Способ нанесения гальванических покрытий оловом

Авторы патента:

C25D3/32 - с использованием органических компонентов

Владельцы патента RU 2341592:

Пензенский Государственный Университет (ПГУ) (RU)

Изобретение относится к области гальваностегии и может быть использовано для нанесения покрытий оловом на металлические изделия. Способ включает приготовление электролита и осаждение олова, при этом электролит готовят растворением в дистиллированной воде 13-17 г/л пятиводного хлорида олова (IV) в пересчете на металл и 140-160 г/л молочной кислоты (80%-ной) с выдержкой электролита 24 часа при температуре 17-25°С для образования лактатного комплекса олова, а осаждение проводят при катодной плотности тока 0,5-1,0 А/дм², температуре электролита 20-28°С с использованием графитового анода. Технический результат - получение полублестящих, хорошо сцепленных с основой покрытий, повышение выхода по току. 4 табл.

Изобретение относится к гальваническому способу получения покрытий оловом.

Электрохимическое оловянирование проводится как в кислых, так и в щелочных растворах. В качестве кислых электролитов применяют растворы солей олова на основе серной, соляной, борфтористоводородной, фенолсульфоновой кислот, в качестве щелочных - станнатные и пирофосфатные.

В кислых электролитах, используемых в настоящее время в промышленности, олово находится в двухвалентном состоянии.

В качестве примера можно привести электролиты следующих составов (г/л) [3]:

1. Сульфат олова (II) - 51; серная кислота - 100; клей столярный - 2; фенол технический - 30. Процесс проводят при температуре 20-30°С и катодной плотности тока 1-3 А/дм² [3].

2. Сульфат олова (II) - 25-50; серная кислота - 80-100; о-крезол технический - 8-10; клей столярный - 1-2; 1,4-бутиндиол (35%-ный раствор) - 25-50 мл/л. Процесс проводят при температуре 18-25°С и катодной плотности тока 2-7 А/дм² при интенсивном перемешивании [3].

В отсутствие ПАВ из этих электролитов олово выделяется без заметной поляризации. В связи с этим осадки, полученные из кислых электролитов без специальных органических добавок, получаются крупнокристаллическими и уже при небольшой толщине становятся рыхлыми. Плотные, мелкокристаллические покрытия оловом можно получить из кислых электролитов, только вводя в них специальные органические вещества, повышающие катодную поляризацию. Причем осадки наилучшего качества получаются при введении в электролит одновременно нескольких органических добавок [1, 2, 3]. Так, например, в электролите 1 обязательным условием является применение именно технического фенола, в котором содержатся в качестве примесей различные органические вещества, которые способствуют получению оловянных покрытий хорошего качества. Содержание в растворах лужения большого количества различных органических веществ не только усложняет процесс утилизации отработанного электролита и промывных вод, но и не позволяет поддерживать концентрации большинства органических добавок на постоянном уровне, так как для большинства этих добавок имеются только методики качественного анализа.

Еще одним значительным недостатком кислых электролитов, содержащих соли олова со степенью окисления +2, является их нестабильность в работе, так как олово (II) окисляется, что значительно ухудшает качество покрытия. В связи с этим в данные электролиты часто в процессе нанесения покрытий необходимо добавлять пероксид водорода или пергидроль и следить за состоянием оловянных анодов (они должны иметь золотисто-желтый цвет).

Из известных электролитов наиболее близким по составу и технологическим характеристикам является электролит, содержащий: 20-51 г/л сульфата олова (II), 100 г/л серной кислоты, 2 г/л столярного клея, 30 г/л фенола. Диапазон рабочих температур - 20-30°С. Рабочая плотность тока 1,0-3,0 А/дм² [3].

Данный электролит помимо ионов олова содержит в своем составе токсичные органические вещества, что затрудняет утилизацию данного электролита и очистку промывных вод.

Техническим результатом предлагаемого способа является получение полублестящих, хорошо сцепленных с основой покрытий оловом с высоким выходом по току. Электролит должен быть стабильным в работе, простым в приготовлении и корректировке, а также не содержать токсичных органических добавок. Рабочая температура электролита не должна быть выше 30°С.

