Электролит для осаждения покрытий сплавом олова

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„162935 (51) 5 С 25 0 3/60

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4477067./07 (22) 28.06.88 (46) 23.02.91. Бюл. " 7 (71) Институт общей неорганической химии АН УССР (72) Л.В.Богданович, Н.М.Сарнавский, Н.Х.Туманова и В.Ф.Лапшин (53) 621.3577.:669.6.73(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 637466, кл. С 25 D 33//6600, 1978.

Авторское свидетельство СССР

Р 531897, кл. С ?5 П 3/60, 1976. (54) ЭЛЕКТРОЛИТ ЛЛЯ ОСАЖДЕНИЯ ПОКРЫТИЙ СПЛАВОМ ОЛОВА

Изобретение относится к гальнаностегии, в частности к электрохимическому нанесению олово-кадмиеных. покрытий из водных растворов, и может быть использовано в машиностроении, I судостроении, а также в электронике и радиотехнике.

Цель изобретения — повышение коррозионной стойкости и паяемости покрытий, а также стабильности электролита.

Процесс ведут при наложении катодной поляризации при комнатной температуре (70+5 С), плотности тока 0,52,0 А/дм, н течение 20 мин с использованием анодов из сплава олово †кадмий (1:1) и катода из различных видов сталей.

Оптимальный состав электролита и условия электролиза, обеспечивающие получение высококачественных глянцеВых покр ITHH, IIpHBPpPны н табл.1.

2 (57) Изобретение относится к электрохимическому нанесению покрытий металлами, а именно сплавом олово-кадмий.

Целью изобретения является повышение коррозионной стойкости, паяемости покрытий, а также стабильности электролита, Состав содержит, г/л: сернокислый кадмий 50-60, сернокислое олово 30-40, серная кислота 80-100, муравьинокислый аммоний 5-10; зтоний

1-2. Повышение коррозионной стойко— сти, стабильности электролита, улуч— шение паяемости достигается за счет введения муравьинокислого аммония и этоний. 3 табл.

Сравнительные результаты исследования свойств покрытий приведены в табл.21 конкретные примеры выполнения — в табл.3.

Сульфаты олова и кадмия являются источниками ионов разряжающихся металлов. Их содержание в растворе за— висит от состава получаемого покрытия. Максимальная концентрация С 18О4. составляет 60 г/л, поскольку при дальнейшем повышении концентрации соли н электролите содержание кадмия в покрытии не изменяется. При концентрации CdS04 менее 50 г/л н покрытии обнаруживаются следы металлического кадмия.

Мураньинокислый аммоний является комплексообразователем, с помощью которого достигается возможность регулировать состав образующегося сплава при постоянной концентрации

2+ 2 . Cd и $п в растворе. Муравьино1б?9356

Концентрация зтония определяется использованием его в качестве ПАВ, . т.е. в микроколичествах по отношению к объему раствора. При недостатке этония на поверхности покрытия видны отдельные крупные кристаллы. Избыток

ПАВ приводит к потемнению осадка. формула этония C>> H<> ClzN<04.

Содержание горной кИслоты определяется необходимостью обеспечения в растворе рН 3-5,так как при увеличении рН усиливается гидролиз солей олова, что вызывает дестабилизацию раствора, а при понижении рН наблюдается умень50

55 кислый аммоний, образуя прочный комплекс с ионами олова, вызывает резф.а кое торможение реакции разряда Sn уменьшая разрядный ток Sn, что приводит к относительному увеличению разрядного тока Cd и увеличению содержания кадмия в сплаве. Кроме того, связывание Sn" в комплекс состава о+

Sn(NHp,4 jjCTpBkIktPT BOSMORHOCTb гид- 10, Q+ ролиза солей олова, что приводит к стабилизации раствора.

Таким образом, добавка муравьинокислого аммония позволяет регулировать состав осадка, способствует ста- 15 билизации раствора, а также, благодаря своим комплексообразующим свойствам, способствует выделению металла в виде кристаллического осадка, а не дендритов, которые осаждаются из того же раствора без муравьинокислого аммония. Максимальная предельная концентрация муравьинокислого аммония как комплексообразователя определяется концентрацией солей олова. Из- д быток солей нежелателен, так как должна поддерживаться определенная кис-. лотность раствора. Определение мининальной концентрации (5 г/л) муравьинокислого аммония зависит как от со- 30 держания кадмия в покрытии, так и от помутнения раствора во времени вследствие гидролиза солей олова.

При введении в электролит этония в качестве ПАВ структура осадка становится еще мельче вследствие проявления им ингибирующих поверхностноактивных свойств. Из раствора, содержащего муравьинокислый аммоний и этоний, можно получить мелкокристалли40 ческие, плотные глянцевые осадки

Sn-Cd-сплава, Этоний, как ПАВ, обеспечивает также хорошую адгезию и равномерность покрытия по толщине. шение толщины покрытий из-за частичного растворения осадка.

При плотности тока 0,3 А/дм и оптимальном составе электролита на подложке образуется тонкое, с просветами покрытие. При значениях плотности тока выше 2 А/дм - увеличивается скорость осаждения сплава, и на поверхности появляются дендриты. Поэтому оптимальной плотностью тока .можно считать значения, находящиеся в пределах 0,5-2,0 А/дм (табл.2)..

Для приготовления электролита все солевые компоненты растворяют в не-. большом количестве воды, добавляют этоний, серную кислоту и сливают в ванну, после чего объем электролита доводят до заданного разбавлением водой.

