 |
Составы электролитов и условия электролиза
|
|
|
|
Реферат
Гальваническое нанесение олова и его сплавов
Выполнил:
Студент группы Н-33
Попов М.М.
Проверил:
Доцент. Кандидат химических наук
Смирнов К.Н.
Оценка:
Дата сдачи:
Москва
2016 г.
Содержание
Введение
1 Электролитическое оловянирование
1.1 Олово
1.2 Выбор электролита
1.2.1 Кислые электролиты
1.2.2 Щелочные электролиты
1.2.3 Составы электролитов и условия электролиза
1.3 Электролитическое покрытие сплавами олова
1.3.1 Олово – никель
1.3.2 Олово – висмут
1.3.3 Олово – свинец
1.3.4 Медь – олово
2 Список литературы
Введение.
Гальванотехника – одно из крупнейших направлений прикладной электрохимии. В современной гальванотехнике два основных направления: гальваностегия и гальванопластика.
Гальваностегия – процесс электроосаждения покрытий металлами и сплавами с целью придания поверхности металлов различных физико-химических свойств и для защиты от коррозии.
Гальванопластика – процесс электроосаждения толстых металлических осадков для изготовления и размножения точных копий с различных предметов.
С развитием отраслей промышленности, перед гальванотехникой появляются все новые задачи, связанные с обработкой поверхности металла, т.к. поверхности изделий необходимо придавать целый комплекс заданных свойств.
Уникальные свойства индивидуальных металлов, позволяют придавать покрытиям разнообразные свойства, путем совместного электроосаждения в виде сплавов. В виде сплавов получают электролитические покрытия металлов, которые не выделяются из водных растворов на катоде. Таким способом получают жаростойкие покрытия.
Функциональная гальванотехника – к ней относят процессы нанесения покрытий не для традиционных целей (защиты от коррозии, повышение твердости и износостойкости), а для придания специальных свойств поверхности деталей, приборов, работающих на электронных, оптических, магнитных и других принципах действия. Появление данного направления объясняется разнообразием задач, решение которых происходит путем электроосаждения металлов и сплавов.
|
|
|
Электролитическое оловянирование
Олово (Sn)
|
О́лово (лат. Stannum; обозначается символом Sn) — элемент 14-й группы периодической таблицы химических элементов (по устаревшей классификации — элемент главной подгруппы IV группы), пятого периода. Относится к группе лёгких металлов. При нормальных условиях простое вещество олово — пластичный, ковкий и легкоплавкий блестящий металл серебристо-белого цвета. Олово подвергается аллотропическому переходу: ниже 13,2 °C устойчиво α-олово (серое порошкообразное вещество) с кубической решёткой типа алмаза, эту модификацию называют «оловянная чума», выше 13,2 °C устойчиво β-олово (белое олово) с тетрагональной кристаллической решеткой[1].
Олово не значительно подвергается окислению на воздухе, сернистые соединения на него почти не влияют. Растворяется в концентрированных неорганических кислотах, в разбавленных растворах только при нагревании. Процесс превращения в серый порошок существенно замедляется оплавлением олова или добавлением к нему других металлов, таких как свинец, висмут, сурьма.
Так как соединения олова не токсичны, его применяют для изготовления тары для пищевых продуктов. Особенно широко его применяют для производства белой жести в консервной промышленности. Сплавами олова покрывают детали под пайку при изготовлении печатных плат, электрических контактов и других монтажных элементов, использующихся в разнообразных отраслях промышленности.
|
|
|
Недостатком оловянных покрытий на металлах и сплавах является самопроизвольный рост нитевидных кристаллов («усов»). Этот процесс можно значительно замедлить при нанесении тонкого слоя никеля перед оловянированием.
Выбор Электролита
Применяемые для оловянирования электролиты можно разделить на кислые и щелочные. К кислым электролитам относят сернокислые, хлорид-фторидные, фенолсульфоновые и борфтористоводродные, а к щелочным – станнатные и пирофосфатные.
Кислые электролиты
Наиболее распространенный электролитом среди кислых является сернокислый, основными компонентами которого выступают сульфат олова, серная кислота и органические поверхностно-активные вещества. В отсутствие органических добавок нельзя получить доброкачественные осадки олова (в этом случае на катоде образуются игольчатые дендрито- образные рыхлые осадки). Это объясняется тем, что Sn2+ выделяется из гидратированных растворов на катоде без заметной поляризации.
Для получения гладких осадков применяются ПАВ. Адсорбирующиеся на катоде ПАВ, образуют сплошную пленку, которая затрудняет проникновение через нее и разряд ионов олова. Благодаря этому осаждение происходит равномерно, что приводит к получению мелкозернистых плотных покрытий.
Скорость осаждения олова из кислых электролитов выше, чем из щелочных и станнатных, так как химический эквивалент Sn2+ в два раза больше, чем Sn4+. Преимущество кислых электролитов является также более высокие допустимая плотность тока и выход по току, так же они работают при комнатной температуре, просты по составу и достаточно устойчивы, однако рассеивающая способность их ниже, чем щелочных электролитов.
