Электролит для электроосаждения олово-никелевых покрытий

Электролит для электроосаждения олово-никелевых покрытий

Реферат

Область техники

Изобретение относится к области получения гальванических покрытий олово-никелевыми сплавами на меди, медных покрытиях, сталях и может быть использовано в радиоэлектронике, приборостроении, в машиностроении, автомобильной промышленности и др.

Уровень техники

Известен электролит для осаждения олово-никелевых покрытий из сплава, содержащего 5-12% никеля [Федотьев Н.П., Бибиков Н.Н., Вячеславов П.М., Грилихес С.Я. Электролитические сплавы. М.: Машгиз, 1962. - 312 с.], содержащий, г/л:

Олово в виде Na2SnO3	30
Никель в виде Na2Ni(CN)4	0,06-0,12
Натр едкий свободный NaOH	10
Натрий цианистый (свободный) NaCN	0,25

Режим работы: температура электролита 75°C, катодная плотность тока 1 А/дм².

Недостатками аналога являются: высокая токсичность цианидов и связанные с этим большие затраты на охрану труда, технику безопасности и на обезвреживание сточных вод и невысокая коррозионная стойкость покрытий, связанная с низким содержанием никеля в сплаве.

Известен электролит для нанесения сплава олово-никель на медь и ее сплавы или на медные покрытия [ГОСТ 9.305-84]:

Олово двухлористое 2-водное	45-50
Никель двухлористый 6-водный	250-300
Аммоний фтористый	60-70
pH	2-3
Температура, °C	40-50
Плотность тока, А/дм2	0,5-3,0

Недостатками аналога являются снижение защитных свойств покрытий за счет возникновения значительных внутренних напряжений, которые возрастают с увеличением плотности тока и толщины покрытия, необходимость в частой корректировке по аммонию фтористому, в противном случае олово, находящееся в электролите, быстро окисляется при указанной температуре и используемый раствор становится неустойчивым, в итоге коррозионная стойкость покрытий резко снижается. Кроме того, в электролите используется аммоний фтористый, способствующий выделению из электролита газообразного HF и не позволяющий измерять pH электролита стеклянным электродом. Еще одним недостатком аналога является высокая концентрация хлорида никеля.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату, то есть прототипом, является сернокислый электролит следующего состава [Справочник по электрохимии / Под ред. A.M. Сухотина. - Л.: Химия, 1981. - 488 с.], г/л:

Олово сульфат SnSO4	280-290
Никеля сульфат NiSO4·7H2O	35-40
Аммония фторид NH4F	50
Бензамид (ацетамид)	2

Условия электролиза: катодная плотность тока 0,6-0,9 А/дм²; температура 50-55°C. Катодный выход по току 85-90%. Содержание никеля 20-21%.

Недостатками прототипа являются относительно низкое содержание никеля в покрытии и высокая скорость коррозии олово-никелевых покрытий за счет использования фторида аммония, приводящего к возникновению значительных внутренних напряжений в покрытиях и образованию трещин, возрастающих с увеличением плотности тока и продолжительности процесса, узкий интервал рабочих плотностей тока, высокая концентрация сульфата олова, приводящая к увеличению затрат на очистку сточных вод гальванических производств.

Сущность изобретения

Задача изобретения - снижение скорости коррозии олово-никелевых покрытий за счет повышения содержания никеля до 35%, расширение диапазона рабочих плотностей тока, снижение затрат на очистку сточных вод благодаря использованию низкоконцентрированных электролитов.

Поставленная задача достигается путем создания электролита для электроосаждения покрытий из сплавов олово-никель, содержащего следующие компоненты, г/л:

Олово сернокислое	20-30
Никель муравьинокислый	20-30
Аммоний щавелевокислый	90-110
Аммоний хлористый	5-10
Препарат ОС-20	0,5-0,6
Вода	до 1 литра
pH	4,0-5,0
Температура, °C	40-60
Катодная плотность тока, А/дм2	0,5-5,0

Катодный выход по току 80%. Аноды: олово и никель.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод о том, что заявляемый электролит отличается от него введением новых компонентов, а именно никеля муравьинокислого, аммония щавелевокислого, аммония хлористого и препарата OC-20.

Никель муравьинокислый, 2-водный, ГОСТ 4465-74, ч, химическая формула Ni(HCOO)₂·2H₂O, плотность 2,154 г/см³, растворим в воде.

Аммоний щавелевокислый, 1-водный, аммоний оксалат, ГОСТ 5712-78, чда, химическая формула (NH₄)₂C₂O₄·H₂O, плотность 1,50 г/см³, температура плавления - разлагается, растворимость 2,6 г в 100 г холодной воды и 11,8 г в 100 г горячей воды.

