6.3. Сплавы олово-свинец, олово-цинк и олово-никель

Сплав олово-свинец используется в промышленности для защиты от коррозии (5% олова), как антифрикционное покрытие (5—11 % олова) и как покрытие, облегчающее пайку деталей (18—60% олова). Для осаждения сплава олово-свинец используются фторборатные, перхлоратные, пирофосфатные, сульфаматные и фенолсульфоновые электролиты. Совместное выделение этих металлов на катоде не вызывает затруднений, так как в этих электролитах равновесные потенциалы олова и свинца достаточно близки. Наиболее широко применяют фторборатные электролиты. Состав катодного осадка сплава олово-свинец определяется прежде всего соотношением концентрации олова и свинца в электролите, а также условиями ведения процесса (в первую очередь катодной плотностью тока). Изменение концентрации свободных HBF₄ и Н₃ВО₃ мало влияет на состав осадка. Увеличение содержания клея в электролите повышает содержание олова в покрытии.

Примером фторборатного электролита является электролит, применяемый для осаждения сплава ПОС-60, состав (г/л) и режим работы которого следующие:

Свинец (в виде фторбората).................................8 - 10

Олово (в виде фторбората).................................14 - 16

Борфтористоводородная кислота .......................250 - 300

Борная кислота........................................................25 - 30

Пентон или клей.......................................................3 - 5

Гидрохинон................................................................0,8 - 1,0

Блескообразующая добавка.....................................1 - 2

Температура, °С.................................................18 - 25

Катодная плотность тока, А/дм^{2.............................}1 - 3

Аноды представляют собой сплав из олова со свинцом с содержанием олова 60 ± 2 %.

Добавка клея улучшает равномерность осаждения сплава, а добавка гидрохинона вводится для предотвращения окисления Sn²⁺ в Sn⁴⁺. Следует отметить, что продукты гидролиза пентона и клея в сильнокислых электролитах вызывают шерохова шероховатость покрытий. Весьма перспективным для осаждения сплава олово-свинец является пирофосфатный электролит. По сравнению с фторборатным электролитом рассеивающая способность его выше. Из пирофосфатного электролита могут быть получены мелкокристаллические осадки с хорошим сцеплением с основой. Кроме того, пирофосфатный электролит неагрессивен и прост в приготовлении.

Сплав олово-цинк отличается более высокими защитными свойствами в условиях атмосферной коррозии по сравнению с цинком. Этот сплав можно применять при работе изделий в условиях высокой влажности и колебаниях температуры. Наилучшей коррозионной устойчивостью обладает сплав, содержащий 20—25 % цинка. Этот сплав по отношению к стали является слабо анодным, пористость его значительно ниже, чем у чистого олова. Сплавы с большим содержанием цинка имеют меньшую коррозионную стойкость, а при содержании свыше 50 °/о цинка сплавы по коррозионной стойкости приближаются к чистому цинку. При содержании в сплаве 10 % цинка и меньше покрытие не имеет преимущества перед оловянным (не защищает электрохимически железо от коррозии).

Сплав олово-цинк с содержанием 20 % цинка легко паяется и пригоден к пайке дольше, чем чистое олово. Полировка осадка сохраняется достаточно долго. В связи с перечисленными свойствами этот сплав применяется в электро- и радиопромышленности. Вследствие большой разности потенциалов совместное осаждение олова и цинка из растворов простых солей осуществить практически невозможно, поэтому электролиз ведут из щелочноцианистого электролита, где потенциалы этих металлов сближаются. Основными компонентами электролита являются станнат натрия, цианистый цинк, едкий натр и цианистый натрий. На химический состав сплава сильно влияют изменения концентрации цинка в электролите, концентрации гидроксида натрия и цианистого натрия, а также режим процесса(плотность тока и температура электролита). Изменение содержания олова в электролите влияет сравнительно мало на состав осадков (при увеличении концентрации олова в электролите от 30 до 50 г/л содержание этого металла в осадке увеличивается на 5 %). С повышением концентрации едкого натра содержание цинка в осадке растет почти линейно, а с повышением свободного цианистого натрия — уменьшается.

