Осаждение сплава олово-свинец

Страница 2

Катодная поляризация отдельных компонентов сплава часто играет значительную роль с точки зрения возможности осаждения сплава и количественного соотношения их в сплаве. Катодный потенциал включает значение равновесного потенциала и величину поляризации.

Ек = Ер + DЕ = + DЕ

Электролитическое осаждение сплавов не всегда протекает с теоретическим выходом по току, для вычисления которого необходимо исходить из электрохимического эквивалента сплава. Процесс часто сопровождается выделением водорода, который не только сказывается на выходе по току и качестве покрытия, но и оказывает влияние на состав сплава. Это происходит потому, что выделяющийся водород перемешивает прикатодный слой электролита и изменяет концентрацию ионов осаждаемых металлов.

Если равновесные потенциалы двух металлов достаточно близки, но процесс разряда ионов с более электроотрицательным потенциалом сопровождается более высокой поляризацией, то выделение металла затруднено. При достаточно большой разнице потенциалов для ионов металла с более электроотрицательным потенциалом, но с большей поляризацией, выделение сплава облегчается по мере повышения плотности тока. Причем процентное содержание металла с более электроотрицательным потенциалом увеличивается по мере повышения плотности тока.

Гальваническому покрытию сплавами часто подвергаются сильно профилированные изделия. На различных участках поверхности таких изделий устанавливается различная плотность тока. Поэтому нужно, чтобы с изменением плотности тока состав сплава и его внешний вид сильно не менялись и чтобы на участках с минимальной плотностью тока осаждался сплав нужного состава. Эти условия выполняются при достаточной близости компонентов сплава.

Химический состав электроосаждаемых сплавов зависит от соотношения в электролите, особенно в прикатодном слое, концентраций солей осаждающихся металлов. Увеличение концентрации соли одного из металлов приводит к увеличению процентного состава этого металла. Это увеличение не пропорционально. В некоторых случаях для увеличения содержания металла в сплаве на 5 – 10 % необходимо увеличить концентрацию соли в несколько раз. В других случаях даже незначительное повышение концентрации соли ведет к резкому увеличению содержания металла в сплаве.

3. ОСАЖДЕНИЕ СПЛАВА ОЛОВО-СВИНЕЦ

3.1 Общие сведения.

Оловянно-свинцовые сплавы имеют светло серый цвет. Покрытия такими сплавами легко паяются и сохраняют способность к пайке длительное время (в отличие от чистого олова). Такие покрытия также хорошо обеспечивает спекание деталей. Покрытия оловянно-свинцовыми сплавами применяют для защиты изделий от коррозии в морской воде и ряде других агрессивных сред.

Сплав может быть осажден в весьма широких диапазонах по составу. Наибольшей химической стойкостью обладает сплав с содержанием свинца и олова по 50 %. Оловянно-свинцовые сплавы с содержанием олова от 5 до 17 % применяют как антифрикционные, особенно в сочетании с маслами, где чистый свинец легко растворяется. Покрытия такого состава также выполняют роль смазки при штамповке деталей из листовой стали.

Значительное распространение в промышленности получили сплавы на основе свинца и олова с добавлением легирующих элементов. Эти сплавы применяются, в основном, для работы трущихся деталей в тяжелых условиях, в частности, двигателей внутреннего сгорания, когда коррозионное воздействие топлив и масел при повышенной температуре воздействует на свинец.

Стандартный потенциал олова – 0,136 В.

Стандартный потенциал свинца – 0,126 В.

Катодные и равновесные потенциалы свинца и олова довольно близки, поэтому самоосаждаются из растворов простых солей. Свинец и олово не образуют ни твердых растворов, ни химических соединений.

3.2 Электролиты для осаждения сплавов олово-свинец.

Электрооосаждение покрытий сплавом олово - свинец проводится во фторборатных, кремнийфтористых, пирофосфатных, перхлоратных, сульфаматных и феносульфоновых электролитах.

Наиболее широко используются фторборатные электролиты. В этих электролитах можно получить сплавы любого состава – от чистого свинца до чистого олова путем регулирования состава электролита и режима электролиза. При этом для данного состава электролита большей плотности тока соответствует повышенное содержание олова в катодном осадке, т.к. потенциал свинца несколько благороднее потенциала олова. Выход сплава по току близок к теоретическому из-за высокого перенапряжения водорода на свинце, олове и оловянно - свинцовые сплавах. Олово в электролиты вводят анодным растворением. После приготовления электролиты необходимо проработать током при катодной плотности тока около 2 А/дм2.

СОСТАВ (г/л) ФТОРБОРАТНЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ И РЕЖИМЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА ПРИ 18 ¸ 25 °С СПЛАВОВ ОЛОВА СО СВИНЦОМ.

Электролит	Pb(BF4)2	Sn(BF4)2	HBF4	H2BO3	Клей столярный	i, А/дм2	Sn, % (в сплаве)
1	50 – 60	5 – 10	100 – 140	-	-	1 – 2	5 – 11
2	100 – 200	50 – 75	100 – 200	15 – 25	1 – 3	1 – 3	5 – 17
3	100 – 120	30 – 40	250 – 300	25 – 40	1 – 2	1 – 2	20 – 25
4	15 – 20	25 – 30	250 – 300	25 – 30	3 – 5	1 – 2	£ 60

В электролите 1 содержится 1 г/л желатина. В электролите 4 содержится 0,8 – 1,0 г/л гидрохинона.

Присутствие клея или другого коллоида в электролите необходимо для получения осадков с мелкокристаллической структурой, а также для обеспечения необходимого содержания олова в осадке. С увеличением содержания клея увеличивается содержание олова в сплаве, а при полном отсутствии клея выделяется один свинец.

Фенолсульоновый электролит применяют для нанесения прочносцепленных оловянно - свинцовых покрытий на подшипниковые сплавы, содержащие олово (баббиты и бронзы).

Прирофосфатные электролиты имеют более высокую рассеивающую способность, чем фторборатные, отличаются простотой приготовления и неагрессивностью. Электролиз ведут обычно при перемешивании. Содержание олова в покрытии увеличивается при увеличении температуры и плотности тока. Выход по току (анодный) может достигать 100%.

Кремнийфтористые электролиты очень дешевы.

ЭЛЕКТРОЛИТЫ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ СПЛАВОВ СВИНЦА С ОЛОВОМ.

Электролит	Состав, г/л.	t, °С.	i, А/дм2	Аноды	Sn, % (в сплаве)
Фенолсульфоновый	Фенолульфоновые: Свинец 100 – 130, Олово 25; Кислота 60 – 90, Желатин 2	20 – 40	1 – 2	Сплав с 10 % Sn	8 – 12
Пирофосфатный	Нитрат свинца 15 – 18, Пирофосфаты олова 20 – 22, Пирофосфаты натрия 120.	£ 60	0,5 – 4	Сплав с 10 % Sn	1 – 12
Кремний фтористый	Кремнийфториды: Свинца 100 – 150, олова 40 – 60; Кремнийфтористоводородная кислота 60 – 100; Клей столярный 1	18 – 25	4 – 5	Сплав Pb с Sn	16 – 18