Электролит для электроосаждения олово-никелевых покрытий


 


Владельцы патента RU 2526656:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" (RU)

Изобретение относится к области получения гальванических покрытий олово-никелевыми сплавами на меди, медных покрытиях, сталях и может быть использовано в радиоэлектронике, приборостроении, машиностроении, автомобильной промышленности и др. Электролит содержит, 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 и воду до 1 литра. Технический результат: увеличение коррозионной стойкости олово-никелевых покрытий, за счет повышения содержания никеля до 35%, расширение диапазона рабочих плотностей тока, использование низких концентраций металлов в электролитах. 2 табл., 1 пр.

 

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 Na2SnO3 30
Никель в виде Na2Ni(CN)4 0,06-0,12
Натр едкий свободный NaOH 10
Натрий цианистый (свободный) NaCN 0,25

Режим работы: температура электролита 75°C, катодная плотность тока 1 А/дм2.

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/дм2 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 SnSO4 280-290
Никеля сульфат NiSO4·7H2O 35-40
Аммония фторид NH4F 50
Бензамид (ацетамид) 2

Условия электролиза: катодная плотность тока 0,6-0,9 А/дм2; 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/дм2 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.

Никель муравьинокислый, 2-водный, ГОСТ 4465-74, ч, химическая формула Ni(HCOO)2·2H2O, плотность 2,154 г/см3, растворим в воде.

Аммоний щавелевокислый, 1-водный, аммоний оксалат, ГОСТ 5712-78, чда, химическая формула (NH4)2C2O4·H2O, плотность 1,50 г/см3, температура плавления - разлагается, растворимость 2,6 г в 100 г холодной воды и 11,8 г в 100 г горячей воды.

Аммоний хлористый, NH4Cl, ГОСТ 3773-72, плотность 1,526 г/см3. При нагревании до 338°C полностью распадается на NH3 и HCl. В воде хорошо растворим (37,2 г в 100 г H2O при 20°C), растворы имеют слабокислую реакцию.

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 см3 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.

Из приготовленных электролитов осуществляли электроосаждение олово-никелевых покрытий при температуре электролита 40-60°C и катодной плотности тока 0,5-5 А/дм2.

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.

Другим преимуществом заявляемого электролита является то, что электролит обладает более широким диапазоном рабочей плотности тока (0,5-5,0 А/дм2), 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/дм2 0,5 3 5,0 0,6-0,9
Таблица 2
Номера примеров Содержание никеля, ат.% Скорость коррозии Sn-Ni покрытий, г/м2 ч, полученных при катодных плотностях тока, А/дм2
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 - -

Электролит для электроосаждения олово-никелевых покрытий, включающий олово сернокислое, соли аммония и никеля и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит препарат ОС-20, представляющий собой смесь полиоксиэтиленгликолевых эфиров высших жирных спиртов, при этом в качестве солей аммония он содержит аммоний щавелевокислый и аммоний хлористый, а в качестве соли никеля - никель муравьинокислый, при следующем соотношении компонентов, 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



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электрохимии и может быть использовано в условиях воздействия агрессивных сред, в том числе в условиях морского и тропического климата.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в машиностроении, автомобилестроении, морском транспорте и в других отраслях промышленности для увеличения коррозионной стойкости покрытий на основе сплава олово-цинк.
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в радио- и электронной промышленности. .

Изобретение относится к области гальваностегии и может быть использовано в различных отраслях промышленности, где необходимо при изготовлении деталей нанесение покрытий, идентичных по цветовым характеристикам хромовым.
Изобретение относится к области гальванотехники, в частности к электрохимическому нанесению защитных покрытий сплавом олово-цинк. .

Изобретение относится к гальваническому получению покрытий сплавом олово-цинк с содержанием олова 70-80%. .

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам получения покрытий для защиты от коррозии стальных деталей. .

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.

Изобретение относится к гальванической ванне сплава олово-цинк и способу нанесения гальванического покрытия при ее применении. .

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