Аммоний хлористый, NH₄Cl, ГОСТ 3773-72, плотность 1,526 г/см³. При нагревании до 338°C полностью распадается на NH₃ и HCl. В воде хорошо растворим (37,2 г в 100 г H₂O при 20°C), растворы имеют слабокислую реакцию.

Препарат ОС-20(ГОСТ 10730-82) представляет собой смесь полиоксиэтиленгликолевых эфиров высших жирных спиртов. При комнатной температуре это воскообразные чешуйки от белого до желтого цвета. Цветность расплава по йодной шкале, мг J2/100 см³ раствора, не выше 6. Водный раствор с массовой долей препарата 10% - это прозрачная бесцветная или желтоватая жидкость без механических примесей. Допускается опалесценция. Водородный показатель (pH) водного раствора с массовой долей препарата 10% 8,0-10,5.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Пример 1. Для приготовления 1 л электролита в 0,5 л горячей воды (60°C) растворяют 90 г аммония щавелевокислого и 5 г аммония хлористого. Отдельно растворяют в подкисленной серной кислотой воде (0,2 л) 20 г олова сернокислого. Отдельно растворяют в 0,2 л воды 20 г никеля муравьинокислого. В приготовленный раствор щавелевокислого аммония вводят раствор олова и раствор муравьнокислого никеля, а затем добавляют 0,5 г препарата ОС-20 и доводят водой объем электролита до 1 л.

Примеры с другими значениями компонентов электролита приведены в таблице 1.

Из приготовленных электролитов осуществляли электроосаждение олово-никелевых покрытий при температуре электролита 40-60°C и катодной плотности тока 0,5-5 А/дм².

Полученные образцы испытывали с целью определения скорости коррозии в 10% NaCl. Убыль массы образцов фиксировали гравиметрическим методом и рассчитывали массовый показатель коррозии. При определении диапазона рабочей плотности тока устанавливали верхнюю и нижнюю границы катодной плотности тока. Для их определения на образцы из стали наносили олово-никелевое покрытие толщиной 12 мкм. Полученные покрытия по внешнему виду соответствуют требованиям ГОСТа 9.301-86, а по сцеплению с основным металлом ГОСТу 9.302-88.

При всех испытаниях характеристик получаемого покрытия проводили не менее 4-5 параллельных опытов и брали среднеарифметические значения величин. Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что предлагаемый электролит (примеры 1-3) позволяет получать олово-никелевые покрытия с содержанием никеля 30-35%, обладающие низкой скоростью коррозии, в 2-6 раз меньшей по сравнению с прототипом.

Другим преимуществом заявляемого электролита является то, что электролит обладает более широким диапазоном рабочей плотности тока (0,5-5,0 А/дм²), а также в нем снижены концентрации основных компонентов, поэтому он имеет более низкую стоимость и его использование с экологической точки зрения более выгодно.

Таблица 1
Концентрация, г/л	Номера примеров
1	2	3	Прототип
Олово сернокислое	20	25	30	280-290
Никель муравьинокислый	20	25	30	-
Никель сернокислый	-	-	-	35-40
Аммоний фтористый	-	-	-	50
Бензамид	-	-	-	2
Аммоний щавелевокислый	90	100	110	-
Аммоний хлористый	5	7,5	10	-
Препарат ОС-20	0,5	0,55	0,6	-
РН	4,0	4,5	5,0	-
Температура, °C	40	50	60	50-55
Катодная плотность тока, А/дм2	0,5	3	5,0	0,6-0,9

Таблица 2
Номера примеров	Содержание никеля, ат.%	Скорость коррозии Sn-Ni покрытий, г/м2 ч, полученных при катодных плотностях тока, А/дм2
0,5	1	3	5
1	30-35	0,009	0,007	0,009	0,018
2	30-35	0,008	0,006	0,008	0,017
3	30-35	0,008	0,005	0,008	0,016
Прототип	20-21	0,035	0,031	-	-

Электролит для электроосаждения олово-никелевых покрытий, включающий олово сернокислое, соли аммония и никеля и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит препарат ОС-20, представляющий собой смесь полиоксиэтиленгликолевых эфиров высших жирных спиртов, при этом в качестве солей аммония он содержит аммоний щавелевокислый и аммоний хлористый, а в качестве соли никеля - никель муравьинокислый, при следующем соотношении компонентов, г/л:

олово сернокислое	20-30
никель муравьинокислый	20-30
аммоний щавелевокислый	90-110
аммоний хлористый	5-10
препарат ОС-20	0,5-0,6
вода	до 1 литра