Электролит для осаждения сплава цинк-олово

Электролит для осаждения сплава цинк-олово

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: в радиотехнической, электронной, автомобильной и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: электролит содержит, г/л: тетрахлорид олова 5-30; оксид цинка 8-14: гидроксид натрия 100-150; продукт поликонденсации этилендиамина и эпихлоргидрина 0,2-5,0; М-(/ -оксиэтил)- М-этил-пфенилендиаминсульфат 0,1-0.2. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я >з С 25 D 3/56

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4921523/26 (22) 26.03.91 (46) 15.04.93. Бюл. N 14 (71) Московский химико-технологический институт им.Д.И,Менделеева и Институт экологически рациональных технологий обработки поверхности. Академия творчества

СССР (72) В.И,Харламов, М, В. Никольский, А.Б.Вакка, Г.А,Горкуненко и Т.А,Ваграмян (56) Шлугер М,А. Гальванические покрытия в машиностроении. Справочник, M.: Машиностроение, 1985, т,l, 1985, с.240, Химический энциклопедический словарь. / Под ред, И,Л.Кнунянц. М.: Советская энциклопедия, 1983. с.792.

Изобретение относится.к области гальваностегии, в частности к электрохимическому осаждению покрытий сплавом цинк-олово, и может найти применение в радиотехнической, электронной; автомобильной, машиностроительной и других отраслях промышленности.

Цель изобретения является снижение шероховатости получаемого покрытия, повышение его пластичности, уменьшение внутренних напряжений, Указанная цель достигается тем, что в электролит для нанесения покрытий из сплава цинк-олово, содержащий оксид цинка, тетрахлорид олова и гидроксид натрия дополнительно вводят продукт поликонденсации этилендиамина с эпихлоргидрином. а также N-(j3-оксиэтил)-N-этил-и-фенилендиа„,. Ы„„1808883 А1 (54) ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ

СПЛАВА ЦИНК-ОЛОВО (57) Использование: в радиотехнической, электронной, автомобильной и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: электролит содержит, г/л: тетрахлорид олова 5-30; оксид цинка 8-14; гидроксид натрия 100-150; продукт поликонденсации этилендиамина и эпихлоргидрина 0,2-5,0; N-ф-оксиэтил)-N-этил-пфенилендиаминсульфат 0,1-0,2. 2 табл, минсульфат при следующем соотношении компонентов, г/л:

Zn0 8-14

SACI4 5Н20 5-30

Na0H 100-150

Продукт поликонденсации

N-P-оксиэтил)-N-этили-фенилендиаминсульфат 0,1-0,2

Процесс осаждения проводится при температуре 18-40 С и катодной плотности тока 25-1000 А/м . В качестве анодов ис2 пользуются цинковые пластины марки Ц1.

Электролит периодически корректируется по содержанию ионов олова.

Органическая добавка N-ф.оксиэтил)-Nэтил-и-фен иле ндиами нсул ьфат (ЦП В-2) представляет собой бесцветные кристаллы, 1808883 хорошо растворимые в воде. Добавка ЦПВ2 используется в цветной фотографии и имеет следующую Формулу: (НОСН2СН2)(С2Нь)

ЫС6Н ИН Нг504, Применение этого вещества в гальванотехнике неизвестно, Продукт поликонденсации этилендиамина с эпихлоргидрином представляет собой вязкую жидкость от желтого до светло-коричневого цвета, смешивающуюся с водой в любых соотношениях, имеет характерный запах, Применение подобного рода добавок известно в цинковании для получения блестящих цинковых покрытий.

Синтез добавки проводится следующим образом. Расчетное количество этилендиамина смешивается с расчетным количеством горячей воды. Смесь заливается в ячейку, к которой подключаются термостэт, обратный холодильник, механическая мешалка, Нагревание продолжается при перемешивании до достижения температуры

70 С. Затем через каждые полчаса в ячейку вводится одна десятая часть от расчетного количества эпихлоргидрина. После добавления последней порции эпихлоргидрина термастат отключается, перемешивание раствора продолжается еще в течение 1 ч.

Смесь при этом остывает.

В табл.1 приведены результаты испытаний из которых следует, что положительное действие на свойства электролитов и осадков, оказывает добавка, синтезируемая при указанном в табл..2 (примеры 1-3) соотношении компонентов.