Это достигается тем, что электролит готовят растворением в дистиллированной воде 13-17 г/л пятиводного хлорида олова (IV) в пересчете на металл и 140-160 г/л молочной кислоты (80%-ной) с выдержкой электролита 24 часа при температуре 17-25°С для образования лактатного комплекса олова, а осаждение проводят при катодной плотности тока 0,5-1,0 А/дм², температуре электролита 20-28°С с использованием графитового анода.

В кислом электролите осуществляют замену олова (II) на олово (IV), что предотвращает окисление его на аноде и в объеме электролита и замену токсичных комлексообразователей на менее токсичный - молочную кислоту. Молочная кислота широко распространена в природе, она является интермедиатом процессе обмена в биологических тканях, легко биоразлагаема и поэтому экологически безопасна.

Приготовление электролита ведут следующим образом. В дистиллированной воде растворяют, согласно составу электролита, пятиводный хлорид олова (IV). Затем доливают молочную кислоту, доводят до рабочего объема дистиллированной водой и перемешивают. Электролит необходимо выдержать 24 часа при температуре 17-25°С для образования лактатного комплекса олова.

Пример конкретного выполнения способа.

Для электрохимического осаждения качественных полублестящих, хорошо сцепленных с основой покрытий олова, приготовили электролит следующего состава: пятиводный хлорид олова (IV) (в пересчете на металл) - 15 г/л, молочная кислота (80%-ная) - 150 г/л.

Осаждение проводили при катодной плотности тока 1,0 А/дм² и температуре 20°С без перемешивания, т.к. перемешивание данного раствора резко ухудшает качество осадка и снижает катодный выход по току. В качестве материала анода был использован графит. Катодный выход по току составил 95-98%, а рассеивающая способность предлагаемого электролита по металлу - 43%, по току - 90%.

В таблицах 1-4 представлены экспериментальные данные зависимостей катодного выхода по току от параметров способа осаждения.

Преимущество промышленного использования заявляемого электролита:

1. Олово находится в высшей степени окисления и, следовательно, не окисляется. Таким образом, получается стабильный в работе электролит.

2. Комплексы олова с молочной кислотой могут быть легко разрушены на стадии очистки сточных вод путем смещения значения рН выше 6.

3. Электролит сравнительно прост по составу, не содержит токсичных органических добавок, обладает хорошей рассеивающей способностью, позволяет получать покрытия хорошего качества.

Таблица 1.
Зависимость катодного выхода по току олова от катодной плотности тока.
i_k, А/Дм²	0,3	0,5	0,7	1	1,2	1,5	2	3
ВТ, %	95	96	90	87	82	78	73	57
Таблица 2.
Зависимость катодного выхода по току олова от концентрации ионов олова при катодной плотности тока 0,5 А/Дм².
[Sn⁺⁴], г/л	5	10	15	20
ВТ, %	79	95	91	86
Таблица 3.
Зависимость катодного выхода по току олова от концентрации ионов олова при катодной плотности тока 1 А/Дм².
[Sn⁺⁴], г/л	5	10	15	20
ВТ, %	68,5	87	97	93
Таблица 4
Зависимость катодного выхода по току олова от концентрации молочной кислоты.
[Hiact], мл/л	50	100	150	200	250
ВТ, %	93,7	95,5	98,6	97,3	84

Источники информации

1. Ямпольский A.M., Ильин В.А. Краткий справочник гальванотехника. - 3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1981. с 124.

2. Ларин И.О., Максименко С.А., Тютина К.М., Кудрявцев В.Н. Влияние некоторых органических веществ на процесс окисления олова в кислых электролитах для осаждения олова и его сплавов. Прогрессивная технология и вопросы экологии в гальванотехнике и производстве печатных плат: Материалы конференции. Пенза, 1996. с.6.

3. Гальванические покрытия в машиностроении. Справочник. В 2-х томах / Под ред. М.А.Шлугера. - М.: Машиностроение, 1985. - T.1. 1985. 240 с., с ил.

