ЩАВЕЛЕВОКИСЛЫЙ ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ СПЛАВА МЕДЬ-ОЛОВО
OXALATE ELECTROLYTE FOR DEPOSITING COPPER-TIN ALLOY

Изобретение относится к гальваническому осаждению покрытий сплавом медь-олово с содержанием олова 5-35% и может быть применено для осаждения защитно-декоративных, коррозионно-стойких покрытий, а также в качестве подслоя.
Известны цианидные, сульфатные, станнатно-цианидные, пирофосфатные, щавелевокислые электролиты для осаждения сплава медь-олово [1-4].
Недостатками известных способов являются: высокая экологическая опасность, высокая концентрация компонентов, работа при повышенной температуре, низкая стабильность.
Наиболее близким по характеристикам осаждаемого покрытия является щавелевокислый электролит, имеющий следующий состав электролита, г/л: сульфат меди 20-25, сульфат олова 3-10, аммоний щавелевокислый 45-55, борная кислота 15-25, желатин 0,1-0,2, триэтаноламин 0,3-0,5, вода до 1 л [3].
Однако щавелевокислый электролит отличается низким качеством покрытия, повышенным содержанием веществ трудно разлагаемых в сточных водах (борная кислота) и необходимостью частой корректировки в результате частичного окисления олова.
Техническим результатом предлагаемого электролита является осаждение защитно-декоративных, износостойких с низким значением переходного электросопротивления зеркально блестящих покрытий сплавом медь-олово. Исчезает необходимость частой корректировки электролита, повышается экологическая безопасность электролита.
-5
-3
Это достигается тем, что щавелевокислый электролит для осаждения сплава медь-олово, содержащий сульфат меди пятиводный, сульфат олова, желатин и воду согласно предложенному изобретению, дополнительно содержит метиленовый синий, ванилин, ацетат натрия при следующем соотношении компонентов, г/л: сульфат меди пятиводный 20-25; сульфат олова 3-10; аммоний щавелевокислый 45-55; ацетат натрия 10-20; желатин 0,1-0,5, ванилин 0,1-0,5; метиленовый синий 5·10-1·10 моль/л; вода до 1 л.
Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод о том, что заявляемый электролит отличается от известного введением новых компонентов, а именно ацетата натрия, ванилина, метиленового синего.
В таблице 1 приведена зависимость изменения концентрации Sn(IV) от концентрации метиленового синего.
Таблица 1
Зависимость изменения концентрации Sn(IV) от концентрации метиленового синего
Концентрация добавки, моль/л
Q, А·ч/л
0
1
5
10
14
0 (добавка не вводилась)
C<sub>Sn(IV)</sub>, моль/л
0,02
0,02
0,06
0,09
0,1
5·10<sup>-5</sup>
C<sub>Sn(IV) </sub>моль/л
0
0,012
0,035
0,038
0,038
2,5·10<sup>-4</sup>
C<sub>Sn(IV)</sub> моль/л
0
0,005
0,0076
0,0076
0,0075
5·10<sup>-4</sup>
C<sub>Sn(IV) </sub>моль/л
0
0,002
0
0
0,002
1·10<sup>-3</sup>
C<sub>Sn(IV) </sub>моль/л
0
0
0
0
0
доб
доб
-4
-4
Важно отметить, что метиленовый синий в процессе осаждения сплава не расходуется, так как добавка регенерируется на катоде. Из таблицы 1 видно, что с увеличением добавки скорость окисления Sn(II) уменьшается и при С=10 моль/л процесс окисления двухвалентного олова не происходит. Следовательно, оптимальной концентрацией добавки С=10 моль/л. Другой особенностью добавки является то, что при ее наличии в электролите покрытия получаются более блестящими, чем в электролите прототипа.
2
Применение ванилина в качестве блескообразователя обеспечивает зеркальный блеск на плотности тока 0,5 А/дм.
Таким образом, применение электролита позволяет увеличить стабильность электролита, повысить декоративные свойства покрытия, а также улучшить его экологические свойства.
Электролит готовят следующим образом.
-4
В емкости растворяют 55 г аммония щавелевокислого в воде при температуре 60°C, добавляют 0,2 г желатина в виде раствора в теплой воде, 20 г сульфата меди и 15 г ацетата натрия при интенсивном перемешивании. Затем вводят 5·10 моль/л метиленового синего, 0,1 г ванилина. Сульфат олова вводится в количестве 6 г и интенсивно перемешивается. Затем объем полученного раствора доводят до 1 литра и охлаждают до комнатной температуры. Требуемое значение pH=5 корректируют при помощи щавелевой кислоты или раствора аммиака.
Приготовленный электролит имеет следующий состав, г/л:
сульфат меди пятиводный
20
сульфат олова
6
аммоний щавелевокислый
55
ацетат натрия
15
ванилин
0,1
метиленовый синий, моль/л
5·10<sup>-4</sup>
вода
до 1 л
температура, 20°C катодная плотность тока, А/дм<sup>3</sup>
0,2-0,7
Примеры с различными значениями концентраций заявляемого электролита приведены в таблице 2.
Таблица 2
Примеры состава щавелевокислого электролита сплава медь-олово
Состав электролита
Номер электролита
1
2
3
4 (прототип)
сульфат меди пяти-водный
20
20
20
23
сульфат олова
3
6
10
5
аммоний щавелевокислый
55
55
55
50
борная кислота
-
-
-
20
ацетат натрия
15
15
15
-
желатин
0,2
0,2
0,2
0,15
ванилин
0,1
0,1
0,1
-
метиленовый синий, моль/л
5·10<sup>-4</sup>
5·10<sup>-4</sup>
5·10<sup>-4</sup>
-
триэтаноламин
-
-
-
0,4
Сплав медь-олово наносили на медь или медные сплавы. Качество полученных покрытий сплавом медь-олово оценивали по внешнему виду в соответствие с требованиями ГОСТа 9.301-86. Для определения стабильности электролита провели ряд циклов выработки электролита. Оказалось, что если ввести в щавелевокислый электролит метиленовый синий, то он становится более стабильным по сравнению с прототипом. При прохождении 30 А·ч в электролите не наблюдались изменения внешнего вида покрытия. Электролит не содержит веществ, создающих повышенную экологическую опасность.
Таким образом, предлагаемый электролит позволяет получить покрытия сплавом медь-олово, качество которых соответствует требованиям указанных выше стандартов и в процессе эксплуатации электролита не проходит необратимых изменений, нарушающих его стабильность. Дополнительным преимуществом электролита по сравнению с прототипом является более высокая экологическая безопасность, лучший внешний вид покрытий, включает в себя меньшую концентрацию компонентов, что уменьшает его стоимость.
Источники информации:
1. Гальванические покрытия в машиностроении. Справочник. В 2-х томах / Под ред. М.А.Шлугера. - М.; Машиностроение, 1985.
2. В.В.Бондарь, В.В.Гриница, В.Н.Павлов. Электроосаждение двойных сплавов. (Итоги науки и техники), 1979, 16, 329 с.
3. Патент РФ, 17.09.1997 20.05.1999, Лукомский Ю.Я., Кунина О.Л., Электролит бронзирования, патент России №2130513 97115437/02.
4. Электролитическое осаждение сплавов / Под ред. В.А.Аверикина. - М.: Машгиз, 1961.