BG63642B1

BG63642B1 - Сулфатен електролит за отлагане на калай-бисмутово покритие

Info

Publication number: BG63642B1
Application number: BG104609A
Authority: BG
Inventors: Цвети ЦВЕТКОВ; Диана КАРАКОЛЕВА
Original assignee: Цвети ЦВЕТКОВ; Диана КАРАКОЛЕВА
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2000-07-14
Publication date: 2002-07-31
Also published as: BG104609A

Abstract

Електролитът намира приложение в различни областина електронната и електротехническата промишленост, приборостроенето и машиностроенето за отлагане на калай-бисмутова сплав. Електролитът е на база калаен сулфат, сярна киселина, бисмутов нитрат, натриев хлорид и съдържа комбинация от нейоногенни повърхностноактивни вещества, включваща алкилполигликолестер с обща формула@СnH2 n+1 O (CH2CH2O)mH,@в която n има стойност от 16 до 18, а m - 25, с концентрация от 1,0 до 2,0 g/l и алкилполигликолестер,за който n има стойност от 12 до 15, а m - 20, с концентрация от 0,5 до 1,5 g/l и лимонена киселинаот 1,0 до 2,0 g/l. Електроотлагането на калай-бисмутовата сплав се извършва в широк диапазон на катодна плътност на тока от 0,6 до 8,0 A/dm2 и работнатемпература от 18 до 350С в стационарни и барабанни условия. От сулфатния електролит се отлагат калай-бисмутови покрития със съдържание на бисмут от 0,2 до 4%. Покритията са светлосиви до сиви, равномерни, ситнокристални с добра спояемост, която сезапазва при съхранение в продължение на 12 месеца, и висока електропроводимост. Електрохимичната стабилност на електролита е от 400 до 500 Ah/l.

Description

Област на техниката

Изобретението се отнася до сулфатен електролит за отлагане на калай-бисмутово покритие с функционално предназначение. Електролитът намира предложение в различни области на електронната и електротехническата промишленост, приборостроенето и машиностроенето за отлагане на калай-бисмутово покритие, имащо добра спояемост, при продължителен срок на съхранение и ниско контактно съпротивление през целия период на експлоатация.

Предшестващо състояние на техниката

Известно е, че при отлагане на покрития с добра спояемост се използват предимно калаени, Sn-Pb и сребърни. Тези покрития имат сериозни недостатъци като голям разход на скъп метал (сребро), използват се токсични електролити, покритията имат сравнително кратък срок на съхранение от отлагане до спояване - 3 седмици. При калаените покрития α-калаената форма може да бъде наблюдавана върху повърхността като малки тъмносиви петна. Тези петна нарастват и прахообразната α-форма на калая се отделя от основния метал.

Легирането на калая с бисмут от 0,2 до 4% е най-ефективният инхибитор против калаената чума.

В много от случаите при технологиите за електроотлагане на калай-бисмутови сплави се отлагат покрития с нарушени функционални свойства, както по отношение на продължителността на запазване способността им към спояване, така и по отношение на процентното съдържание на бисмут в покритието /под 0,3% Bi/. Не са редки случаите, при които се наблюдава самопоризволно нарастване на монокристали от тетрагонална модификация на калая - така наречените “вискери” (“Защита металлов” № 3, 1984), при детайли, покрити с калай-бисмутови покрития, без да са отложени бариерни галванични подслоеве. Вискерите са причина за нарушаване на функционалните свойства на покритието.

Известен е сулфатен електролит за електроотлагане на покритие от калай-бисмутова сплав, съдържащ в g/Ι: калаен сулфат от 50 до 60; сярна киселина 90-120; бисмутов нитрат 0,3-1,4; нат риев хлорид 0,5-1,5; резорцин 1-3; L-аскорбинова киселина 1,0 - 1,5 и етоксилиран висш мастен алкохол със 17 броя въглеродни атома и две етоксигрупи /BG 27306/ от 1,0 до 2.

Като органични добавки към сулфатните електролити се използват още и други вещества, например: 4-4’-диамино-3,3’-диметоксидифенилметан/ароматен амин, съдържащ в молекулата си О-СН₃ групи, SU № 357270/; полиоксимонокарбонова киселина, съдържаща от 2 до 6 хидроксилни групи, и 3-7 броя въглеродни атома и полиоксилактон на аминополикарбоксилова киселина, /US 5674374/; и/или комбинация от полиетоксиестери в количество от 2 до 5 g/Ι и 4-4’диамино- 3-3’-диметоксидифенилметан -3 g/Ι (“Злектролитические покрития сплавами”, 1975, 5056).

Цитираните електролити са нестабилни по време на експлоатация. В резултат на атмосферно и анодно окисление двувалентните калаени йони (Sn’²) постепенно образуват малко разтворими съединения на четиривалентен калай. С натрупване на Sn^M в еректролита външният вид и качествата на отлаганите покрития се влошават. Тези електролити работят в сравнително тесен диапазон на катодни плътности на тока и обикновено корекциите на електролита се извършват с комплексни разтвори, включващи в състави си няколко добавки, всяка от които се изчерпва с различна скорост, което усложнява технологичния процес и затруднява практическото използване на електролитите.

Техническа същност на изобретението

Електролитът съгласно изобретението е на сулфатна база, съдържащ в g/Ι: калаен сулфат от 45 до 90; сярна киселина от 100 до 140; бисмутов нитрат от 0,3 до 5,0 и натриев хлорид от 1,0 до 1,5, като съгласно изобретението съдържа още алкилполигликолестер с обща формула Cn Н₂ О/ СН₂СН О/m Н от 1,0 до 2,5; като η означава 16 18 въглеродни атома и m означава 25 етиленокисни групи (ЕО); алкилполигликолестер с обща формула Cn Н₂ ^,0/ СН₂СН₂ О/m Н от 0,5 до 1,5 като η означава 12-15 въглеродни атома и m означава 20 етиленокисни групи (ЕО) и лимонена киселина от 1 до 2 g/Ι. Електролитът работи в диапазон в токови плътности 0,6 - 8,0 A/dm² и температура 18-35°С.