Щелочные электролиты
Станнатные электролиты относятся к щелочным электролитам, обычно содержат станнат натрия Na2[Sn(OH)6] или калия K2[Sn(OH)6] и свободную щелочь NaOH или KOH для предупреждения гидролиза комплексных солей и повышения электропроводности растворов.
Олово в щелочном электролите частично может присутствовать и в двухвалентной форме в виде станнита Na2[Sn(OH)4], который является вредной примесью, вызывающей образование губчатого осадка. Высокая катодная поляризация способствует образованию плотных мелкокристал-лических осадков олова. Поляризация в станнатном электролите возрастает при повышение концентрации свободной щелочи и снижении концентрации соли олова и температуры.
|
|
|
Станнатные электролиты применяют для покрытия деталей сложного профиля. Обуславливается это тем, что электропроводность электролита высокая благодаря наличию щелочи. Таким образом, станнатные электролиты обладают всеми свойствами, обуславливающими равномерное распределение тока и металла по поверхности катода.
Составы электролитов и условия электролиза
Основными компонентами кислых электролитов являются: в сульфатном - SnSO4, в хлоридфторидном – SnCl2∙2H2O, в фенолсульфоновом- Sn(C6H5SO4)2, в борфтористоводородном – Sn(BF4)2. Концентрация этих солей составляет 0.5-1.5 н.
Соли олова легко гидролизуются с образованием нерастворимого осадка метаоловянной кислоты, который загрязяет электролит. Для предупреждения гидролиза ко всем электролитам добавляют избыток (1-2 н.) соответствующей кислоты. В хлоридфторидном электролите олово входит в состав коплексных анионов [SnF4]2-, для повышения их устойчивости в раствор вводят избыток фторидов (NaF или NH4F).
Для формирования компактных осадков олова необходимо присутствие одной или нескольких добавок органических веществ. Примером могут являтся соединения ароматического ряда – технические фенол и крезол, коллоиды – клей и желатин, ПАВ, обладающие смачивающим и ингибирующим действием. Температура электролита 18-30°C. Плотность тока в электролитах без перемешивания до 200 А/м2 и до 500 А/м2 с перемешиванием.
В борфтористоводородном электролите плотность тока в 2-3 раза выше, чем в сульфатном за счет лучшей растворимости фторборатаолова, а так же высоких буферных свойств этого электролита.
Фенолсульфоновый электролит применяют преимущественно для покрытия движущейся стальной полосы при плотности тока 4,5 кА/м2 и температуре 40-50°С. Устойчивость фенолсульфонового электролита и качество осадков улучшаются при добавление небольшого количества ПАВ: диоксида дифенилсульфона и монобутилфенилфенолсульфоната натрия (арескап).
|
|
|
Блестящие покрытия олова могут быть получены из сернокислых электролитов в присутствии специально блескообразующих композиций. В состав их входит неионогенное ПАВ типа смачивателей (синтанол ДС), ингибирующая добавка сложного состава и формальдегид.
Щелочные (станнатные) электролиты. В состав наиболее распространен-ного электролита входят станнат натрия Na2[Sn(OH)6] в количестве 45-90 г/л, свободная щелочь 8-16 г/л ацетат натрия не менее 15 г/л. Вследствие карбонизации щелочи в растворе всегда присутствует сода Na2CO3. Температура электро-лита 60-80°С, плотность тока 50 А/м2. Выход по току 60-70%. В растворе не допускается присутствие двухвалентного олова, так как наличие его даже в малом количестве приводит к образованию рыхлых губчатых осадков. Окислять раствор следует пероксидом водорода если содержание Sn2+ более 0,005 н. При низких плотностях тока олово на аноде переходит в раствор в виде [Sn(OH)4]2-, что нежелательно. Эти ионы образу-ются в электролите за счет реакции диспропорционирования
Sn4+ + Sn ↔ 2Sn2+
так и вследствие анодного растворения. Растворение анодов с образованием четырехвалентного соединения олова [Sn(OH)6]2- возможно только при высоких анодных потенциалах, которые достигаются при плотности тока 0,3-0.4 кА/м2, при этом аноды частично пассивируются.
Характерным признаком пассивного состояния анодов является появление пkенки золотисто-желтого цвета, свидетельствующей о нормаль-ном растворении анодов с образованием Sn4+. Перед началом электролиза, такое состояние анодов достигается путем их формирования при более высоких плотностях тока, нежели рабочие. Также применяют комбинирован-ные аноды из нержавеющей стали.
На нерастворимых анодах происходит окисление Sn2+ - 2 ē → Sn4+, что полезно для ведения катодного процесса.
С повышением концентрации щелочи в электролите плотность тока, при которой наступает пассивирование анодов, увеличивается. По этому рекомендуется поддерживать в растворе свободную концентрацию щелочи.
|
|
|
