Способ электроосаждения сплава олово-висмут

 

Изобретение относится к нанесению металлических покрытий. Целью изобретения является повышение износостойкости, защитной способности и скорости осаждения покрытий. Способ включает электроосаждение сплавов из сернокислого электролита, при этом ведение процесса осуществляют биполярным импульсным током N-последовательными циклами импульсов, каждый из которых состоит из повторяющихся серий, включающих M высокочастотных катодных и анодных пачек и одну низкочастотную катодную пачку. От первого цикла к N-уменьшают количество высокочастотных катодных и анодных пачек в сериях от M до единицы и среднюю плотность тока от 2 до 0,5 А/дм<SP POS="POST">2</SP>. Частота следования импульсов в высокочастотных катодных и анодных пачках равна 400 Гц, в низкочастотной катодной пачке 25 Гц. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 25 О 5/18,3/60

ГОСУДАР СТ В Е ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

6й4б

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4464936/02 (22) 21.07.88 (46) 07.07.91, Бюл. М 25 (71) Днепропетровский институт инженеров железнодорожного транспорта им, М.И.Калинина (72) В.M.Çàìóðíèêîâ, H.À.Êîñòèí, В.А.Заблудовский, В.И.Каптановский и В,Г,Панченко (53) 621.357.7.035.4:669.65.76(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1216256. кл. С 25 D 5/18, 1986.

Итоги науки и техники, Электрохимия, Т.16, М., 1980, с. 57. (54.) СПОСОБ ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ

СПЛАВА ОЛОВО-ВИСМУТ (57) Изобретение относится к нанесению металлических покрытий. Целью изобретеИзобретение относится к электроосаждению сплава олово-висмут и может быть использовано в электротехнической и электронной промышленности, Цель изобретения — повышение износостойкости, защитной способности и скорости осаждения покрытий.

Электроосаждение покрытий из сернокислого электролита на импульсном токе осуществляют тремя последовательными циклами импульсов, включающих высокочастотные катодные и анодные пачки импульсов и одну низкочастотную катодную пачку, причем от первого цикла к третьему уменьшают количество высокочастотных пачек в циклах от 5 до 1 и среднюю плотность тока от 2 до 0,5 А/дм . Частота следования импульсов в высокочастотных пачках составляет 400 Гц при длительности катодной пачки 3 — 6 с, анодной 0,5 — 1 с, а в низкоча„„S0 „„16б1250 А1 ния является повышение износостойкости, защитной способности и скорости осаждения покрытий. Способ включает электроосаждение сплавов из сернокислого электролита, при этом ведение процесса осуществляют биполярным импульсным током и-последовательными циклами импульсов, каждый из которых состоит из повторяющихся серий, включающих m высокочастотных катодных и анодных пачек и одну низкочастотную катодную пачку. От первого цикла к и-у уменьшают количество высокочастотных катодных и анодных пачек в сериях от m до единицы и среднюю плотность тока от 2 до 0,5 А/дм, Частота следования

2 импульсов в высокочастотных катодных и анодных пачках равна 400 Гц, в низкочастотной катодной пачке 25 Гц. 1 табл, стотной пачке — 25 Гц при длительности ее

5 — 9с, В осадках сплава во время работы высокочастотных катодных и анодных пачек импульсов со средней плотностью тока 1 — 3

А/дм происходит формирование макро- и микрослоев с повышенным (до 1,7-2 мас.%) содержанием висмута, что связано с растворением более электроотрицательного компонента сплава — олова — во время работы анодной пачки импульсов. Структуру микрослоев, полученных во время работы низкочастотной катодной пачки импульсов (средняя плотность тока 0,4-0,7 А/дм . ампг литудная 20 — 35 А/дм ), отличает невысокое

2 (0.2 — 0,3 мас.%) содержание висмута, что связано с меньшей поляризуемостью процесса осаждения олова. Чередование насыщенных дефектами слоев, отличающихся по

1661250

30

40

55 субструктуре и концентрации прочных, износостойких покрытий.