Изменение весовых соотношений этилендиамина и эпихлоргидрина в синтезе не позволяет получить продукт поликонденсации, который в совокупности с добавкой

ЦПВ-2, дает возможность осаждать покрытия сплавом цинк-олово из цинкатно-станнатных электролитов с улучшенными характеристиками (низкими внутренними напряжениями, высокой пластичностью. малой шероховатостью). При любом изменении соотношения компонентов и условий проведения синтеза (примеры 13-16) покрытия в конечном итоге получаются шероховатыми, с высОкими внутренними напряжениями и низкой пластичностью.

Электролит готовят следующим образом. Отдельно приготавливают станнатный и цинкатный комплексы. Первый из них получают путем приливания раствора соли олова к раствору едкого натрэ, образующийся при этом осадок метаоловянной кислоты удаляют декантированием. Для получения цинкатного комплекса порошкообрэзный оксид цинка вводится при непрерывном перемешивании в подогретый до 90-100 С раствор едкого нэтра.

После сливания полученных растворов, к ним добавляют предварительно растворенную добавку ЦПВ-2 и заранее синтезированный продукт поликонденсации зтилендиамина с эпихлоргидрином. Затем . готовый электролит доводят водой до нужного обьема, Например, растворяем 120 г/л едкого натра. К половине раствора приливаем при

"0. перемешивании предварительно растворенные 15 г/л тетрахлорида олова. Раствор декантируем. Подогреваем оставшуюся часть раствора едкого натра и при непрерывном перемешивании вводим в него порошкообразный оксид цинка 10 г/л до полного его растворения (табл,10 пример 2), Сливаем полученные растворы и добавляем к ним,предварительно растворенную добавку ЦПВ-2 0,1 г/л и синтезированный про20 дукт поликонденсации этилендиамина с эпихлоргидрином в количестве 3 г/л. Электролит доводим водой до обьема 1 л.

Электроосаждение проводили при плотности тока 500 Al м и температуре

30 С. Полученные покрытия содержали

18% олова, имели красивый внешний вид (плотные, светлые, полублестящие), Измеренная пластичность составляла 86%. При оценке шероховатости покрытия среднеарифметическое отклонение профиля Ra составляло 0,2 мкм. внутренние напряжения сжатия — 30 МПа, Концентрация гидроксидэ натрия выбиралась исходя из соображений наибольшей

35 устойчивости цинкатного и станнэтного комплексов и предотвращения пэссивации анодов. Уменьшение концентрации щелочи в.электролите ниже 100 г/л приводит к выпадению из раствора гидроксидов цинка и

40 олова, уменьшению электропроводности раствора и пассивации анодов. Увеличение содержания гидроксида натрия в электролите более 150 г/л значительно снижает как выход по току, так и предел допустимой

45 плотности тока, Введение в электролит продукта поликонденсации этилендиамина с эпихлоргидрином в совокупности с добавкой ЦПЬ2 в указанных количествах увеличивает пластичность покрытия, уменьшает шероховатость поверхности и внутренние напряжения в осадках. поскольку адсорбируясь на поверхности, добавки препятствуют включению в осадок водорода.

После пропускания 100 А.ч/л электричества необходимо дополнительно вводить продукт поликонденсации в количестве 0,1 г/л и добавку ЦПВ-2 в количестве 0,05 г/л.

Для расширения предела допустимых плотностей тока и улучшения качес rea осад1808883 ков получаемых при низких плотностях тока, в состав электролита возможно введение тиомочевины в количестве 0,3-1,0 г/л, Изобретение иллюстрируется следующими примерами, сведенными в таблицу.

Осаждение сплава проводили на образцы из углеродистой стали марки Ст,3, Для оценки пластичности покрытия использовали латунные образцы. Пластичность определяли методом гиб-перегиба на приборе НГ-1-3М и рассчитывали по формуле: N = а/ао 100, где а — количество перегибов образца до излома осажденного сплава толщиной 20 мкм, ао — количество перегибов латунного образца без покрытия, Измерение внутренних напряжений проводили методом деформации гибкого катода. Шероховатость оценивали с помощью профилографа М-201 завода "Калибр".

Как видно из приведенных примеров, увеличение содержания оксида цинка выше

14 г/л (пример 5) и тетрахлорида олова более 30 г/л (пример 7) приводит к ухудшению качества покрытий сплавом цинк-олово. Покрытия становятся темными, матовыми, что ведет к увеличению их шероховатости, Внутренние напряжения растут. Снижение концентрации в электролите тетрахлорида олова менее 5 г/л и оксида цинка ниже 8 г/л (примеры 6, 4) приводит к уменьшению выхода сплава по току, а следовательно, и к падению скорости осаждения покрытия. Сужается интервал допустимых плотностей тока (при 500 а/м осадки получаются матог выми). Пластичность и шероховатость ухудшаются, в то же время внутренние напряжения в осадках растут..

