ЩАВЕЛЕВОКИСЛЫЙ ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ СПЛАВА МЕДЬ-ОЛОВО Российский патент 2013 года по МПК C25D3/58 

Изобретение относится к гальваническому осаждению покрытий сплавом медь-олово с содержанием олова 5-35% и может быть применено для осаждения защитно-декоративных, коррозионно-стойких покрытий, а также в качестве подслоя.

Известны цианидные, сульфатные, станнатно-цианидные, пирофосфатные, щавелевокислые электролиты для осаждения сплава медь-олово [1-4].

Недостатками известных способов являются: высокая экологическая опасность, высокая концентрация компонентов, работа при повышенной температуре, низкая стабильность.

Наиболее близким по характеристикам осаждаемого покрытия является щавелевокислый электролит, имеющий следующий состав электролита, г/л: сульфат меди 20-25, сульфат олова 3-10, аммоний щавелевокислый 45-55, борная кислота 15-25, желатин 0,1-0,2, триэтаноламин 0,3-0,5, вода до 1 л [3].

Однако щавелевокислый электролит отличается низким качеством покрытия, повышенным содержанием веществ трудно разлагаемых в сточных водах (борная кислота) и необходимостью частой корректировки в результате частичного окисления олова.

Техническим результатом предлагаемого электролита является осаждение защитно-декоративных, износостойких с низким значением переходного электросопротивления зеркально блестящих покрытий сплавом медь-олово. Исчезает необходимость частой корректировки электролита, повышается экологическая безопасность электролита.

Это достигается тем, что щавелевокислый электролит для осаждения сплава медь-олово, содержащий сульфат меди пятиводный, сульфат олова, желатин и воду согласно предложенному изобретению, дополнительно содержит метиленовый синий, ванилин, ацетат натрия при следующем соотношении компонентов, г/л: сульфат меди пятиводный 20-25; сульфат олова 3-10; аммоний щавелевокислый 45-55; ацетат натрия 10-20; желатин 0,1-0,5, ванилин 0,1-0,5; метиленовый синий 5·10^-5-1·10^-3 моль/л; вода до 1 л.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод о том, что заявляемый электролит отличается от известного введением новых компонентов, а именно ацетата натрия, ванилина, метиленового синего.

В таблице 1 приведена зависимость изменения концентрации Sn(IV) от концентрации метиленового синего.

Таблица 1 Зависимость изменения концентрации Sn(IV) от концентрации метиленового синего Концентрация добавки, моль/л Q, А·ч/л 0 1 5 10 14 0 (добавка не вводилась) C_Sn(IV), моль/л 0,02 0,02 0,06 0,09 0,1 5·10^-5 C_Sn(IV) моль/л 0 0,012 0,035 0,038 0,038 2,5·10^-4 C_Sn(IV) моль/л 0 0,005 0,0076 0,0076 0,0075 5·10^-4 C_Sn(IV) моль/л 0 0,002 0 0 0,002 1·10^-3 C_Sn(IV) моль/л 0 0 0 0 0

Важно отметить, что метиленовый синий в процессе осаждения сплава не расходуется, так как добавка регенерируется на катоде. Из таблицы 1 видно, что с увеличением добавки скорость окисления Sn(II) уменьшается и при С_доб=10^-4 моль/л процесс окисления двухвалентного олова не происходит. Следовательно, оптимальной концентрацией добавки С_доб=10^-4 моль/л. Другой особенностью добавки является то, что при ее наличии в электролите покрытия получаются более блестящими, чем в электролите прототипа.

Применение ванилина в качестве блескообразователя обеспечивает зеркальный блеск на плотности тока 0,5 А/дм².

Таким образом, применение электролита позволяет увеличить стабильность электролита, повысить декоративные свойства покрытия, а также улучшить его экологические свойства.

Электролит готовят следующим образом.