Б прилегающих к подложке слоях на первом цикле электроосаждения с количеством высокочастотных катодных и анодных пачек, равном 5, содержание висмута близко к предельному (1,7 — 2 мас.,(,), что уменьшает вероятность образования интерметаллидов олова и меди на медной подложке и повышает защитную способность покрытия. На последующих циклах количе ство высокочастотных катодных и анодных (, пачек уменьшается до 1, формируются микрослои с повышенной износостойкостью и низким стабильным переходным электрическим сопротивлением из-за уменьшения количества висмута в поверхностных слоях до

0,2-0,3 мас, 7.

Скорость нанесения покрытий повышается за счет того, что во время работы высокочастотных пачек импульсов осаждение ведется при больших средних плотностях тока (1 — 3 А/дм ), при этом скорость г осаждения составляет 1 — 1,4 мкм/мин. Наивысшая скорость осаждения покрытий наблюдается в первом цикле, так как повторяющиеся серии импульсов состоят . из 5 катодных и анодных пачек. На третьем цикле скорость снижается, так как превалирует по времени работы низкочастотная пачка катодных импульсов, Повышается рассеивающая способность, скорость осаждения (до 0,82 мкмlмин) и защитная способность покрытия, Частота следования поляризующих импульсов высокочастотной катодной пачки выбрана 400 Гц исходя из того, что дальнейшее ее повышение практически не влияет как на концентрацию компонентов в сплаве, так и на структуру и физико-механические свойства покрытий, приближаясь к структуре и свойствам покрытий, полученных на постоянном токе.

Частота следования поляризующих импульсов низкочастотной катодной пачки выбрана 25 Гц исходя из того, что при меньших частотах и средней плотности тока 0,7

А/дм происходит сильное наводороживание покрытий и образование дендритов.

Частота следования поляризующих импульсов выбрана исходя из необходимости обеспечения амплитуды плотности тока 39 А/дм, достаточной для того, чтобы достичь потенциала растворения одного из компонентов сплава — олова, что повышает содержание в сплаве более электроположительного компонента — висмута.

Параметр реверсирования, т.е. отношение длительности катодной пачки 3-6 с к длительности анодной 0,5-1 с выбран исходя из обеспечения за 3 — 6 с высокой скорости осаждения покрытий, Уменьшение длительности приводит к снижению скорости осаждения, Увеличение длительности пачки свыше 6 с приводит к уменьшению выхода олова по току, ухудшению рассеивающей способности. Интервал длительности анодиой пачки импульсов выбран исходя из того, что 0,5 — 1 с достаточно для предотвращения дендритообразования и поддержания достаточно высокой скорости наращивания покрытий сплавом. Уменьшение длительности анодной пачки импульсов менее 0,5 с не позволяет устранить дендритообразование при высоких средних значениях тока катодной пачки импульсов, Увеличение длительности анодной пачки свыше 1 с нецелесообразно из-за значительного уменьшения скорости осаждения сплава.

Длительность следования импульсов низкочастотной катодной пачки (5 — 9) с выбрана исходя из того, что при средней плотности тока 0,4 — 0,7 А/дм формируется

z микрослой достаточной толщины, способный влиять на структуру и физико-механические свойства осажденных покрытий.

Длительность работы каждого цикла выбирается исходя из толщины покрытия, которое необходимо нанести за время электролиза, Количество циклов, равное 3, и начальное количество высокочастотных катодных и анодных пачек, равное 5, выбрано для создания плавного перехода от структуры к структуре цикла.

