ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ ОЛОВО-НИКЕЛЕВЫХ ПОКРЫТИЙ
ELECTROLYTE FOR ELECTRODEPOSITION OF TIN-NICKEL COATINGS

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 Na<sub>2</sub>SnO<sub>3</sub>
30
Никель в виде Na<sub>2</sub>Ni(CN)<sub>4</sub>
0,06-0,12
Натр едкий свободный NaOH
10
Натрий цианистый (свободный) NaCN
0,25
2
Режим работы: температура электролита 75°C, катодная плотность тока 1 А/дм.
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/дм<sup>2</sup>
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 SnSO<sub>4</sub>
280-290
Никеля сульфат NiSO<sub>4</sub>·7H<sub>2</sub>O
35-40
Аммония фторид NH<sub>4</sub>F
50
Бензамид (ацетамид)
2
2
Условия электролиза: катодная плотность тока 0,6-0,9 А/дм; 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/дм<sup>2</sup>
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.
2
2
3
Никель муравьинокислый, 2-водный, ГОСТ 4465-74, ч, химическая формула Ni(HCOO)·2HO, плотность 2,154 г/см, растворим в воде.
4
2
2
4
2
3
Аммоний щавелевокислый, 1-водный, аммоний оксалат, ГОСТ 5712-78, чда, химическая формула (NH)CO·HO, плотность 1,50 г/см, температура плавления - разлагается, растворимость 2,6 г в 100 г холодной воды и 11,8 г в 100 г горячей воды.
4
3
2
3
Аммоний хлористый, NHCl, ГОСТ 3773-72, плотность 1,526 г/см. При нагревании до 338°C полностью распадается на NH и HCl. В воде хорошо растворим (37,2 г в 100 г HO при 20°C), растворы имеют слабокислую реакцию.
3
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 см 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.
2
Из приготовленных электролитов осуществляли электроосаждение олово-никелевых покрытий при температуре электролита 40-60°C и катодной плотности тока 0,5-5 А/дм.
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.
2
Другим преимуществом заявляемого электролита является то, что электролит обладает более широким диапазоном рабочей плотности тока (0,5-5,0 А/дм), 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/дм<sup>2</sup>
0,5
3
5,0
0,6-0,9
Таблица 2
Номера примеров
Содержание никеля, ат.%
Скорость коррозии Sn-Ni покрытий, г/м<sup>2</sup> ч, полученных при катодных плотностях тока, А/дм<sup>2</sup>
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
-
-