С понижением температуры электролита содержание олова в покрытии увеличивается, а выход по току падает. Для осаждения сплава, содержащего 20—30 % цинка, рекомендуется следующий электролит (г/л) и режим работы:

Олово (в виде станната натрия)................25 - 36

Цинк (в виде цианида).................................1,5 - 3,0

Гидроксид натрия.............................................10 - 12

Натрий цианистый............................................20 - 22

Плотность тока, А/дм :

катодная................................................................2 - 3

анодная..................................................................1 - 2

Температура, °С................................................65 - 70

Выход по току, %...........................................60 - 70

В качестве анодов применяется сплав олово-цинк с содержанием последнего 20—30 %. Аноды должны работать в запассивированном состоянии, поэтому перед началом электролиза их необходимо формировать при повышенной плотности тока. Возможно применение раздельных анодов при отношении площадей поверхностей S : S = 5 : 1. Для увеличения коррозионной стойкости покрытия сплав хроматируют.

В последние годы разработаны новые нецианистые электролиты для осаждения сплава олово-цинк на основе пирофосфата калия или натрия. Снижение способности к пайке этого сплава наблюдалось лишь через 10 месяцев хранения при температуре 18—25 °С.

Сплав олово-никель с содержанием 35—40 % никеля может применяться вместо лужения, когда к механическим свойствам покрытия предъявляются более высокие требования, чем у оловянного покрытия.

По внешнему виду сплав олово-никель в отличие от синеватого оттенка хрома и желтоватого оттенка никеля имеет приятный бледно-розовый цвет. При определенных условиях электролиза покрытие получается блестящим непосредственно из ванны без последующей полировки поверхности. Весьма целесообразно рекомендовать этот сплав и для покрытия арматуры различных неразъемных контактов, запрессовываемых в пластмассы.

Электролиты приготавливают растворением в воде хлористого никеля и последующего добавления к этому раствору фторидов натрия, аммония и хлористого олова. После введения половины количества фторидов раствор мутнеет (выпадают никелевые соли). При добавлении хлористого олова раствор снова становится прозрачным, и при дальнейшем добавлении фторидов муть больше не появляется.

На качество осадка фториды натрия и аммония влияют различно. В присутствии фторида натрия осадки будут матовыми и эластичными, а в присутствии фторида аммония — блестящими и хрупкими. С повышением концентрации фторида аммония количество трещин на поверхности осадка увеличивается. При отсутствии NH₄F трещин не обнаружено. При одновременном нахождении в электролите фторидов натрия и аммония осадки получаются блестящими и без видимых трещин. По мере увеличения концентрации фтористых солей в электролите содержание олова в сплаве несколько уменьшается, но изменение соотношения между фторидом натрия и фторидом аммония почти не сказывается на составе осадка.

Кислотность электролита заметно влияет на внешний вид осадков сплава. При рН 2—2,5 и температуре 50—70°С блестящие осадки получаются в диапазоне плотностей тока от 1 до 4 А/дм². При рН 4,5 и тех же значениях плотностей тока блестящие осадки могут быть получены при температуре 45 — 50°С. При длительной работе из раствора выпадает осадок, ухудшающий качество покрытия, поэтому целесообразно вводить в электролит все необходимое количество фторидов в виде фтористого аммония или бифторида аммония. Для снижения внутренних напряжений в осадке и электролит вводят хлористый аммоний.

Для получения сплава с содержанием 65 % олова и 35 % никеля наиболее приемлемым является электролит следующего состава (г/л) и режима работы:

Хлористый никель (кристаллогидрат) ...........250 - 300

Хлористое олово..................................................40 - 50

Фтористый аммоний............................................40 - 65

Хлоралгидрат...........................................................1,0

8-хинолинсульфокислота........................................1,5

pH..............................................................................4,5

Температура, С...................................................50 - 55

Катодная плотность тока, А/дм ...................... 0,5 - 4,0

Выход по току, %..................................................96 - 98

Аноды – пластины из никеля или из сплава, состоящие из 30 % Ni и 70 % Sn и полученные термическим способом. Средняя анодная плотность тока 0,5 – 1 А/дм .