Технология гальванического оловянирования

Одним из способов нанесения олова на различные поверхности, является гальваническое оловянирование . Олово обладает высокой химической стойкостью. Разбавленные растворы серной, соляной и азотной кислот взаимодействуют с оловом очень медленно, сернистые соединения почти не действуют. Крепкие растворы щелочей растворяют олово только при нагревании. В органических кислотах олово очень устойчиво. Стандартный потенциал олова –0,14 В, следовательно, в паре с железом оно более положительно и в условиях атмосферной коррозии электрохимически железо не защищает, так как является катодным покрытием. По отношению к изделиям из медных сплавов олово является анодным покрытием.
В присутствии органических веществ, содержащихся в пищевых продуктах, фруктовых соках, пиве и т.п., потенциал олова становится более электроотрицательным и в этих условиях оно надежно защищает сталь от коррозии. Продукты коррозии олова безвредны для человеческого организма. Кроме того, олово относится к числу очень немногих материалов, которые при контакте с пищевыми продуктами не меняют их вкуса. По этим причинам олово с давних времен применяется в качестве покрытия жести, идущей на изготовление консервных банок, а также для покрытия изделий, связанных с хранением и приготовлением пищи.

Наименование ванны

Состав растворов, концентрация г/л

Т, °С

Плотность тока, напряжение

Время обработки, мин

Обезжиривание электрохимическое

Гидроокись натрия – 10-20 г/л

Обезжириватель КХ – 10-20 г/л

40-45

3-5 А/дм²

до 12 В

8-10

Горячая промывка

Вода техническая

50-60

0,25-0,5

Холодная промывка

Вода техническая

15-25

0,25-0,5

Активация

Соляная кислота – 80-100 г/л

15-25

0,5-1

Промывка

Вода техническая

15-25

0,25-0,5

Промывка

Вода техническая

15-25

0,25-0,5

Нанесение сплава олово-висмут

Олово сернокислое – 50-70 г/л

Серная кислота – 160-180 г/л

Б/о добавки

15-25

1-3 А/дм²

до 12 В

15-30 мин

Промывка (улавливание)

Вода техническая

15-25

0,25-0,5

Промывка

Вода техническая

15-25

0,25-0,5

Промывка

Вода техническая

15-25

0,25-0,5

Сушка

100-110

10-15

При низких температурах (ниже–13°С) олово склонно к переходу в серую модификацию и рассыпается в порошок. Это явление, известное под названием «оловянной чумы», необходимо учитывать при выборе покрытия для изделий, эксплуатирующихся при низких температурах. Для уменьшения пористости оловянных покрытий и покрытий сплавами олова со свинцом (60% олова и 40% свинца), а также для улучшения способности оловянных покрытий к пайке их подвергают оплавлению , что приводит к дополнительным затратам энергии.

При длительном хранении электролитически луженых деталей отмечаются случаи образования тонких (0,5-2 мкм) игольчатых наростов (усов), наличие которых может привести к неисправности точных приборов вследствие коротких замыканий электрических цепей. Добавки небольших количеств висмута позволяет решить эти проблемы, кроме того покрытие получается более коррозионностойким. Небольшие добавки висмута к олову замедляют рост нитевидных кристаллов и предотвращают переход белого олова в рыхлое серое при низких температурах. Сплавы олова с висмутом образуют системы эвтектического типа, причем при содержании висмута до 5% предполагается образование твердого раствора устойчивого при температуре до 231,8°С. .

Электролиты для осаждения олова (сплава олово-висмут) бывают двух видов; кислые, содержащие олово в виде Sn2+, или щелочные, в которых олово находится в виде аниона SnO3 (2–). Различие в валентности олова обусловливает разную скорость осаждения олова в кислых и щелочных электролитах. При одних и тех же плотностях тока и выходе по току олово в кислых электролитах осаждается в два раза быстрее, чем в щелочных.

Осаждение олова на катоде происходит по реакции:

SnO32- + 3H2О + 4е -> Sn + 6ОН-

Щелочные электролиты обладают хорошей рассеивающей способностью и позволяют получать весьма равномерные покрытия на сложнорельефных деталях даже в том случае, когда они покрываются в барабанах.
Наибольшее распространение получил щелочной электролит следующего состава:

Станнат натрия…………..20-80 г/л
Едкий натр……………….8-15 г/л
Ацетат натрия……………15-50 г/л
Перекись водорода………2 мл/л

Особо вредной примесью в щелочном электролите оловянирования является станнит-ион Sn(OH)2-4, где олово находится в двухвалентном состоянии
При низких плотностях тока (до 2 А/дм2) растворение оловянных анодов происходит с образованием двухвалентных ионов олова, а при повышенных (более 4 А/дм2) – аноды полностью пассивируются и их растворение прекращается. Растворение оловянных анодов с образованием четырехвалентных ионов олова происходит в интервале 2-4 А/дм2; при этом поверхность анодов приобретает желтовато-золотистый оттенок, отвечающий моменту частичной пассивности. При рабочих плотностях тока ниже 2 А/дм2 проводится предварительная частичная пассивация анодов путем завешивания в ванну с электролитом при плотности тока 4 А/м2 и температуре 70-80 °С, до того момента, как поверхность анодов приобретет золотистый оттенок, отвечающий моменту частичной пассивации.