Пример. Электроосаждение покрытий сплавом олово-висмут проводят из электролита следующего состава, моль/л: SnSOp,0,25; H2S04 1; В!(ИОз)з 5Н20 0,02; ОП вЂ” 10

5 г/л; температура 20 — 2 С; подложка— медь и ее сплавы, сталь, никель, Для получения сравнительных данных параллельно осаждают покрытия известным способом (импульсным током с чередующимися катодными и анодными пачками импульсов), Время осаждения 15 мин (3 цикла по 5 мин каждый), Частота следования импульсов в высокочастотных катодных и анодных пачках 400 Гц, длительность высокочастотной катодной пачки 4 с, анодной 1 с, частота следования импульсов в низкочастотной катодной 25 Гц, длительность пачки 7 с, количество высокочастотных катодных и анодных пачек в первом цикле 5, втором 3, третьем 1.

Свойства полученных покрытий представлены в таблице, Микротвердость измеряют на приборе

ПМТ-3 при нагрузке на индентор 5 г, Пористость покрытий определяют с помощью реактивов, дающих окрашенное со1661250 единение с материалом подложки, При осаждении на подложку из меди используют раствор состава, г/л: K4(Fe(CN)g) 40: ма $04 10нгО 2.

Содержание висмута в сплаве определяют фотокалориметрически с использованием тиамочевинного комплекса, Адгезионную прочность — качественно методом нанесения сетки царапин по ГОСТ 10

16875-71, Переходное сопротивление — согласно

ГОСТ 16876 — 71.

Об износостойкости покрытия судят по коэффициенту относительной износостой- 15 кости о при трении о закрепленный абразив на машине Х4 — Б по ГОСТ 17367-71. Эталонные образцы — технически чистое олово.

Как видно из таблицы, предлагаемый способ позволяет повысить износостой- 20 кость покрытий в 1,4 раза, скорость электроосаждения до 0,82 мкм/мин, уменьшить переходное электрическое сопротивление до 1,41 мОм.

Формула изобретения

Способ электроосаждения сплава олово-висмут, включающий осаждение из сернокислого электролита на импульсном токе, отличающийся тем, что, с целью повышения износостойкости, защитной способности и скорости осаждения покрытий, электролиз ведут тремя последовательными циклами импульсов, включающих высокочастотные катодные и анодные пачки импульсов и одну низкочастотную катодную пачку, причем от первого цикла к третьему уменьшают количество высокочастотных пачек в циклах от 5 до 1 и среднюю плотность тока от 2 до 0,5 А/дм, при этом частота следования импульсов в высокочастотных пачках составляет 400 Гц при длительности катодной пачки 3 — 6 с, анодной 0,5 — 1 с, а в низкочастотной пачке—

25 Гц при длительности ее 5 — 9 с.

1661250

« йо6х

v а х а х ххох и в о у.

Ха44ОР

1 а е х с4 н в 1 о о

С4 о со

Ф 4

« х н о х х

4 х а о о

Ф 44

Н K

OI

О III О н о ж

el ах

Z e I.

vmv о о и х

1 о

>х о и о

I о х хеv ухо 1 у ь

-Ф

3хо -охй

1 8 о

О :,) М OI

OI м м л л

1 !

Ф

Х III

4 5 о

5! дхe

1 о

«

I

I — — 4

«

« х а

О о о

A I Н о

col сС =!

E с-т о н х ™ о х о о о

CI

4 о о о о

° б б о о о о о о

«4

1:Я 1 а

Ж U о ю и о

II! х и

I о х х х е

2m о о v

III х )

5 х о х

Х1С НХХО

) 3нх.о о

I I 44 Н Ь!

I О

Х1 ХgVI х! Йнххо о ю

) й

44

Д I g t v .41 г Ыо

Х 1 ГС E Х t О

Ц ) — — - — 4 о

Н I 1 х О

I v б х

1- С4 о î со со сп о со л

«««« ю . î î о о о

О СЧ «П СС1

СО СС4 CO r С л а а м м I I сч СЧ! 1 1 I

1 1 I I

I4l IIl СО С4 4 ul и 44 Ю и СС

СЧ СЧ 4«4 С 4 СЧ о о о о о

CI О О О О

Ф б Ф