ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ ОЛОВО-НИКЕЛЕВЫХ ПОКРЫТИЙ Российский патент 2014 года по МПК C25D3/60 

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 - -

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.

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