Способ нанесения гальванических покрытий оловом, включающий приготовление электролита и осаждение олова, отличающийся тем, что электролит готовят растворением в дистиллированной воде 13-17 г/л пятиводного хлорида олова (IV) в пересчете на металл и 140-160 г/л молочной кислоты (80%-ной) с выдержкой электролита 24 ч при температуре 17-25°С для образования лактатного комплекса олова, а осаждение проводят при катодной плотности тока 0,5-1,0 А/дм², температуре электролита 20-28°С с использованием графитового анода.

Изобретение относится к гальваностегии, к электрохимическому осаждению цинка и может быть использовано в машиностроении, приборостроении, электронной промышленности для покрытия различных деталей.

Способ электроосаждения олова // 2208664

Изобретение относится к гальваностегии, к электрохимическому осаждению олова и может быть использовано в машиностроении, приборостроении, электронной промышленности для покрытия различных деталей.

Способ электроосаждения олова // 2205902

Станнитный электролит-коллоид с добавкой поверхностно- активного вещества октил-аминобензойной кислоты // 2189404

Изобретение относится к прикладной электрохимии, в частности к гидрометаллургии, и предназначено для снижения энерго- и материалозатрат при электроосаждении олова.

Дробь для охотничьего патрона и способ ее обработки // 2141011

Изобретение относится к технологии изготовления дроби для охотничьих патронов, предназначенных для стрельбы из гладкоствольных ружей, и может быть использовано в военной промышленности.

Способ приготовления блескообразующей добавки // 2123070

Изобретение относится к области получения гальванических покрытий, в частности покрытий из олова и его сплавов, и может быть использовано при производстве многослойных плат в электронной и радиотехнической промышленности.

Способ восстановления химического состава электролита лужения в процессе эксплуатации // 2114218

Изобретение относится к электролитам лужения, которые могут быть использованы для нанесения покрытий при производстве белой жести. .

Кислый электролит для электроосаждения белстящих покрытий сплавом олово-свинец // 2113555

Изобретение относится к гальванотехнике, а именно к электроосаждению блестящих покрытий сплавом олово-свинец. .

Способ замены типа электролита лужения жести // 2103419

Изобретение относится к электролитическому нанесению покрытий на непрерывно движущуюся полосу и может быть использовано при производстве электролитически луженой жести.

Способ электролитического лужения жести // 2103418

Изобретение относится к электролитическому нанесению покрытий, в частности к лужению, и может быть использовано при производстве белой жести. .

Композиция электролита для лужения и способ электролитического лужения поверхностей // 2357014

Изобретение относится к области гальванотехники, в частности к электролитическому лужению полосы или пластины из стали в технологической линии непрерывного действия

Композиция для электролитического осаждения металла, содержащая выравнивающий агент // 2547259

Изобретение относится к композиции для электролитического осаждения металла, применению полиалканоламина или его производных, а также к способу осаждения слоя металла. Композиция для электролитического осаждения металла содержит источник ионов металла и по меньшей мере один выравнивающий агент. В качестве ионов металла используют ион меди. Выравнивающий агент представляет собой полиалканоламин или его производные, получаемые алкоксилированием, замещением либо алкоксилированием и замещением полиалканоламина. Полиалканоламин получают конденсацией по меньшей мере одного триалканоламина общей формулы N(R1-OH)3 (la) и/или по меньшей мере одного диалканоламина общей формулы R2-N(R1-OH)2 (lb), в котором радикал R1 независимо выбран из двухвалентного линейного или разветвленного алифатического углеводородного радикала, имеющего от 2 до 6 атомов углерода, радикал R2 выбран из водорода, линейных или разветвленных алифатических, циклоалифатических и ароматических углеводородных радикалов, имеющих от 1 до 30 атомов углерода. Полученные полиалканоламин или его производные применяют в растворе для электролитического осаждения металла. Способ осаждения слоя металла на подложку заключается в том, что вначале раствор для электролитического осаждения металла, содержащий вышеуказанную композицию, наносят на подложку. Затем на подложку подают ток определенной плотности в течение времени, достаточного для осаждения слоя металла. Изобретение позволяет получить выравнивающий агент, обладающий хорошими выравнивающими свойствами, а также получить плоский слой металла с образованием ровной поверхности, заполнив элементы нанометрового и микрометрового размера без образования дефектов. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл., 17 пр.