Предимствата на изобретението се състоят в това, че електролитът е стабилен по време на експлоатация. При нормален режим на работа при токово натоварване 10-15 Ah/1 се получава калай-бисмутова сплав с постоянен състав. Електрохимичната стабилност на електролита при правилна експлоатация е 400-500 Ah/Ι. Тъй като бисмутът се включва в покритието и контактно се отлага върху калаените аноди, през това време се извършва периодична корекция на електролита с бисмутов нитрат и корекция на основните компоненти.

Присъствието на лимонена киселина в електролита предотвратява появата на утайки и съответно повишава устойчивостта на работата му. Нейоногенните повърхностно активни добавки (алкилполигликолестери) позволяват отлагането на калай-бисмутовата сплав да се провежда в широк диапазон на катодна плътност на тока от 0,6 до 8,0 A/dm². Друго предимство на електролита е, че използваните органични добавки в електролита са безвредни.

От електролита се отлагат сплавни калайбисмутови покрития със съдържание на бисмут от 0,2 до 4,0%. Те се отличават с висока корозионна устойчивост и електропроводимост. Сулфатният електролит осигурява отлагането на равномерни ситнокристални от матови до полублестящи, светлосиви до сиви покрития, имащи добро сцепление към основния метал и много добра спояемост, която се запазва при продължителен срок на съхранение (12 месеца). Покритието е устойчиво при ниски температури до -40°С, без да се наблюдава появата на прахообразна α-калаена форма - т.нар. калаена чума.

Калай-бисмутовият електролит работи в стационарни и барабанни условия.

Примери за изпълнение

Изобретението се пояснява със следните примери.

Пример 1. Електролитът за отлагане на калай-бисмутово покритие е със следния състав и режим на работа:

Калаен сулфат	45 g/1
Сярна киселина	100 g/1
Бисмутов нитрат	0,3 g/1
Натриев хлорид	1,0 g/1
Алкилполигликолестер	1,0 g/i
(16 въглеродни атома
и 25 ЕО групи)
Алкилполигликолестер	0,5 g/1
(12 въглеродни атома
и 20 ЕО групи)

Лимонена киселина 1,0 g/I

Катодна плътност на тока 0,6 A/dm²

Температура 18°С

Отложените покрития съдържат 0,2-0,3% бисмут и са светлосиви, от матови до полублестящи, плътни, равномерни, с много добра спояемост, която се запазва в продължение на 12 месеца, без да бъдат нарушени другите им функционални свойства. Покритията се характеризират с висока корозионна устойчивост и добро сцепление към основния метал.

Електрохимичната стабилност на електролита при правилна експлоатация е 500 Ah/Ι. Калай-бисмутовите покрития се отлагат в широк интервал на токови плътности, като периодично се извършва корекция на електролита с бисмутов нитрат и корекция на основните компоненти. Дебелината на калай-бисмутовата сплав е от 3 до 15 μ в зависимост от условията на експлоатация. Покритията се отлагат в стационарни и барабанни условия.

Пример 2. Електролитът за отлагане на калай-бисмутово покритие е със следния състав и режим на работа:

Калаен сулфат 90 g/1

Сярна киселина 140 g/1

Бисмутов нитрат 5,0 g/1

Натриев хлорид 1,5 g/1

Алкилполигликолестер 2,5 g/1 (18 въглеродни атома и 25 ЕО групи)

Алкилполигликолестер 1,5 g/1 (15 въглеродни атома и 20 ЕО групи)

Лимонена киселина 2,0 g/1

Катодна плътност на тока 8,0 А/dm²Температура 35°С

Отложените покрития съдържат 4% бисмут и са сиви, ситнокристални, матови, с добро сцепление към основния метал, с широк диапазон на катодна плътност на тока. Покритията се отличават с много добра спояемост, която се запазва при съхранение 12 месеца. Сплавните калай-бисмутови покрития имат висока корозионна устойчивост и не се наблюдава калаена чума при -40°С.

Електрохимичната стабилност на електролита при правилна експлоатация е 400 Ah/Ι, като периодично се извършва корекция на електролита с бисмутов нитрат и корекция на основните компоненти.

Дебелината на калай-бисмутовите покрития е от 3 до 15 μ в зависимост от условията на експлоатация. Покритията се отлагат в стационарни условия (чрез потапяне във вани).

Claims

Електролит за отлагане на калай-бисмутово покритие на база: калаен сулфат от 45 до 90 g/1, сярна киселина от 100 до 140 g/Ι, бисмутов нитрат от 0,3 до 5,0 g/Ι и натриев хлорид от 1,0 до 1,5 g/1, характеризиращ се с това, че съдържа и комбина ция от нейоногенни провърхностно активни вещества, включваща алкилполигликолестер с обща формула Сп Н_{2 м|} О/ СН₂ СН₂ О/m Н от 1,0 до 2,0 g/Ι, като η означава 16-18 въглеродни атома и m 5 означава 25 етиленокисни групи (ЕО) и алкилполигликолестер с обща формула Сп Н_{2 л+)} О/ СН₂СН₂ О/m Н от 0,5 до 1,5 g/Ι, като η означава 12-15 въглеродни атома и m означава 20 етиленокисни групи (ЕО), и лимонена киселина от 1,0 10 до 2,0 g/1.