После проведения электролиза стальные образцы, служащие катодом, удаляются из раствора, промываются и высушиваются, а затем подвергаются микроскопическому и рентгенофазовому анализу. Микроскопическое исследование проводят с помощью микроскопа

МИМ-7, рентгенойазовое — на аппарате

ДРОН-1 с Ре К-d-излучением. Толщину покрытия определяют магнитным толщиномером.

Предлаг".åìûé электролит обеспечивает получение высококачественных покрытий сплавом олово-кадмий с повышенным содержанием кадмия в сплаве (12-14X) что позволяет улучшить коррозионные свойства, паяемость покрытий и стабильность электролита.

Формула и з о б р е т е н и я

Электролит для осаждения покрытий сплавом олова, преимущественно сплавом олово-кадмий содержащий сернокислые соли олова .и соосаждаемого металла, серную кислоту и поверхностноактивное вещество, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повьппения коррозионной стойкости и паяемости покрытий, а также стабильности электролита, он дополнительно содержит муравьинокислый аммоний, а в качестве сернокислой соли соосаждаемоro металла и поверхностно-активного вещества — сернокислый кадмий и это-. ний соответственно при следующем со отношении компонентов, г/л:

Сернокислый кадмий 50-60

16?9356

Сернокислое оловое

Серная кислота

Муравьинокислый аммоний ."антоний

30-40

80-100

5-10

1-2

Таблица 11

Содерха низ кеталлов в сплава, 2 некиий вид покрытмй н стойчивость раствора ва крыт мкм

Ь Sn

99,9

99 ° 5

97,5

97,5

97 ° 5

0,01

0,5

2 ° 5

2 ° 5

2,5

Похрытия светло-серые мелкохрксталнчесхие

То ве

1В

° I

Влияние мурзвьинохислого аммония

40

1,0

8 92

Покрытия светло-серые, мелкодис-. перскокрмсталлмческие глянцевые

То ве

40, 40

2

2

2,0

5,0

10,0

12,0

21

22 . 23

23

9

12

13,5

13,5

91

88

86,5

86,5

1В

° I

Влияние llAB

Покрытия светло-серы, крупкохрнсталлические, мелкокристаллические глянцевые

То ве

1 10 80

2 10 80

3 .10 80

2 10 120

23

23

12 88

13,5 86,5

13,5 86,5 t3,5 86,5

Темные, нелкокристаллическне

Покрытия светло-серые, мелкокрмсталлические, раствор прозрачный

То хе

Влияние Не$04

2 10 100

2 10 80

2 10 60

21,5

23

13>5

13,5

13,5

86,5

86,5

86,5

Раствор мутнеет в течение сутах

П р и м е ч а н и е. dtI do 1,5 A/ótNo.

Таблица 2

Состав электролита, г/л

Внешний внд покрытий Площадь растекания сплава (O 1), мм

Стабильность рабочей ванны, нед Стабильность покрытия для пайки, мес.

Появление

БП$04 Cd$04 Этоннй Гуравьи нокнслый аммоимй следов кор" а Ф розни, ч

Известный злехтролит

440

6,0

3,0

200

Светло-серое, мелкокрнсталлическое

Предлагаемый электролит

50 40 - 1,0 5,0 80

1130

401 . 11-12

После 25 Светло-серое, мелкокрнсталиед.не мут- лнческое, глянцевое веет

1 1-12

l t-12

385

То хе

60 30 2,0 10 100 1420

40 50 0 10 100 987

40 50 3,0 10 1ОО 1360

40 50 2,0 2,0 100 . 846 ч

11-12

11-12

401

Мутнеет после

24 нед

Не.мутнеет после

25 иед

То хе

11-12

40 50 20 12 t0O 1400

410

П р н и е ч а н н е. Состав известного электролмта, г/л: БпБОч 50; CdSOq 2,0; ОП-10 20, ацетнлацетон 10; блсскообразователь 10; Но$04 120; 372-ный формалин 7,0.

Таблица 3, Стабильность рабочей ! ваняы

Состав электролита, гlл

Вневний внд покрытия линна Содерхание осадка, . L.- i...

И $04

С4$04

БпБОа Этоний

"з

МурявньноL кислый амноний

Известный электролит

Через 3 вед.раствор мутнеет

t9О 60 940

Иелкокрнсталлнческое

Предлагаемый электролит

Мелкохристалличесхое, глянцевое

То ке

В течение потугода ве мутнеет

То хе

22,0

50 40 t 0

88

5ÄO

14

12

12,5

13,5

86

88

87 ° 5

86,5

1OO

100

23 ° 0

22,0

23,0

?3,0

60 30 2,0

50 30 1,0

55- 35 1 ° 5

60 40 2,0

5,0

7,0

10 ь

II

Il ч

Влияние разлнчнык Ноличество компонентов, г/л факторов ва процесс осахдения покрытий Сульфат,Суль41ат, Этоний Иуравьм- H9$0 кадмия олова нокислый

Аммоний

l 4

Влияние концентрации 40 50 2 80 солей ион-разряхаю- 50 40 2 80 щихся металлов 55 35 2 80

60 30 2 80

70 20 2 80

П р н н е ч а к í е. 4К d а 1,5 A/äè, t .20+5oO ° врекя получения покрытия 20 кнк.

То ке

Снетло-серое, крупяокристаллическое

Темное, мелкокристаллическое

Светло-серое, мелхокристаллнческое ° глянцевое