la concentración de estaño.
Las aleaciones de cobre y estaño tienen buena resistencia a la corrosión, buenas propiedades mecánicas y gran resistencia al desgaste. El color puede variar mucho. Con un 12 % de estaño, el revestimiento es rojo, con un 18 % amarillo y con un 22 % blanco plateado. Sobre todo en el caso del revestimiento en tiras, el cambio de color permite saber muy rápidamente si el índice de instalación es correcto, incluso dentro de un pequeño margen de fluctuación.
Partimos de la base de que la capa de bronce tiene funciones técnicas y se deposita mate. Si desea obtener una capa brillante, le advertimos de que los abrillantadores para electrolitos de bronce pueden contener a menudo plomo (palabra clave de las directrices RoHS).
Los electrolitos más comunes se basan en cianuro de estanato. Se preparan tanto con sales de potasio como de sodio. Como sales metálicas se utilizan el cianuro de cobre y el trihidrato de estanato de sodio. También se utilizan electrolitos basados en pirofosfatos.
Durante la preparación se forma tricianocuprato(I) de sodio que se disocia:
CuCN + 2NaCN ↔ Na2[Cu(CN)3].
Na2[Cu(CN)3] ↔ 2Na+ + [Cu(CN)3]2-
[Cu(CN)3] 2- ↔ Cu+ + 3CN-
y el hexahidroxostanato(IV) de sodio se disocia en 2 pasos:
Na2[Sn(OH)6] ↔ 2Na+ + [Sn(OH)6] 2- ↔ 2Na+ + Sn4+ + 6OH-
Los metales se depositan principalmente a partir de aniones. El cobre se deposita a partir de la forma monovalente y el estaño a partir de la forma tetravalente. Los metales se depositan principalmente a partir de los aniones [Cu(CN)3]2- y [Sn(OH)6]2-.
Ánodos
Se utilizan electrolitos muy diferentes en función de la composición de la aleación y de la aplicación (técnica, decorativa, sustituto del níquel). Los revestimientos de bronce con un alto contenido en estaño se depositan principalmente a partir de electrolitos de cianuro de cobre-estannato de sodio. El proceso DBP 860 300 utiliza un electrolito estable, ligeramente alcalino, que contiene pirofosfato con cianuro de cobre y sulfato de estaño (II). Como ánodos se utilizan ánodos de acero insolubles. También es posible utilizar ánodos separados de cobre y estaño y trabajar con una caída de potencial de 1 a 2 voltios entre los ánodos de cobre y estaño a una temperatura máxima de 88 °C. En la práctica, sin embargo, los ánodos separados han demostrado ser la mejor solución. En la práctica, sin embargo, los ánodos separados no se han establecido debido a su complicada disposición y supervisión.
Los ánodos redondos extruidos con un contenido de estaño del 10 % en masa también han dado buenos resultados. Aún mejor: utilizar ánodos que tengan el mismo contenido de estaño que la capa que se va a depositar.
Si los ánodos son insolubles o la aleación no está optimizada (por ejemplo, contenido de Sn demasiado bajo), el contenido de metal debe corregirse continuamente utilizando sales metálicas.
En general, sólo pueden utilizarse aleaciones homogéneas como ánodos para la deposición de aleaciones, ya que las aleaciones heterogéneas sólo se disuelven de forma desigual. Es importante que los ánodos estén compuestos únicamente por la fase α. Los ánodos fundidos sólo se permiten si su contenido en estaño es < 5 %. Aquí existe el riesgo de δ-fases. Los ánodos con fases δ deben tratarse térmicamente para eliminarlas.
Las densidades de corriente anódica de 1-1,1 A/dm2 son habituales. Si la densidad de corriente es demasiado alta, incluso los ánodos bien solubles tienden a volverse pasivos. Un buen movimiento del electrolito en la cámara del ánodo tiene un efecto positivo sobre la solubilidad.
Los electrolitos de bronce estannato que contienen potasio suelen funcionar con ánodos de cobre, que se complementan con ánodos insolubles. Como ánodos insolubles se utilizan ánodos de acero o grafito. Los ánodos de cobre, en su mayoría esféricos, se colocan en cestas de acero.
Consejos prácticos: Los fabricantes de baños suelen ofrecer soluciones ya preparadas. Para cada producto químico, siga el siguiente orden de adición:
- Agua
- Hidróxido de sodio / hidróxido de potasio
- estaño
- cobre
El electrolito debe analizarse completamente después de la nueva preparación. También recomendamos realizar una prueba de la célula Hull y, en caso necesario, una prueba práctica con un cátodo angular. En la prueba de la célula Hull, se recubre una chapa de acero a 1 A con movimiento durante 10 minutos. Esto permite comprobar el rango óptimo de densidad de corriente y la distribución del grosor del revestimiento.
El consumo de los distintos componentes depende de la deposición y del arrastre. En el caso de los electrolitos de alto rendimiento, que suelen encontrarse en la zona de la banda, también hay que prestar atención a la evaporación debido a la mayor temperatura. Esto puede tener otra gran influencia en la calidad de la deposición.
La mayoría de las adiciones se realizan automáticamente a intervalos de 10.000 Ah. Para mantener una calidad elevada y constante, debería realizar una prueba de célula de casco en el mismo intervalo y compararla con una lámina de referencia.
La distribución del grosor de las capas no debería plantear problemas si se optimiza el volumen (bordes afilados) y se colocan aberturas en la zona inferior. Sólo es necesario asegurarse de que los ánodos solubles se disuelven uniformemente y de que las cestas de ánodos se llenan en consecuencia.