Как указано выше, уменьшение общей концентрации гидроксида натрия в электролите ниже 100 г/л приводит к выпадению из раствора гидроксида цинка и олова, уменьшению электропроводности раствора и анодной пассивации. В связи с этим изучение свойств покрытий из электролитов с концентрацией щелочи менее 100 г/л не проводилось, Увеличение содержания более 150 г/л значительно снижает как выход по току, так и предел допустимой плотности тока (пример 8), 0,2-5,0

В присутствии в электролите продукта поликонденсации менее 0,2 г/л (пример 11), а также ЦПВ-2 с концентрацией менее 0,1 г/л (npvMep 9) приводит к ухудшению каче5 ства осадков, увеличению их шероховатости и росту внутренних напряжений, Пластичность покрытия падает. Повышение кон центрации продукта поликонденсации выше 5 г/л (пример 12) и ЦПВ-2 более 0,2 г/л (при10 мер 10) не оказывает заметного влияния на внешний вид осадков, однако приводит к снижению пластичности покрытия и увеличению внутренних напряжений по сравнению с осадками, получаемыми при

15 оптимальной концентрации добавок (примеры 1-3), Повышение температуры электролиза (пример 3) нецелесообразно экономически,. так как при этом не наблюдается дальней20 шего улучшения характеристик покрытий.

Как видно, электролит по изобретению позволяет наносить полублестящие покрытия сплавом цинк-олово с содержанием олова до 207, в интервале плотностей тока

25 25-1000 А/м . Получаемые осадки обладают высокой пластичностью, низкими внутренними напряжениями, имеют малую шероховатость поверхности, Формула изобретения

30 Электролит для осаждения сплава цинколово, включающий оксид цинка, соединение олова и гидроксид натрия, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью снижения шероховатости покрытия, повышения его пла35 стичности, снижения внутренних напряжений, он дополнительно содержит продукт поликонденсации этилендиамина и эпихлоргидрина, N-(P-оксиэтил)-N-этил-и-фенилендиаминсульфат, а в качестве соединения

40 олова его тетрахлорид при следующем соотношении компонентов, г/л:

Оксид цинка 8-14

Гидроксид натрия 100-150

Тетрахлорид олова 5-30

45 Продукт поликонденсации этилендиамина и эпихлоргидрина

N-(P-Оксиэтил)-N-этили-фенилендиамин50 сульфат 0,1-0,2

1808883

Та бли ца 1

Состав электролита, г/л

Режим эл-эа

Свойства покрытий и электролита

Пример о, IK> с, С

А/ма

Качество

В4>

МПа мкм

BT Плас4 тичн.

Sn, ма с.

82 93

0,3 Полублес.

О 2

О 2

25

63 87

45,85

0,1

100 0,2

19 !

500 30

29

1 8 5

1000

25 20

500 30

1000 40

0,3

75 90

62 86

48 82

3 !

0,2

0,1!

20 3

10 15

0,3

0,2

81 90

69 Е5

49 82

100 30

500 30

1000 50

0,3

14 30

0,2

150 5

0,2

29

500 Зо ЗЕ

40 52

70 о, !

120 3

1, I Те<<нов матовое

5 !5

500 30

Ф

20 15

62

55 78

42 70

6ц о, 9.

l20 3

120. 3

0,1

500 30

500 30

0,1

10 2

I 3

Осыпаю70

30 ! е

0,1

120

10 35

10 15

0,1 500 30

170 шееся

40 60

1,8 Темное матовое

О,ос

500 30

10 !5

120

500 30

500 . 30

500 30

500 30

68 75

42 61

120

10 15

10 15

10 15

16

0,1

О, I

120

0,1

51

87 .82

19

120

10 15

10 15

120

30

500

0, I

120

10 15

5оо

0,1

120

120

10 15

10 15

25 0,5

l9

8О

500

0,>

100

100

120

18

Прототип

120

91 l,7 Светлое матовое

2 a I S 2<<>>O П.ПП Пр . (II>I>-2 полин.. ции пример 18 вместо концентрации бпс1. л .:« s I: I<<.íграцня 1<ат5п03 ц

64 73

50 60

4? 58

4Å 59

45 58

40 56

65 60

О 7 Полублес

1,9 Матовое

0,7 Полублес.

1, 5 Матовое

7 -н1,9

1,6

1 8

1808883

Таблица 2

Составитель В.Харламов

Техред М.Моргентал Корректор Н.Кешеля

Редактор Л.Волкова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1258 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5