В емкости растворяют 55 г аммония щавелевокислого в воде при температуре 60°C, добавляют 0,2 г желатина в виде раствора в теплой воде, 20 г сульфата меди и 15 г ацетата натрия при интенсивном перемешивании. Затем вводят 5·10^-4 моль/л метиленового синего, 0,1 г ванилина. Сульфат олова вводится в количестве 6 г и интенсивно перемешивается. Затем объем полученного раствора доводят до 1 литра и охлаждают до комнатной температуры. Требуемое значение pH=5 корректируют при помощи щавелевой кислоты или раствора аммиака.

Приготовленный электролит имеет следующий состав, г/л:

сульфат меди пятиводный 20 сульфат олова 6 аммоний щавелевокислый 55 ацетат натрия 15 ванилин 0,1 метиленовый синий, моль/л 5·10^-4 вода до 1 л температура, 20°C катодная плотность тока, А/дм³ 0,2-0,7

Примеры с различными значениями концентраций заявляемого электролита приведены в таблице 2.

Таблица 2 Примеры состава щавелевокислого электролита сплава медь-олово Состав электролита Номер электролита 1 2 3 4 (прототип) сульфат меди пяти-водный 20 20 20 23 сульфат олова 3 6 10 5 аммоний щавелевокислый 55 55 55 50 борная кислота - - - 20 ацетат натрия 15 15 15 - желатин 0,2 0,2 0,2 0,15 ванилин 0,1 0,1 0,1 - метиленовый синий, моль/л 5·10^-4 5·10^-4 5·10^-4 - триэтаноламин - - - 0,4

Сплав медь-олово наносили на медь или медные сплавы. Качество полученных покрытий сплавом медь-олово оценивали по внешнему виду в соответствие с требованиями ГОСТа 9.301-86. Для определения стабильности электролита провели ряд циклов выработки электролита. Оказалось, что если ввести в щавелевокислый электролит метиленовый синий, то он становится более стабильным по сравнению с прототипом. При прохождении 30 А·ч в электролите не наблюдались изменения внешнего вида покрытия. Электролит не содержит веществ, создающих повышенную экологическую опасность.

Таким образом, предлагаемый электролит позволяет получить покрытия сплавом медь-олово, качество которых соответствует требованиям указанных выше стандартов и в процессе эксплуатации электролита не проходит необратимых изменений, нарушающих его стабильность. Дополнительным преимуществом электролита по сравнению с прототипом является более высокая экологическая безопасность, лучший внешний вид покрытий, включает в себя меньшую концентрацию компонентов, что уменьшает его стоимость.

Источники информации:

1. Гальванические покрытия в машиностроении. Справочник. В 2-х томах / Под ред. М.А.Шлугера. - М.; Машиностроение, 1985.

2. В.В.Бондарь, В.В.Гриница, В.Н.Павлов. Электроосаждение двойных сплавов. (Итоги науки и техники), 1979, 16, 329 с.

3. Патент РФ, 17.09.1997 20.05.1999, Лукомский Ю.Я., Кунина О.Л., Электролит бронзирования, патент России №2130513 97115437/02.

4. Электролитическое осаждение сплавов / Под ред. В.А.Аверикина. - М.: Машгиз, 1961.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для нанесения защитно-декоративных покрытий. Электролит для нанесения сплава медь-олово содержит компоненты при следующем соотношении, г/л: сульфат меди пяти-водный 20-25, сульфат олова 3-10, аммоний щавелевокислый 45-55, ацетат натрия 10-20, желатин 0,1-0,5, ванилин 0,1-0,5, метиленовый синий 5·10^-5-1·10^-3 моль/л, вода до 1 л. Техническим результатом изобретения является повышение блеска, улучшение его экологических свойств и увеличение стабильности электролита. 2 табл.

Щавелевокислый электролит для осаждения сплава медь-олово, содержащий сульфат меди пятиводный, сульфат олова, аммоний щавелевокислый, желатин и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ацетат натрия, ванилин, метиленовый синий при следующем соотношении компонентов, г/л:
сульфат меди пятиводный 20-25 сульфат олова 3-10 аммоний щавелевокислый 45-55 ацетат натрия 10-20 желатин 0,1-0,5 ванилин 0,1-0,5 метиленовый синий, моль/л 5·10^-5-1·10^-3