Введение к работе
Актуальность темы Покрытия электролитическими сплавами приобретают все большее значение в различных отраслях техники, так как они имеют ряд преимуществ перед покрытиями чистыми металлами. Сплав олово-сурьма, содержащий 5-Ю мае. %, сурьмы предотвращает переход олова из белой модификации в серую («оловянная чума»), обеспечивает способность к пайке в течение длительного срока хранения деталей. Кроме того, этот сплав обладает повышенными антифрикционными свойствами и более высокой коррозионной стойкостью по сравнению с чистым оловом. Сплав олово-сурьма, содержащий более 10 мае. % сурьмы, обладает лучшими механическими характеристиками, чем оловянные покрытия, и может применяться для замены олова. Для электроосаждения сплава олово-сурьма разработаны хлорид-фторидные, борфтористоводородные, сульфат-фторидные электролиты с органическими добавками (столярный клей, желатин, ОС-20, технический фенол, р-нафтол). Следует отметить, что эти электролиты не нашли широкого применения, так как имеют ряд недостатков: токсичность и коррозионная агрессивность компонентов, необходимость веста электролиз при повышенных температурах, узкий интервал катодных плотностей тока, невысокая стабильность. В связи с этим, разработка малотоксичных, менее дорогих, достаточно простых в приготовлении и эксплуатации электролитов, позволяющих получать блестящие покрытия сплава Sn-Sb, представляет важігую задачу современной гальванотехники. С этой точки зрения перспективными являются сульфатные электролиты, которые во многом отвечают требованиям современного производства: сни просты в приготовлении и эксплуатации, работают при комнатной температуре и в широком интервале плотностей тока, позволяеот получать осадки сплава Sn-Sb с различным содержанием сурьмы. В последнее время для электроосаждения сплава олово-сурьма предложен более простой по составу сульфатный электролит с органическими добавками. Однако длительная отработка этого электролита показала, что он не стабилен в работе. Таким образом, дальнейшее исследова-raie процесса электроосаждения сплава олово-сурьма га сульфатных электролитов является актуальной задачей и ее решение позволит применять эти электролиты в промышленности.
Цель работы Исследование процесса электроосаждения сплава олово-сурьма из сульфатных электролитов с оргашіческими добавками. На основе сопоставления потенциалов ионизации выбор ряда органических веществ позволяющих получать качественные блестящие покрытия сплава. Изучение влияния концентрации компонентов электролита на интервал рабочих плотностей тока, состав сплава, выход по току. Изучение катодной поляризации и кинетики процесса электроосаждения олова, сурьмы и сплава Sn-Sb. Определение выравнивающей и рассеивающей способности сульфатных электролитов. Исследование основных физико-механических свойств покрытий сплава Sn-Sb, определение фазового состава электролитического
2 сплава при различном содержании сурьмы. Исследование анодного процес са, изучение химической и электрохимической стабильности сульфатны: электролитов. Разработка сульфатных электролитов и обоснование техноло гических режимов электролиза для электроосаждения сплава Sn-Sb.
Научная новизна Впервые всесторонне исследованы сульфатны! электролиты с органическими добавками. На основании потенциалов ионизации выявлен ряд органических веществ, при совместном присутствии ко торых образуются блестящие покрытия сплава Sn-Sb. Изучена катодная по ляризация процесса электроосаждения олова, сурьмы и сплава Sn-Sb. Уста новлено, что органические добавки оказывают ингибирующее действие, чтс связано с адсорбцией их на поверхности электрода. Показано, что совместное осаждение олова и сурьмы из сульфатных электролитов с органическим! добавками происходит при достижении предельного тока разряда ионої сурьмы, который обусловлен наличием диффузионных и кинетических ограничении. Обнаружено, что в зависимости от природы органических добавок в электролите, олово в сплав выделяется с деполяризацией или со сверхполяризацией. Методом фарадеевского импеданса исследована кинетика процесса электроосаждения сплава Sn-Sb. Показано, что при образовании матовых покрытий кинетика процесса определяется реакцией перехода и гетерогенной химической реакцией. При получении блестящих покрытий в электролитах с синтанолом, формалином, бутиндиолом и с синтанолом, формалином, кумарином - гетерогенной химической реакцией, а в электролите с синтанолом, формалином и бензиновым спиртом - сопротивлением перехода и гетерогенной химической реакцией. Изучена выравнивающая способность сульфатных электролитов. Показано, что все исследованные электролиты обладают выравнивающим действием. Обнаружено, что в электролитах, где на поверхности электрода образуется адсорбционный слой из органических веществ катодные поляризационные кривые, снятые при различных режимах перемешивания, не могут моделировать процесс перераспределения скорости электроосаждения сплава по поверхности микропрофиля.
Практическая ценность Разработаны сульфатные электролиты с органическими добавками для электроосаждения сплава Sn-Sb. Исследовано влияние состава электролита на рабочий интервал плотностей тока, состав сплава и выход по току. Исследованы основные закономерности катодного и анодного процессов при электроосаждешш сплава Sn-Sb из сульфатных электролитов Определен фазовый состав сплава при различном содержании сурьмы. Изучены физико-механические свойства покрытий. Показано, что введение в сульфатные электролиты антиокенданта ЦКН-32 уменьшает химическое окисление Sn (II) кислородом воздуха и повышает химическую и электрохимическую стабіїлькость. Рекомендованы условия корректировки электролитов в процессе электролиза.
На защиту выносятся:
I. Экспериментальные данные о выборе органических веществ для
электроосаждения сплава Sn-Sb из сульфатных электролитов.
-
Влияние концентрации компонентов сульфатных электролитов на рабочий интервал плотностей тока для получения блестящих покрытий, состав сплава и выход по току.
-
Результаты исследований катодной поляризации при выделении олова, сурьмы и сплава Sn-Sb и кинетики процесса электроосаждения сплава Sn-Sb из сульфатных электролитов.
-
Экспериментальные данные по выравнивающей и рассеивающей способности сульфатных электролитов с органическими добавками.
-
Результаты изучения химической и электрохимической стабильности сульфатных электролитов.
-
Данные по исследованию физико-механических свойств покрытий сплава Sn-Sb, фазового состава сплава при различном содержании сурьмы.
-
Составы сульфатных электролитов с оргашгческими добавками и режимы процесса электроосаждения сплава Sn-Sb.
Апробация работы Результаты работы доложены и обсуждены на научно-технической конференции НИ РХТУ (Новомосковск, 1999); Всероссийской научно-практической конференции «Гальванотехника и обработка поверхности» (Москва, 1999); Ц Международном научно-практическом семинаре «Современные электрохимические технологии в машиностроении» (Иваново, 1999); Всероссийской научно-технической конференции «Прогрессивная технология и вопросы экологии в гальванотехнике» (Пенза, 1999, 2000); I, II научно-техішческой конференции молодых ученых и аспирантов НИ РХТУ (Новомосковск, 1999 г.).
Публикации По результатам проведенных исследований опубликовано 15 печатных работ.
Объем и структура работы Диссертация состоит из введения, литературного обзора, описания методики эксперимента, раздела экспериментальных результатов и их обсуждения, выводов и списка литературы. Работа изложена на ІА9 стр. машинописного текста, содержит 56 рис., 21 табл., библиографический списокі5йіаим.