Электролиты осаждения сплава олово-висмут представляют собой обычные электролиты лужения с добавками небольших количеств солей висмута. Щелочные станнатные электролиты непригодны для получения этих сплавов, так как соли висмута  в щелочной среде неустойчивы, и легко выпадают с образованием основных нерастворимых солей.

К кислым электролитам оловянирования относятся сульфатные, пирофосфатные, фенолсульфоновые, борфтористоводородные и др.
В пирофосфатных электролитах олово находится в виде комплексного аниона [Sn(P2О7)2]6-, что обусловливает хорошую рассеивающую способность электролитов и возможность замены щелочных электролитов, где скорость осаждения вдвое ниже и условия работы на ваннах более сложные.Наиболее стабильным в работе является пирофосфатный электролит лужения состава:

Олово (в расчете на металл) – 70 г/л
Пирофосфат калия – 500 – 600 г/л
Солянокислый гидразин – 8 – 12 г/л
ПАВ- 3-4 г/л
Желатин (гидролизованный) – 2-2,5 г/л
Показатель рН = 8,0-8,5.

Режим электролиза: температура электролита 300- 340 К, плотность тока до 6 А/дм2. Выход по току 80-90 %. Рабочая плотность тока зависит от температуры и перемешивания электролита: при комнатной температуре она составляет 3-3,5 А/дм2, а при 330-340 К – до 6 А/дм2 .
Основными компонентами фенолсульфонового электролита оловянирования являются сульфат олова и фенолсульфоновая кислота. При смешивании этих компонентов в воде образуется фенолсульфонат олова:

SnSO4+2C6H4OHSO3H->Sn(C6H4OHSO3)2+H2SO4

Состав фенолсульфонового электролита лужения:
SnSO4…………………………………………50-70 г/л
Пара-фенольсульфоновая кислота………..80-90 г/л
Дигидрооксидифенилсульфон…………….6,5-11,5 г/л
Натрий-монобутилфенилфенолсульфон….0,4-1 г/л
При температуре 40-50 °С, плотность тока 20-30 А/дм2.

Эти электролиты менее склонны к окислению, чем сульфатные.
Борфтористоводородные электролиты содержат оловянную соль борфтористоводородной кислоты, олово находится в двухвалентном состоянии, свободную HBF4, и H3BO3 или несколько органических ПАВ, без которых невозможно получить качественный осадок. Борфтористоводородные электролиты применяют при температурах от 20 до 40°С. Они позволяют применять более высокие плотности тока, по сравнению с сернокислыми электролитами. Максимальная допустимая плотность тока, при покрытии в стационарных ваннах 10-12 А/дм2.
Состав борфтористоводородного электролита лужения :

Sn(BF4)2…………………………….98-190 г/л
H3BO3………………………………40-200 г/л
HBF4……………………………….10-30 г/л
а-нафтол………………………….0,5-1 г/л
Желатин……………………………1-3 г/л

В состав сульфатных электролитов оловянирования входят сульфат олова, серная кислота, а также коллоиды и поверхностно – активные вещества. В некоторых случаях в электролит прибавляют сульфат натрия, повышающий электропроводность раствора.
Серную кислоту вводят в электролит для снижения гидролиза оловянных солей, а также для предотвращения окисления двухвалентного олова в четырехвалентное и образования шероховатых осадков. При отсутствии органических веществ в кислых электролитах невозможно получить приемлемые осадки олова из-за образования крупных кристаллов и усиленного роста дендритов на краях деталей.

Сульфатные электролиты оловянирования с добавкой ПАВ отличаются сравнительно высокой рассеивающей способностью, приближающейся к рассеивающей способности медных цианистых электролитов. Выход по току сульфатных оловянных электролитов равен примерно 90 -98 %.
Анодный процесс при лужении протекает без заметной поляризации, олово переходит в раствор в основном в виде двухвалентных ионов. Поверхность анодов покрыта легко удаляемым тонким слоем черного шлама. При повышенных плотностях тока поверхность анодов имеет резко выраженную кристаллическую структуру; пленок на поверхности не наблюдается. Анодный выход по току, как правило, превышает катодный.

Изменение концентрации сульфата олова в пределах 30- 60 г/л не сказывается заметно на характере катодного процесса. Пониженная концентрация сульфата олова снижает максимальный предел рабочей плотности тока, но положительно влияет на рассеивающую способность электролита. При повышенном содержании сульфата олова аноды склонны к пассивированию.

Серная кислота повышает электропроводность электролита, предохраняет электролит от гидролиза и появления шероховатости на осадках. Концентрация серной кислоты может колебаться в пределах от 20 до 100 г/л. При малых концентрациях кислоты увеличивается опасность гидролиза и окисления сульфата олова; слишком большая ее концентрация приводит к снижению выхода но току, быстрому разрушению коллоидных добавок и пассивированию анодов .

Сульфатные электролиты оловянирования имеют склонность к расслаиванию. Концентрация олова в нижних слоях может в 3-4 раза превышать концентрацию в верхних слоях. Для устранения этого явления рекомендуется перемешивать электролит.

Присутствие хлоридов и нитратов вредно сказывается на нормальной работе сульфатного электролита оловянирования. Ионы меди также оказывают отрицательное влияние на качество оловянных осадков. Малые концентрации в сульфатном электролите оловянирования ионов свинца, железа, цинка и никеля до известных пределов не оказывает влияния на ход катодного процесса.

Хорошими блескообразующими свойствами обладают электролиты, содержащие синтанол ДС-10 и ДИ-7, формалин, ацетил-ацетон, a-нафтол, желатин, блескообразователь Лимеда Sn-2. Осадки блестящего олова очень чувствительны к механическим загрязнениям, которые могут попадать в электролит из шлама, образующегося в результате окисления Sn2-. Нерастворимый осадок, содержащий ионы четырехвалентного олова, является коллоидным, и для полной очистки электролита следует пользоваться коагулянтами .

Режим электролиза  плотность тока и температура – в значительной степени влияет на качество осадков. При малых плотностях получаются осадки с крупнокристаллической структурой, отличающиеся повышенной пористостью. Чрезмерно высокая плотность тока приводит к тому, что осадки становятся шероховатыми, на краях растут дендриты. Перемешивание электролита может осуществляться при повышенных плотностях тока. Для тонких покрытий (около 1-2 мкм) допустимы большие плотности, чем для толстых покрытий. Повышение температуры в период работы с сульфатными электролитами приводит к снижению катодной поляризации, уменьшению рассеивающей способности и ухудшению качества осадков. Так, при нагреве сульфатного электролита до температуры, превышающей 40 °С, образуются грубокристаллические шероховатые осадки. При повышенной температуре уменьшается стабильность ванны.

Кислые сульфатные электролиты лужения с органическими добавками ОС-20 и ДДДМ позволяют получить компактные, блестящие осадки. Блестящие покрытия менее пористы и дольше сохраняют способность к пайке, поэтому даже при осаждении сплава олово-висмут им отдают предпочтение.
Состав электролита осаждения сплава олово-висмут:
Сульфат олова……………..40-60 г/л
Серная кислота…………….95-120 г/л
Сульфат висмута………0,2-1,5 г/л (поддерживается 0,2 г/л)
Хлорид натрия…………….0,3-0,8 г/л
Препарат ОС-20……………5-15 г/л
ДДДМ……………………….1,5-5 г/л

Добавка ОС-20 является блескообразователем и поверхностно активным веществом, добавка ДДДМ или же 4,4′-диамино-3,3′-диметоксидифенилметан. Ввод этих добавок уменьшает контактное выделение висмута на оловянных анодах и значительно улучшает качество покрытия [4].
Реакция контактного вытеснения оловом висмута из раствора:
3Sn+2Bi3+->2Sn2++2Bi

Если вам необходимо разработать технологию нанесения гальванических покрытий, приобрести оборудование для гальванического производства: выпрямители, гальванические ванны, фильтровальные установки, модернизировать или реконструировать существующие гальванические цеха, обращайтесь в ООО «СтанкоСаратов» по телефону +7 (8452) 34-38-95, +7 (909) 341-35-06 или пишите на почту office@vskplast.ru.

Comments are disabled.

Заполните форму

Мы скоро свяжемся с Вами

    Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь c политикой конфиденциальности.

    ×

    ×
    Отправить тех. задание

      Прикрепить документ

      Скачайте бланк техзадания в соответствии с вашей задачей

      Если подходящего бланка здесь нет или вы затрудняетесь с заполнением, опишите задачу в свободной виде или отправьте нам свои контактные данные в этой форме. Любые консультации по запросам, а также выполнение предварительных расчетов по техзаданиям, осуществляются бесплатно! Адрес электронной почты: office@vskplast.ru

      Согласен на обработку персональных данных и ознакомлен с политикой конфиденциальности.

      ×